30267 0 22

Rørgennemløb: enkelt om komplekse ting

Hvordan ændres et rørs kapacitet afhængigt af diameteren? Hvilke andre faktorer end tværsnit påvirker denne parameter? Til sidst, hvordan beregner man, endda tilnærmelsesvis, permeabiliteten af ​​en vandrørledning med en kendt diameter? I denne artikel vil jeg forsøge at give de mest enkle og tilgængelige svar på disse spørgsmål.

Vores opgave er at lære at beregne det optimale tværsnit af vandrør.

Hvorfor er dette nødvendigt?

Hydraulisk beregning giver dig mulighed for at opnå optimal minimum værdi for vandrørets diameter.

På den ene side er der altid en katastrofal mangel på penge under byggeri og reparationer, og prisen lineær måler rør vokser ulineært med stigende diameter. På den anden side vil en underdimensioneret vandforsyningssektion føre til et for stort trykfald ved endeanordningerne på grund af dens hydrauliske modstand.

Når flowet er ved mellemanordningen, vil trykfaldet ved endeanordningen føre til, at vandtemperaturen med koldtvands- og varmtvandshanerne åbne vil ændre sig kraftigt. Som følge heraf vil du enten blive overhældt med isvand eller skoldet med kogende vand.

Begrænsninger

Jeg vil bevidst begrænse omfanget af de undersøgte problemer til vandforsyningen i et lille privat hus. Der er to grunde:

1. Gasser og væsker med forskellig viskositet opfører sig helt anderledes, når de transporteres gennem en rørledning. Overvejelse af adfærden af ​​naturlige og flydende gas, olie og andre medier ville øge mængden af ​​dette materiale flere gange og ville bringe os langt fra mit speciale - VVS;
2. I tilfælde af stor bygning med talrige VVS-inventar til hydraulisk beregning vandforsyning bliver nødt til at beregne sandsynligheden for samtidig brug af flere vandpunkter. I lille hus der udføres beregning for spidsforbrug med alle tilgængelige enheder, hvilket i høj grad forenkler opgaven.

Faktorer

Hydraulisk beregning af et vandforsyningssystem er en søgning efter en af ​​to mængder:

• Beregning af rørkapacitet for et kendt tværsnit;
• Beregning optimal diameter ved en kendt planlagt strømningshastighed.

Under virkelige forhold (når man designer et vandforsyningssystem) er det meget mere almindeligt at udføre den anden opgave.

Det tilsiger hverdagslogikken maksimalt flow vand gennem en rørledning bestemmes af dens diameter og indløbstryk. Ak, virkeligheden er meget mere kompliceret. Pointen er det røret har hydraulisk modstand : Kort sagt, strømmen bremses af friktion mod væggene. Desuden påvirker væggenes materiale og tilstand forudsigeligt graden af ​​bremsning.

Her fuld liste Faktorer, der påvirker ydeevnen af ​​et vandrør:

• Tryk i begyndelsen af ​​vandforsyningen (læs - tryk i ledningen);
• Hældning rør (ændring i dens højde over det betingede jordniveau i begyndelsen og slutningen);

• Materiale vægge Polypropylen og polyethylen har meget mindre ruhed end stål og støbejern;
• Alder rør. Med tiden bliver stål tilgroet med rust og kalkaflejringer, som ikke kun øger ruheden, men også reducerer rørledningens indre frigang;

Dette gælder ikke glas-, plast-, kobber-, galvaniserede og metal-polymerrør. Selv efter 50 års drift er de i ny stand. Undtagelsen er tilslamning af vandforsyningen når store mængder suspensioner og fravær af filtre ved indløbet.

• Mængde og vinkel vender;
• Diameterændringer vandforsyning;
• Tilstedeværelse eller fravær svejsninger, grat fra lodning og tilslutningsfittings;

• Afspærringsventiler. Selv fuld boring kugleventiler give en vis modstand mod strømmen.

Enhver beregning af rørledningskapacitet vil være meget omtrentlig. Ja, vi bliver nødt til at bruge gennemsnitlige koefficienter, der er typiske for forhold tæt på vores.

Torricellis lov

Evangelista Torricelli, der levede i begyndelsen af ​​det 17. århundrede, er kendt som elev af Galileo Galilei og forfatteren til selve konceptet atmosfærisk tryk. Han ejer også en formel, der beskriver strømningshastigheden af ​​vand, der strømmer ud af et kar gennem et hul med kendte dimensioner.

For at Torricelli-formlen skal virke, skal du:

1. Så vi kender vandtrykket (højden af ​​vandsøjlen over hullet);

En atmosfære under Jordens tyngdekraft er i stand til at hæve en vandsøjle med 10 meter. Derfor konverteres tryk i atmosfæren til tryk ved blot at gange med 10.

1. Så der er et hul væsentligt mindre end karrets diameter, hvilket eliminerer tryktab på grund af friktion mod væggene.

I dette tilfælde vil Torricellis formel se ud som v^2=2*9,78*20=391,2. Kvadratrod ud af 391,2 er afrundet lig med 20. Det betyder, at der vil løbe vand ud af hullet med en hastighed på 20 m/s.

Vi beregner diameteren af ​​hullet, gennem hvilket strømmen strømmer. Konverterer man diameteren til SI-enheder (meter), får vi 3,14159265*0,01^2=0,0003141593. Lad os nu beregne vandforbruget: 20*0,0003141593=0,006283186, eller 6,2 liter i sekundet.

Tilbage til virkeligheden

Kære læser, jeg vil vove at gætte på, at du ikke har en trykmåler installeret foran mixeren. For en mere nøjagtig hydraulisk beregning er der naturligvis behov for nogle yderligere data.

Som regel regneproblem det er løst fra det modsatte: med kendt vandstrøm gennem VVS-armaturer, længden af ​​vandforsyningssystemet og dets materiale, vælges en diameter, der sikrer trykfaldet til acceptable værdier. Den begrænsende faktor er flowhastigheden.

Referencedata

Standard flowhastighed for indvendige vandrør anset for 0,7 - 1,5 m/s. Overskridelse af den sidste værdi fører til udseendet af hydraulisk støj (primært ved bøjninger og beslag).

Vandforbrugsstandarder for VVS-armaturer er nemme at finde i regulatorisk dokumentation. De er især angivet i appendiks til SNiP 2.04.01-85. For at redde læseren fra lange søgninger, vil jeg give denne tabel her.

Tabellen viser data for blandere med beluftere. Deres fravær udligner flowet gennem armaturerne i håndvasken, håndvasken og bruseren med flowet gennem armaturet ved indstilling af badekarret.

Lad mig minde dig om, at hvis du vil beregne vandforsyningen til et privat hus med dine egne hænder, skal du tilføje vandforbruget for alle installerede enheder . Hvis disse instruktioner ikke følges, vil du blive udsat for overraskelser som et kraftigt fald i temperaturen i bruseren, når du åbner vandhanen. varmt vand på.

Hvis bygningen har brandvandsforsyning, tillægges 2,5 l/s den planlagte strømningshastighed for hver brandhane. For brandvandsforsyning er flowhastigheden begrænset til 3 m/s: I tilfælde af brand er hydraulisk støj det sidste, der vil irritere beboerne.

Ved beregning af trykket antages det normalt, at det ved apparatet længst fra indgangen skal være mindst 5 meter, hvilket svarer til et tryk på 0,5 kgf/cm2. Nogle VVS-armaturer (gennemstrømningsvandvarmere, automatiske påfyldningsventiler) vaskemaskiner osv.) virker simpelthen ikke, hvis trykket i vandforsyningen er under 0,3 atmosfærer. Derudover er det nødvendigt at tage højde for hydrauliske tab på selve enheden.

På billedet - gennemstrømningsvandvarmer Atmor Basic. Den tænder kun for opvarmning ved et tryk på 0,3 kgf/cm2 og derover.

Flow, diameter, hastighed

Lad mig minde dig om, at de er forbundet med to formler:

1. Q = SV. Vandforbrug i kubikmeter per sekund lig med areal afsnit i kvadratmeter, ganget med strømningshastigheden i meter pr. sekund;
2. S = π r^2. Tværsnitsarealet beregnes som produktet af pi og kvadratet af radius.

Hvor kan jeg få radiusværdierne for den interne sektion?

• U stålrør med en minimumsfejl er den lig med halvdelen af ​​fjernbetjeningen(betinget boring brugt til at markere rør);
• Til polymer, metal-polymer osv. den indvendige diameter er lig med forskellen mellem den udvendige, som bruges til at markere rørene, og det dobbelte af vægtykkelsen (det er også normalt til stede i markeringen). Radius er derfor halvdelen af ​​den indre diameter.

1. Den indvendige diameter er 50-3*2=44 mm, eller 0,044 meter;
2. Radius vil være 0,044/2=0,022 meter;
3. Det indre tværsnitsareal vil være lig med 3,1415*0,022^2=0,001520486 m2;
4. Ved en flowhastighed på 1,5 meter pr. sekund vil flowhastigheden være 1,5*0,001520486=0,002280729 m3/s, eller 2,3 liter pr.

Tab af tryk

Hvordan beregner man, hvor meget tryk der går tabt i et vandforsyningssystem med kendte parametre?

Den enkleste formel til beregning af trykfaldet er H = iL(1+K). Hvad betyder variablerne i den?

• H er det ønskede trykfald i meter;
• jeg — hydraulisk hældning af en vandrørsmåler;
• L er længden af ​​vandrørledningen i meter;
• K— koefficient, hvilket gør det muligt at forenkle beregningen af ​​trykfaldet med afspærringsventiler Og . Det er knyttet til formålet med vandforsyningsnettet.

Hvor kan jeg få værdierne af disse variabler? Nå, bortset fra længden af ​​røret, er der ingen, der har annulleret målebåndet endnu.

Koefficient K tages lig med:

Brandvandsforsyning: maksimal diameter og minimum mellemspærreventiler.

Med en hydraulisk hældning er billedet meget mere kompliceret. Modstanden fra et rør til at strømme afhænger af:

• Internt afsnit;
• Vægruhed;
• Flowhastigheder.

En liste over værdier for 1000i (hydraulisk hældning pr. 1000 meter vandforsyning) kan findes i Shevelevs tabeller, som faktisk tjener til hydrauliske beregninger. Tabellerne er for store til en artikel, fordi de giver 1000i værdier for alle mulige diametre, flowhastigheder og materialer, justeret for levetid.

Her er et lille fragment af Shevelevs bord til et 25 mm plastrør.

Forfatteren af ​​tabellerne giver trykfaldsværdier ikke for den interne sektion, men for standard størrelser, som bruges til at markere rør, tilpasset til vægtykkelse. Tabellerne blev dog offentliggjort i 1973, hvor det tilsvarende markedssegment endnu ikke var dannet.
Når du beregner, skal du huske på, at for metal-plast er det bedre at tage værdier, der svarer til et rør, der er et trin mindre.

Lad os bruge denne tabel til at beregne trykfaldet med polypropylen rør med en diameter på 25 mm og en længde på 45 meter. Lad os blive enige om, at vi designer et vandforsyningssystem til husholdningsformål.

1. Ved en flowhastighed så tæt som muligt på 1,5 m/s (1,38 m/s) vil 1000i-værdien være lig med 142,8 meter;
2. Den hydrauliske hældning på en meter rør vil være lig med 142,8/1000=0,1428 meter;
3. Korrektionsfaktoren for brugsvandssystemer er 0,3;
4. Formlen som helhed vil have formen H=0,1428*45(1+0,3)=8,3538 meter. Det betyder, at for enden af ​​vandforsyningssystemet, med en vandgennemstrømningshastighed på 0,45 l/s (værdien fra venstre kolonne i tabellen), vil trykket falde med 0,84 kgf/cm2 og ved 3 atmosfærer ved indløbet det vil være ganske acceptabelt 2,16 kgf/cm2.

Denne værdi kan bruges til at bestemme forbrug efter Torricelli formel. Beregningsmetoden med et eksempel er givet i det tilsvarende afsnit af artiklen.

Desuden at beregne det maksimale flow gennem et vandforsyningssystem med kendte egenskaber, kan du i "flow"-kolonnen i Shevelevs komplette tabel vælge en værdi, hvor trykket for enden af ​​røret ikke falder under 0,5 atmosfære.

Konklusion

Kære læser, hvis de givne instruktioner, på trods af at de er ekstremt forenklede, stadig virker kedelige for dig, så brug bare en af ​​de mange online regnemaskiner. Som altid kan du finde mere information i videoen i denne artikel. Jeg vil sætte pris på dine tilføjelser, rettelser og kommentarer. Held og lykke, kammerater!

31. juli 2016

Hvis du vil udtrykke taknemmelighed, tilføje en præcisering eller indsigelse, eller spørg forfatteren om noget - tilføj en kommentar eller sig tak!

VVS type	TIL
Brandmand	0,1
Industriel brandmand	0,15
Industriel eller brandslukning	0,2

Hydrauliske beregninger, når der udvikles et rørledningsprojekt, er rettet mod at bestemme rørets diameter og trykfaldet af bærerstrømmen. Denne type beregninger udføres under hensyntagen til egenskaberne byggemateriale anvendt ved fremstillingen af ​​rørledningen, typen og antallet af elementer, der udgør rørledningssystemet (lige sektioner, forbindelser, overgange, bøjninger osv.), produktivitet, fysisk og kemiske egenskaber arbejdsmiljø.

Flerårig praktisk erfaring drift af rørledningssystemer har vist, at rør med et cirkulært tværsnit har visse fordele i forhold til rørledninger med et tværsnit af enhver anden geometrisk form:

• minimumsforholdet mellem omkreds og tværsnitsareal, dvs. med samme evne til at sikre medieforbrug vil omkostningerne til isolerings- og beskyttelsesmaterialer ved fremstilling af rør med et tværsnit i form af en cirkel være minimale;
• det runde tværsnit er mest fordelagtigt til at flytte et flydende eller gasformigt medium ud fra et hydrodynamisk synspunkt opnås minimal friktion af bæreren mod rørvæggene;
• den cirkulære tværsnitsform er maksimalt modstandsdygtig over for ydre og indre spændinger;
• rørfremstillingsproces rund form relativt enkel og overkommelig.

Udvælgelsen af ​​rør efter diameter og materiale udføres ud fra de specificerede designkrav til en specifik teknologisk proces. I øjeblikket er rørledningselementer standardiserede og ensartede i diameter. Den afgørende parameter ved valg af rørdiameter er den tilladte arbejdstryk, hvor denne rørledning vil blive drevet.

De vigtigste parametre, der karakteriserer rørledningen er:

• betinget (nominel) diameter – D N;
• nominelt tryk – PN ;
• arbejde tilladt (overdreven) tryk;
• rørledning materiale; lineær ekspansion; termisk lineær ekspansion;
• fysiske og kemiske egenskaber ved arbejdsmiljøet;
• udstyr rørledningssystem(grene, forbindelser, osv.);
• rørledningsisoleringsmaterialer.

Nominel diameter (boring) af rørledningen (D N) er en betinget dimensionsløs mængde, der karakteriserer et rørs strømningskapacitet, omtrent lig med dets indvendige diameter. Denne parameter tages i betragtning ved justering af relaterede rørledningsprodukter (rør, bøjninger, fittings osv.).

Den nominelle diameter kan have værdier fra 3 til 4000 og er betegnet: DN 80.

Den nominelle diameter svarer efter numerisk definition tilnærmelsesvis til den faktiske diameter af visse sektioner af rørledningen. Numerisk er det valgt på en sådan måde, at gennemløbet af røret stiger med 60-100%, når man flytter fra den forrige nominelle passage til den næste. Den nominelle diameter vælges i henhold til værdien af ​​rørledningens indvendige diameter. Dette er den værdi, der er tættest på selve rørets faktiske diameter.

Nominelt tryk (PN) er en dimensionsløs mængde, der karakteriserer det maksimale tryk af arbejdsmediet i et rør med en given diameter, ved hvilken langtidsdrift af rørledningen er mulig ved en temperatur på 20°C.

Værdier nominelt tryk blev etableret baseret på langsigtet praksis og driftserfaring: fra 1 til 6300.

Det nominelle tryk for en rørledning med givne karakteristika bestemmes af det tryk, der er tættest på det, der faktisk er skabt i det. På samme tid alle rørledningsfittings for en given linje skal svare til det samme tryk. Rørvægtykkelsen beregnes under hensyntagen til den nominelle trykværdi.

Grundlæggende principper for hydraulisk beregning

Arbejdsmediet (væske, gas, damp), der bæres af den rørledning, der designes, bestemmer på grund af dets særlige fysiske og kemiske egenskaber arten af ​​strømmen af ​​mediet i denne rørledning. En af de vigtigste indikatorer, der karakteriserer arbejdsmediet, er dynamisk viskositet, karakteriseret ved koefficienten for dynamisk viskositet - μ.

Ingeniør-fysiker Osborne Reynolds (Irland), som studerede strømmen af ​​forskellige medier, udførte en række tests i 1880, som et resultat af hvilke konceptet med Reynolds-kriteriet (Re) blev udledt - en dimensionsløs størrelse, der beskriver arten af væskestrøm i et rør. Dette kriterium beregnes ved hjælp af formlen:

Reynolds-kriteriet (Re) giver begrebet forholdet mellem inertikræfter og viskose friktionskræfter i en væskestrøm. Værdien af ​​kriteriet karakteriserer ændringen i forholdet mellem disse kræfter, hvilket igen påvirker arten af ​​bærerstrømmen i rørledningen. Det er sædvanligt at skelne mellem følgende former for flydende bærerstrømning i et rør afhængigt af værdien af ​​dette kriterium:

• laminær strømning (vedr<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
• overgangstilstand (2300
• turbulent flow (Re>4000) er en stabil tilstand, hvor der på hvert enkelt punkt af flowet sker en ændring i dens retning og hastighed, hvilket i sidste ende fører til udligning af flowhastigheden i hele rørets volumen.

Reynolds-kriteriet afhænger af det tryk, som pumpen pumper væsken med, mediets viskositet ved driftstemperatur og de geometriske dimensioner af det anvendte rør (d, længde). Dette kriterium er en lighedsparameter for væskestrømning, og ved hjælp af det er det muligt at simulere en ægte teknologisk proces i reduceret skala, hvilket er praktisk, når man udfører test og eksperimenter.

Ved udførelse af beregninger og beregninger ved hjælp af ligninger kan en del af de givne ukendte størrelser hentes fra særlige referencekilder. Professor, Doctor of Technical Sciences F.A. Shevelev udviklede en række tabeller til nøjagtig beregning af rørkapaciteten. Tabellerne inkluderer værdierne af parametre, der karakteriserer både selve rørledningen (dimensioner, materialer) og deres forhold til transportørens fysiske og kemiske egenskaber. Derudover giver litteraturen en tabel med omtrentlige værdier af strømningshastighederne for væske, damp og gas i rør i forskellige sektioner.

Valg af den optimale rørledningsdiameter

Bestemmelse af den optimale rørledningsdiameter er et komplekst produktionsproblem, hvis løsning afhænger af et sæt forskellige indbyrdes forbundne forhold (tekniske og økonomiske, egenskaber ved arbejdsmiljøet og rørledningsmaterialet, teknologiske parametre osv.). For eksempel fører en stigning i hastigheden af ​​den pumpede strøm til et fald i diameteren af ​​røret, der giver mediestrømningshastigheden specificeret af procesbetingelserne, hvilket medfører en reduktion i materialeomkostninger, billigere installation og reparation af rørledningen, osv. På den anden side fører en stigning i strømningshastigheden til et tryktab, hvilket kræver yderligere energi og økonomiske omkostninger til at pumpe en given mængde medier.

Værdien af ​​den optimale rørledningsdiameter beregnes ved hjælp af den transformerede strømningskontinuitetsligning under hensyntagen til den givne mediestrømningshastighed:

I hydrauliske beregninger er strømningshastigheden af ​​den pumpede væske oftest specificeret af problemets betingelser. Værdien af ​​flowhastigheden af ​​det pumpede medium bestemmes ud fra egenskaberne for det givne medium og de tilsvarende referencedata (se tabel).

Den transformerede strømningskontinuitetsligning til beregning af rørets arbejdsdiameter har formen:

Beregning af trykfald og hydraulisk modstand

Samlede væsketryktab inkluderer tab for flowet for at overvinde alle forhindringer: tilstedeværelsen af ​​pumper, sifoner, ventiler, albuer, bøjninger, niveauforskelle, når flowet strømmer gennem en rørledning placeret i en vinkel osv. Der tages hensyn til tab på grund af lokal modstand på grund af de anvendte materialers egenskaber.

En anden vigtig faktor, der påvirker tryktabet, er friktionen af ​​den bevægende strøm mod rørledningens vægge, som er karakteriseret ved koefficienten for hydraulisk modstand.

Værdien af ​​den hydrauliske modstandskoefficient λ afhænger af strømningstilstanden og ruheden af ​​rørledningsvægmaterialet. Ruhed refererer til defekter og ujævnheder i rørets indre overflade. Det kan være absolut og relativt. Ruheden varierer i form og er ujævn over rørets overflade. Derfor bruger beregningerne begrebet gennemsnitlig ruhed med en korrektionsfaktor (k1). Denne egenskab for en bestemt rørledning afhænger af materialet, varigheden af ​​dets drift, tilstedeværelsen af ​​forskellige korrosionsfejl og andre årsager. Værdierne diskuteret ovenfor er til reference.

Det kvantitative forhold mellem friktionskoefficienten, Reynolds tal og ruhed bestemmes af Moody-diagrammet.

For at beregne friktionskoefficienten for turbulent strømningsbevægelse anvendes også Colebrook-White-ligningen, ved hjælp af hvilken det er muligt visuelt at konstruere grafiske afhængigheder, hvorved friktionskoefficienten bestemmes:

Beregningerne anvender også andre ligninger til omtrentlig beregning af friktionshovedtab. En af de mest bekvemme og hyppigt anvendte i dette tilfælde er Darcy-Weisbach-formlen. Friktionstryktab betragtes som en funktion af væskehastighed fra rørets modstand til væskebevægelse, udtrykt gennem værdien af ​​overfladeruheden af ​​rørvæggene:

Tryktab på grund af friktion for vand beregnes ved hjælp af Hazen-Williams formlen:

Tryktabsberegning

Driftstrykket i rørledningen er det højere overtryk, hvorved den specificerede tilstand af den teknologiske proces er sikret. Minimum- og maksimumtrykværdierne samt arbejdsmediets fysisk-kemiske egenskaber er de afgørende parametre ved beregning af afstanden mellem pumperne, der pumper mediet, og produktionskapaciteten.

Beregning af tab på grund af trykfald i rørledningen udføres i henhold til ligningen:

Eksempler på pipeline hydrauliske beregningsproblemer med løsninger

Opgave 1

Vand pumpes ind i en enhed med et tryk på 2,2 bar gennem en vandret rørledning med en effektiv diameter på 24 mm fra et åbent lager. Afstanden til apparatet er 32 m. Væskeflowhastigheden er indstillet til 80 m 3 /time. Den samlede løftehøjde er 20 m. Den accepterede friktionskoefficient er 0,028.

Beregn væsketryktabet på grund af lokal modstand i denne rørledning.

Indledende data:

Flow Q = 80 m3/time = 80 1/3600 = 0,022 m3/s;

effektiv diameter d = 24 mm;

rørlængde l = 32 m;

friktionskoefficient λ = 0,028;

tryk i apparatet P = 2,2 bar = 2,2·10 5 Pa;

total hoved H = 20 m.

Løsning på problemet:

Hastigheden af ​​vandstrømmen i rørledningen beregnes ved hjælp af en modificeret ligning:

w=(4·Q) / (π·d 2) = ((4·0,022) / (3,14·2)) = 48,66 m/s

Væsketryktabet i rørledningen på grund af friktion bestemmes af ligningen:

H T = (λl) / (d) = (0,028 32) / (0,024 2) / (2 9,81) = 0,31 m

Det samlede tryktab for bæreren beregnes ved hjælp af ligningen og er:

h p = H - [(p 2 - p 1)/(p g)] - H g = 20 - [(2,2-1) 105)/(1000 9,81)] - 0 = 7,76 m

Hovedtabet på grund af lokal modstand er defineret som forskellen:

7,76 - 0,31=7,45 m

Svar: tabet af vandtryk på grund af lokal modstand er 7,45 m.

Opgave 2

Vand transporteres gennem en vandret rørledning af en centrifugalpumpe. Strømningen i røret bevæger sig med en hastighed på 2,0 m/s. Den samlede højde er 8 m.

Find minimumslængden af ​​en lige rørledning med en ventil installeret i midten. Vand hentes fra et åbent lager. Fra røret strømmer vand ved hjælp af tyngdekraften ind i en anden beholder. Rørledningens arbejdsdiameter er 0,1 m. Den relative ruhed antages at være 4·10 -5.

Indledende data:

Væskestrømningshastighed W = 2,0 m/s;

rørdiameter d = 100 mm;

total hoved H = 8 m;

relativ ruhed 4·10 -5.

Løsning på problemet:

Ifølge referencedata er de lokale modstandskoefficienter for ventilen og rørudløbet i et rør med en diameter på 0,1 m henholdsvis 4,1 og 1.

Værdien af ​​hastighedstrykket bestemmes af sammenhængen:

w2/(2 g) = 2,02/(2 9,81) = 0,204 m

Tabet af vandtryk på grund af lokal modstand vil være:

∑ζ MS = (4,1+1) 0,204 = 1,04 m

Bærerens samlede tryktab på grund af friktionsmodstand og lokale modstande beregnes ved hjælp af ligningen for det samlede tryk for pumpen (den geometriske højde Hg ifølge betingelserne for problemet er lig med 0):

h p = H - (p 2 - p 1)/(p g) - = 8 - ((1-1) 105)/(1000 9,81) - 0 = 8 m

Den resulterende værdi af bærertryktab på grund af friktion vil være:

8-1,04 = 6,96 m

Lad os beregne værdien af ​​Reynolds-tallet for de givne strømningsbetingelser (vandets dynamiske viskositet antages at være 1·10 -3 Pa·s, vandtætheden er 1000 kg/m3):

Re = (w d ρ)/μ = (2,0 0,1 1000)/(1 10 -3) = 200000

Ifølge den beregnede værdi af Re, med 2320

λ = 0,316/Re 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015

Lad os transformere ligningen og finde den nødvendige rørledningslængde fra beregningsformlen for tryktab på grund af friktion:

l = (H rev · d) / (λ ·) = (6,96 · 0,1) / (0,016 · 0,204) = 213,235 m

Svar: den nødvendige rørledningslængde vil være 213.235 m.

Opgave 3

I produktionen transporteres vand ved en driftstemperatur på 40°C med en produktionsflowhastighed på Q = 18 m 3 /time. Lige rørledningslængde l = 26 m, materiale - stål. Den absolutte ruhed (ε) er taget for stål ifølge referencekilder og er 50 μm. Hvad bliver stålrørets diameter, hvis trykfaldet i dette afsnit ikke overstiger Δp = 0,01 mPa (ΔH = 1,2 m for vand)? Friktionskoefficienten antages at være 0,026.

Indledende data:

Flow Q = 18 m3/time = 0,005 m3/s;

rørledningslængde l=26 m;

for vand ρ = 1000 kg/m3, μ = 653,3·10 -6 Pa·s (ved T = 40°C);

ruhed af stålrør ε = 50 µm;

friktionskoefficient λ = 0,026;

Δp=0,01 MPa;

Løsning på problemet:

Ved at bruge formen af ​​kontinuitetsligningen W=Q/F og flowarealligningen F=(π d²)/4 transformerer vi Darcy–Weisbach-udtrykket:

∆H = λ l/d W²/(2 g) = λ l/d Q²/(2 g F²) = λ [(l Q²)/(2 d g [ (π·d²)/4]²)] = = (8·l·Q²)/(g·π²)·λ/d 5 = (8·26·0,005²)/(9,81·3,14²) λ/d 5 = 5,376 10 -5 λ/d 5

Lad os udtrykke diameteren:

d5 = (5,376 10 -5 λ)/∆H = (5,376 10 -5 0,026)/1,2 = 1,16 10 -6

d = 5 √1,16·10 -6 = 0,065 m.

Svar: den optimale rørledningsdiameter er 0,065 m.

Opgave 4

To rørledninger designes til at transportere ikke-viskos væske med en forventet kapacitet på Q 1 = 18 m 3 /time og Q 2 = 34 m 3 /time. Rør til begge rørledninger skal have samme diameter.

Bestem den effektive diameter af rørene d, der er egnet til betingelserne for dette problem.

Indledende data:

Q1 = 18 m3/time;

Q 2 = 34 m 3 / time.

Løsning på problemet:

Lad os bestemme det mulige område af optimale diametre for de designede rørledninger ved hjælp af den transformerede form af strømningsligningen:

d = √(4·Q)/(π·W)

Vi finder værdierne for den optimale flowhastighed fra referencetabeldataene. For en ikke-viskos væske vil strømningshastighederne være 1,5 – 3,0 m/s.

For den første rørledning med en strømningshastighed Q 1 = 18 m 3 / time vil de mulige diametre være:

d 1 min = √(4 18)/(3600 3,14 1,5) = 0,065 m

d 1max = √(4 18)/(3600 3,14 3,0) = 0,046 m

Til en rørledning med en strømningshastighed på 18 m 3 /time er rør med en tværsnitsdiameter fra 0,046 til 0,065 m egnede.

På samme måde bestemmer vi de mulige værdier af den optimale diameter for den anden rørledning med en strømningshastighed Q 2 = 34 m 3 / time:

d 2min = √(4 34)/(3600 3,14 1,5) = 0,090 m

d 2max = √(4 34)/(3600 3,14 3) = 0,063 m

For en rørledning med en strømningshastighed på 34 m 3 /time kan de mulige optimale diametre være fra 0,063 til 0,090 m.

Skæringspunktet mellem de to områder af optimale diametre er i området fra 0,063 m til 0,065 m.

Svar: Til to rørledninger er rør med en diameter på 0,063-0,065 m egnede.

Opgave 5

I en rørledning med en diameter på 0,15 m ved en temperatur T = 40°C er der en strøm af vand med en kapacitet på 100 m 3 /time. Bestem strømningsregimet for vandstrømmen i røret.

Givet:

rørdiameter d = 0,25 m;

strømningshastighed Q = 100 m3/time;

μ = 653,3·10 -6 Pa·s (ifølge tabellen ved T = 40°C);

ρ = 992,2 kg/m 3 (ifølge tabellen ved T = 40°C).

Løsning på problemet:

Bærestrømstilstanden bestemmes af værdien af ​​Reynolds-tallet (Re). For at beregne Re bestemmer vi væskestrømningshastigheden i røret (W) ved hjælp af strømningsligningen:

W = Q 4/(π d²) = = 0,57 m/s

Værdien af ​​Reynolds-tallet bestemmes af formlen:

Re = (ρ·W·d)/μ = (992,2·0,57·0,25) / (653,3·10 -6) = 216422

Den kritiske værdi af kriteriet Re cr ifølge referencedata er lig med 4000. Den opnåede værdi af Re er større end den angivne kritiske værdi, hvilket indikerer den turbulente karakter af væskestrømmen under de givne forhold.

Svar: Vandgennemstrømningstilstanden er turbulent.

I ethvert moderne hjem er en af ​​hovedbetingelserne for komfort rindende vand. Og med fremkomsten af ​​nyt udstyr, der kræver tilslutning til en vandforsyning, er dets rolle i huset blevet meget vigtig. Mange mennesker forestiller sig ikke længere, hvordan de kan undvære vaskemaskine, kedel, opvaskemaskine mv. Men hver af disse enheder kræver et vist vandtryk, der kommer fra vandforsyningen for korrekt drift. Og så en person, der beslutter sig for at installere et nyt vandforsyningssystem i sit hjem, tænker på, hvordan man beregner trykket i røret, så alle VVS-armaturer fungerer godt.

Krav til moderne VVS

Moderne vandforsyning skal opfylde alle krav og egenskaber. Ved udløbet af hanen skal vandet flyde jævnt uden at rykke. Derfor bør der ikke være trykfald i systemet, når der trækkes vand. Vand, der strømmer gennem rørene, bør ikke skabe støj, indeholde lufturenheder og andre fremmede ansamlinger, der negativt påvirker keramiske vandhaner og andre VVS-armaturer. For at undgå disse ubehagelige hændelser bør vandtrykket i røret ikke falde under dets minimum ved adskillelse af vandet.

Vær opmærksom! Vandforsyningens minimumstryk skal være 1,5 atmosfærer. Dette tryk er nok til at betjene en opvaskemaskine og vaskemaskine.

Det er nødvendigt at tage højde for en anden vigtig egenskab ved vandforsyningssystemet relateret til vandforbrug. I ethvert boligområde er der mere end ét vandopsamlingssted. Derfor skal beregningen af ​​vandforsyningen fuldt ud opfylde vandbehovet for alle VVS-armaturer, når de er tændt på samme tid. Denne parameter opnås ikke kun af tryk, men også af mængden af ​​indkommende vand, som et rør med et bestemt tværsnit kan passere igennem. Enkelt sagt, før installation er det nødvendigt at udføre en vis hydraulisk beregning af vandforsyningssystemet under hensyntagen til vandstrøm og tryk.

Før vi beregner, lad os se nærmere på to begreber som tryk og flow for at forstå deres essens.

Tryk

Som bekendt var den centrale vandforsyning tidligere forbundet med et vandtårn. Det er dette tårn, der skaber tryk i vandforsyningsnettet. Enheden for tryk er atmosfære. Desuden afhænger trykket ikke af størrelsen af ​​beholderen placeret i toppen af ​​tårnet, men kun af højden.

Vær opmærksom! Hvis du hælder vand i et ti meter højt rør, vil det skabe et tryk på 1 atmosfære på det laveste punkt.

Tryk svarer til meter. En atmosfære er lig med 10 m vandsøjle. Lad os overveje et eksempel med en fem-etagers bygning. Højden på huset er 15 m Derfor er højden på en etage 3 meter. Et tårn på femten meter vil skabe et tryk i stueetagen på 1,5 atmosfærer. Lad os beregne trykket på anden sal: 15-3 = 12 meter vandsøjle eller 1,2 atmosfærer. Efter at have lavet yderligere beregninger, vil vi se, at der ikke vil være vandtryk på 5. sal. Det betyder, at for at give vand til femte sal er det nødvendigt at bygge et tårn på mere end 15 meter. Hvad hvis dette for eksempel er en 25-etagers bygning? Ingen vil bygge sådanne tårne. Moderne vandforsyningssystemer bruger pumper.

Lad os beregne trykket ved udløbet af dybbrøndspumpen. Der er en dyb pumpe, der hæver vand til 30 meters vandsøjle. Det betyder, at den skaber et tryk på 3 atmosfærer ved sit udløb. Efter at pumpen er nedsænket 10 meter i brønden, vil den skabe et tryk ved jordoverfladen - 2 atmosfærer eller 20 meter vandsøjle.

Forbrug

Lad os overveje den næste faktor - vandforbrug. Det afhænger direkte af trykket, og jo højere det er, jo hurtigere vil vandet bevæge sig gennem rørene. Det vil sige, at der bliver mere forbrug. Men hele pointen er, at vandets hastighed påvirkes af tværsnittet af røret, som det bevæger sig igennem. Og hvis du reducerer rørets tværsnit, vil vandmodstanden stige. Følgelig vil dens mængde ved udløbet af røret falde over den samme tidsperiode.

I produktionen, under konstruktionen af ​​vandrørledninger, udarbejdes projekter, hvor den hydrauliske beregning af vandforsyningssystemet beregnes ved hjælp af Bernoulli-ligningen:

Hvor h 1-2 - viser tryktabet ved udløbet efter at have overvundet modstanden langs hele sektionen af ​​vandforsyningen.

Beregning af VVS i hjemmet

Men som de siger, det er komplekse beregninger. Til bolig VVS bruger vi enklere beregninger.

Ud fra pasdataene for de maskiner, der forbruger vand i huset, opsummerer vi det samlede forbrug. Vi tilføjer til dette tal forbruget af alle vandhaner placeret i huset. En vandhane passerer omkring 5-6 liter vand i minuttet. Vi summerer alle tallene og får det samlede vandforbrug i huset. Nu, styret af den samlede strømningshastighed, køber vi et rør med et tværsnit, der vil give den nødvendige mængde og tryk af vand til alle samtidigt fungerende vanddistributionsanordninger.

Når dit hjems vandforsyning er tilsluttet bynettet, vil du bruge det, de giver dig. Nå, hvis du har en brønd derhjemme, så køb en pumpe, der fuldt ud vil forsyne dit netværk med det nødvendige tryk svarende til omkostningerne. Ved køb skal du være vejledt af pumpens pasdata.

For at vælge rørsektionen guides vi af disse tabeller:

Afhængighed af diameter af længden af ​​vandrøret			Rørkapacitet
Rørledningslængde m	Rør diameter, mm		Rør diameter, mm	Båndbredde, l/min
Mindre end 10	20		25	30
Fra 10 til 30	25		32	50
Mere end 30	32		38	75

Disse tabeller giver mere populære rørparametre. For fuldstændig information kan du finde mere komplette tabeller med beregninger af rør med forskellige diametre på internettet.

Baseret på disse beregninger, og med korrekt installation, vil du forsyne din vandforsyning med alle de nødvendige parametre. Hvis noget ikke er klart, er det bedre at kontakte specialister.

Lommeregneren er nem at bruge - indtast data og få resultatet. Men nogle gange er dette ikke nok - nøjagtig beregning af rørdiameteren er kun mulig med manuel beregning ved hjælp af formler og korrekt valgte koefficienter. Hvordan beregnes diameteren af ​​et rør baseret på vandstrømmen? Hvordan bestemmer man størrelsen af ​​en gasledning?

Ved beregning af den nødvendige rørdiameter bruger professionelle ingeniører oftest specielle programmer, der kan beregne og producere nøjagtige resultater baseret på kendte parametre. Det er meget vanskeligere for en amatørbygger at udføre beregninger uafhængigt for at organisere vandforsyning, opvarmning og forgasningssystemer. Derfor bruges oftest de anbefalede rørstørrelser ved konstruktion eller rekonstruktion af et privat hus. Men ikke altid standardråd kan tage højde for alle nuancerne af individuel konstruktion, så du skal manuelt udføre en hydraulisk beregning for korrekt at vælge rørets diameter til opvarmning og vandforsyning.

Beregning af rørdiameter til vandforsyning og varme

Hovedkriteriet for at vælge et varmerør er dets diameter. Denne indikator bestemmer, hvor effektiv opvarmningen af ​​huset vil være og levetiden for systemet som helhed. Med en lille diameter kan der opstå øget tryk i ledningerne, hvilket vil forårsage utætheder, øget belastning af rør og metal, hvilket vil føre til problemer og endeløse reparationer. Med en stor diameter vil varmeoverførslen af ​​varmesystemet have en tendens til nul, og koldt vand vil simpelthen sive ud af hanen.

Rørkapacitet

Rørets diameter påvirker direkte systemets gennemløb, det vil sige i dette tilfælde, hvad der betyder noget, er mængden af ​​vand eller kølevæske, der passerer gennem sektionen per tidsenhed. Jo flere cyklusser (bevægelser) i systemet over en vis periode, jo mere effektiv er opvarmningen. For vandforsyningsrør påvirker diameteren det indledende vandtryk - en passende størrelse vil kun opretholde trykket, og en øget vil reducere det.

Diameteren af ​​vandforsyningen og varmesystemet, antallet af radiatorer og deres sektioner vælges, og den optimale længde af linjerne bestemmes.

Da gennemløbet af røret er en grundlæggende faktor i valget, bør du beslutte, hvad der igen påvirker gennemstrømningen af ​​vand i hovedledningen.

Tabel 1. Rørkapacitet afhængig af vandgennemstrømning og diameter

Forbrug	Båndbredde
Du rør	15 mm	20 mm	25 mm	32 mm	40 mm	50 mm	65 mm	80 mm	100 mm
Pa/m - mbar/m	mindre end 0,15 m/s			0,15 m/s					0,3 m/s
90,0 - 0,900	173	403	745	1627	2488	4716	9612	14940	30240
92,5 - 0,925	176	407	756	1652	2524	4788	9756	15156	30672
95,0 - 0,950	176	414	767	1678	2560	4860	9900	15372	31104
97,5 - 0,975	180	421	778	1699	2596	4932	10044	15552	31500
100,0 - 1,000	184	425	788	1724	2632	5004	10152	15768	31932
120,0 - 1,200	202	472	871	1897	2898	5508	11196	17352	35100
140,0 - 1,400	220	511	943	2059	3143	5976	12132	18792	38160
160,0 - 1,600	234	547	1015	2210	3373	6408	12996	20160	40680
180,0 - 1,800	252	583	1080	2354	3589	6804	13824	21420	43200
200,0 - 2,000	266	619	1151	2486	3780	7200	14580	22644	45720
220,0 - 2,200	281	652	1202	2617	3996	7560	15336	23760	47880
240,0 - 2,400	288	680	1256	2740	4176	7920	16056	24876	50400
260,0 - 2,600	306	713	1310	2855	4356	8244	16740	25920	52200
280,0 - 2,800	317	742	1364	2970	4356	8566	17338	26928	54360
300,0 - 3,000	331	767	1415	3076	4680	8892	18000	27900	56160

Faktorer, der påvirker motorvejens fremkommelighed:

1. Vand- eller kølevæsketryk.
2. Indvendig diameter (sektion) af røret.
3. Samlet længde af systemet.
4. Rørledningsmateriale.
5. Rør vægtykkelse.

På det gamle system forværres rørets permeabilitet af kalk, siltaflejringer og virkningerne af korrosion (på metalprodukter). Alt dette tilsammen reducerer over tid mængden af ​​vand, der passerer gennem sektionen, det vil sige, at brugte ledninger fungerer dårligere end nye.

Det er bemærkelsesværdigt, at denne indikator ikke ændrer sig for polymerrør - plast er meget mindre sandsynligt end metal for at tillade slagge at akkumulere på væggene. Derfor forbliver gennemstrømningen af ​​PVC-rør den samme som på dagen for deres installation.

Beregning af rørdiameter baseret på vandflow

Bestemmelse af den korrekte vandstrøm

For at bestemme rørets diameter baseret på strømningshastigheden af ​​den passerende væske, skal du bruge værdierne for det sande vandforbrug under hensyntagen til alle VVS-armaturer: badekar, køkkenhane, vaskemaskine, toilet. Hver enkelt sektion af vandrørledningen beregnes ved hjælp af formlen:

qc = 5× q0 × α, l/s

hvor qc er værdien af ​​vand, der forbruges af hver enhed;

q0 er en standardiseret værdi, som bestemmes i henhold til SNiP. Vi tager for et bad - 0,25, for en køkkenhane 0,12, for et toilet -0,1;

a er en koefficient, der tager højde for muligheden for samtidig drift af VVS-armaturer i rummet. Afhænger af sandsynlighedsværdien og antallet af forbrugere.

I sektioner af hovedledningen, hvor vandet løber til køkken og bad, til toilet og bad osv. kombineres, tilføjes en sandsynlighedsværdi til formlen. Det vil sige muligheden for samtidig betjening af køkkenarmatur, badeværelsesarmatur, toilet og andre apparater.

Sandsynligheden bestemmes af formlen:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

hvor N er antallet af vandforbrugere (apparater);

qhr µ er den maksimale time vandstrøm, der kan accepteres i henhold til SNiP. For koldt vand vælger vi qhr µ =5,6 l/s, total flowhastighed 15,6 l/s;

u – antal personer, der bruger VVS-armaturer.

Eksempel på beregning af vandforbrug:

Huset i to etager har 1 badeværelse, 1 køkken med installeret vaskemaskine og opvaskemaskine, bruser, 1 toilet. Der bor en familie på 5 i huset. Beregningsalgoritme:

1. Vi beregner sandsynligheden P = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6 = 0,00518.
2. Så bliver vandforbruget til badeværelset qc = 5 × 0,25 × 0,00518 = 0,006475 l/s.
3. Til køkkenet qc = 5 × 0,12 × 0,00518 = 0,0031 l/s.
4. For et toilet, qc = 5 × 0,1 × 0,00518 = 0,00259 l/s.

Beregn rørets diameter

Der er et direkte forhold mellem diameteren og volumenet af strømmende væske, som udtrykkes ved formlen:

hvor Q er vandstrøm, m3/s;

d – rørledningsdiameter, m;

w – strømningshastighed, m/s.

Ved at transformere formlen kan du vælge værdien af ​​rørledningens diameter, som svarer til den forbrugte mængde vand:

Yulia Petrichenko, ekspert

d = √(4Q/πw), m

Vandgennemstrømningshastigheden kan hentes fra tabel 2. Der er en mere kompleks metode til at beregne strømningshastigheden - under hensyntagen til tab og den hydrauliske friktionskoefficient. Dette er en ret omfangsrig beregning, men i sidste ende giver den dig mulighed for at få en nøjagtig værdi i modsætning til den tabelformede metode.

Tabel 2. Væskestrømningshastighed i rørledningen afhængig af dens karakteristika

Pumpet medium		Optimal hastighed i rørledningen, m/s
VÆSKER	Tyngdekraftsbevægelse:
	Viskøse væsker	0,1-0,5
	Væsker med lav viskositet	0,5-1
	Pumpbar:
	Sugeledning	0,8-2
	Udledningsrørledning	1,5-3
GASSER	Naturlig trang	2-4
	Lavtryk (blæsere)	4-15
	Højtryk (kompressor)	15-25
PAR	Overophedet	30-50
	Mættet damp under tryk
	Mere end 105 Pa	15-25
	(1-0,5)*105 Pa	20-40
	(0,5-0,2)*105 Pa	40-60
	(0,2-0,05)*105 Pa	60-75

Eksempel: Lad os beregne diameteren af ​​røret til badeværelset, køkkenet og toilettet ud fra de opnåede vandforbrugsværdier. Vi vælger fra tabel 2 værdien af ​​vandstrømningshastigheden i trykvandsforsyningssystemet - 3 m/s.