Как рассчитать необходимое давление в трубе

Расчет давления воды в трубопроводе. Расчёт давления в трубе на простом примере

Представить комфорт в доме без водопровода трудно. Появление такой бытовой техники, как бойлер, посудомоечная и стиральная машина и т.п. во много повысило его роль в современном жилье. Но все эти устройства работают при следующем условии: вода из водопровода должна поступать с определённым напором. Поэтому человеку, принявшему решение обустроить в своём доме систему водоснабжения, без знаний, как производится расчет давления воды в трубопроводе, не обойтись.

Виды давления

Данный показатель бывает следующих видов: пробным, условным, расчётным и рабочим. Не понимая их принципиальные отличия, корректно рассчитать давление в трубе, продуцируемое транспортируемой жидкостью, будет очень сложно. И не исключено, что при подборе подходящих элементов инженерной коммуникации перед хозяином возникнут проблемы, без решения которых о комфортном пребывании в доме останется только мечтать.

Пробное. Измеряется этот простой показатель, когда проводятся испытания конструкции. Он является основой для отслеживания поведения элементов системы водоснабжения при изменении давления. Такой подход – ни что иное, чем своего рода генеральная страховка перед этапом прокладки сети.
Условное. Используется данный параметр, когда рассчитывается прочность трубопроводов, функционирующих под давлением определённого уровня при температуре жидкости +20ًС.
Расчётное. Под таковым понимается максимальное избыточное давление, создаваемое внутри водопровода транспортируемой по нему жидкостью. При этом воздействию подвергаются все элементы инженерной коммуникации. А толщина стенки водопроводной трубы определяется именно с учётом расчётного давления. От этого зависит продолжительность эксплуатации системы, а также её функциональность, и, что превыше всего, безопасность обитателей дома.
Рабочее. Это уровень наружного или внутреннего обязательно максимального давления, фиксируемого при транспортировке воды при нормальных (читай, стандартных) условиях.

Расчёт давления в трубопроводе на простом примере

Не так уж и далеки времена, когда подключение водопровода осуществлялось к водонапорной башне. Давление в водопроводной сети создаётся благодаря именно данному сооружению. Единица измерения этой характеристики – атмосфера. Из школьного курса физики известно, что давление зависит исключительно от высоты башни, а объем ёмкости, находящейся наверху конструкции, никакой роли при этом не играет.

Существует ещё одна единица измерения данного параметра – метр водяного столба. Если заполнить водой вертикально стоящую десятиметровую трубу, давление в её нижней точке, опять же, вне зависимости от диаметра трубы, будет составлять одну атмосферу.

Рассмотрим пример с семиэтажным домом. Его высота – 21 метр. То есть, один этаж – это 3 метра. Водонапорная башня высотой 21 метр создаст на 1-м этаже давление 2.1 атмосферы. Величина этого параметра в трубе на 2-м этаже будет составлять 1,8 атмосферы. Получается это так: вычитаем из числа 21 высоту одного этажа (у нас это 3 метра) и делим остаток на 10. Результаты дальнейших расчётов покажут, что на 7-м этаже давления уже не будет. Логика подсказывает: чтобы обеспечить водой квартиры, которые располагаются на последнем этаже, необходимо будет возвести более высокую башню. А что делать с подводом воды, например, в 25-этажный дом? Строить такие высокие конструкции никто не будет. Единственный выход — оснащение современных систем водоснабжения глубинными насосами.

Рассчитать давление на выходе данного агрегата несложно. Возьмем в качестве примера насос, мощности которого достаточно для поднятия воды на 40 метров. Если погрузить его в скважину на глубину 15 метров, на поверхности земли будет создано давление (40-15)/10=2,5 атмосфер. Применяя вышеуказанную методику, можно будет прийти к выводу, что насос такой мощности справится с обеспечением водой всех квартир 7-ми этажного дома.

Формула расчета толщины трубы от действия давления

При движении воды возникает сопротивление, вызываемое её трением о стенки трубы и, кроме того, о различные преграды. Называется это явление гидравлическим сопротивлением трубопровода. Предыдущий пример наглядно продемонстрировал, что давление воды на разных высотах различно, и этот фактор следует учитывать при выполнении расчёта толщины трубы, то есть её диаметра. Вычисление данного параметра, исходя из заданной потери напора, выполняется по следующей упрощённой формуле:

Dвн. = k × Lтр./ Pд.× (W×Vп./2g), где

Dвн. – внутренний диаметр трубопровода;

k – коэффициент гидравлического сопротивления;

Lтр. – длина трубопровода;

Pд. – допускаемая или заданная потеря давления между начальным и конечным участками магистрали;

W- удельный вес воды;

Vп. – скорость потока;

g – константа, известная из курса физики средней школы – ускорение силы тяжести.

Уровень потерь давления в фасонных частях трубопровода и арматуре с достаточной степенью точности можно определить по потерям, фиксируемым в прямой трубе с идентичным условным проходом и эквивалентной длины.

Как рассчитываются стенки трубы по давлению

Данный показатель стальных труб, транспортирующих жидкость под избыточным давлением, рассчитывается в два этапа. На первом из них вычисляется параметр, получивший название «расчётная толщина стенки». На втором выполняется операция сложения ранее полученного числа с толщиной износа от коррозии.

Таким образом, обобщённую формулу расчёта толщины стенок можно представить в таком виде:

Th – искомый параметр;

CTh – расчётная толщина стенок;

Cw — коррозионный износ.

Для вычисления расчётной толщины стенки трубы в зависимости от давления используется следующая формула:

CTh = Pi × Dнар./230×AS×RWS + P

Pi- внутреннее избыточное давление;

Dнар. – внешний диаметр трубы;

AS – напряжение на разрыв (допустимое);

RWS – коэффициент прочности шва.

Для расчета стенки трубы по давлению (параметр Th) осталось лишь прибавить к CTh значение параметра Cw. Взять его можно из справочника.

Диаметр трубы и давление

Правильность определения сечения труб по важности сопоставима с их выбором по материалу изготовления. При некорректном выполнении расчёта диаметра и давления, в трубе возникнет турбулентность воздуха, присутствующего в ней, а также в потоке воды. С последствиями данного явления многие из нас сталкивались: когда открывается кран, жидкость в ветке водопровода начинает двигаться с повышенным шумом. Но это не самое страшное. Гораздо опаснее то, что на внутренней поверхности трубы формируются известковые отложения в большом количестве.

Помимо этого, не забывайте о зависимости давления от диаметра трубы. Эта корреляция может не лучшим образом повлиять на пропускную способность водопровода. Как проявляется данный фактор, всем нам тоже знакомо: при откручивании одновременно нескольких кранов в частном доме, не говоря уже о квартире в многоэтажном здании, напор воды заметно падает. Существует две причины подобной неприятности:

падение давления во всей системе;
заниженный диаметр подключенных труб.

Как рассчитать домашний водопровод

На практике давление в системе водоснабжения обычно ассоциируется у рядового обывателя с объёмом поставляемой за единицу времени воды, иными словами с пропускной способностью инженерной коммуникации. Поэтому расчёт бытового водопровода будет рассмотрен именно с этой точки зрения.

За исходные принимаются паспортные данные по расходу воды находящихся в жилье агрегатов и приборов. Общее водопотребление определяется путём их суммирования. Не забываем и о водоразборных кранах. Их расход добавляется к ранее полученной цифре.

После получения численного значения расхода воды в доме, необходимо, принимая во внимание эти данные, приобрести трубу с диаметром, обеспечивающим нужным напором и, соответственно, объемом воды все одновременно работающие водоразборные устройства.

Если планируется подключить водопровод к городской сети, выбор у хозяина отсутствует – он вынужден пользоваться тем, чем располагает. Совсем иначе выглядит ситуация с питающимся от скважины частным домом. Тогда следует приобретать насос, технические характеристики которого обеспечат в водопроводе давление, соответствующее расходам. Выбор производится на основе паспортных данных подобного агрегата.

В заключение необходимо отметить, что если трубы подобраны корректно, а при их монтаже были соблюдены все правила, тогда бесперебойная работа системы водоснабжения будет нормой.

Источник

Подробно о давлении воды в трубах

Водный напор в системе водоснабжения — важнейший показатель качественного выполнения коммунальными службами своих обязанностей. Какой он должен быть и каков он на самом деле?

В чем измеряется и как его проверить самостоятельно? На эти и некоторые другие вопросы постараемся дать ответы, — это поможет лучше контролировать благополучие своей квартиры и улучшить ее комфорт.

Что это такое?

Чтобы водопровод исправно функционировал, службы водоканала постоянно поддерживают в нем определенное давление.

Напор измеряется физической величиной, равной силе воздействия воды на стенки трубопровода.

С помощью него от водоснабжения добиваются такого состояния, при котором он будет полноценно функционировать без риска наступления аварийных ситуаций:

прорыва труб,
запорной арматуры
различного сантехнического оборудования.

Обозначение напора в трубопроводе

Традиционно давление измеряют в Паскалях (Па), однако в сфере водоснабжения приняты и другие условные обозначения, — при этом в разных странах они отличаются:

В России давление принято измерять в кгс/см². 100 кгс/см² тождествено 980,67 Па.
В европейских странах применяют другую условную единицу – бар, который равен 10⁵ Па.
В Англии и США используют обозначение psi, что соответствует 6,87 кПа.

Также давление измеряют в технических атмосферах и миллиметрах ртутного столба.

Соотношение величин разных обозначений приведено в следующей таблице:

Зависимость скорости от напора

В водоснабжении существует одна весьма важна взаимосвязь – зависимость давления от скорости воды в трубопроводе. Данное свойство подробно описано в физическом законе Бернулли. Подробно рассматривать его мы не будем, но укажем лишь на его суть — при увеличении скорости течения воды её давление в трубе снижается.

Так вышло, что не все сантехнические приборы рассчитаны на эксплуатацию при высоком напоре, в большинстве случаев они ограничены 5-6 атмосферами, — иначе повышенных износ и преждевременный выход из строя.

В центральных магистралях этот показатель значительно выше – может достигать 15 атмосфер, а потому для его снижения при подключении внутренних систем используют трубы меньшего диаметра.

Какая мощность в системе ГВС и ХВС?

Давление воды в многоэтажных домах, подключенных к центральной водопроводной сети, не постоянно.

Оно зависит от таких факторов, как этажность дома или время года, — так в летний сезон, особенно в многоэтажных домах становиться особо ощутима нехватка холодной воды, которая в это время идет на полив придомовых или приусадебных участков.

Муниципальные службы на практике стараются держать уровень на средних показателях в 3-4 атмосферы, правда, не всегда успешно. Минимальные показатели, при котором трубопровод дома может функционировать (и для ХВС, и для ГВС), составляют 0.3 бара на один этаж.

Объясняется это просто – холодная вода используется активней, поскольку нужна для функционирования канализации. Поэтому максимальные показатели для ХВС будут 6 атмосфер, а для ГВС – 4.5 атмосферы.

Какие показатели считаются нормой (по ГОСТу, СНиП)?

Водоснабжение регулируется следующими нормативным актами:

В соответствии с этими документами свободный напор в водопроводной сети на вводе в здание напрямую зависит от его этажности, — для одноэтажных построек этот показатель приравнивается к 1 атмосфере, что соответствует 10-ти метрам водонапора.

В многоэтажных домах это значение увеличивается на 4 метра на каждый этаж здания. В ночное время входящее давление может быть снижено до отметки в 3 метра.

Давление холодной воды должно находиться в пределах от 0.3 до 6 атмосфер, горячей – от 0.3 до 4,5.

Как узнать мощность: пошаговая инструкция

Наиболее точным способом определить давление водопровода может стать встроенный манометр, — его устанавливают на входе во внутреннюю сеть сразу после запорной арматуры с фильтром.

Если такое оборудование не установлено, то можно изготовить переносной его аналог самостоятельно.

Для того понадобится:

манометр до 6 атмосфер;
резьбовой удлинитель;
переходник (при необходимости);
фумлента;
разводной ключ.

Порядок работ:

К манометру присоединяют резьбовой удлинитель, на который крепят переходник (при необходимости). Для точности производимых измерений с помощью фумленты достигают герметичности соединений.
От с шланга душа отсоединяют лейку и прикручивают подготовленный ранее манометр, — соединение герметизируют фумлентой.
Полностью открывают кран-буксу душа и снимают показания с манометра.

Этот способ является наиболее точным, однако если требуется срочно узнать давление, а манометра под рукой нет, то можно применить другой, правда, менее точный метод: определение давления по расходу воды.

Порядок проведения измерений:

3-литровую емкость подставляют под предварительно открытый на полную мощность кран.
Одновременно с этим засекают время на секундомере и фиксируют: за сколько наполнится емкость.
Полученное время сверяют с табличными данными и устанавливают давление.

Таблица: зависимость давления от расхода воды:

В видео наглядно показано, как можно измерить давление воды самостоятельно:

Как посчитать потерю?

Потеря давления в водопроводной сети происходит по следующим причинам (засоры и ржавчина труб не рассматриваются):

Сопротивление трубы на прямых участках.
Местное сопротивление (изгибы, клапана и т.п.).

Для удобства подсчетов существуют онлайн-калькуляторы, которые в считанные секунды позволяют выяснить уровень падения давления в трубопроводе. Также для решения этой задачи можно воспользоваться специальными табличными данными.

Расчет на прямых участках

Для расчета потерь нужно выяснить:

расход воды;
материал трубопровода, его диаметр и длину.

Выбрав нужное значение в таблице и выяснить величину снижения давления.

Табличные данные для полипропиленовых труб, — для металлических труб в вычисления нужно добавить поправочный коэффициент 1,5. Если длина трубы меньше 100 метров, то результат умножается на коэффициент длины. Так для металлической трубы с диаметром 50 мм, длиной 35 метров и расходом воды в 6.0 м³/ч получится следующий результат: 1,6*0,35*1,5=0,84 мвс.

На местах

Также потери происходят на поворотах и изгибах трубопровода, а также в местах нахождения запорной арматуры и фильтров.

Для расчетов существует специальная таблица, чтобы ей воспользоваться нужно узнать скорость потока воды в трубе, — вычисляется это следующим образом: расход нужно разделить на площадь сечения трубы.

Как заглушить трубу с водой под давлением?

Поставить заглушку на трубу – дело не хитрое, если делать это без напора.

Но когда воду нельзя перекрыть, то многие подумают, что сделать это невозможно. Однако это не так.

Обычную заглушку поставить не получится, так как сильный напор не даст возможность даже наживить её на резьбу.

Но если воспользоваться вместо неё обычным водопроводным краном, то всё получится.

Метод заключается в том, чтобы кран, который будет заглушать трубу, перевести в открытый режим, — вода будет проходить сквозь него и тем самым даст возможность его наживить на резьбу трубы. Как только кран-заглушка будет наживлен и закручен на несколько витков, его можно перекрывать.

Перед работами нужно убедиться в том, что ничто не помешает выполнению работ, а также подготовить емкость для набора воды, тряпочную ветошь для уборки (чтоб не протопить соседей).

Этим методом можно воспользоваться даже в случае, если заглушаемая труба будет без резьбы, — тогда на кран-заглушку нужно надеть гибкий шланг, который бы налезал на трубу.

Кран, как и в первом случае, нужно полностью открыть, а шланг одевать на трубу — крепить его нужно на один-два хомута. После этого можно окончательно перекрывать воду.

Заключение

В многоэтажных домах существует проблема не только с пониженным, но и с избыточным давлением, — это случается с квартирами на первых этажах дома, например, когда система не зонирована или при разовом нарушении режима водоснабжения коммунальными службами.

Поэтому навык самостоятельного замера мощности в водопроводе квартиры приобретает особую ценность, поскольку позволяет своевременно выявить превышение давления и дать знать службам водоканала соответствующий сигнал, что предотвратит аварийную ситуацию и преждевременный выход сантехнического оборудования.