Как рассчитать диаметр трубы

Как рассчитать диаметр трубы

В этой статье я расскажу вам о том, как профессионально посчитать диаметр трубы. Будут указаны полезные формулы. Вы узнаете какой диаметр трубы вам нужен для водопроводных труб. Также очень важно не путать, расчет подбора диаметра трубы для водоснабжения, от расчета для отопления. Так как для отопления бывает достаточно низкого потока движения воды. Формула расчета диаметра труб кардинально отличаются, так как для водоснабжения необходимы большие скорости потока воды.

О том, как рассчитать диаметр трубы для отопления описано тут: Расчет диаметра трубы для отопления

Что касается таблиц для расчета диаметра трубы, то об этом будет рассказано в других статьях. Скажу лишь то, что данная статья вам поможет найти диаметр труб без таблиц, по специальным формулам. А таблицы придуманы просто, упростить процесс вычисления. К тому же в этой статье Вы поймете, из чего складывается весь результат необходимого диаметра.

Чтобы получить расчет диаметра трубы для водоснабжения, необходимо иметь готовые цифры:

– Расход потребления воды.
– И потери напора от точки А до точки Б, пути трубопровода до точки потребления.

Что касается расхода потребления воды , то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт. Возьмем к примеру смеситель в ванной. Я опытным путем проверил, что для комфортного потока воды на выходе примерно равно: 0,25 литров в секунду. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору диаметра для водного потока.

Есть еще одна не маловажная цифра. В квартирах это обычно стандарт. У нас в стояках для водоснабжения примерно стоит давление напора: Около 1,0 до 6,0 Атмосфер. В среднем это 1,5-3,0 атмосфер. Это зависит от этажности многоквартирного дома. В многоэтажных домах свыше 20 этажей, стояки могут быть разделены по этажности, чтобы не перегружать нижние этажи.

А теперь давайте приступим к алгоритму расчета необходимого диаметра трубы для водоснабжения. В этом алгоритме есть неприятная особенность, это то, что нужно делать расчет циклично подставляя в формулу диаметр и проверяя результат. Так как в формуле потерь напора существует квадратичная особенность и в зависимости от диаметра трубы резко изменяется результат потерь напора. Я думаю, больше трех циклов нам не придется делать. Также еще зависит от материала трубопровода. И так приступим!

  • Труба металлопластиковая диаметром 16мм., это значит, внутренний диаметр будет равен 12мм., так как толщина самой трубы 2мм.
  • На стояках напор в 2 атмосфера, это примерно 2 бара.
  • Расход нам нужен 0,25 литров в секунду.
  • Возьмем примерно трубу длиной 10 метров.
  • Вот некоторые формулы, которые помогут найти скорость потока:

    S-Площадь сечения м 2
    π-3,14-константа – отношение длины окружности к ее диаметру.
    r-Радиус окружности, равный половине диаметра
    Q-расход воды м 3 /с
    D-Внутренний диаметр трубы

    0,25л/с=0,00025м 3 /с

    V=(4*Q)/(π*D 2 )=(4*0,00025)/π*0,012 2 =2,212 м/с

    Далее находим число Рейнольдса по формуле:

    ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

    Δэ=0,005мм=0,000005м. Взято из таблици, для металлопластиковой трубы.

    Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

    У меня подпадает в первую область и я принимаю для расчета формулу Блазиуса.

    λ=0,3164/Re 0,25 =0,3164/22882 0,25 =0,0257

    Далее используем формулу для нахождения потерь напора:

    h-потеря напора сдесь она измеряется в метрах.
    λ-коеффициент гидравлического трения.
    L-длина трубопровода измеряется в метрах.
    D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах.
    V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2

    h=λ*(L*V 2 )/(D*2*g)=0,0257*(10*2,212 2 )/(0,012*2*9,81)=5,341 м.

    И так: На входе у нас 2 атмосферы, что равно 20 метрам напора.

    Если полученый результат 5,341 метров меньше входного напора, то результат нас удовлетворяет и диаметр трубы с внутренни диаметром 12мм подходит!

    Если нет то необходимо увеличивать диаметр трубы.

    Но имейти ввиду, если в расчет брать трубу, которая из подвала идет по стоякам к вам на пятый этаж, то результат возможно будет не удовлетворительным. А если у вас саседи будут отбирать поток воды, то и соответственно входной напор может уменьшится. Так что имейти ввиду про запас в два три раза уже хорошо. В нашем случае запас в четыре раза больше.

    Давайте попробуем так ради эксперимента. У нас в трубе 10 метров в пути, имеются четыре угольника (колена). Это гидравлические сопротивления и они называются местными гидравлическими сопротивлениями. Для колена в 90 градусов имеется формула расчета:

    h-потеря напора сдесь она измеряется в метрах.
    ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
    V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

    h=ζ*(V 2 )/2*9,81=0,249 м.

    Так как у нас 4 угольника, то полученый результат умножаем на 4 и получаем 0,996 м. Почти еще один метр.

    Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

    D=100 мм = 0,1м
    L=376м
    Геометрическая высота=17м
    Отводов 21 шт
    Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)
    Максимальный расход=90м 3 /ч
    Температура воды 16°С.
    Труба стальная железная

    Найти максимальный расход = ?

    Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

    В нашем случае будет такой график:

    Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

    По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).

    Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

    Поэтому решаем задачу ступенчато.

    Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.

    Находим скорость движения воды

    Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.

    V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

    Находим число рейнольдса

    ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

    Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

    Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

    У меня попадает на вторую область при условии

    10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216

    Далее завершаем формулой:

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

    Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

    Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час

    Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.

    V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

    Отмечаем на графике:

    Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

    Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

    Для проверки проверим:

    Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

    V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

    Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.

    А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

    Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

    h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
    ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
    V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

    ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

    Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

    Скорость 1,91 м/с

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.

    Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

    Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

    Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

    При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

    При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

    Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

    Отмечаем на графике:

    Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч

    Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

    V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

    Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

    Рисуем на графике:

    Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.

    Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

    Как рассчитать параметры труб

    При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал — для создания каркаса различных построек, опор для навесов и т.д. При определении параметров систем и сооружений необходимо высчитать разные характеристики ее составляющих. В данном случае сам процесс называют расчет трубы, а включает он в себя как измерения, так и вычисления.

    Для чего нужны расчеты параметров труб

    В современном строительстве используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже довольно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластк, гофрированная нержавейка. Они хороши тем, что имеют не такую большую массу, как стальные аналоги. Тем не менее, при транспортировке полимерных изделий в больших объемах знать их массу желательно — чтобы понять, какая машина нужна. Вес металлических труб еще важнее — доставку считают по тоннажу. Так что этот параметр желательно контролировать.

    То, что нельзя измерить, можно рассчитать

    Знать площадь наружной поверхности трубы надо для закупки краски и теплоизоляционных материалов. Красят только стальные изделия, ведь они подвержены коррозии в отличие от полимерных. Вот и приходится защищать поверхность от воздействия агрессивных сред. Используют их чаще для строительства заборов, каркасов для хозпостроек (гаражей, сараев, беседок, бытовок), так что условия эксплуатации — тяжелы, защита необходима, потому все каркасы требуют окраски. Вот тут и потребуется площадь окрашиваемой поверхности — наружная площадь трубы.

    При сооружении системы водоснабжения частного дома или дачи, трубы прокладывают от источника воды (колодца или скважины) до дома — под землей. И все равно, чтобы они не замерзли, требуется утепление. Рассчитать количество утеплителя можно зная площадь наружной поверхности трубопровода. Только в этом случае надо брать материал с солидным запасом — стыки должны перекрываться с солидным запасом.

    Сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — сможет ли данное изделие провести требуемое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто нужен при выборе диаметра труб для отопления и водопровода, расчета производительности насоса и т.д.

    Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус

    Трубы — специфический продукт. Они имеют внутренний и наружный диаметр, так как стенка у них толстая, ее толщина зависит от типа трубы и материала из которого она изготовлена. В технических характеристиках чаще указывают наружный диаметр и толщину стенки.

    Внутренний и наружный диаметр трубы, толщина стенки

    Имея эти два значения, легко высчитать внутренний диаметр — от наружного отнять удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Если у вас наружный диаметр 32 мм, толщина стенки 3 мм, то внутренний диаметр будет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.

    Если же наоборот, имеется внутренний диаметр и толщина стенки, а нужен наружный — к имеющемуся значению добавляем удвоенную толщину стеки.

    С радиусами (обозначаются буквой R) еще проще — это половина от диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто 32 делим на два, получаем 16 мм.

    Измерения штангенциркулем более точные

    Что делать, если технических данных трубы нет? Измерять. Если особая точность не нужна, подойдет и обычная линейка, для более точных измерений лучше использовать штангенциркуль.

    Расчет площади поверхности трубы

    Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

    Формула расчета боковой поверхности трубы

    Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

    Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.

    Расчет веса

    С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

    Таблица веса круглых стальных труб

    В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

    Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения

    Как высчитать площадь поперечного сечения

    Формула нахождения площади сечения круглой трубы

    Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R 2 . Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.

    Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см 2 , подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см 2 = 40,5 см 2 .

    Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм 2 или 20 см 2 или 0,002 м 2 .

    Как рассчитать объем воды в трубопроводе

    При организации системы отопления бывает нужен такой параметр, как объем воды, которая поместится в трубе. Это необходимо при расчете количества теплоносителя в системе. Для данного случая нужна формула объема цилиндра.

    Формула расчета объема воды в трубе

    Тут есть два пути: сначала высчитать площадь сечения (описано выше) и ее умножить на длину трубопровода. Если считать все по формуле, нужен будет внутренний радиус и общая длинна трубопровода. Рассчитаем сколько воды поместится в системе из 32 миллиметровых труб длиной 30 метров.

    Сначала переведем миллиметры в метры: 32 мм = 0,032 м, находим радиус (делим пополам) — 0,016 м. Подставляем в формулу V = 3,14 * 0,016 2 * 30 м = 0,0241 м 3 . Получилось = чуть больше двух сотых кубометра. Но мы привыкли объем системы измерять литрами. Чтобы кубометры перевести в литры, надо умножить полученную цифру на 1000. Получается 24,1 литра.

    Расчет диаметра труб отопления: формулы и примеры

    Как выполняется расчет диаметров трубопроводов отопления при известной мощности котла? Как подсчитать минимальный диаметр для отдельного участка контура? В данной статье нам предстоит познакомиться с формулами, применяемыми при вычислениях, и сопроводить знакомство примерами расчетов.

    Для чего это необходимо

    А в действительности – для чего нужен расчет диаметров труб отопления? Из-за чего просто-напросто не взять трубы заведомо избыточного размера? Так как тем самым мы обезопасим себя от чрезмерно медленной циркуляции в контуре.

    Увы, у для того чтобы подхода имеется пара больших недочётов.

    • Материалоемкость и цена погонного метра растет пропорционально квадрату диаметра. Затраты будут далеко не копеечными.

    Увидьте: для сохранения того же рабочего давления при повышении диаметра трубы приходится увеличивать толщину стенок, что дополнительно увеличивает материалоемкость.

    • Что не менее важно, увеличившийся диаметр трубопровода свидетельствует повышение количество теплоносителя и выросшую тепловую инерционность системы. Она будет продолжительнее прогреваться и продолжительнее остывать, что не всегда нужно.
    • Наконец, при открытой прокладке толстых труб отопления они не очень-то украсят помещение, а при скрытой – увеличат глубину штроб в стенках либо толщину стяжки на полу.

    Формулы

    Потому, что мы с вами, глубокоуважаемый читатель, не посягаем на получение диплома инженера-теплотехника, не начнём лезть в дебри.

    Упрощенный расчет диаметра трубопровода отопления выполняется по формуле D=354*(0,86*Q/Dt)/v, в которой:

    • D – искомое значение диаметра в сантиметрах.
    • Q – тепловая нагрузка на соответствующий участок контура.
    • Dt – дельта температур между подающим и обратным трубопроводами. В обычной автономной системе она равна приблизительно 20 градусам.
    • v – скорость потока теплоносителя в трубах.

    Похоже, для продолжения нам не достаточно кое-каких данных.

    Дабы выполнить расчет диаметра труб для отопления, нам необходимо:

    1. Узнать, с какой большой скоростью может двигаться теплоноситель.
    2. Обучиться рассчитывать тепловую мощность всей системы и ее отдельных участков.

    Скорость теплоносителя

    Она обязана соответствовать паре граничных условий.

    С одной стороны, теплоноситель обязан оборачиваться в контуре приблизительно три раза за час. В другом случае заветная дельта температур заметно увеличится, сделав нагрев радиаторов неравномерным. Помимо этого, в сильные холода мы возьмём в полной мере настоящую возможность разморозки самых прохладных участков контура.

    Иначе, избыточно громадная скорость породит гидравлические шумы. Засыпать под шум воды в трубах – наслаждение, скажем так, на любителя.

    Допустимым считается диапазон скоростей потока от 0,6 до 1,5 метров в секунду; наряду с этим в расчетах в большинстве случаев употребляется максимально допустимое значение – 1,5 м/с.

    Тепловая мощность

    Вот схема ее расчета для нормированного теплового сопротивления стен (для центра страны – 3,2 м2*С/Вт).

    • Для частного дома за базовую мощность берутся 60 ватт на кубометр помещения.
    • К ним добавляется 100 ватт на каждое окно и 200 – на каждую дверь.
    • Итог умножается на региональный коэффициент, зависящий от климатической территории:
    Средняя температура январяКоэффициент
    -402,0
    -251,6
    -151,4
    -51
    0,8

    Так, помещение объемом 300 м2 с тремя дверью и окнами в Краснодаре (средняя температура января – +0,6С) потребует (300*60+(3*100+200))*0,8=14800 ватт тепла.

    Для зданий, тепловое сопротивление стен которых существенно отличается от нормированного, употребляется еще одна упрощенная схема: Q=V*Dt*K/860, где:

    • Q – потребность в тепловой мощности в киловаттах.
    • V – количество отапливаемого помещения в кубометрах.
    • Dt – отличие температур между улицей и помещением в пик холодов.

    Полезно: температуру в помещении лучше брать соответствующей санитарным нормам, уличную – среднему минимуму за последние пара лет.

    • К – коэффициент утепления здания. Откуда брать его значения? Инструкция отыщется в очередной таблице.
    Коэффициент утепленияОписание ограждающих конструкций
    0,6 – 0,9Пенопластовая либо минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
    1,-1,9Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
    2 – 2,9Кладка в кирпич, окна в древесных рамах без утепления
    3-4Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

    Откуда брать нагрузку для отдельного участка контура? Она рассчитывается по объему помещения, которое отапливается этим участком, одним из вышеприведенных способов.

    Пример расчета

    Итак, в теории мы знаем, как вычислить диаметр трубы отопления.

    Давайте подтвердим теоретические знания своими руками и практикой выполним расчет для следующих условий:

    • Нам нужно вычислить диаметр розлива в частном доме площадью 100 квадратных метров.
    • Высота потолка в доме – 2,8 метра.
    • Стенки являются кадкой газобетонными блоками марки D600 толщиной 40 см с наружной пенопластовой шубой толщиной 150 мм.

    • Дом находится в Комсомольске-на-Амуре Хабаровского края (средний минимум температуры января – -30,8 С). Внутреннюю температуру примем равной +20 С.

    Сначала вычислим потребность в тепловой мощности.

    Утепление очевидно обеспечит тепловое сопротивление лучше нормированного, что вынудит нас обратиться к второй из приведенных схем расчета.

    1. Внутренний количество дома равен 100*2,8=280 м3.
    2. Дельта температур между домом и улицей в нехорошем для нас случае будет равна 50 градусам.
    3. Коэффициент утепления примем равным 0,7.
    4. Расчетная мощность бытового отопительного котла должна быть не меньше 280*50*0,7/860=11,4 КВт.

    Осталось выполнить фактически расчет диаметра трубы для отопления. Он будет равным 354*(0.86*11,4/50)/1,5=2,4 см, что соответствует металлической ВГП трубе ДУ 25 либо полипропиленовой трубе с внешним диаметром 32 мм.

    Заключение

    Разрешим себе напомнить, что нами приведены предельно упрощенные схемы расчетов. Как неизменно, дополнительную тематическую данные читатель сможет найти в прикрепленном к статье видео. Удач!

    Как рассчитать диаметр трубопровода

    Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?

    Трубопровод и необходимые к нему части

    Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно. Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб. Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.

    Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления

    Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом. При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам. При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.

    Пропускная способность трубы

    Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени. Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев. Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.

    По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.

    Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.

    Таблица 1. Пропускная способность трубы в зависимости от расхода воды и диаметра

    РасходПропускная способность
    Ду трубы15 мм20 мм25 мм32 мм40 мм50 мм65 мм80 мм100 мм
    Па/м – мбар/мменьше 0,15 м/с0,15 м/с0,3 м/с
    90,0 – 0,90017340374516272488471696121494030240
    92,5 – 0,92517640775616522524478897561515630672
    95,0 – 0,95017641476716782560486099001537231104
    97,5 – 0,975180421778169925964932100441555231500
    100,0 – 1,000184425788172426325004101521576831932
    120,0 – 1,200202472871189728985508111961735235100
    140,0 – 1,400220511943205931435976121321879238160
    160,0 – 1,6002345471015221033736408129962016040680
    180,0 – 1,8002525831080235435896804138242142043200
    200,0 – 2,0002666191151248637807200145802264445720
    220,0 – 2,2002816521202261739967560153362376047880
    240,0 – 2,4002886801256274041767920160562487650400
    260,0 – 2,6003067131310285543568244167402592052200
    280,0 – 2,8003177421364297043568566173382692854360
    300,0 – 3,0003317671415307646808892180002790056160

    Факторы влияния на проходимость магистрали:

    1. Давление воды или теплоносителя.
    2. Внутренний диаметр (сечение) трубы.
    3. Общая длина системы.
    4. Материал трубопровода.
    5. Толщина стенок трубы.

    На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.

    Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.

    Расчет диаметра трубы по расходу воды

    Определяем правильно расход воды

    Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:

    где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;

    q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;

    а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.

    На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.

    Вероятность определяется по формуле:

    Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

    где N – число потребителей воды (приборов);

    qhr µ – максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;

    u – количество человек, использующих сантехнику.

    Пример расчета расхода воды:

    В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:

    1. Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
    2. Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
    3. Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
    4. Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.

    Рассчитываем диаметр трубы

    Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:

    где Q – расход воды, м3/с;

    d – диаметр трубопровода, м;

    w – скорость потока, м/с.

    Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:

    Юлия Петриченко, эксперт

    Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.

    Таблица 2. Скорость потока жидкости в трубопроводе в зависимости от ее характеристики

    Перекачиваемая средаОптимальная скорость в трубопроводе, м/с
    ЖИДКОСТИДвижение самотеком:
    Вязкие жидкости0,1-0,5
    Маловязкие жидкости0,5-1
    Перекачиваемые насосом:
    Всасывающий трубопровод0,8-2
    Нагнетательный трубопровод1,5-3
    ГАЗЫЕстественная тяга2-4
    Малое давление (вентиляторы)4-15
    Большое давление (компрессор)15-25
    ПАРЫПерегретые30-50
    Насыщенные пары при давлении
    Более 105 Па15-25
    (1-0,5)*105 Па20-40
    (0,5-0,2)*105 Па40-60
    (0,2-0,05)*105 Па60-75

    Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.

    Тогда диаметр трубопровода определяется:

    для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м

    для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м

    для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м

    Как рассчитать диаметр газовой трубы

    Газопроводная труба рассчитывается несколько иначе, чем водопроводная. Здесь основополагающими значениями являются:

    • скорость и давление газа;
    • длина трубы с потерями давления на фитинги;
    • падение давления в допустимых пределах.

    Расчет диаметра газовой трубы можно провести по формуле:

    где di – внутренний диаметр трубопровода, м;

    V´ – объемный расход сжатого воздуха, м³/с;

    L – длина трубопровода с поправками на фитинги, м;

    Δp – допустимое падение давления, бар;

    pmax – верхнее давление компрессора, бар.

    Таким образом, при выборе диаметра трубы важным параметром является пропускная способность, которая зависит от сечения и внутреннего размера магистрали. Поэтому нужно обязательно соизмерять такие данные, как допустимое давление, толщина стенок, внутренний диаметр трубы, свойства теплоносителя или газа.

    А как вы подбираете размер трубопровода? Расскажите, по каким параметрам вы считали трубы для собственного дома?

    Как выполняется расчет диаметра трубопровода – теория и практика из опыта

    Нередко домашние умельцы принимают решение проложить собственноручно систему теплоснабжения или обустроить водопроводную магистраль в частном домовладении. Для этого непременно выполняют расчет диаметра трубопровода, поскольку от этой величины напрямую зависит пропускная способность конструкции и давление в трубопроводе.

    Что представляет собой диаметр труб

    Этот параметр представляет собой величину отрезка, который проводят через две противоположные точки окружности сечения изделия и ее центр. Диаметр трубной продукции относится к важному размеру трубопроводов разного назначения.

    Когда выполняется определение диаметра трубопровода, учитывают ряд основных размеров, среди которых:

    1. Внутренний параметр системы. Он считается немаловажной характеристикой для всех элементов водопроводных систем и отопительных конструкций, а также для фасонных частей и фитингов.
    2. Ду – диаметр, означающий условный проход. Он представляет собой номинальный параметр внутреннего просвета конструкции в миллиметрах. Если значение получается дробным, его округляют для целого числа.
    3. Дн – стандартизированное значение диаметра. Этот показатель применяется для трубопроводных систем с целью характеристики присоединяемых арматурный элементов.
    4. Внешний размер продукции.
    5. Толщина стенки изделия.

    Несмотря на то, что многим покупателям трубной продукции известно, что такое труба и элементы магистрали, правильно рассчитать диаметр будущей конструкции умеют единицы. К примеру, продавцы, когда называют размер товара, предоставляют информацию в дюймах. В настоящее время имеются специальные таблицы, которые помогают переводить параметры труб в миллиметры и сантиметры.

    Правила расчета диаметра

    Расчет диаметра магистрали предполагает определение не только величины отрезка, проходящего через центр сечения изделия и соединяющего точки, находящиеся на его окружности. Нужно знать, как рассчитать давление в трубопроводе, с учетом типа среды, перемещаемой по нему, и протяженность конструкции (прочитайте также: “Почему возникает потеря давления в трубопроводе и как этого можно избежать”).

    В результате получается, что при тех же самых используемых деталях параметры для отопительных и водопроводных систем разнятся. Непрофессионалу выполнить расчеты для разных видов трубопроводов будет достаточно непросто.

    Поможет правильно вычислить размеры необходимых элементов, которые используются при монтаже конструкций, объем расхода жидкости или другого вида вещества. Читайте также: “Как рассчитать расход воды по диаметру трубы – теория и практика”.

    Например, можно произвести расчет диаметра трубы по расходу воды из скважины на приусадебном участке, если иметь информацию о максимальной потребности в ней в загородном домовладении. Это требуется для оптимизации проведения буровых работ, поскольку нужно определить минимальную величину обсадной конструкции для водопроводной сети.

    Если в доме планируется пользоваться одним санузлом, а также нужна будет вода для кухни, стиральной машинки, для полива приусадебного участка, тогда в среднем примерная производительность водопроводной сети в час будет составлять 3 кубометра.

    Как правило, при такой степени нагрузки используют трехдюймовые насосы, которые способны подавать в водопроводную или отопительную магистрали определенные объемы жидкости.

    У насоса диаметр 75 сантиметров. Прибор не должен прикасаться к стенам обсадной конструкции, а это означает, что при проведении расчетов следует учитывать наличие пространства между насосом и ее стенками. Поскольку основной диаметр можно узнать на основании наружного периметра, к промежуточному результату следует непременно добавить толщину стен устройства. И только суммировав все значения, получится определить точные параметры.

    Отопительные трубопроводные конструкции

    Чтобы узнать диаметр трубопроводов для отопительных систем, применяется абсолютно другой подход. В этом случае основным определяющим параметром является тепловая нагрузка, оказываемая на каждый из участков теплоснабжающей системы. Когда в помещении имеются потолки стандартной высоты, тогда средний расход тепловой мощности на один «квадрат» площади должен составлять около 100 Вт.

    Все эти значения известны специалистам. Для домашних умельцев имеются специальные таблицы, в которых отражено соотношение для систем любого назначения и перемещаемых сред.

    Проведение расчета для напорных трубопроводов, применяемых в водопроводных и отопительных магистралях, необходимо по ряду причин:

    • чтобы узнать пропускную способность отдельных элементов и всей системы в целом;
    • для снижения начальной величины напора на разных участках коммуникаций и всей конструкции;
    • для определения оптимального диаметра системы при точных значениях пропускной способности и уменьшении напора.

    Когда рассчитывают необходимый расход транспортируемой среды в трубопроводе, принимают во внимание пропорциональное соотношение между его пропускной способностью и величиной сечения трубы (прочитайте: “Как посчитать пропускную способность трубы для разных систем – примеры и правила”).

    Проведение гидравлических расчетов

    Выполнение таких вычислений для труб является необходимым этапом при осуществлении планирования и проектирования систем отопления или водоснабжения для промпредприятия, частного домовладения или населенного пункта. Читайте также: “Как выполнить расчет диаметра трубы для отопления правильно – теория и практика”.

    Для правильного проведения гидравлических расчетов следует учитывать ряд нюансов:

    • минимальный объем веществ, требуемый для каждого конкретного пользователя;
    • место нахождения источника транспортируемой среды и конечного потребителя;
    • имеющиеся в распоряжении схемы проектируемой конструкции водо- и теплоснабжения с указанием используемых элементов и материалов их изготовления;
    • величину максимального давления в магистрали;
    • протяженность всей системы и виды сопротивлений в различных местах трубопровода;
    • таблицы с указанием соотношения материалов, единиц измерений и прочего;
    • эквивалентный материал, из которого сделана внутренняя поверхность трубной продукции.

    Среди задач, которым требуются сложнейшие гидравлические расчеты, значатся такие:

    • протяженность участка магистрали, который обеспечивает доставку веществ в каждый конечный пункт;
    • величина давления в конструкции;
    • определение расхода в водопроводных или теплоснабжающих системах.

    Существует простая формула расчета диаметра трубы, воспользоваться которой может каждый владелец недвижимости, без участия профессионалов:

    d – внутренний диаметр;

    Q – корень квадратный;

    W – тепловые потоки, выраженные в кВт;

    Z – скорость теплоносителей в секундах/метрах;

    nG – разности температур среды в градусах.

    Остается только подставить индивидуальные данные при проектировании простого варианта магистрали. Другие примеры гидравлического расчета трубопровода можно найти в специальной литературе.

    Но следует отметить, что проектирование больших по протяженности и сложных отопительных или водоснабжающих систем требует наличия профессиональных знаний, поэтому расчеты лучше доверить специалистам. Только они смогут грамотно и правильно рассчитать параметры трубопровода, который способен будет прослужить без серьезных проблем на протяжении длительного периода.

    Квалифицированные инженеры при проектировании используют специальные программы, которые по известным параметрам подсчитывают и выдают окончательные результаты.


    Как рассчитать параметры труб

    При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал — для создания каркаса различных построек, опор для навесов и т.д. При определении параметров систем и сооружений необходимо высчитать разные характеристики ее составляющих. В данном случае сам процесс называют расчет трубы, а включает он в себя как измерения, так и вычисления.

    Для чего нужны расчеты параметров труб

    В современном строительстве используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже довольно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластк, гофрированная нержавейка. Они хороши тем, что имеют не такую большую массу, как стальные аналоги. Тем не менее, при транспортировке полимерных изделий в больших объемах знать их массу желательно — чтобы понять, какая машина нужна. Вес металлических труб еще важнее — доставку считают по тоннажу. Так что этот параметр желательно контролировать.

    То, что нельзя измерить, можно рассчитать

    Знать площадь наружной поверхности трубы надо для закупки краски и теплоизоляционных материалов. Красят только стальные изделия, ведь они подвержены коррозии в отличие от полимерных. Вот и приходится защищать поверхность от воздействия агрессивных сред. Используют их чаще для строительства заборов, каркасов для хозпостроек (гаражей, сараев, беседок, бытовок), так что условия эксплуатации — тяжелы, защита необходима, потому все каркасы требуют окраски. Вот тут и потребуется площадь окрашиваемой поверхности — наружная площадь трубы.

    При сооружении системы водоснабжения частного дома или дачи, трубы прокладывают от источника воды (колодца или скважины) до дома — под землей. И все равно, чтобы они не замерзли, требуется утепление. Рассчитать количество утеплителя можно зная площадь наружной поверхности трубопровода. Только в этом случае надо брать материал с солидным запасом — стыки должны перекрываться с солидным запасом.

    Сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — сможет ли данное изделие провести требуемое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто нужен при выборе диаметра труб для отопления и водопровода, расчета производительности насоса и т.д.

    Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус

    Трубы — специфический продукт. Они имеют внутренний и наружный диаметр, так как стенка у них толстая, ее толщина зависит от типа трубы и материала из которого она изготовлена. В технических характеристиках чаще указывают наружный диаметр и толщину стенки.

    Внутренний и наружный диаметр трубы, толщина стенки

    Имея эти два значения, легко высчитать внутренний диаметр — от наружного отнять удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Если у вас наружный диаметр 32 мм, толщина стенки 3 мм, то внутренний диаметр будет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.

    Если же наоборот, имеется внутренний диаметр и толщина стенки, а нужен наружный — к имеющемуся значению добавляем удвоенную толщину стеки.

    С радиусами (обозначаются буквой R) еще проще — это половина от диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто 32 делим на два, получаем 16 мм.

    Измерения штангенциркулем более точные

    Что делать, если технических данных трубы нет? Измерять. Если особая точность не нужна, подойдет и обычная линейка, для более точных измерений лучше использовать штангенциркуль.

    Расчет площади поверхности трубы

    Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

    Формула расчета боковой поверхности трубы

    Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

    Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.

    Расчет веса

    С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

    Таблица веса круглых стальных труб

    В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

    Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения

    Как высчитать площадь поперечного сечения

    Формула нахождения площади сечения круглой трубы

    Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R2. Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.

    Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см2, подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см2 = 40,5 см2.

    Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.

    Как рассчитать объем воды в трубопроводе

    При организации системы отопления бывает нужен такой параметр, как объем воды, которая поместится в трубе. Это необходимо при расчете количества теплоносителя в системе. Для данного случая нужна формула объема цилиндра.

    Формула расчета объема воды в трубе

    Тут есть два пути: сначала высчитать площадь сечения (описано выше) и ее умножить на длину трубопровода. Если считать все по формуле, нужен будет внутренний радиус и общая длинна трубопровода. Рассчитаем сколько воды поместится в системе из 32 миллиметровых труб длиной 30 метров.

    Сначала переведем миллиметры в метры: 32 мм = 0,032 м, находим радиус (делим пополам) — 0,016 м. Подставляем в формулу V = 3,14 * 0,0162 * 30 м = 0,0241 м3. Получилось = чуть больше двух сотых кубометра. Но мы привыкли объем системы измерять литрами. Чтобы кубометры перевести в литры, надо умножить полученную цифру на 1000. Получается 24,1 литра.

    Читайте также:  Как установить теплосчетчик в квартире
    Ссылка на основную публикацию