в чем измеряется, какое должно быть давление воды в трубопроводе квартиры, как рассчитать
Содержание:
Давление воды в водопроводе
Гидроаккумуляторы и расширительные баки
Разновидности расширительных баков водоснабжения
Устройство гидроаккумуляторов
Расчет давления воды в трубах
Эксплуатация труб водоснабжения
Гидравлические удары в трубах водоснабжения
Система водоснабжения выходит из строя по трем основным причинам – воздействие коррозии, наслоение различных отложений или слишком высокое внутреннее давление. Фактор коррозии в свете последних тенденций можно не рассматривать, поскольку в частном строительстве на сегодняшний день используются преимущественно полимерные изделия, не поддающиеся коррозионному воздействию. Остается лишь две причины, из-за которых водопровод может выйти из строя.
Одной из этих причин является высокое давление в трубах водоснабжения. При покупке труб нужно обязательно изучить приложенную к ним документацию, чтобы знать, при каком рабочем уровне давления их можно эксплуатировать.
Давление воды в водопроводе
Систему водоснабжения можно прокладывать так и самостоятельно, так и при помощи специалистов. Большинство фирм, занимающихся строительством, предлагают свои услуги по монтажу водопровода. Прежде чем согласиться на такой вариант, стоит узнать, насколько качественно были выполнены предыдущие работы этих специалистов.
В любом случае кто бы ни занимался прокладкой водоснабжения, результат в итоге должен получиться одинаковым – а для этого нужно знать, какое давление должно быть в трубах водоснабжения. Среднее давление, необходимое для работы водопроводных кранов, составляет 0,5 бар. Разумеется, эта величина может слегка варьироваться в зависимости от различных факторов – например, тип трубопровода и материал изготовления труб сильно влияют на давление в системе.
Чтобы система водоснабжения могла нормально функционировать, перед ее обустройством нужно разобраться в принципах ее работы и требованиях, предъявляемых к данному виду систем.
Кроме того, нужно точно знать, в чем измеряется давление воды в трубах и как проводить расчет водопроводной системы.
Кроме того, нужно точно знать, в чем измеряется давление воды в трубах и как проводить расчет водопроводной системы.
Гидроаккумуляторы и расширительные баки
Проектируя частный дом или жилье на загородном участке, нужно учитывать массу систем помимо водоснабжения. Например, обязательно потребуется система отведения стоков, водопровод с горячей водой, система пожаротушения и прочие. Кроме того, на загородных участках зачастую прокладывается отдельная ветка водопровода, позволяющая поливать сад и огород. О необходимости установки отопления можно вообще не говорить – без нее комфортная жизнь в доме попросту невозможна.
Для функционирования водоснабжения, пожаротушения и фильтрационной системы требуются гидроаккумуляторы, а для остальных систем необходимы расширительные баки. В местах забора воды и на выходе разогретой воды из отопительного оборудования также требуются расширительные баки, которые смогут компенсировать возникающие в системах гидроудары.
Расширительный бак, подключенный к водопроводу с горячей водой, выполняет функцию предохранителя – лишнее давление будет стравливаться именно в него, защищая систему от повреждений. Система пожаротушения использует гидроаккумулятор, да и цель другая – в нем содержится резервная вода, необходимая для тушения пожара. Стандартные бытовые гидроаккумуляторы выдерживают давление до 6 бар.
Особняком стоит отопительная система частного дома. Теплоноситель, находящийся в трубах, проходит путь от выхода из котла до входа через обратный контур. Находясь в котле, теплоноситель разогревается, увеличиваясь в объеме. Как правило, в качестве теплоносителя используется вода, которая при разогреве до рабочей температуры увеличивается в объеме более чем на 3%.
Тепловое расширение жидкости обязательно приведет к повреждению трубопровода, вплоть до полной потери им работоспособности. Чтобы этого не произошло, а также чтобы не возникало падение давления в трубопроводе, систему необходимо дополнительно оснащать расширительным баком, который компенсирует увеличившийся объем теплоносителя.
Разновидности расширительных баков водоснабжения
Совет: Используйте наши строительные калькуляторы онлайн, и вы выполните расчеты строительных материалов или конструкций быстро и точно.
Существует два вида расширительных баков:
- Открытые. При использовании таких баков получается открытая отопительная система, работающая в условиях низкого давления. Соединение с атмосферой позволяет теплоносителю свободно выходить из системы и повышает влияние коррозии на металлический трубопровод. Открытые расширительные баки крайне не рекомендуется использовать в отопительных системах.
- Закрытые. Данный вид расширительного бака, в отличие от предыдущего, можно подключать к трубопроводу в любом месте, поэтому его не нужно утеплять. Все остальные недостатки устройств открытого типа в данном случае неактуальны, поэтому закрытые устройства используются практически повсеместно.
Расширительные баки, подключенные к водоснабжению, обеспечивают конструкции надежную защиту от гидроудара, обычно возникающего в результате аварийного отключения насоса или при резком открытии водозаборного крана. Такая динамическая нагрузка может в несколько раз превысить обычное давление, стабильно находящееся в системе.
Классификация гидроаккумуляторов выглядит точно так же – есть открытые и закрытые устройства. Отрицательные качества открытых баков свойственны и открытым гидроаккумуляторам. Сами по себе гидроаккумуляторы, как следует из их названия, содержат в себе запас жидкости, которую при необходимости можно запустить в систему.
Устройство гидроаккумуляторов
Главным рабочим элементом любого гидроаккумулятора является мембрана, а само устройство работает по следующему принципу:
- В мембранной камере бака находится воздух, который при запуске насоса во время заполнения камеры водой уменьшается в объеме, то есть его давление увеличивается;
- Созданное давление передается на реле, обеспечивающее запуск и отключение насоса;
- Когда давление в системе становится избыточным, реле отключает насос, тем самым останавливая процесс повышения давления;
- Вода в трубопроводе водоснабжения постепенно забирается, и давление стабилизируется, в результате чего реле автоматически запускает насос;
- Нарушение герметичности трубопровода и сопутствующее ему постоянное снижение давление не позволит реле запустить насос заново, а при слишком высоком давлении насос будет отключаться.
При выборе гидроаккумулятора нужно отталкиваться в первую очередь от его объема. Дело в том, что этот показатель напрямую влияет на долговечность устройства – чем чаще приходится срабатывать мембране, тем раньше гидроаккумулятор выйдет из строя. Читайте также: «Правильное подключение гидроаккумулятора к системе водоснабжения – инструкция по установке».
Как показывает практика, для водопровода, к которому подключено три водозаборных точки, вполне хватает одного гидроаккумулятора объемом 24 л, а для всех остальных случаев подойдет 50-литровый бак. Впрочем, лучше всего перед выбором бака рассчитать его объем, который зависит от количества сантехнических устройств, потребляющих воду. Читайте также: «Почему гудят водопроводные трубы – причины и способы устранения шума».
Расчет давления воды в трубах
Для расчета водопровода нужно знать, в чем измеряется давление воды в трубопроводе и какие используются обозначения.
Максимальное и минимальное значение давления в баке обозначаются как Pmax и Pmin. Разность между этими величинами всегда имеет прямую зависимость от объема воды, которая поступает в систему из гидроаккумулятора. Высокое значение разности двух давлений говорит о том, что КПД бака достаточно высок, но при этом слишком большая разность создает вероятность прорыва мембраны.
Расчет максимального и минимального давления в трубах водоснабжения осуществляется в соответствии со следующими правилами:
- Усилие в мембранной камере должно быть достаточным для подъема воды на максимальную высоту расположения труб в здании. Например, для системы высотой 10 м требуется давление, равное 1 бар. Чтобы насос запускался, к расчетной величине Pmin нужно прибавлять 0,2 бар, то есть в результате минимальное давление будет равняться 1,2 бар.
- Чтобы достичь нормального водозабора, нужно измерить расстояние между расположением верхней водозаборной точки и гидроаккумулятором. С учетом перепада давления в кранах, который должен составлять не менее 0,5 бар, получается, что минимальное давление для системы высотой 10 м составляет 1,5 бар.
- Максимальное давление высчитывается в зависимости от эксплуатационных показателей насоса, гидравлического сопротивления в трубах водоснабжения и стабильности электросети, которая также оказывает влияние на работу насоса.
С учетом перепада давления в кранах, который должен составлять не менее 0,5 бар, получается, что минимальное давление для системы высотой 10 м составляет 1,5 бар.
Такая методика расчета не отличается простотой, но ее можно упростить. Достаточно знать, что разность давления в трубопроводе загородного дома должна находиться в пределах 1-1,2 бар. Если знать это правило, то рассчитать давление в трубопроводах водоснабжения становится очень просто – к минимальному значению прибавляется разность давлений (в рассматриваемом случае итоговое значение максимального давления составляет 2,7 бар).
Специалисты в области прокладки водопроводных сетей советуют при расчете максимального значения давления в системе учитывать мощность насоса, которая должна быть на 30% больше Pmax.
То есть, достаточно подобрать насос, который обеспечит минимальный напор воды.
Чтобы измерить давление в трубах водоснабжения, используется обычный манометр. Измерения лучше всего проводить в динамике, когда вода движется по трубам. Для обеспечения корректности замеров стоит открыть хотя бы два крана до упора.
Если динамическое давление на протяжении суток серьезно меняется, то можно говорить о нарушении работы водопровода. Также нужно знать, что значения, полученные при измерении системы горячего водоснабжения, могут сильно отличаться от показаний водопровода, транспортирующего холодную воду.
Немаловажным является и погрешность устройств, используемых для проведения замеров. Достаточно хорошим является класс прибора 0,6, погрешность которого составляет 0,6%. Впрочем, для бытового использования вполне подойдет устройства класса 1,5.
Эксплуатация труб водоснабжения
Любой водопровод требует качественного и регулярного обслуживания.
Первым делом система проверяется на герметичность. После устранения протечек, если таковые имеются, необходимо измерить давление в системе при помощи манометра. При замерах должно получиться значение, равное Pmin.
Если результат измерений на 10% ниже, чем минимальное расчетное значение давления, то нужно воспользоваться компрессором и увеличить давление до значения, необходимого для запуска насоса. Когда насос выключился, нужно снова измерить давление, но на этот раз его нужно сравнивать с Pmax при той же погрешности. Остается только открыть и закрыть кран, чтобы удостовериться в корректной работе системы водоснабжения.
Гидравлические удары в трубах водоснабжения
Вода, транспортируемая по трубам, имеет определенную инерцию, поэтому при резкой остановке жидкость начинает уплотняться в результате давления, оказываемого той частью воды, которая продолжает движение. В результате появляется сильная ударная волна, направленная в противоположную току воды сторону.
Для разных материалов скорость распространения ударной волны будет отличаться, но эта величина всегда достаточно опасна. Например, в том случае, если насос прекратил подачу воды в расположенный над ним резервуар, вода устремится вниз и тем самым создаст зону повышенного давления.
Эта зона рано или поздно все же достигнет резервуара, но отразится им в сторону насоса, который из-за гидравлического удара может начать работать в обратную сторону. Даже если установить обратный клапан, проблема все равно будет возникать – уплотненная вода все равно ударит в одну из слабых точек системы.
Чтобы такое явление не возникало, необходимо использовать обратный клапан, время срабатывания которого зависит от времени перемещения воды к резервуару и от него. Получится формула вида T = 2L/V, в которой L – расстояние между насосом и резервуаром, а V – скорость движения ударной волны.
Используя эту формулу и известные значения скорости распространения ударной волны, можно нивелировать воздействие гидроударов на систему водоснабжения.
Для уменьшения скорости срабатывания обратных клапанов используются дополнительные клапаны-гасители, за счет которых и обеспечивается защита системы.
Заключение
Правильное давление в трубах водоснабжения – это один из важнейших параметров данной системы, напрямую влияющий на ее эффективность и долговечность. Рассчитывать давление в трубах водоснабжения в квартире и частном доме необходимо, чтобы снизить вероятность повреждения системы и последующего ремонта.
Как увеличить давление воды в водопроводе? Причины низкого давления воды и варианты решения
Довольно часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда вода подведена к дому, но она течет либо слабо, либо не регулярно. И если еще можно набрать запас в мелкие емкости для кухни и личной гигиены, то стиральная или же посудомоечная машина без должного давления в системе просто отказывается работать.
Да и постоянная забота и беспокойство относительно запаса воды может вызывать некоторую нервозность. Почему такие ситуации возникают? Как можно увеличить давление воды в водопроводе?
Причины низкого давления
Относительно причин можно сказать, что здесь есть несколько возможных факторов:
- Вполне возможно, что на линии происходит большой разбор воды. Это обычное явление в летний период, когда частный сектор открывает поливной сезон. Да и в квартирах в это время потребление данного ресурса возрастает.
- Плохой или же неисправный насос на распределительной станции.
- Засорение труб окалиной и прочим мусором.
- Утечки воды через порывы.
- Слабое обеспечение электропитанием той самой станции.
- Несколько вышеперечисленных факторов в совокупности.
Варианты решения проблемы
Если в частном секторе еще можно повлиять на все эти факторы, имея собственную скважину, то жителям многоквартирных домов не так-то и легко преодолевать технические неполадки централизованного водоснабжения.
Единственное, что можно сделать в этом случае – это требовать подачи услуги в надлежащем виде согласно заключенному договору. Или же добиваться прекращения оплаты за несуществующую услугу через суд. При этом желательно действовать всем коллективом, потому как в таком случае больше шансов на победу.
Нормативное давление в водопроводной сети
При измерении давления обычно применяют две единицы, которые чуть отличаются по значениям, однако настолько незначительно, что могут быть приравнены друг к другу.
1 бар равен 1,0197 атмосфер или же 10,19 м водяного столба. Для удобства эти значения округляются до 1 и 10 соответственно.
Если, например, насосу нужно подать воду на 30 м, ему придется обладать мощностью не менее 3 бара, что равняется 3 атмосферам. При этом если глубина колодца до насоса составляет 10 м, то для подъема воды от уровня земли останется запас мощности в 2 бара или же 20 м водяного столба.
Этот расчет важен в тех случаях, когда требуется рассчитать мощность водонапорного оборудования для коттеджей, в которые вода подается из скважин или колодцев.
Однако в ситуации с централизованным водоснабжением мощность, требуемую для доставки воды с глубины брать в расчет не нужно, т.к. она поступает из городской системы.
Также нужно учитывать сопротивление труб, которое нужно воде преодолеть на своем пути к вам.
При всем этом стиральные и посудомоечные машины рассчитаны работать при давлении от 2 атмосфер, и джакузи будет полноценно функционировать уже при 4.
Также нужно продумать, чтобы создаваемое давление было достаточным, чтобы пользоваться одновременно несколькими точками. Например, чтобы в то время, пока вы принимаете душ, кто-то из ваших домочадцев мог перемыть посуду, и чтобы это не отразилось на вашем удовольствии от принятия водных процедур. Этого можно достичь, если будет обеспечен напор, равный, минимум, 1,5 атмосфер во всех точках.
Исследуем ситуацию
Прежде всего, нужно определить, постоянно ли находится вода в системе или нет. Если в системе вода в принципе есть, но наблюдается недостаточное давление, то простое подключение насоса может помочь.
Однако когда вода подается по графику, или же имеются воздушные пробки, то насос просто выйдет из строя. Потому как он все же рассчитан работать в воде. При попадании воздуха внутрь агрегата, у него сальники перегреваются, и он дает утечку.
В этом случае поможет выйти из положения гидроаккумулятор. Чтобы воды действительно хватало, стоит сделать расчеты. За какое время набирается ведро воды? Если этот процесс занимает около 10 минут, то для того, чтобы наполнить полукубовый бак, потребуется где-то 8 часов с половинкой. В общем, за ночь набрать можно. При условии, конечно, что вода все это время будет в системе. Далее нужно определить, сколько воды вашей семье нужно на сутки. Этот показатель очень индивидуален. Потому как одному человеку чтобы помыться нужно ведро воды, а другому литров 200. Объем приобретаемого бака должен быть не меньше суточной потребности в воде.
Как увеличить давление воды в водопроводе? Варианты
1. Насос. Как уже упоминалось выше, одним из вариантов обеспечить дом или квартиру постоянным давлением воды можно путем установки насоса.
При этом нужно учесть тот факт, что это действие позволит вам поднять давление в вашем водопроводе примерно до 1,5 атм. Если вы желаете пользоваться бытовой техникой и джакузи, то этого будет недостаточно. Когда же нужно лишь незначительно поднимать давление, то одного насоса вполне хватит. Насосы подключаются непосредственно перед точками забора. Их работа может регулироваться вручную или же автоматически.
При подключении насоса будьте также внимательны к тому фактору, что повышая уровень давления себе, вы можете опустить этот показатель у соседей.
2. Насосная станция. Когда кроме низкого давления ситуация осложняется еще и тем, что периодически в системе полностью отсутствует вода, устанавливается гидроаккумулятор, позволяющий восполнить недостачу воды в системе. Он представляет собой емкость, вмещающую суточную норму потребления воды для данной семьи.
Естественно, нужно быть готовым к тому, что емкость займет некоторое место. В настоящее время выпускаются баки различных конфигураций.
Это позволяет подобрать гидроаккумулятор нужной емкости такой формы, которая максимально компактно разместится в помещении. В некоторых случаях (при оборудовании коттеджей) их можно размещать на крышах или в подвалах. При достаточно крупных габаритах они с целью экономии места могут быть зарыты в землю.
Этот вариант хорош тем, что имея комфортную работу водопроводной системы у себя в квартире, вы не портите жизнь своим соседям. Вода наполняет бак, а насосная станция обеспечивает постоянным давлением воды водораспределительные точки в квартире.
Также стоит отметить то, что эти агрегаты снабжаются автоматической регулировкой подачи воды. Это значит, что система сама определяет момент, когда требуется подзарядка гидроаккумулятора. Также в случае, когда вода поступает из городской сети, а емкость наполнена, насос не включается. Когда же уровень воды падает, включается подпитывающий насос, подающий воду под нужным давлением к точке подключения.
Оборудование: насосы для увеличения давление воды в водопровод
Производителей, выпускающих насосы, повышающие давление воды, достаточно много.
Самые ходовые модели и их характеристики приведены в следующей таблице:
Модель | Производительность, м2/ч | Максимальный напор, м | Мощность, Вт |
| CL15GRS-10 ТAIFU | 1,1 | 10 | 90 |
| CL15GRS-15 | 1,5 | 15 | 120 |
| UPA 15-90 | 1,8 | 9 | 118 |
При ручном режиме агрегат включен постоянно. А в автоматическом режиме устройство управляется датчиком протока, который выключает насос при прекращении разбора воды и включает, когда создается небольшой водный поток, примерно 90 – 120 л/ч.
От типа насоса зависит и способ охлаждения корпуса устройства. Например, фирма TAIFU обеспечивает охлаждение при помощи крыльчатки электродвигателя или же благодаря перекачиваемой жидкости. А в продукции Grundfos охлаждение обеспечивается лишь перекачиваемой жидкостью. При последнем способе работа агрегата практически бесшумная. Изготовители, выпускающие агрегаты, удовлетворяющие европейским стандартам, производят насосы, которые работают бесшумно или же с предельно низким уровнем шума.
Насосы TAIFU могут обеспечивать совместную работу, как в системе горячего, так и холодного водоснабжения. Они универсальны. Чего нельзя сказать о Grundfos, работающих лишь раздельно.
В любом случае, вопрос о должном водоснабжении остается открытым для многих регионов нашей необъятной Родины. А поскольку спасение утопающих всегда в руках того же самого утопающего, то и принимать меры нужно с учетом всех особенностей данной ситуации.
Кстати, очень полезным будет проконсультироваться перед приобретением насоса или станции, с квалифицированным специалистом, который имеет большой опыт работы.
Желательно, чтобы установка также производилась мастером своего дела с учетом всех гарантийных требований.
А напоследок мы желаем вам комфорта и уюта в доме, и чтобы вода, равно как и финансы, в вашем водопроводе постоянно текла к вам обильным потоком, удовлетворяя все ваши потребности.
Как увеличить давление воды в водопроводе? Видео
Объяснение потока и давления в трубах. Практическая инженерия
Во всех трубах, по которым проходят жидкости, возникают потери давления, вызванные трением и турбулентностью потока. Он затрагивает, казалось бы, простые вещи, такие как сантехника в вашем доме, вплоть до проектирования массивных, гораздо более сложных трубопроводов большой протяженности. Я говорил о многих проблемах, с которыми сталкиваются инженеры при проектировании трубопроводных систем, включая гидравлический удар, вовлечение воздуха и силы тяги.
Но я никогда не говорил о факторах, влияющих на реальное количество жидкости, протекающей по трубе, и о давлениях, при которых это происходит. Итак, сегодня мы собираемся немного повеселиться, протестировать несколько различных конфигураций трубопроводов и посмотреть, насколько хорошо инженерные уравнения могут предсказывать давление и расход. Надеюсь, даже если вы не собираетесь использовать уравнения, вы получите некоторую интуицию, прочитав, как они работают в реальной ситуации. Сегодня мы говорим о гидравлике закрытых трубопроводов и падении давления в трубах.
Я люблю инженерные аналогии, и в данном случае между электрическими цепями и жидкостями в трубах есть много общего. Подобно тому, как все обычные проводники имеют некоторое сопротивление потоку тока, все трубы оказывают некоторое сопротивление потоку жидкости внутри, обычно в виде трения и турбулентности. На самом деле, это прекрасная аналогия, потому что сопротивление проводника зависит как от площади поперечного сечения, так и от длины проводника: чем больше и короче провод, тем меньше сопротивление.
То же самое и с трубами, но причины немного другие. Скорость жидкости в трубе зависит от скорости потока и площади трубы. Учитывая скорость потока, большая труба будет иметь меньшую скорость, а маленькая труба будет иметь более высокую скорость. Эта концепция имеет решающее значение для понимания гидравлики конструкции трубопровода, поскольку трение и турбулентность в основном являются результатом скорости потока.
В своем видео я построил демонстрацию, которая должна помочь нам увидеть это на практике. Это коллектор для проверки различных конфигураций труб и наблюдения за их влиянием на поток и давление жидкости внутри. Он подключен к моему обычному крану слева. Вода проходит через расходомер и клапан, мимо нескольких манометров, через соответствующую трубку для отбора проб и, наконец, через насадку для душа. Я выбрал насадку для душа, так как для многих из нас это наиболее ощутимая и непосредственная связь с проблемами в сантехнике. Вероятно, это один из самых важных факторов, определяющих разницу между хорошим душем и плохим.
Не волнуйтесь, вся эта вода будет отдана моим растениям, которые в ней нуждаются прямо сейчас.
Я использовал эти прозрачные трубы, потому что они выглядят круто, но внутри особо не на что смотреть. Вся необходимая нам информация будет отображаться на датчиках (при условии, что я каждый раз стравливаю весь воздух из линий). Первый измеряет расход в галлонах в минуту, второй измеряет давление в трубе в фунтах на квадратный дюйм, а третий измеряет разницу в давлении до и после образца (также называемую потерей напора) в дюймах. воды. Другими словами, этот манометр измеряет, сколько давления теряется из-за трения и турбулентности в образце — это то, за чем нужно следить. Проще говоря, это говорит о том, насколько вы должны открыть клапан, чтобы достичь определенной скорости потока. Я знаю, что люди, занимающиеся метрикой, хихикают над этими единицами измерения. В этом видео я собираюсь нарушить свое правило о предоставлении обеих систем измерения, потому что эти значения в любом случае являются просто примерами.
Это просто приятные круглые числа, которые легко сравнить с реальным приложением вне демоверсии. Если хотите, замените свои предпочтительные единицы, потому что это не повлияет на выводы.
Инженеры используют несколько методов для оценки потерь энергии в водопроводных трубах, но одним из самых простых является уравнение Хазена-Вильямса. Его можно изменить несколькими способами, но этот способ удобен, потому что в нем есть переменные, которые мы можем измерить. В нем говорится, что потеря напора (другими словами, падение давления от одного конца трубы к другому) является функцией скорости потока, а также диаметра, длины и шероховатости трубы. Теперь — это много переменных, поэтому давайте попробуем пример, чтобы показать, как это работает. Во-первых, мы исследуем влияние длины трубы на потери напора. Я начинаю с короткого отрезка трубы в коллекторе и тестирую все при трех скоростях потока: 0,3, 0,6 и 0,9.галлонов в минуту (или галлонов в минуту).
При 0,3 галлона в минуту мы видим, что перепад давления в трубе практически незначителен, чуть менее половины дюйма.
При 0,6 гал/мин потеря напора составляет около дюйма. А при расходе 0,9 галлона в минуту потеря напора составляет чуть более 3 дюймов. Сейчас меняю образец на гораздо более длинную трубу того же диаметра. В данном случае это в 20 раз больше, чем в предыдущем примере. Длина имеет показатель степени 1 в уравнении Хазена-Вильямса, поэтому мы знаем, что если мы удвоим длину, мы должны получить двойную потерю напора. И если мы умножим длину на 20, мы увидим, что падение давления также увеличится в 20 раз. И действительно, при скорости потока 0,3 галлона в минуту мы видим падение давления на трубе диаметром 7,5 дюймов, примерно в 20 раз по сравнению с короткой трубой. Это максимум, что мы можем здесь сделать — дальнейшее открытие клапана просто перекрывает показания дифференциального манометра. В этой длинной трубе так много трения и турбулентности, что мне понадобился бы другой датчик только для того, чтобы измерить это.
Длина — это лишь один из факторов, влияющих на гидравлические характеристики трубы.
4,3, что, по сути, является ничтожной долей того, что было измерено с исходным образцом. Давайте посмотрим, так ли это. При 0,3 галлона в минуту падение давления в основном незначительно, как и в прошлый раз. На 0,6 и 0,9галлонов в минуту, падение давления практически такое же, как и исходное. Очевидно, что потеря напора связана не только со свойствами самой трубы, и, возможно, вы уже уловили это. В уравнении Хейзена-Вильямса есть что-то бросающееся в глаза. Он оценивает трение в трубе, но не включает трение и турбулентность, возникающую при резких изменениях направления или расширении и сжатии потока. Их называют малыми потерями, потому что для длинных труб они обычно незначительны. Но в некоторых ситуациях, таких как сантехника в зданиях или моя небольшая демонстрация здесь, они могут быстро складываться.
Каждый раз, когда жидкость делает резкий поворот (например, вокруг локтя), расширяется или сжимается (например, через эти быстроразъемные фитинги), она испытывает дополнительную турбулентность, что создает дополнительную потерю давления.
Думайте об этом, как будто вы идете по коридору с поворотом. Вы предвидите поворот и соответствующим образом корректируете свой путь. Воды нет, поэтому она должна врезаться в борт, а затем изменить направление. И на самом деле есть формула для этих незначительных потерь. В нем говорится, что они являются функцией квадрата скорости жидкости и коэффициента k, который был измерен в ходе лабораторных испытаний для любого количества изгибов, расширений и сжатий. В качестве еще одного примера этого, вот образец трубы с четырьмя 9Изгибы 0 градусов. Если бы вы просто рассчитывали потери давления от потока в трубе, вы бы ожидали, что они будут незначительными. Короткая гладкая труба соответствующего диаметра. Реальность такова, что при каждом расходе, испытанном в исходном образце прямой трубы, этот имеет примерно двойную потерю напора, достигая максимального перепада давления почти 6 дюймов при 0,9 галлона в минуту. Инженеры должны включить «незначительные» потери в расчетные потери на трение внутри трубы, чтобы оценить общую потерю напора.
В моей демонстрации здесь, за исключением 20-футовой трубы, большая часть перепада давления между двумя точками измерения вызвана незначительными потерями через различные фитинги в коллекторе. Вот почему в этом примере падение давления практически такое же, как и в оригинале. Несмотря на то, что труба намного больше в диаметре, расширение и сжатие, необходимые для перехода на эту большую трубу, компенсируют разницу.
Одно пояснение к этой демонстрации, которое я хочу сделать: я регулировал этот клапан каждый раз, чтобы поддерживать постоянную скорость потока в каждом примере, чтобы мы могли провести объективное сравнение. Но мы не так принимаем душ или пользуемся кранами. Может быть, вы делаете это по-другому, но я просто поворачиваю вентиль до упора. Результирующий расход зависит от давления в кране и конфигурации трубопровода на пути. Больше давления или меньшее трение и турбулентность в трубах и фитингах даст больший поток (и наоборот).
Итак, давайте свяжем все эти новые знания с примером конвейера.
Вместо того, чтобы просто знать общее падение давления от одного конца до другого, инженеры предпочитают постоянно измерять давление вдоль трубы. Это называется линией гидравлического уровня, и удобно, что она представляет собой высоту, на которую поднялась бы вода, если бы вы вставили вертикальную трубу в основную трубу. С помощью гидравлической нивелирной линии очень легко увидеть, как теряется давление из-за трения трубы. Изменение расхода или диаметра трубы изменяет наклон линии гидравлического уклона. Также легко увидеть, как фитинги создают незначительные потери в трубе. Этот тип диаграммы выгоден во многих отношениях. Например, вы можете наложить номинальное давление трубы и посмотреть, превышаете ли вы его. Вы также можете увидеть, где вам могут понадобиться дожимные насосные станции на длинных трубопроводах. Наконец, вы можете визуализировать, как изменения в конструкции, такие как размер трубы, скорость потока или длина, влияют на гидравлику на этом пути.
Трение в трубах? Не обязательно самое увлекательное гидравлическое явление.
Но большая часть инженеров идет на компромиссы, обычно между стоимостью и производительностью. Вот почему так полезно понимать, как изменение дизайна может склонить чашу весов. Такие формулы, как формула Хазена-Вильямса и уравнения малых потерь, столь же полезны для инженеров, проектирующих трубопроводы, по которым огромные объемы жидкости поступают к домовладельцам, чинящим водопровод в своих домах. Интуитивно понятно, что уменьшение длины трубы, увеличение ее диаметра или уменьшение количества изгибов и фитингов гарантирует, что большее давление жидкости дойдет до конца линии. Но инженеры не могут полагаться только на интуицию. Эти уравнения помогают нам понять, какого улучшения можно ожидать, не выходя в гараж и не тестируя его, как это сделал я. Трубопроводные системы важны для нас, поэтому очень важно, чтобы мы могли спроектировать их так, чтобы они пропускали нужное количество потока без слишком большого падения давления от одного конца к другому.
Увеличивает ли размер трубы давление воды?
В трубопроводе с протоком воды размер трубы и давление воды зависят друг от друга.
Потому что если диаметр трубы уменьшится, то давление в трубопроводе увеличится . Согласно теореме Бернулли, давление можно уменьшить, если уменьшить площадь перемещения. В более узкой трубе скорость может быть высокой; следовательно, давление будет ниже.
Если жидкость проходит по трубе, а диаметр трубы уменьшается, то скорость жидкости увеличивается, давление уменьшается, а массовый расход остается постоянным в течение периода времени, пока плотность воздуха не станет постоянной.
Проверьте здесь все необходимые трубы Проверьте здесь все необходимые трубы
Формулы для потока и давления (уравнение Бернулли)
Бернулли предложил в 1972 г.: скорость низкое, давление высокое, давление низкое, когда скорость высока».
Это был фундаментальный принцип гидродинамики до разработки уравнений гидромеханики и теории сплошных сред. Суть ее заключается в сохранении механической энергии жидкости.
Очень важно знать, что уравнение Бернулли выведено из закона сохранения механической энергии.
В результате он применим только к идеальным жидкостям с незначительной вязкостью и несжимаемостью.
Принцип Бернулли обычно формулируется следующим образом.
p+1/2ρv2+ρgh=C
Это уравнение называется уравнением Бернулли.
где
- p — давление в точке жидкости.
- v — скорость потока жидкости в этой точке.
- ρ — плотность жидкости.
- g ускорение свободного падения.
- h высота точки.
- C — константа.
Можно также выразить как.
p1+1/2ρv12+ρgh2=p2+1/2ρv22+ρgh3
Требуемые условия
Искомое решение также является приближением, если следующие условия не выполняются полностью.
- Установившийся поток
В проточной системе свойства жидкости в любой точке не меняются со временем.
- Несжимаемый поток
Плотность постоянна, и число Маха (Ma) 0,3 применяется, когда жидкость представляет собой газ.
- Поток без трения
Эффект трения пренебрежимо мал, как и эффект вязкости.
Элементы жидкости текут по линии тока. Линии потока не пересекаются.
Закон Пуазейля
Скорость потока в зависимости от размера трубы
Закон Пуазейля гласит, что скорость потока по длине трубы зависит от четвертой степени радиуса трубы. Длина трубы, вязкость жидкости и давление, которому подвергается жидкость, — все это переменные, влияющие на скорость потока. Закон Пуазейля предполагает ламинарный поток , что является идеализацией, применимой только при низких давлениях и малых диаметрах труб. Большинство реальных приложений включают турбулентность.
Закон выражается следующим образом:
Объемный расход = π X перепад давления X радиус трубы 4 X вязкость жидкости / 8 X вязкость X длина трубы.
F = πPr4/8nl
Другими словами, при заданной температуре скорость потока через трубку или трубопровод обратно пропорциональна длине трубки и вязкости жидкости. Скорость потока пропорциональна градиенту давления в трубе и радиусу трубы в четвертой степени.
Другие факторы
Зависимость диаметра трубы от скорости потока:При прохождении жидкости по трубе уменьшение диаметра трубы может сжимать текущую жидкость. Он течет быстрее, что увеличивает скорость потока. А если диаметр увеличивается, то расход уменьшается.
Размер трубы и расход:Давление водопровода остается одинаковым на обеих гранях сегмента трубы. Поток воды в больших трубах медленнее, но давление воды в трубе будет увеличиваться. В трубах небольшого диаметра поток воды быстрее, чем в трубах большего размера.
Размер трубы и давление воды: Диаметр трубы уменьшается, скорость жидкости увеличивается, а давление уменьшается.
Изменения диаметра трубы не повлияют на статическое давление. Когда соединение открыто, давление воды умеренно снижается. Большая труба обеспечивает минимальное сопротивление потоку, и, следовательно, давление воды в трубе уменьшается.
Уменьшение длины трубы создает сопротивление потоку и приводит к потере давления. Когда скорость потока увеличивается, давление уменьшается, а затем снижается эффективность.
Расход и давление воды:Давление влияет на расход. Если давление в трубах увеличивается, то скорость потока увеличивается. Это уравнение изменяется при изменении давления или скорости потока, а также остается постоянным, когда эти факторы остаются постоянными.
Может ли материал трубы влиять на давление?
Да, материал трубы может влиять на давление в трубе. Прочность и долговечность труб имеют важное значение для определения нагрузки, которую они могут выдержать, и трубы из нержавеющей стали обычно считаются хорошим выбором для применения под высоким давлением.
Нержавеющая сталь — это прочный и долговечный материал, способный выдерживать высокое давление без деформации и разрушения . Однако другие материалы, такие как пластик или алюминий, возможно, должны выдерживать тот же уровень давления, что и нержавеющая сталь.
Проверьте наш диапазон труб для вашей необходимости. трубы, скорость потока должна быть постоянной на всем протяжении. Поэтому расходомер следует устанавливать в местах с постоянным потоком.
