Как рассчитать пропускную способность трубы
Трубы с высокой пропускной способностью
Пропускная способность – важный параметр для любых труб, каналов и прочих наследников римского акведука. Однако, далеко не всегда на упаковке трубы (или на самом изделии) указана пропускная способность. Кроме того, от схемы трубопровода тоже зависит, сколько жидкости пропускает труба через сечение. Как правильно рассчитать пропускную способность трубопроводов?
Методы расчета пропускной способности трубопроводов
Существует несколько методик расчета данного параметра, каждая из которых является подходящей для отдельного случая. Некоторые обозначения, важные при определении пропускной способности трубы:
Наружный диаметр – физический размер сечения трубы от одного края внешней стенки до другого. При расчетах обозначается как Дн или Dн. Этот параметр указывают в маркировке.
Диаметр условного прохода – приблизительное значение диаметра внутреннего сечения трубы, округленное до целого числа. При расчетах обозначается как Ду или Dу.
Физические методы расчета пропускной способности труб
Значения пропускной способности труб определяют по специальным формулам. Для каждого типа изделий – для газо-, водопровода, канализации – способы расчета свои.
Табличные методы расчета
Существует таблица приближенных значений, созданная для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В большинстве случаев высокая точность не требуется, поэтому значения можно применять без проведения сложных вычислений. Но в этой таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы, что характерно для старых магистралей.
| Вид жидкости | Скорость (м/сек) |
| Вода городского водопровода | 0,60-1,50 |
| Вода трубопроводной магистрали | 1,50-3,00 |
| Вода системы центрального отопления | 2,00-3,00 |
| Вода напорной системы в линии трубопровода | 0,75-1,50 |
| Гидравлическая жидкость | до 12м/сек |
| Масло линии трубопровода | 3,00-7,5 |
| Масло в напорной системе линии трубопровода | 0,75-1,25 |
| Пар в отопительной системе | 20,0-30,00 |
| Пар системы центрального трубопровода | 30,0-50,0 |
| Пар в отопительной системе с высокой температурой | 50,0-70,00 |
| Воздух и газ в центральной системе трубопровода | 20,0-75,00 |
Существует точная таблица расчета пропускной способности, называемая таблицей Шевелева, которая учитывает материал трубы и множество других факторов. Данные таблицы редко используются при прокладке водопровода по квартире, но вот в частном доме с несколькими нестандартными стояками могут пригодиться.
Расчет с помощью программ
Как рассчитать пропускную способность газовой трубы
Газ – это один из самых сложных материалов для транспортировки, в частности потому, что имеет свойство сжиматься и потому способен утекать через мельчайшие зазоры в трубах. К расчету пропускной способности газовых труб (как и к проектированию газовой системы в целом) предъявляют особые требования.
Формула расчета пропускной способности газовой трубы
Максимальная пропускная способность газопроводов определяется по формуле:
Существует сложная формула для расчета пропускной способности газовой трубы. При проведении предварительных расчетов, а также при расчетах бытового газопровода обычно не используется.
Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T
Т- температура перемещаемого газа, К;
Согласно этой формуле определяется прямая зависимость температуры перемещаемой среды от давления. Чем выше значение Т, тем больше газ расширяется и давит на стенки. Поэтому инженеры при расчетах крупных магистралей учитывают возможные погодные условия в местности, где проходит трубопровод. Если номинальное значение трубы DN будет меньше давления газа, образующегося при высоких температурах летом (например, при +38…+45 градусов Цельсия), тогда вероятно повреждение магистрали. Это влечет утечку ценного сырья, и создает вероятность взрыва участка трубы.
Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления
Существует таблица расчетов пропускных способностей газопровода для часто применяемых диаметров и номинального рабочего давления труб. Для определения характеристики газовой магистрали нестандартных размеров и давления потребуются инженерные расчеты. Также на давление, скорость движения и объем газа влияет температура наружного воздуха.
| Pраб.(МПа) | Пропускная способность трубопровода (м?/ч), при wгаза=25м/с;z=1;Т=20?С=293?К | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DN 50 | DN 80 | DN 100 | DN 150 | DN 200 | DN 300 | DN 400 | DN 500 | |
| 0,3 | 670 | 1715 | 2680 | 6030 | 10720 | 24120 | 42880 | 67000 |
| 0,6 | 1170 | 3000 | 4690 | 10550 | 18760 | 42210 | 75040 | 117000 |
| 1,2 | 2175 | 5570 | 8710 | 19595 | 34840 | 78390 | 139360 | 217500 |
| 1,6 | 2845 | 7290 | 11390 | 25625 | 45560 | 102510 | 182240 | 284500 |
| 2,5 | 4355 | 11145 | 17420 | 39195 | 69680 | 156780 | 278720 | 435500 |
| 3,5 | 6030 | 15435 | 24120 | 54270 | 96480 | 217080 | 385920 | 603000 |
| 5,5 | 9380 | 24010 | 37520 | 84420 | 150080 | 337680 | 600320 | 938000 |
| 7,5 | 12730 | 32585 | 50920 | 114570 | 203680 | 458280 | 814720 | 1273000 |
| 10,0 | 16915 | 43305 | 67670 | 152255 | 270680 | 609030 | 108720 | 1691500 |
Пропускная способность канализационной трубы
Пропускная способность канализационной трубы – важный параметр, который зависит от типа трубопровода (напорный или безнапорный). Формула расчета основана на законах гидравлики. Помимо трудоемкого расчета, для определения пропускной способности канализации используют таблицы.
Формула гидравлического расчета
Для гидравлического расчета канализации требуется определить неизвестные:
На практике ограничиваются вычислением значения l или h/d, так как остальные параметры легко посчитать. Гидравлический уклон в предварительных расчетах принято считать равным уклону поверхности земли, при котором движение сточных вод будет не ниже самооочищающей скорости. Значения скорости, а также максимальные значения h/Ду для бытовых сетей можно найти в таблице 3.
Юлия Петриченко, эксперт
| Ду, мм | h/Ду | Самоочищающая скорость, м/с |
| 150-250 | 0,6 | 0,7 |
| 300-400 | 0,7 | 0,8 |
| 450-500 | 0,75 | 0,9 |
| 600-800 | 0,75 | 0,1 |
| 900+ | 0,8 | 1,15 |
Кроме того, существует нормированное значение минимального уклона для труб с малым диаметром: 150 мм
(i=0.008) и 200 (i=0.007) мм.
Формула объемного расхода жидкости выглядит так:
v – скорость потока, м/с.
Скорость рассчитывается по формуле:
где R – это гидравлический радиус;
С – коэффициент смачивания;
Отсюда можно вывести формулу гидравлического уклона:
По ней определяют данный параметр при необходимости расчета.
где n – это коэффициент шероховатости, имеющий значения от 0,012 до 0,015 в зависимости от материала трубы.
Гидравлический радиус считают равным радиусу обычному, но только при полном заполнении трубы. В остальных случаях используют формулу:
где А – это площадь поперечного потока жидкости,
P– смоченный периметр, или же поперечная длина внутренней поверхности трубы, которая касается жидкости.
Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации
В таблице учтены все параметры, используемые для выполнения гидравлического расчета. Данные выбирают по значению диаметра трубы и подставляют в формулу. Здесь уже рассчитан объемный расход жидкости q, проходящей через сечение трубы, который можно принять за пропускную способность магистрали.
Кроме того, существуют более подробные таблицы Лукиных, содержащие готовые значения пропускной способности для труб разного диаметра от 50 до 2000 мм.
Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем
В таблицах пропускной способности напорных труб канализации значения зависят от максимальной степени наполнения и расчетной средней скорости сточной воды.
| Диаметр, мм | Наполнение | Принимаемый (оптимальный уклон) | Скорость движения сточной воды в трубе, м/с | Расход, л/сек |
| 100 | 0,6 | 0,02 | 0,94 | 4,6 |
| 125 | 0,6 | 0,016 | 0,97 | 7,5 |
| 150 | 0,6 | 0,013 | 1,00 | 11,1 |
| 200 | 0,6 | 0,01 | 1,05 | 20,7 |
| 250 | 0,6 | 0,008 | 1,09 | 33,6 |
| 300 | 0,7 | 0,0067 | 1,18 | 62,1 |
| 350 | 0,7 | 0,0057 | 1,21 | 86,7 |
| 400 | 0,7 | 0,0050 | 1,23 | 115,9 |
| 450 | 0,7 | 0,0044 | 1,26 | 149,4 |
| 500 | 0,7 | 0,0040 | 1,28 | 187,9 |
| 600 | 0,7 | 0,0033 | 1,32 | 278,6 |
| 800 | 0,7 | 0,0025 | 1,38 | 520,0 |
| 1000 | 0,7 | 0,0020 | 1,43 | 842,0 |
| 1200 | 0,7 | 0,00176 | 1,48 | 1250,0 |
Пропускная способность водопроводной трубы
Водопроводные трубы в доме используются чаще всего. А так как на них идёт большая нагрузка, то и расчет пропускной способности водопроводной магистрали становится важным условием надежной эксплуатации.
Проходимость трубы в зависимости от диаметра
Диаметр – не самый важный параметр при расчете проходимости трубы, однако тоже влияет на ее значение. Чем больше внутренний диаметр трубы, тем выше проходимость, а также ниже шанс появления засоров и пробок. Однако помимо диаметра нужно учитывать коэффициент трения воды о стенки трубы (табличное значение для каждого материала), протяженность магистрали и разницу давлений жидкости на входе и выходе. Кроме того, на проходимость будет сильно влиять число колен и фитингов в трубопроводе.
Таблица пропускной способности труб по температуре теплоносителя
Чем выше температура в трубе, тем ниже её пропускная способность, так как вода расширяется и тем самым создаёт дополнительное трение. Для водопровода это не важно, а в отопительных системах является ключевым параметром.
Существует таблица для расчетов по теплоте и теплоносителю.
| Диаметр трубы, мм | Пропускная способность | |||
|---|---|---|---|---|
| По теплоте | По теплоносителю | |||
| Вода | Пар | Вода | Пар | |
| Гкал/ч | т/ч | |||
| 15 | 0,011 | 0,005 | 0,182 | 0,009 |
| 25 | 0,039 | 0,018 | 0,650 | 0,033 |
| 38 | 0,11 | 0,05 | 1,82 | 0,091 |
| 50 | 0,24 | 0,11 | 4,00 | 0,20 |
| 75 | 0,72 | 0,33 | 12,0 | 0,60 |
| 100 | 1,51 | 0,69 | 25,0 | 1,25 |
| 125 | 2,70 | 1,24 | 45,0 | 2,25 |
| 150 | 4,36 | 2,00 | 72,8 | 3,64 |
| 200 | 9,23 | 4,24 | 154 | 7,70 |
| 250 | 16,6 | 7,60 | 276 | 13,8 |
| 300 | 26,6 | 12,2 | 444 | 22,2 |
| 350 | 40,3 | 18,5 | 672 | 33,6 |
| 400 | 56,5 | 26,0 | 940 | 47,0 |
| 450 | 68,3 | 36,0 | 1310 | 65,5 |
| 500 | 103 | 47,4 | 1730 | 86,5 |
| 600 | 167 | 76,5 | 2780 | 139 |
| 700 | 250 | 115 | 4160 | 208 |
| 800 | 354 | 162 | 5900 | 295 |
| 900 | 633 | 291 | 10500 | 525 |
| 1000 | 1020 | 470 | 17100 | 855 |
Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя
Существует таблица, описывающая пропускную способность труб в зависимости от давления.
Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)
Таблицы Ф.А и А. Ф. Шевелевых являются одним из самых точных табличных методов расчета пропускной способности водопровода. Кроме того, они содержат все нужные формулы расчета для каждого конкретного материала. Это объемный информативный материал, используемый инженерами-гидравликами чаще всего.
В таблицах учитываются:
Формула гидравлического расчета
Для водопроводных труб применяется следующая формула расчета:
Онлайн-калькулятор: расчет пропускной способности труб
Если у вас есть какие-то вопросы, или же вы обладаете какими-либо справочниками, в которых используются неупомянутые здесь методы –напишите в комментариях.
Как правильно рассчитать пропускную способность трубы в зависимости от диаметра – проверенные методы
Один из основных параметров для проведения гидравлических (и не только) расчётов – это пропускная способность трубы в зависимости от диаметра. От правильности определения этой величины зависят работа системы и её надёжность.
Для чего нужно определять пропускную способность трубы
Интуитивно ответ на этот вопрос понятен каждому. Что будет например, если к водопроводному крану в квартире подойдёт труба диаметром в 1 м. При существующем давлении в системе и нормативном диаметре остальных труб струя воды на выходе вас не порадует.
На самом деле ответ на этот вопрос не так прост. В идеале определять пропускную способность трубы в зависимости от диаметра и давления воды на выходе надо, чтобы обеспечить нормативные требования для разных случаев. Среди них:
В каждом из этих случаев мы имеем дело с разными начальными условиями, и на выходе должны получить разные результаты.
От чего зависит проходимость труб
Пропускная способность труб зависит не только от диаметра:
Важность правильного расчета пропускной способности труб
Расчёт пропускной способности труб необходим для правильного выбора диаметра трубопроводов. Это одна из основных задач проектирования трубопроводных систем.
В зданиях различной категории это могут быть различные системы. Например, практически в каждом общественном, жилом, производственном здании есть системы водопровода:
Для каждого типа здания, для каждого абонента существуют нормы водопотребления, на основании которых рассчитывается общее потребление воды и после этого, с учётом пропускной способности труб и давления в системе, определяется требуемый диаметр.
Если речь идёт о небольшом частном доме или коттедже, то при неправильно выбранных трубах, могут возникнуть проблемы с напором в кране на кухне, или невозможно будет принять душ. Всё активное оборудование (насосы) будет работать с перегрузкой и быстро выйдет из строя. При неправильно выбранных канализационных трубах будут возникать постоянные засоры.
Но всё это не идёт ни в какое сравнение, если трубы не того диаметра будут использованы в противопожарном водопроводе или в технологическом трубопроводе на предприятии. Здесь речь может идти о крупной аварии или даже о техногенной катастрофе.
Если трубы в системе водяного спринклерного пожаротушения выбраны неправильно, то система не сработает в случае пожара. В этом случае последствия тоже могут быть плачевными.
Способы расчета ПС водопроводных труб
Существует несколько способов расчёта пропускной способности трубопроводов. Можно рассчитывать на основе физической теории, использовать табличный метод или воспользоваться онлайн-калькулятором. Каждый из этих способов используется для решения разного рода задач для конкретных объектов.
Диаметр условного прохода
Для проведения любого расчёта и дальнейшего выбора труб очень важно знать геометрические параметры трубы.
Внутренний диаметр трубы называется диаметр условного прохода. В маркировке трубы может присутствовать также наружный диаметр и толщина стенок.
Например: труба 45х0,5-10. Это означает, что это труба с наружным диаметром 45 мм, с толщиной стенок 0,5 мм, тип стали — 10. Для водогазопроводных труб в маркировке указывают условный проход.
Соответствия наружного диаметра и условного прохода:
| Наружный диаметр (мм) | Условный проход (мм) | Толщина стенок (мм) |
| 21,3 | 15 | 2,5-3,2 |
| 26,8 | 20 | 2,5-3,2 |
| 33,5 | 25 | 2,8-4 |
| 42,3 | 32 | 2,8-4 |
| 48 | 40 | 3-4 |
Для расчёта пропускной способности труб важен условный проход.
Внешний диаметр
В настоящее время промышленность выпускает трубы разнообразных внешних диаметров (от 8 до 2 000 мм). Они маркируются и в миллиметрах, и в дюймах. При необходимости можно заказать резьбу на концах отрезков труб. Набор труб может быть укомплектован муфтами и фитингами.
Для пластиковых труб используется другая классификация:
Табличные расчеты
Для несложных расчётов существуют таблицы с указанием основных параметров пропускной способности труб. Такие таблицы можно использовать для проектирования водопроводной сети квартир, небольших загородных домов и коттеджей. В простых расчётах не учитывается, например, изменение условного прохода трубы в результате старения и различного рода осадков на стенках.
В СП 30.13330.2020 (2 редакция) приводится следующая таблица:
Физические расчеты
Физические методы расчёта основаны на формулах физических законов. Они достаточно сложные и выполняются отдельно для каждого вида трубопроводов отдельно: для воды, для газа, для пара, для газа или нефти.
Расчет ПС при помощи специальных программ
Для облегчения расчётов существует множество онлайн-калькуляторов, которые можно использовать для бытовых целей и небольших объектов. Тут достаточно только ввести известные данные и получить желаемый результат.
Есть и более сложные онлайн-калькуляторы
Для профессионального проектирования сложных объектов используется программа «Гидросистема (версия 4.4)». Эта программа создавалась и совершенствовалась более 30 лет и учитывает все нюансы гидравлики.
Методы расчета пропускной способности водопроводной трубы в зависимости от диаметра
Для проведения расчётов можно использовать разные начальные данные.
Вычисление пропускной способности на основе сечения трубы
| Внешнее сечение в мм | Приблизительное количество жидкости | |
| В литрах в минуту | В куб.м в час | |
| 20 | 15 | 0,9 |
| 25 | 30 | 1,8 |
| 32 | 50 | 3 |
| 40 | 80 | 4,8 |
| 50 | 120 | 7,2 |
| 63 | 190 | 11,4 |
Расчет в зависимости от давления
| Расход | Пропускная способность | |||||||||
| Сечение трубы | 15 мм | 20мм | 25мм | 32мм | 40мм | 50мм | 65мм | 80мм | 100мм | |
| Па/м | Мбар/м | Меньше 0,15 м/с | 0,15 м/с | 0,3м/с | ||||||
| 200,0 | 2000,0 | 266 | 619 | 1151 | 2488 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 | 2200,0 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 | 2400,0 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 | 2600,0 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 90,0 | 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 | 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 | 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 | 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 | 1000,0 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 | 1200,0 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 | 1400,0 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 | 1600,0 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 | 1800,0 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 280,0 | 2800,0 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8568 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 | 3000, | 331 | 767 | 1415 | 3078 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Расчет по температуре теплоносителя
Расчет по формулам
Для профессиональных гидравлических расчётов используется очень сложный математический аппарат. А для бытовых нужд можно использовать формулу:
Q – расход перекачиваемой воды, м 3 /с
d – диаметр трубопровода, м v – скорость потока, м/с
Отсюда расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода.
Расчет по Шевелеву
Заслуженный деятель науки и техники, доктор технических наук, профессор А.Ф. Шевелёв выпустил в 1984 году книгу «Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб».
В книге приводится пропускная способность разных видов труб для жидкостей с разной степенью вязкости и разных условий эксплуатации. Это незаменимый справочный материал для создания систем водопровода.
Как рассчитать пропускную способность канализационной трубы
Принципиально пропускная способность канализационной трубы определяется так же, как и водопроводной. Но есть очень важные нюансы. По-разному определяется этот параметр для напорных и безнапорных систем. Нормируется процент заполняемости.
Различается пропускная способность вентилируемых и невентилируемых стояков. Она также меняется в зависимости от материала труб и угла наклона.
Таблица Пропускная способность вентилируемых стояков из поливинилхлоридных труб (ПВХ)
| Наружный диаметр поэтажных отводов, мм | Угол присоединения поэтажных отводов к стояку, град | Пропускная способность, л/с, стояков при диаметре труб, мм | |
| 50 | 110 | ||
| 50 | 45 Комментарий эксперта. Андрей Шилов, инженер проектировщик. При создании систем водопровода и канализации не следует пренебрегать доступными материалами для того, чтобы сделать всё правильно. Я не говорю, что надо пользоваться программой Гидросистема, которая стоит больше 100 тыс. руб., но использовать онлайн-калькуляторы или таблицы Шевелёва может каждый. Для надёжности всю справочную информацию надо брать из авторитетных источников. Просто в Сети очень много ошибок и неточностей. Пропускная способность трубы в зависимости от диаметра — очень важный параметр для создания системы водопровода. Эту величину можно определить разными способами, рассчитать по формулам, использовать соответствующие таблицы или компьютерные программы. Всегда есть возможность обратиться за консультацией к профессионалам. | ||