Samoproračun promjera cijevi prema protoku vode. Kako izračunati protok vode prema promjeru cijevi - teorija i praksa
Zašto su nam potrebni takvi proračuni
Prilikom izrade plana za izgradnju velike vikendice sa nekoliko kupatila, privatnog hotela, organizacije protivpožarnog sistema, veoma je važno imati manje ili više tačne informacije o transportnim mogućnostima postojeće cevi, uzimajući u obzir njegov prečnik i pritisak u sistemu. Sve se radi o fluktuacijama pritiska tokom vrhunca potrošnje vode: takve pojave ozbiljno utiču na kvalitet pruženih usluga.
Osim toga, ako vodovod nije opremljen vodomjerima, onda se pri plaćanju komunalnih usluga koriste tzv. "Propustljivost cijevi". U ovom slučaju sasvim logično se nameće pitanje tarifa koje se u ovom slučaju primjenjuju.
Istodobno, važno je shvatiti da se druga opcija ne odnosi na privatne prostore (stanove i vikendice), gdje se, u nedostatku brojila, sanitarni standardi uzimaju u obzir pri obračunu plaćanja: obično je to do 360 l / dan po osobi.
Šta određuje propusnost cijevi
Šta određuje protok vode u okrugloj cijevi? Stječe se utisak da traženje odgovora ne bi trebalo izazvati poteškoće: što je veći poprečni presjek cijevi, to je veći volumen vode koji može proći u određenom vremenu. Istovremeno se pamti i pritisak, jer što je veći vodeni stupac, voda će brže proći kroz komunikaciju. Međutim, praksa pokazuje da su to daleko od svih faktora koji utiču na potrošnju vode.
Pored njih, potrebno je uzeti u obzir i sljedeće tačke:
- Dužina cijevi. Sa povećanjem svoje dužine, voda se jače trlja o njene zidove, što dovodi do usporavanja toka. Zaista, na samom početku sistema na vodu utiče samo pritisak, ali je takođe važno koliko brzo će sledeći delovi imati priliku da uđu u komunikaciju. Kočenje unutar cijevi često dostiže velike vrijednosti.
- Potrošnja vode zavisi od prečnika u mnogo složenijoj meri nego što se na prvi pogled čini. Kada je veličina promjera cijevi mala, zidovi se opiru protoku vode za red veličine više nego u debljim sistemima. Kao rezultat toga, kako se promjer cijevi smanjuje, smanjuje se njena korist u smislu omjera protoka vode i indikatora unutrašnje površine u dijelu fiksne dužine. Pojednostavljeno rečeno, debeli vodovodni sistem prenosi vodu mnogo brže od tankog.
- Proizvodni materijal. Još jedna važna točka koja direktno utječe na brzinu kretanja vode kroz cijev. Na primjer, glatki propilen pospješuje klizanje vode u mnogo većoj mjeri nego grubi čelični zidovi.
- Vek trajanja. S vremenom se na čeličnim vodovodnim cijevima pojavljuje hrđa. Osim toga, za čelik, kao i za liveno gvožđe, tipično je postepeno nakupljanje naslaga vapna. Otpor na protok vode cijevi s naslagama mnogo je veći od otpora novih čeličnih proizvoda: ova razlika ponekad doseže 200 puta. Osim toga, prekomjerni rast cijevi dovodi do smanjenja njenog promjera: čak i ako ne uzmemo u obzir povećano trenje, njena propusnost se jasno smanjuje. Također je važno napomenuti da proizvodi od plastike i metal-plastike nemaju takvih problema: čak i nakon desetljeća intenzivne upotrebe, njihov nivo otpornosti na vodene tokove ostaje na izvornom nivou.
- Prisutnost okreta, fitinga, adaptera, ventila doprinosi dodatnom kočenju protoka vode.
Sve gore navedene faktore treba uzeti u obzir, jer ne govorimo o nekim malim greškama, već o ozbiljnoj razlici višestruko. Kao zaključak, može se reći da je jednostavno određivanje promjera cijevi iz protoka vode teško moguće.
Nova mogućnost proračuna potrošnje vode
Ako se upotreba vode vrši pomoću slavine, to uvelike pojednostavljuje zadatak. Glavna stvar u ovom slučaju je da su dimenzije rupe za izlijevanje vode mnogo manje od promjera vodovodne cijevi. U ovom slučaju je primjenjiva formula za izračunavanje vode preko poprečnog presjeka Torricellijeve cijevi v ^ 2 = 2gh, gdje je v brzina protoka kroz malu rupu, g je ubrzanje slobodnog pada, a h je visina vodenog stuba iznad slavine (otvor poprečnog preseka s, po jedinici vremena prolazi zapreminu vode s*v). Važno je zapamtiti da se izraz "presjek" ne koristi za označavanje promjera, već njegovu površinu. Da biste ga izračunali, koristite formulu pi * r ^ 2.
Ako stub vode ima visinu od 10 metara, a rupa ima prečnik 0,01 m, protok vode kroz cijev pod pritiskom od jedne atmosfere izračunava se na sljedeći način: v^2=2*9,78*10=195,6. Nakon uzimanja kvadratnog korijena, v=13,98570698963767. Nakon zaokruživanja kako bi se dobila jednostavnija brojka brzine, rezultat je 14m/s. Presjek rupe, prečnika 0,01 m, izračunava se na sljedeći način: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 m2. Kao rezultat toga, ispada da maksimalni protok vode kroz cijev odgovara 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s (nešto manje od 4,5 litara vode / sekundi). Kao što vidite, u ovom slučaju je proračun vode preko poprečnog presjeka cijevi prilično jednostavan. Također su besplatno dostupne posebne tablice koje pokazuju potrošnju vode za najpopularnije vodovodne proizvode, s minimalnom vrijednošću za promjer vodovodne cijevi.
Kao što već možete razumjeti, ne postoji univerzalni jednostavan način izračunavanja promjera cjevovoda ovisno o protoku vode. Međutim, još uvijek možete sami zaključiti određene pokazatelje. Ovo je posebno istinito u slučajevima kada je sistem opremljen plastičnim ili metal-plastičnim cijevima, a vodu troše slavine s malim izlaznim poprečnim presjekom. U nekim slučajevima ova metoda proračuna je primjenjiva na čelične sisteme, ali prije svega govorimo o novim vodovodnim cijevima koje nisu imale vremena da se prekriju unutrašnjim naslagama na zidovima.
Brzina protoka vode prema prečniku cevi: određivanje prečnika cevovoda u zavisnosti od protoka, proračun po preseku, formula za maksimalni protok pri pritisku u okrugloj cevi
Brzina protoka vode prema prečniku cevi: određivanje prečnika cevovoda u zavisnosti od protoka, proračun po preseku, formula za maksimalni protok pri pritisku u okrugloj cevi
Protok vode kroz cijev: je li moguć jednostavan proračun?
Da li je moguće na bilo koji jednostavan način izračunati protok vode prema promjeru cijevi? Ili je jedini način - kontaktirati stručnjake, nakon što ste prethodno pokazali detaljnu mapu svih vodovodnih cijevi u tom području?
Uostalom, hidrodinamički proračuni su izuzetno složeni ...
Naš zadatak je da saznamo koliko vode ova cijev može proći.
čemu služi?
- Prilikom samostalnog proračuna vodovodnih sistema.
Ako planirate izgraditi veliku kuću s nekoliko kupatila za goste, mini-hotel, razmislite o sistemu za gašenje požara - preporučljivo je znati koliko vode cijev određenog promjera može opskrbiti pod određenim pritiskom.
Uostalom, malo je vjerovatno da će značajan pad pritiska na vrhuncu potrošnje vode zadovoljiti stanovnike. A slabo curenje vode iz vatrogasnog crijeva vjerovatno će biti beskorisno.
- U nedostatku vodomjera, komunalna preduzeća obično naplaćuju račune organizacijama koje su "propustile vodu".
Napominjemo: drugi scenarij ne utječe na stanove i privatne kuće. Ako nema vodomjera, komunalci naplaćuju vodu prema sanitarnim standardima. Za moderne udobne kuće to nije više od 360 litara po osobi dnevno.
Mora se priznati: vodomjer uvelike pojednostavljuje odnose s komunalnim službama
Faktori koji utiču na prohodnost cijevi
Šta utiče na maksimalni protok vode u okrugloj cevi?
Očigledan odgovor
Zdrav razum nalaže da odgovor bude vrlo jednostavan. Postoji vodovodna cijev. U njemu je rupa. Što je veći, to više vode prolazi kroz njega u jedinici vremena. Ah, izvini, veći pritisak.
Očigledno je da će stup vode od 10 centimetara protjerati manje vode kroz centimetarsku rupu nego vodeni stup visine desetospratne zgrade.
Dakle, iz unutrašnjeg dijela cijevi i od pritiska u vodovodu, zar ne?
Da li je zaista potrebno još nešto?
Tačan odgovor
br. Ovi faktori utiču na potrošnju, ali oni su samo početak dugačke liste. Izračunavanje protoka vode prema prečniku cijevi i tlaku u njoj isto je kao i izračunavanje putanje rakete koja leti na Mjesec, na osnovu prividnog položaja našeg satelita.
Ako ne uzmemo u obzir rotaciju Zemlje, kretanje Mjeseca u vlastitoj orbiti, otpor atmosfere i gravitaciju nebeskih tijela, malo je vjerovatno da će naša letjelica barem približno doći do željene tačke. u svemiru.
Koliko će se vode izliti iz cijevi prečnika x pri pritisku u stazi y ne utiču samo ova dva faktora, već i:
- Dužina cijevi. Što je duže, to jače trenje vode o zidove usporava protok vode u njemu. Da, samo pritisak u njemu utiče na vodu na samom kraju cevi, ali sledeće količine vode treba da zauzmu njegovo mesto. A cijev za vodu ih usporava, i kako.
Upravo zbog gubitka tlaka u dugoj cijevi naftovodi imaju pumpne stanice.
- Promjer cijevi utječe na protok vode mnogo je složeniji nego što "zdrav razum" sugerira. Za cijevi malog promjera, otpor zida na protok je mnogo veći nego kod debelih cijevi.
Razlog je taj što što je cijev manja, to je odnos unutrašnje zapremine i površine u njoj nepovoljniji sa stanovišta protoka vode na fiksnoj dužini.
Jednostavno rečeno, voda se lakše kreće kroz debelu cijev nego kroz tanku.
- Materijal zidova je još jedan važan faktor o kojem ovisi brzina kretanja vode.. Dok voda klizi preko glatkog polipropilena poput lopatice nespretne dame na pločniku u ledu, grubi čelik stvara mnogo veći otpor protoku.
- Starost cijevi također u velikoj mjeri utiče na propusnost cijevi.. Čelične vodovodne cijevi hrđaju, osim toga, čelik i lijevano željezo tokom godina rada zarastu naslagama vapna.
Zarasla cijev ima mnogo veći otpor protoku (otpor polirane nove čelične cijevi i zarđale se razlikuje 200 puta!). Štoviše, dijelovi unutar cijevi, zbog prerastanja, smanjuju njihov zazor; čak i pod idealnim uslovima, mnogo manje vode će proći kroz zaraslu cev.
Mislite li da ima smisla izračunati propusnost prema promjeru cijevi na prirubnici?
Imajte na umu: površinsko stanje plastičnih i metal-polimernih cijevi ne pogoršava se s vremenom. Nakon 20 godina, cijev će imati istu otpornost na protok vode kao u vrijeme ugradnje.
- Konačno, svako okretanje, prijelaz promjera, razni ventili i armature - sve to također usporava protok vode.
Ah, kad bi se gore navedeni faktori mogli zanemariti! Međutim, ne govorimo o odstupanjima unutar greške, već o razlici na momente.
Sve nas to dovodi do tužnog zaključka: jednostavan proračun protoka vode kroz cijev je nemoguć.
Snop svjetlosti u tamnom carstvu
Međutim, u slučaju protoka vode kroz slavinu, zadatak se može znatno pojednostaviti. Glavni uvjet za jednostavnu kalkulaciju: rupa kroz koju teče voda mora biti zanemariva u odnosu na promjer cijevi za dovod vode.
Tada se primjenjuje Torricellijev zakon: v^2=2gh, gdje je v brzina izlivanja iz male rupe, g je ubrzanje slobodnog pada, a h je visina vodenog stupca iznad rupe. U ovom slučaju, zapremina tečnosti s * v proći će kroz rupu poprečnog presjeka s u jedinici vremena.
Gospodar ti je ostavio poklon
Ne zaboravite: poprečni presjek rupe nije prečnik, to je površina jednaka pi*r^2.
Za vodeni stup od 10 metara (što odgovara natpritisku od jedne atmosfere) i rupu prečnika 0,01 metar, proračun će biti sljedeći:
Izvlačimo kvadratni korijen i dobivamo v=13,98570698963767. Radi lakšeg izračuna, zaokružit ćemo vrijednost brzine protoka na 14 m/s.
Presjek rupe prečnika 0,01 m je 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 m2.
Tako će protok vode kroz našu rupu biti 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s, ili nešto manje od četiri i pol litre u sekundi.
Kao što vidite, u ovoj varijanti proračun nije mnogo komplikovan.
Osim toga, u dodatku članku naći ćete tablicu potrošnje vode po najčešćim vodovodnim uređajima, s naznakom minimalnog promjera košuljice.
Zaključak
To je sve ukratko. Kao što vidite, nismo pronašli univerzalno jednostavno rješenje; međutim, nadamo se da će vam članak biti od koristi. Sretno!
Kako izračunati protok cijevi
Proračun kapaciteta jedan je od najtežih zadataka pri postavljanju cjevovoda. U ovom članku pokušat ćemo shvatiti kako se to točno radi za različite vrste cjevovoda i materijala cijevi.
Cijevi velikog kapaciteta
Propusnost je važan parametar za sve cijevi, kanale i druge nasljednike rimskog akvadukta. Međutim, protok nije uvijek naznačen na pakovanju cijevi (ili na samom proizvodu). Osim toga, od šeme cjevovoda ovisi i koliko tekućine cijev prolazi kroz dio. Kako pravilno izračunati propusnost cjevovoda?
Metode za proračun propusnosti cjevovoda
Postoji nekoliko metoda za izračunavanje ovog parametra, od kojih je svaka prikladna za određeni slučaj. Neke oznake koje su važne za određivanje propusnosti cijevi:
Vanjski promjer - fizička veličina presjeka cijevi od jednog ruba vanjskog zida do drugog. U proračunima se označava kao Dn ili Dn. Ovaj parametar je naznačen u oznaci.
Nazivni promjer je približna vrijednost prečnika unutrašnjeg presjeka cijevi, zaokružena na cijeli broj. U proračunima se označava kao Du ili Du.
Fizičke metode za proračun propusnosti cijevi
Vrijednosti protoka cijevi određuju se posebnim formulama. Za svaku vrstu proizvoda - za plin, vodovod, kanalizaciju - metode obračuna su različite.
Tabelarne metode proračuna
Postoji tabela približnih vrijednosti stvorena kako bi se olakšalo određivanje propusnosti cijevi za ožičenje unutar stana. U većini slučajeva nije potrebna visoka preciznost, tako da se vrijednosti mogu primijeniti bez složenih proračuna. Ali ova tablica ne uzima u obzir smanjenje propusnosti zbog pojave sedimentnih izraslina unutar cijevi, što je tipično za stare autoputeve.
Postoji tačna tabela za proračun kapaciteta, nazvana Shevelev tabela, koja uzima u obzir materijal cijevi i mnoge druge faktore. Ovi stolovi se rijetko koriste pri polaganju vodovodnih cijevi oko stana, ali u privatnoj kući s nekoliko nestandardnih uspona mogu dobro doći.
Obračun pomoću programa
Na raspolaganju modernim vodovodnim firmama postoje posebni kompjuterski programi za proračun propusnosti cijevi, kao i mnogi drugi slični parametri. Osim toga, razvijeni su online kalkulatori koji su, iako manje precizni, besplatni i ne zahtijevaju instalaciju na PC-u. Jedan od stacionarnih programa "TAScope" je kreacija zapadnih inženjera, koja je shareware. Velike kompanije koriste "Hydrosystem" - ovo je domaći program koji izračunava cijevi prema kriterijima koji utječu na njihov rad u regijama Ruske Federacije. Osim hidrauličkog proračuna, omogućava vam izračunavanje drugih parametara cjevovoda. Prosječna cijena je 150.000 rubalja.
Kako izračunati protok plinske cijevi
Plin je jedan od najtežih materijala za transport, posebno zato što ima tendenciju kompresije i stoga može teći kroz najmanje rupe u cijevima. Posebni zahtjevi postavljaju se za proračun propusnosti plinovoda (kao i za projektiranje plinskog sistema u cjelini).
Formula za izračunavanje protoka plinske cijevi
Maksimalni kapacitet gasovoda određuje se formulom:
Qmax = 0,67 DN2 * str
gde je p jednak radnom pritisku u sistemu gasovoda + 0,10 MPa ili apsolutnom pritisku gasa;
Du - uslovni prolaz cijevi.
Postoji složena formula za izračunavanje protoka plinske cijevi. Prilikom izvođenja preliminarnih proračuna, kao i prilikom proračuna domaćeg plinovoda, obično se ne koristi.
Qmax = 196,386 Du2 * p/z*T
gdje je z faktor stišljivosti;
T je temperatura transportovanog gasa, K;
Prema ovoj formuli utvrđuje se direktna zavisnost temperature transportovanog medija od pritiska. Što je T vrijednost veća, to se plin više širi i pritiska na zidove. Stoga, prilikom proračuna velikih autoputeva, inženjeri uzimaju u obzir moguće vremenske prilike u području gdje gasovod prolazi. Ako je nominalna vrijednost DN cijevi manja od tlaka plina koji se stvara na visokim temperaturama ljeti (na primjer, na + 38 ... + 45 stepeni Celzijusa), tada je vjerovatno da će vod biti oštećen. To povlači za sobom curenje vrijednih sirovina i stvara mogućnost eksplozije dijela cijevi.
Tabela kapaciteta gasovoda u zavisnosti od pritiska
Postoji tabela za izračunavanje protoka gasovoda za najčešće korišćene prečnike i nazivni radni pritisak cevi. Za određivanje karakteristika gasovoda nestandardnih dimenzija i pritiska bit će potrebni inženjerski proračuni. Takođe, na pritisak, brzinu kretanja i zapreminu gasa utiče i temperatura spoljašnjeg vazduha.
Maksimalna brzina (W) gasa u tabeli je 25 m/s, a z (faktor kompresibilnosti) je 1. Temperatura (T) je 20 stepeni Celzijusa ili 293 Kelvina.
Kapacitet kanalizacione cevi
Kapacitet kanalizacione cijevi je važan parametar koji ovisi o vrsti cjevovoda (tlačni ili netlačni). Formula proračuna je zasnovana na zakonima hidraulike. Pored napornog proračuna, za određivanje kapaciteta kanalizacije koriste se i tablice.
Formula za hidraulički proračun
Za hidraulički proračun kanalizacije potrebno je odrediti nepoznanice:
- prečnik cjevovoda Du;
- prosječna brzina protoka v;
- hidraulički nagib l;
- stepen punjenja h / Du (u proračunima se odbijaju od hidrauličkog radijusa, koji je povezan s ovom vrijednošću).
U praksi su ograničeni na izračunavanje vrijednosti l ili h/d, budući da je preostale parametre lako izračunati. Hidraulički nagib u preliminarnim proračunima smatra se jednakim nagibu zemljine površine, pri kojem kretanje otpadnih voda neće biti niže od brzine samočišćenja. Vrijednosti brzine kao i maksimalne vrijednosti h/Dn za stambene mreže mogu se naći u tabeli 3.
Osim toga, postoji normalizirana vrijednost za minimalni nagib za cijevi malog promjera: 150 mm
(i=0,008) i 200 (i=0,007) mm.
Formula za volumetrijski protok tečnosti izgleda ovako:
gdje je a slobodna površina toka,
v je brzina protoka, m/s.
Brzina se izračunava po formuli:
gdje je R hidraulički radijus;
C je koeficijent vlaženja;
Iz ovoga možemo izvesti formulu za hidraulički nagib:
Prema njemu, ovaj parametar se određuje ako je proračun potreban.
gdje je n faktor hrapavosti, u rasponu od 0,012 do 0,015 ovisno o materijalu cijevi.
Hidraulički radijus se smatra jednakim uobičajenom radijusu, ali samo kada je cijev potpuno napunjena. U drugim slučajevima koristite formulu:
gdje je A površina poprečnog toka fluida,
P je vlažni perimetar ili poprečna dužina unutrašnje površine cijevi koja dodiruje tekućinu.
Tablice kapaciteta za kanalizacijske cijevi bez pritiska
Tabela uzima u obzir sve parametre koji se koriste za izvođenje hidrauličkog proračuna. Podaci se biraju prema vrijednosti promjera cijevi i zamjenjuju u formulu. Ovdje je već izračunat volumetrijski protok q tekućine koja prolazi kroz dio cijevi, što se može uzeti kao propusnost cjevovoda.
Osim toga, postoje detaljnije Lukin tablice koje sadrže gotove vrijednosti protoka za cijevi različitih promjera od 50 do 2000 mm.
Tabele kapaciteta za kanalizacione sisteme pod pritiskom
U tabelama kapaciteta kanalizacionih potisnih cijevi, vrijednosti zavise od maksimalnog stepena punjenja i procijenjenog prosječnog protoka otpadne vode.
Kapacitet vodovodne cijevi
Najčešće se koriste vodovodne cijevi u kući. A budući da su podvrgnuti velikom opterećenju, proračun propusnosti vodovoda postaje važan uvjet za pouzdan rad.
Prohodnost cijevi u zavisnosti od promjera
Prečnik nije najvažniji parametar pri izračunavanju prohodnosti cijevi, ali također utiče na njegovu vrijednost. Što je veći unutrašnji prečnik cevi, to je veća propusnost, kao i manja je mogućnost začepljenja i čepova. Međutim, pored prečnika, potrebno je uzeti u obzir i koeficijent trenja vode o zidove cevi (tabelarne vrednosti za svaki materijal), dužinu voda i razliku pritiska fluida na ulazu i izlazu. Osim toga, broj zavoja i spojnica u cjevovodu uvelike će utjecati na prohodnost.
Tabela kapaciteta cijevi prema temperaturi rashladne tekućine
Što je temperatura u cijevi viša, to je njen kapacitet manji, jer se voda širi i time stvara dodatno trenje. Za vodovod to nije važno, ali u sistemima grijanja je ključni parametar.
Postoji tabela za proračun topline i rashladne tekućine.
Tabela kapaciteta cijevi u zavisnosti od tlaka rashladne tekućine
Postoji tabela koja opisuje protok cijevi u zavisnosti od pritiska.
Tabela kapaciteta cijevi u zavisnosti od promjera (prema Shevelevu)
Tabele F.A. i A.F. Shevelev su jedna od najtačnijih tabelarnih metoda za izračunavanje propusnosti vodovodnog sistema. Osim toga, sadrže sve potrebne formule za proračun za svaki određeni materijal. Ovo je obiman informativni materijal koji najčešće koriste hidraulični inženjeri.
Tabele uzimaju u obzir:
- prečnici cijevi - unutarnji i vanjski;
- debljina zida;
- vijek trajanja cjevovoda;
- dužina linije;
- dodjela cijevi.
Kapacitet cevi u zavisnosti od prečnika, pritiska: tabele, formule za proračun, onlajn kalkulator
Proračun kapaciteta jedan je od najtežih zadataka pri postavljanju cjevovoda. U ovom članku pokušat ćemo shvatiti kako se to točno radi za različite vrste cjevovoda i materijala cijevi.
Zašto su nam potrebni takvi proračuni
Prilikom izrade plana za izgradnju velike vikendice sa nekoliko kupatila, privatnog hotela, organizacije protivpožarnog sistema, veoma je važno imati manje ili više tačne informacije o transportnim mogućnostima postojeće cevi, uzimajući u obzir njegov prečnik i pritisak u sistemu. Sve se radi o fluktuacijama pritiska tokom vrhunca potrošnje vode: takve pojave ozbiljno utiču na kvalitet pruženih usluga.
Osim toga, ako vodovod nije opremljen vodomjerima, onda se pri plaćanju komunalnih usluga koriste tzv. "Propustljivost cijevi". U ovom slučaju sasvim logično se nameće pitanje tarifa koje se u ovom slučaju primjenjuju.
Istodobno, važno je shvatiti da se druga opcija ne odnosi na privatne prostore (stanove i vikendice), gdje se, u nedostatku brojila, sanitarni standardi uzimaju u obzir pri obračunu plaćanja: obično je to do 360 l / dan po osobi.
Šta određuje propusnost cijevi
Šta određuje protok vode u okrugloj cijevi? Stječe se utisak da traženje odgovora ne bi trebalo izazvati poteškoće: što je veći poprečni presjek cijevi, to je veći volumen vode koji može proći u određenom vremenu. Istovremeno se pamti i pritisak, jer što je veći vodeni stupac, voda će brže proći kroz komunikaciju. Međutim, praksa pokazuje da su to daleko od svih faktora koji utiču na potrošnju vode.
Pored njih, potrebno je uzeti u obzir i sljedeće tačke:
- Dužina cijevi. Sa povećanjem svoje dužine, voda se jače trlja o njene zidove, što dovodi do usporavanja toka. Zaista, na samom početku sistema na vodu utiče samo pritisak, ali je takođe važno koliko brzo će sledeći delovi imati priliku da uđu u komunikaciju. Kočenje unutar cijevi često dostiže velike vrijednosti.
- Potrošnja vode zavisi od prečnika u mnogo složenijoj meri nego što se na prvi pogled čini. Kada je veličina promjera cijevi mala, zidovi se opiru protoku vode za red veličine više nego u debljim sistemima. Kao rezultat toga, kako se promjer cijevi smanjuje, smanjuje se njena korist u smislu omjera protoka vode i indikatora unutrašnje površine u dijelu fiksne dužine. Pojednostavljeno rečeno, debeli vodovodni sistem prenosi vodu mnogo brže od tankog.
- Proizvodni materijal. Još jedna važna točka koja direktno utječe na brzinu kretanja vode kroz cijev. Na primjer, glatki propilen pospješuje klizanje vode u mnogo većoj mjeri nego grubi čelični zidovi.
- Vek trajanja. S vremenom se na čeličnim vodovodnim cijevima pojavljuje hrđa. Osim toga, za čelik, kao i za liveno gvožđe, tipično je postepeno nakupljanje naslaga vapna. Otpor na protok vode cijevi s naslagama mnogo je veći od otpora novih čeličnih proizvoda: ova razlika ponekad doseže 200 puta. Osim toga, prekomjerni rast cijevi dovodi do smanjenja njenog promjera: čak i ako ne uzmemo u obzir povećano trenje, njena propusnost se jasno smanjuje. Također je važno napomenuti da proizvodi od plastike i metal-plastike nemaju takvih problema: čak i nakon desetljeća intenzivne upotrebe, njihov nivo otpornosti na vodene tokove ostaje na izvornom nivou.
- Prisutnost okreta, fitinga, adaptera, ventila doprinosi dodatnom kočenju protoka vode.
Sve gore navedene faktore treba uzeti u obzir, jer ne govorimo o nekim malim greškama, već o ozbiljnoj razlici višestruko. Kao zaključak, može se reći da je jednostavno određivanje promjera cijevi iz protoka vode teško moguće.
Nova mogućnost proračuna potrošnje vode
Ako se upotreba vode vrši pomoću slavine, to uvelike pojednostavljuje zadatak. Glavna stvar u ovom slučaju je da su dimenzije rupe za izlijevanje vode mnogo manje od promjera vodovodne cijevi. U ovom slučaju je primjenjiva formula za izračunavanje vode preko poprečnog presjeka Torricellijeve cijevi v ^ 2 = 2gh, gdje je v brzina protoka kroz malu rupu, g je ubrzanje slobodnog pada, a h je visina vodenog stuba iznad slavine (otvor poprečnog preseka s, po jedinici vremena prolazi zapreminu vode s*v). Važno je zapamtiti da se izraz "presjek" ne koristi za označavanje promjera, već njegovu površinu. Da biste ga izračunali, koristite formulu pi * r ^ 2.
Ako stub vode ima visinu od 10 metara, a rupa ima prečnik 0,01 m, protok vode kroz cijev pod pritiskom od jedne atmosfere izračunava se na sljedeći način: v^2=2*9,78*10=195,6. Nakon uzimanja kvadratnog korijena, v=13,98570698963767. Nakon zaokruživanja kako bi se dobila jednostavnija brojka brzine, rezultat je 14m/s. Presjek rupe, prečnika 0,01 m, izračunava se na sljedeći način: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 m2. Kao rezultat toga, ispada da maksimalni protok vode kroz cijev odgovara 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 m3 / s (nešto manje od 4,5 litara vode / sekundi). Kao što vidite, u ovom slučaju je proračun vode preko poprečnog presjeka cijevi prilično jednostavan. Također su besplatno dostupne posebne tablice koje pokazuju potrošnju vode za najpopularnije vodovodne proizvode, s minimalnom vrijednošću za promjer vodovodne cijevi.
Kao što već možete razumjeti, ne postoji univerzalni jednostavan način izračunavanja promjera cjevovoda ovisno o protoku vode. Međutim, još uvijek možete sami zaključiti određene pokazatelje. Ovo je posebno istinito u slučajevima kada je sistem opremljen plastičnim ili metal-plastičnim cijevima, a vodu troše slavine s malim izlaznim poprečnim presjekom. U nekim slučajevima ova metoda proračuna je primjenjiva na čelične sisteme, ali prije svega govorimo o novim vodovodnim cijevima koje nisu imale vremena da se prekriju unutrašnjim naslagama na zidovima.
Preduzeća, kao i stanovi i kuće općenito, troše velike količine vode. Brojke su ogromne, ali da li se može reći još nešto osim činjenice o određenom trošku? Da mogu. Naime, protok vode može pomoći u izračunavanju prečnika cijevi. Čini se da ovi parametri nisu međusobno povezani, ali zapravo je odnos očigledan.
Uostalom, propusnost vodovodnog sistema ovisi o mnogim faktorima. Značajno mesto na ovoj listi zauzimaju upravo prečnik cevi, kao i pritisak u sistemu. Udubimo se dublje u ovo pitanje.
Faktori koji utiču na propusnost vode kroz cijev
Brzina protoka vode kroz kružnu cijev s rupom ovisi o veličini ove rupe. Dakle, što je veći, to će više vode proći kroz cijev u određenom vremenskom periodu. Međutim, ne zaboravite na pritisak. Uostalom, možete dati primjer. Metarski stub će gurnuti vodu kroz centimetarsku rupu mnogo manje po jedinici vremena od stuba visine nekoliko desetina metara. To je očigledno. Zbog toga će protok vode dostići svoj maksimum na maksimalnom unutrašnjem preseku proizvoda, kao i pri maksimalnom pritisku.
Proračun prečnika
Ako trebate dobiti određeni protok vode na izlazu iz vodovoda, onda ne možete bez izračunavanja promjera cijevi. Na kraju krajeva, ovaj indikator, zajedno s ostalima, utječe na brzinu protoka.
Naravno, postoje posebne tablice koje se nalaze na webu iu specijalizovanoj literaturi koje vam omogućavaju da zaobiđete proračune, fokusirajući se na određene parametre. Međutim, od takvih podataka ne treba očekivati visoku tačnost, greška će i dalje biti prisutna, čak i ako se uzmu u obzir svi faktori. Stoga je najbolji način da dobijete tačne rezultate samostalno izračunavanje.
Za ovo će vam trebati sljedeći podaci:
- Potrošnja vode.
- Gubitak glave od početne tačke do tačke potrošnje.
Nije potrebno izračunavati potrošnju vode - postoji digitalni standard. Možete uzeti podatke na mikseru koji kaže da se troši oko 0,25 litara u sekundi. Ova cifra se može koristiti za proračune.
Važan parametar za dobijanje tačnih podataka je gubitak glave u tom području. Kao što znate, pritisak glave u standardnim usponima za vodosnabdijevanje je u rasponu od 1 do 0,6 atmosfera. Prosjek je 1,5-3 atm. Parametar ovisi o broju spratova u kući. Ali to ne znači da što je kuća viša, to je veći pritisak u sistemu. U veoma visokim zgradama (više od 16 spratova) ponekad se koristi podela sistema na spratove za normalizaciju pritiska.
Što se tiče gubitka glave, ova brojka se može izračunati pomoću manometara na početnoj tački i prije tačke potrošnje.
Ako ipak znanje i strpljenje za samokalkulaciju nisu dovoljni, onda možete koristiti tabelarne podatke. I neka imaju određene greške, podaci će biti dovoljno tačni za određene uslove. A onda će, prema potrošnji vode, biti vrlo lako i brzo dobiti promjer cijevi. To znači da će vodovodni sistem biti ispravno proračunat, što će omogućiti da se dobije tolika količina tečnosti koja će zadovoljiti potrebe.
U ovom dijelu ćemo primijeniti zakon održanja energije na kretanje tekućine ili plina kroz cijevi. Kretanje tekućine kroz cijevi često se nalazi u tehnologiji i svakodnevnom životu. Vodovodne cijevi dovode vodu u gradu do kuća, do mjesta njene potrošnje. U mašinama, cijevi dovode ulje za podmazivanje, gorivo za motore, itd. Kretanje tekućine kroz cijevi se često nalazi u prirodi. Dovoljno je reći da je cirkulacija krvi životinja i ljudi protok krvi kroz cijevi – krvne žile. U određenoj mjeri, tok vode u rijekama je i vrsta protoka tekućine kroz cijevi. Korito rijeke je svojevrsna cijev za tekuću vodu.
Kao što znate, nepokretna tečnost u posudi, prema Pascalovom zakonu, prenosi spoljni pritisak u svim pravcima i na sve tačke zapremine bez promene. Međutim, kada fluid teče bez trenja kroz cijev čija je površina poprečnog presjeka različita u različitim dijelovima, pritisak nije isti duž cijevi. Otkrijmo zašto pritisak u fluidu koji se kreće ovisi o površini poprečnog presjeka cijevi. Ali prvo, hajde da se upoznamo sa jednom važnom karakteristikom svakog protoka tečnosti.
Pretpostavimo da tečnost teče kroz vodoravno postavljenu cijev čiji je presjek različit na različitim mjestima, na primjer kroz cijev čiji je dio prikazan na slici 207.
Ako bismo mentalno nacrtali nekoliko dijelova duž cijevi, čije su površine respektivno jednake, i izmjerili količinu tekućine koja teče kroz svaki od njih u određenom vremenskom periodu, otkrili bismo da je ista količina tekućine protjecala kroz svaki dio. To znači da sva tečnost koja prođe kroz prvi deo u isto vreme prolazi kroz treći deo u isto vreme, iako je mnogo manja po površini od prvog. Da to nije slučaj i da, na primjer, manje tekućine prolazi kroz poprečni presjek s površinom tokom vremena nego kroz poprečni presjek s površinom, tada bi se višak tekućine morao negdje nakupiti. Ali tečnost ispunjava cijelu cijev i nema gdje da se akumulira.
Kako tečnost koja je prošla kroz široki deo može imati vremena da se istovremeno "provuče" kroz uski? Očigledno, za to, pri prolasku kroz uske dijelove cijevi, brzina kretanja mora biti veća, i to onoliko puta koliko je manja površina poprečnog presjeka.
Zaista, razmotrimo određeni dio pokretnog stupca tekućine, koji se u početnom trenutku podudara s jednim od dijelova cijevi (slika 208). Tokom vremena, ovo područje će se pomjeriti za udaljenost koja je jednaka gdje je brzina protoka fluida. Volumen V tekućine koja teče kroz dio cijevi jednak je umnošku površine ovog presjeka i dužine
U jedinici vremena, zapremina tečnosti teče -
Volumen fluida koji teče u jedinici vremena kroz dio cijevi jednak je proizvodu površine poprečnog presjeka cijevi i brzine protoka.
Kao što smo upravo vidjeli, ovaj volumen mora biti isti u različitim dijelovima cijevi. Stoga, što je manji poprečni presjek cijevi, to je veća brzina kretanja.
Koliko tekućine prođe kroz jedan dio cijevi za određeno vrijeme, ista količina mora proći i za takvu
u isto vrijeme kroz bilo koji drugi dio.
Štaviše, pretpostavljamo da data masa tekućine uvijek ima isti volumen, da ne može komprimirati i smanjiti svoj volumen (za tekućinu se kaže da je nestišljiva). Poznato je, na primjer, da je na uskim mjestima rijeke brzina toka vode veća nego na širokim. Ako brzinu protoka fluida u sekcijama označimo po površinama kroz koje možemo napisati:
Iz ovoga se može vidjeti da kada tekućina prijeđe iz dijela cijevi veće površine poprečnog presjeka do presjeka manjeg poprečnog presjeka, brzina strujanja raste, odnosno tečnost se kreće ubrzano. A to, prema drugom Newtonovom zakonu, znači da na tečnost djeluje sila. Kakva je ovo moć?
Ova sila može biti samo razlika između sila pritiska u širokom i uskom dijelu cijevi. Dakle, u širokom dijelu cijevi, tlak fluida mora biti veći nego u uskom dijelu cijevi.
Isto proizlazi iz zakona održanja energije. Zaista, ako se brzina tekućine povećava na uskim mjestima cijevi, tada se povećava i njena kinetička energija. A pošto smo pretpostavili da fluid teče bez trenja, ovo povećanje kinetičke energije mora biti kompenzirano smanjenjem potencijalne energije, jer ukupna energija mora ostati konstantna. Koja je potencijalna energija ovdje? Ako je cijev horizontalna, tada je potencijalna energija interakcije sa Zemljom u svim dijelovima cijevi ista i ne može se promijeniti. To znači da ostaje samo potencijalna energija elastične interakcije. Sila pritiska koja uzrokuje da tekućina teče kroz cijev je elastična sila kompresije tekućine. Kada kažemo da je tečnost nestišljiva, mislimo samo na to da se ne može stisnuti dovoljno da bi se primetno promenila zapremina, već se neizbežno javlja vrlo mala kompresija koja izaziva pojavu elastičnih sila. Ove sile stvaraju pritisak fluida. To je kompresija tekućine koja se smanjuje u uskim dijelovima cijevi, nadoknađujući povećanje brzine. Na uskim mjestima cijevi tlak fluida mora biti manji nego na širokim.
Ovo je zakon koji je otkrio peterburški akademik Daniil Bernoulli:
Pritisak fluida koji teče veći je u onim delovima toka u kojima je brzina njegovog kretanja manja, i,
naprotiv, u onim dionicama u kojima je brzina veća, pritisak je manji.
Koliko god čudno izgledalo, ali kada se tekućina "stisne" kroz uske dijelove cijevi, njena kompresija se ne povećava, već se smanjuje. I iskustvo to dobro potvrđuje.
Ako je cijev kroz koju teče tekućina opremljena otvorenim cijevima zalemljenim u nju - manometrima (Sl. 209), tada će biti moguće promatrati raspodjelu tlaka duž cijevi. Na uskim mjestima cijevi visina stupca tekućine u manometrijskoj cijevi je manja nego u širokim. To znači da je na ovim mjestima manji pritisak. Što je manji poprečni presjek cijevi, to je veći protok u njoj i manji je tlak. Moguće je, očigledno, izabrati takav presek u kojem je pritisak jednak spoljašnjem atmosferskom pritisku (visina nivoa tečnosti u manometru će tada biti jednaka nuli). A ako uzmemo još manji poprečni presjek, tada će tlak tekućine u njemu biti manji od atmosferskog.
Ovaj protok fluida se može koristiti za pumpanje vazduha. Takozvana vodena mlazna pumpa radi na ovom principu. Slika 210 prikazuje dijagram takve pumpe. Mlaz vode prolazi kroz cijev A sa uskim otvorom na kraju. Pritisak vode na otvoru cevi je manji od atmosferskog pritiska. Dakle
plin iz evakuirane zapremine kroz cijev B povlači se do kraja cijevi A i uklanja se zajedno s vodom.
Sve što je rečeno o kretanju tečnosti kroz cevi važi i za kretanje gasa. Ako brzina protoka gasa nije prevelika i gas nije dovoljno komprimovan da promeni svoju zapreminu, i ako se, pored toga, zanemari trenje, onda Bernulijev zakon važi i za tokove gasa. U uskim delovima cevi, gde se gas kreće brže, njegov pritisak je manji nego u širokim delovima, i može postati manji od atmosferskog pritiska. U nekim slučajevima to čak i ne zahtijeva cijevi.
Možete napraviti jednostavan eksperiment. Ako duvate na list papira duž njegove površine, kao što je prikazano na slici 211, možete vidjeti da će se papir podići. To je zbog smanjenja tlaka u struji zraka iznad papira.
Isti fenomen se dešava tokom leta aviona. Nadolazeći tok zraka ulazi u konveksnu gornju površinu krila letećeg zrakoplova i zbog toga dolazi do smanjenja tlaka. Pritisak iznad krila je manji od pritiska ispod krila. Zbog toga nastaje sila podizanja krila.
Vježba 62
1. Dozvoljena brzina protoka ulja kroz cijevi je 2 m/sec. Koja zapremina ulja prođe kroz cijev prečnika 1 m za 1 sat?
2. Izmjerite količinu vode koja teče iz slavine u određenom vremenu. Odredite brzinu protoka vode mjerenjem prečnika cijevi ispred slavine.
3. Koliki bi trebao biti prečnik cjevovoda kroz koji voda mora teći na sat? Dozvoljeni protok vode 2,5 m/sec.
Često se dešava da je pritisak vode na tačkama vode u stanu očigledno nedovoljan. To dovodi do neugodnosti pri korištenju vodovodne instalacije, do „zamrzavanja“ ili potpunog zaustavljanja kućanskih aparata priključenih na vodovod, do nepravilnog rada savremenih uređaja (tuševi, jacuzzi, bidei, itd.) koji zahtijevaju određeni pritisak vode. Naravno, takva situacija zahtijeva donošenje administrativnih mjera (koje, nažalost, ne pomažu uvijek), ili ugradnju specijalnih buster pumpi ili crpnih stanica.
Da biste postavili reklamacije ili planirali ugradnju dodatne opreme, preporučljivo je unaprijed znati koji se pritisak uglavnom održava u vodoopskrbi, odnosno koliko se razlikuje od normativnog. Ako postoji manometar, onda očitajte - neće biti teško. Ali šta ako ne postoji takav uređaj? Nema veze, postoji jednostavna i precizna eksperimentalna metoda, prema kojoj se sastavlja kalkulator za izračunavanje pritiska vode u vodovodnom sistemu ispod.
Opis mjerenja i proračuna - u tekstualnom dijelu ispod kalkulatora.