Výpočet tlaku vody v potrubí. Příklad výpočtu tlaku v potrubí

Statický tlak charakterizuje vlastnosti vody, když je v klidu, tzn. ona se nehýbe. Například, když je zavlažování vypnuto, vytvoří se tlak v hlavním potrubí čerpadlem a čerpadlo se vypne, když je dosaženo nastaveného tlaku. Právě tento tlak bude statický. Hodnota tlaku se v tomto případě mění pouze se změnou výšky vodního sloupce. Statický tlak ukazuje tlakový potenciál, který systém zvládne.

Jakmile otevřeme ventil nebo kohoutek, voda se začne pohybovat a v tomto případě již máme co do činění s dynamickým tlakem. V tomto případě se objevují nové tlakové ztráty, a to tlakové ztráty třením podél potrubí a lokálními ztrátami (armatury, zpětné ventily, solenoidové ventily atd.).

S těmito ztrátami, které někdy dosahují impozantních hodnot, je vždy nutné počítat, abychom se vyhnuli „nerozlitým“ plochám nebo aby došlo k takovému případu, kdy není dostatečný tlak na to, aby sprinklerová tyč stoupala z pouzdra.

Dynamický tlak nebo “pracovní tlak” se liší od statického tlaku v tom, že závisí na ztrátách spojených s pohybem vody. Přímo souvisí s průtokem nebo množstvím vody, které prochází potrubím nebo v místě místního odporu.

Rýže. 1. Lokální hydraulické ztráty

Se zvyšujícím se množstvím vody protékající potrubím se zvyšuje průtok, čímž se zvyšují tlakové ztráty. Tabulku lokálních tlakových ztrát v závislosti na průtoku naleznete vždy v katalozích výrobců závlahových zařízení pro konkrétní závlahové zařízení.

Rýže. 2. Příklady tlakových ztrát na zařízení (fragment katalogu)

Nyní se podíváme na to, jak určit ztrátu v potrubí.

Pro rychlé určení tlakových ztrát pro různé jednotky průtoku (m3 / h nebo l / min) tento článek poskytuje v příloze „Tabulky ztrát třením v potrubí“ pro trubky HDPE. Ztráty jsou uvedeny v barech na každých 100 m potrubí určitého průměru (mm). Hodnoty ztrát se výrazně liší pro trubky stejného průměru, ale s různými SDR. Tato skutečnost činí každý typ potrubí hydraulicky individuální.

SDR je zkratka pro Standard Dimension Ratio, tedy poměr vnějšího průměru trubky k tloušťce její stěny. Čím nižší je SDR, tím silnější je stěna potrubí a naopak. Čím silnější je stěna potrubí, tím vyšší budou ztráty třením, potrubí bude těžší a dražší, ale vydrží větší tlak.

*Rýže. 3. Část potrubí

Ztráty třením pro tyto tabulky se vypočítají takto:
Vstupní data:
Délka potrubí (100m)
Vnitřní průměr trubky
Koeficient drsnosti potrubí
Průtok (průtok)

1 – určete průtok
2 – určete Reynoldsovo číslo (na základě kinematické viskozity kapaliny, průtoku, průměru,)
3 – Určete hydraulické tření (na základě Re, průměru a drsnosti)
4 – Určete ztráty (na základě hydraulického tření, délky, průměru a rychlosti a také gravitačního zrychlení).

Pro výpočet ztrát třením se používá Darcy-Weisbachova rovnice, která má následující tvar:

Δh – ztráty třením
f – koeficient tření
L – délka trubky
D – průměr trubky (vnitřní)
V – rychlost proudění
g je zrychlení volného pádu.

Pomocí tabulek uvedených v příloze můžete kromě hodnot ztrát určit také rychlost pohybu vody pro zlepšení hydraulických výpočtů.

Rychlost proudění (m/s) je rychlost, kterou se voda pohybuje komponentami potrubí zavlažovacího systému, a je velmi důležitým faktorem při analýze hydraulického návrhu. Čím rychleji se voda potrubím pohybuje, tím vyšší jsou ztráty třením. Příliš vysoký průtok vody může způsobit i další problémy (vodní ráz, porucha uzavíracího zařízení atd.).

Experimentálně a pomocí výpočtů bylo stanoveno, že rychlost proudění 1,5 m/s je optimální pro pohyb vody plastovým potrubím. Další zvýšení průtoku vede k neúměrnému zvýšení tlakové ztráty, někdy i několikanásobku, což může vést k nepříjemným následkům, když v odlehlých oblastech máte tlak, při kterém nebude zavlažování prováděno správně. A také při rychlostech nižších nebo rovných 1,5 m/s se snižuje pravděpodobnost poškození souvisejícího s vodním rázem v systému.

Rýže. 4. Závislost ztrát třením na charakteristikách proudění a potrubí

V této tabulce hodnoty rychlosti ve stínované oblasti přesahují 1,5 m/s. Při výběru průměru zavlažovacích trubek doporučujeme použít hodnoty nad zastíněnou plochou.

Jak používat tabulky ztrát třením.

Rýže. 5. Použití tabulky ztrát

1. Tento řádek označuje typ potrubí a SDR, pro které jsou počítány ztráty
2. Jmenovitý průměr trubky (vnější)
3. Vnitřní průměr trubky
4. Tloušťka stěny potrubí.
5. Tento sloupec udává průtok neboli průtok, při kterém se počítají ztráty v l/min a m3/h
6. Rychlost proudění v m/s
7. Ztráta tlaku v barech.

Dále, když známe průtok v zóně (vypočtený v projektu), podíváme se do tabulky ve sloupci s náklady a najdeme průtok, který potřebujeme.

Příklad:
Musíme vybrat průměr hlavního potrubí. Víme, že maximální průtok v zóně 1 je 63 l/min nebo 3,8 m3/h. Nakreslete vodorovnou čáru odpovídající čáry

Rýže. 6. Použití tabulky ztrát

Vidíme, že pro průměry potrubí 25 mm a 32 mm indikátory rychlosti proudění přesahují 1,5 m/s a jsou v šedé zóně.
Podle toho vybereme nejbližší průměr, ve kterém jsou při daném průtoku indikátory mimo šedou zónu. V našem příkladu se jedná o trubku o průměru 40 mm. Při průtoku 63,3 l/min nebo 3,8 m3/h bude průtok v potrubí 1,16 m/s a tlaková ztráta na 100 metrů 0,45 bar.

Hydraulický výpočet běžného domácího potrubí provedené pomocí Bernoulliho rovnice:

(z 1 + p 1 /ρg + α 1 u 2 1 /2g) – (z 2 + p 2 /ρg + α 2 u 2 2 /2g) = h 1-2.

Pro výpočty hydraulického potrubí můžete použít kalkulačku výpočtu hydraulického potrubí.

V této rovnici h_1-2 – ztráta tlaku (energie) k překonání všech typů hydraulického odporu, který klesá na jednotku hmotnosti pohybující se kapaliny.

h 1-2 = ht + Σh m.

• h_t – ztráta tlaku v důsledku tření po délce toku.
• Σh_м – celková tlaková ztráta při místním odporu.

Ztrátu třecí hlavy po délce průtoku můžete vypočítat pomocí Darcy-Weisbachova vzorce

ht = A(L/d)(v2/2g).

• kde L – délka potrubí.
• d je průměr části potrubí.
• v je průměrná rychlost pohybu tekutiny.
• λ je koeficient hydraulického odporu, který obecně závisí na Reynoldsově čísle (Re=v*d/ν) a relativní ekvivalentní drsnosti trubek (Δ/d).

Hodnoty ekvivalentní drsnosti Δ vnitřního povrchu trubek různých typů a typů jsou uvedeny v tabulce 2. A závislosti součinitele hydraulického odporu λ na čísle Re a relativní drsnosti Δ/d jsou uvedeny v tabulce 3 .

V případě, kdy je režim pohybu laminární, pak pro trubky nekruhového průřezu koeficient hydraulického odporu λ se zjistí pomocí vzorců specifických pro každý jednotlivý případ (tabulka 4).

Pokud je turbulentní proudění vyvinuto a funguje s dostatečnou přesností, můžete při určování λ použít vzorce pro kruhové potrubí o průměru d nahrazené 4 hydraulickými poloměry proudění R_г (d=4R_г)

Rg = w/c.

• kde w je plocha „živého“ průřezu toku.
• c- jeho „mokrý“ obvod (obvod „živé“ části podél kontaktu kapalina-pevná látka)

Ztráta tlaku v místních odporech lze určit podle tvarů. Weisbach

hm = ζv2/2g.

• kde ζ je místní koeficient odporu, který závisí na konfiguraci místního odporu a Reynoldsově čísle.

V rozvinutém turbulentním režimu je ζ = const, což nám umožňuje zavést do výpočtů koncept ekvivalentní délky lokálního odporu. L_ekv. těch. taková délka přímého potrubí, pro kterou h_t =h_м. V tomto případě jsou tlakové ztráty v místních odporech zohledněny přičtením součtu jejich ekvivalentních délek ke skutečné délce potrubí

• kde L_пр – zkrácená délka potrubí.

Závislost tlakové ztráty h_1-2 ze spotřeby je tzv charakteristiky potrubí.

V případech, kdy je pohyb kapaliny v potrubí zajišťován odstředivým čerpadlem, je pak pro stanovení průtoku v systému čerpadlo-potrubní sestavena charakteristika potrubí. h = h(Q) s přihlédnutím k rozdílu nadmořských výšek ∆z(h_1-2 + ∆z při z₁< z₂ a h_1-2 — ∆z při z₁>z₂) superponované na tlakovou charakteristiku čerpadla H=H(Q), který je uveden v datovém listu čerpadla (viz obrázek). Průsečík takových křivek udává maximální možný průtok v systému.

Rozsah potrubí.

Vnější průměr d_н, mm

Vnitřní průměr d_ext, mm

Tloušťka stěny d. mm

Vnější průměr d_н, mm

Vnitřní průměr_ext, mm

Tloušťka stěny d, mm

1. Bezešvé ocelové trubky pro všeobecné použití

3. Trubkové trubky

A. Hladký