Как рассчитать пропускную способность трубы

Расчет пропускной способности - одна из самых сложных задач при прокладке трубопровода. В этой статье мы попробуем разобраться с тем, как именно это делается для разных видов трубопроводов и материалов труб.

Трубы с высокой пропускной способностью
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.

Таблица 1. Пропускная способность трубы для жидкостей, газа, водяного пара
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

В распоряжении современных сантехнических фирм имеются специальные компьютерные программы для расчета пропускной способности труб, а также множества других схожих параметров. Кроме того, разработаны онлайн-калькуляторы, которые хоть и менее точны, но зато бесплатны и не требуют установки на ПК. Одна из стационарных программ «TAScope» – творение западных инженеров, которое является условно-бесплатным. В крупных компаниях используют «Гидросистема» - это отечественная программа, рассчитывающая трубы по критериям, влияющим на их эксплуатацию в регионах РФ. Помимо гидравлического расчета, позволяет считать другие параметры трубопроводов. Средняя цена 150 000 рублей.

Газовая труба

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:

Qmax = 0.67 Ду2 * p

где p - равно рабочему давлению в системе газопровода + 0,10 мПа или абсолютному давлению газа;

Ду - условный проход трубы.

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

где z - коэффициент сжимаемости;

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.

Максимальная скорость (W) газа в таблице - 25 м/с, а z (коэффициент сжимаемости) равен 1. Температура (Т) равна 20 градусов по шкале Цельсия или 293 по шкале Кельвина.

Таблица 2. Пропускная способность газового трубопровода в зависимости от давления
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.

Канализационная труба

Формула гидравлического расчета

Для гидравлического расчета канализации требуется определить неизвестные:

  1. диаметр трубопровода Ду;
  2. среднюю скорость потока v;
  3. гидравлический уклон l;
  4. степень наполнения h/ Ду (в расчетах отталкиваются от гидравлического радиуса, который связан с этой величиной).

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
Таблица 3. Самоочищающая скорость канализационных стоков в зависимости от значения условного прохода трубы
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:

q=a•v,

где a - это площадь живого сечения потока,

v – скорость потока, м/с.

Скорость рассчитывается по формуле:

v= C√R*i,

где R – это гидравлический радиус;

С – коэффициент смачивания;

i - уклон.

Отсюда можно вывести формулу гидравлического уклона:

i=v2/C2*R

По ней определяют данный параметр при необходимости расчета.

С=(1/n)*R1/6,

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:

R=A/P,

где А – это площадь поперечного потока жидкости,

P– смоченный периметр, или же поперечная длина внутренней поверхности трубы, которая касается жидкости.

Безнапорная труба канализации

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.

Исходные данные для гидравлического расчета безнапорных полимерных труб для канализации

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.

Таблица 4. Расчет расхода сточных вод, литров в секунду
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.

Водопроводная труба

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.

Таблица 5. Пропускная способность трубы в зависимости от теплоносителя и отдаваемой теплоты
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 6. Пропускная способность трубы в зависимости от давления транспортируемой жидкости
Расход Пропускная способность
Ду трубы 15 мм 20 мм 25 мм 32 мм 40 мм 50 мм 65 мм 80 мм 100 мм
Па/м - мбар/м меньше 0,15 м/с 0,15 м/с 0,3 м/с
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 - 1,000 184 425 788 1724 2632 5004 10152 15768 31932
120,0 - 1,200 202 472 871 1897 2898 5508 11196 17352 35100
140,0 - 1,400 220 511 943 2059 3143 5976 12132 18792 38160
160,0 - 1,600 234 547 1015 2210 3373 6408 12996 20160 40680
180,0 - 1,800 252 583 1080 2354 3589 6804 13824 21420 43200
200,0 - 2,000 266 619 1151 2486 3780 7200 14580 22644 45720
220,0 - 2,200 281 652 1202 2617 3996 7560 15336 23760 47880
240,0 - 2,400 288 680 1256 2740 4176 7920 16056 24876 50400
260,0 - 2,600 306 713 1310 2855 4356 8244 16740 25920 52200
280,0 - 2,800 317 742 1364 2970 4356 8566 17338 26928 54360
300,0 - 3,000 331 767 1415 3076 4680 8892 18000 27900 56160

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:

  1. диаметры трубы – внутренний и наружный;
  2. толщина стенки;
  3. срок эксплуатации водопровода;
  4. длина магистрали;
  5. назначение труб.

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.