Расчет потерь напора воды в трубопроводе

Чтобы выбрать насос для скважины, необходимо сделать расчёт потребного напора, а одна из частей определения потребного напора – это расчёт потерь напора в трубопроводе. В статье мастер сантехник расскажет, как идет сопротивление движению потока.

Виды потерь напора

Последние бывают двух видов:

• Сопротивления по длине, пропорци­ональные длине потока;
• Местные сопротивления, возникнове­ние которых связано с изменением направления или ве­личины скорости в том или ином сечении потока.

К местным сопротивлениям относят внезапное расши­рение потока, внезапное сужение потока, вентиль, кран, диффузор и т. д.

Потери напора на рисунке:

• Местные потери (на рисунке обведены красным), конкретно на данном рисунке: поворот, задвижка (условное обозначение по ГОСТ – «бантик»), еще один поворот и внезапное (т.е. не плавное) расширение.
• Потери по длине (на рисунке подчеркнуты зеленым), здесь – это потери на прямолинейных участках l1, l2, l3, l4.

Расчёт потерь напора на прямых участках трубопровода

Чтобы не вдаваться в глубокие теоретические расчеты, можно воспользоваться уже готовыми таблицами с вычисленными данными для всех основных диаметров труб и расходов воды. Сейчас повсеместно используются трубопроводы – из полипропилена, полиэтилена и других полимеров. Такие трубы имеют массу преимуществ перед стальными трубами: они легче, проще в монтаже, не подвержены коррозии, дешевле, более гладкие, и как следствие в них меньше потери напора.

В этой таблице приведены значения потери напора на 100 метров трубопровода (потеря напора указана в метрах водного столба):

Для стальных труб можно использовать эти же значения, умножив их на коэффициент 1,5.

Например, при расходе воды 0,5 м³/ч в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм и длиной 100 м потеря напора составляет 2,1 м.

Расчёт потери напора на местных сопротивлениях

Кроме того, потеря напора происходит в местных сопротивлениях: поворотах, изгибах, вентилях, задвижках, в разветвлениях трубопровода и в местах его сужения или расширения. Потери напора воды в них зависят от скорости потока и формы местного сопротивления.

Ниже в таблице приведены потери напора в основных местных сопротивлениях (потеря местного сопротивления указана в сантиметрах водного столба):

Расход воды соотносится со скоростью потока так:

Q = v*S

Где:

• Q – это расход воды (в м³/с);
• S – площадь поперечного сечения (в м²);
• v – скорость потока (в м/с).

Площадь поперечного сечения для трубы:

S = 𝞹*D2/4

Где:

• 𝞹 - Число Пи – математическая константа, которая выражает отношение длины окружности к её диаметру. Равна приблизительно 3,141592653589793238462643...;
• D – внутренний диаметр трубы.

Например, при расходе воды 0,5 м³/ч (0,000138889 м³/с) в трубопроводе с внутренним диаметром 19 мм (S = 0,000283385 м²), скорость потока составит:

v = Q / S = 0,000138889 / 0,000283385 = 0,49 м/с

Местное сопротивление колена при этом будет 1,9 см, а клапана 32 см.

Как видно, потери напора на местных сопротивлениях – это самая малая часть потерь во всём трубопроводе. Они могут быть значительными только при больших скоростях потока, т.е. когда через тонкую трубу проходит большой объем воды. Использования более толстых труб, диаметр, которых, соответствует расходу воды, практически снимает проблему местных сопротивлений. При расчете потерь напора воды (и дальнейшем выборе насоса для скважины) достаточно заложить на местные сопротивления несколько метров напора, с небольшим запасом для верности – от 2 до 4 метров. Вместе с потерями напора воды в прямых участках трубопровода, эта цифра для небольшого загородного дома может уложиться в 5 метров.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Каким должно быть давление воды в водопроводе и как его повысить при необходимости