Потеря давления на преодоление сопротивлений трения, отнесенная к 1 м длины трубы, называется гидравлическим уклоном i или удельной потерей давления R.
Первое из этих определений общепринято при расчете систем водоснабжения, второе — при расчете трубопроводов систем отопления, вентиляции и газоснабжения.
Потеря давления на трение определяется по формуле Дарси — Вейсбаха
Rl=λl/d*ω2ϒ/2g, или Rl= λl/d Hд,
где R — удельная потеря давления, отнесенная к 1 м длины трубы, в кг/м2;
l — длина участка трубы с постоянным расходом в м;
λ — безразмерный коэффициент трения, величина которого зависит от значения числа Рейнольдса (т. е. от характера движения потока), диаметра трубы, степени шероховатости ее стенок и физических свойств движущейся среды;
d — внутренний диаметр трубы в м;
ω — скорость движения среды в трубе в м/сек;
g — ускорение силы тяжести в м/сек2;
γ — удельный вес среды в кг/м3, для воды γ = 970 при t = 82,5°; для пара γ = 0,7 при давлении 0,2 кг/см2; для стандартного воздуха γ = 1,2 при t = 20°; для природного газа γ = 0,73 — 0,76 при t = 20° и барометрическом давлении 760 мм рт. ст.;
Hд — динамическое (скоростное) давление, которым обладает движущаяся среда.
Потеря давления на местные сопротивления определяется по формуле
z = ζ * ω2ϒ/2g, или z = ζHд
где ζ — безразмерный коэффициент, характеризующий данное местное сопротивление.
Местные сопротивления многочисленны по наименованиям и различны по значениям коэффициентов, поэтому здесь приводятся только некоторые из них:
| радиатор | 2,0 |
| тройник проходной | 1,0 |
| тройник «ответвление» (или поворот) | 1,5 |
| крестовина проходная | 2,0 |
| кран пробочный (при d=15 и 20 мм) | 2 — 4 |
| винтель с прямым шпинделем (при d= 15 и 20 мм) | 10 — 16 |
Потери давления на преодоление местных сопротивлений и сопротивлений трения примерно одинаковы при насосном водяном отоплении и паровом отоплении низкого давления. В воздуховодах местные сопротивления превышают в несколько раз сопротивления трения.
Определение удельной потери давления производится по специальным расчетным таблицам или номограммам.
На рисунке ниже приведены такие номограммы для расчета водогазопроводных труб систем водяного и парового отопления и труб из кровельной стали (воздуховодов) систем воздушного отопления и вентиляции.
Номограммы для расчета труб
а — водяного отопления; б — парового отопления; в — воздушного отопления и вентиляции.
Эти три номограммы построены по формуле Дарси — Вейсбаха, поэтому одинаковы по своему начертанию. Так как они здесь предназначены только для учебных целей, то охватывают незначительный расчетный диапазон.
Каждой такой номограммой связаны четыре расчетных параметра:
- расход, выраженный количеством воды (а кг/ч)* для водяного отопления, количеством тепла (в ккал/ч) для парового отопления, количеством воздуха (в м/ч) для воздушного отопления и вентиляции;
- внутренний диаметр трубы или воздуховода;
- удельная потеря давления, отнесенная к 1 м длины трубы, в кг/м2;
- скорость движения среды (воды, пара, воздуха) в трубе в м/сек.
На оси абсцисс дан масштаб расходов, на оси ординат — масштаб удельной потери давления. На поле номограммы нанесены перекрещивающиеся линии скоростей и диаметров. Зная два любых расчетных параметра, одним из которых обычно является расход, можно определить два оставшихся.
Максимальные скорости движения воды в трубах системы насосного отопления принимаются от 0,5 м/сек (при диаметре в 15 мм) до 1,5 м/сек (диаметр 50 мм и более).
Для труб тех же диаметров наибольшие скорости движения пара низкого давления составляют 14 и 30 м/сек. В воздуховодах скорость воздуха не превышает 10 — 12 м/сек.
Энергия, расходуемая на преодоление гидравлических сопротивлений циркуляционного кольца системы водяного отопления, как и магистрали систем парового или воздушного отопления и вентиляции, сообщается:
воде — за счет гравитационных сил или действием центробежного насоса;
пару — за счет давления, приобретаемого им в котле;
воздуху — за счет сил гравитации или работы вентилятора в размере Н = Σ(Rl+z)1-n кг/м2, где n — количество участков циркуляционного кольца или магистрали.
При механическом побуждении движения в водяной системе отопления значение величины Н определяется технико-экономическими соображениями или задается нормами. Так, в частности, для жилых домов Н = 1000/1200 кг/м2 при питании системы от тепловой сети.
*С незначительной погрешностью можно считать в л/ч.
«Санитарно-технические устройства зданий»,
В.В.Конокотин