Как посчитать пропускную способность трубы для разных систем – примеры и правила

Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.

Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.

Способы расчета пропускной способности трубопровода

Перед тем, как посчитать пропускную способность трубы, нужно узнать основные обозначения, без которых проведение расчетов будет невозможным:

1. Внешний диаметр. Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.
2. Диаметр условного прохода. Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.

Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:

1. Физические расчеты. В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.
2. Табличные расчеты. Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.
3. Расчет при помощи программ. Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.

Расчет пропускной способности газопроводов

Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.

Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:

Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;

Ду – величина условного прохода трубы.

Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.

В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:

Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;

Т – температура транспортируемого газа (К).

Эта формула позволяет определить степень разогрева транспортируемого вещества в зависимости от давления. Увеличение температуры приводит к расширению газа, в результате чего давление на стенки трубы повышается (прочитайте: «Почему возникает потеря давления в трубопроводе и как этого можно избежать»).

Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить. Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.

При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.

Расчет пропускной способности канализационных труб

При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.

Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:

• Диаметр труб – Ду;
• Средняя скорость движения веществ – v;
• Величина гидравлического уклона – I;
• Степень наполнения – h/Ду.

Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит движение стоков со скоростью, необходимой для самоочищения системы.

Скорость и предельный уровень наполнения бытовой канализации определяются по таблице, которую можно выписать так:

1. 150-250 мм — h/Ду составляет 0,6, а скорость – 0,7 м/с.
2. Диаметр 300-400 мм — h/Ду составляет 0,7, скорость – 0,8 м/с.
3. Диаметр 450-500 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 0,9 м/с.
4. Диаметр 600-800 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 1 м/с.
5. Диаметр 900+ мм — h/Ду составляет 0,8, скорость – 1,15 м/с.

Для изделия с небольшим сечением имеются нормативные показатели минимальной величины уклона трубопровода:

• При диаметре 150 мм уклон не должен быть менее 0,008 мм;
• При диаметре 200 мм уклон не должен быть менее 0,007 мм.

Для расчета объема стоков используется следующая формула:

Где а – площадь живого сечения потока;

v – скорость транспортировки стоков.

Определить скорость транспортировки вещества можно по такой формуле:

где R – величина гидравлического радиуса,

С – коэффициент смачивания;

i – степень уклона конструкции.

Из предыдущей формулы можно вывести следующую, которая позволит определить значение гидравлического уклона:

Чтобы вычислить коэффициент смачивания, используется формула такого вида:

Где n – коэффициент, учитывающий степень шероховатости, который варьируется в пределах от 0,012 до 0,015 (зависит от материала изготовления трубы).

Значение R обычно приравнивают к обычному радиусу, но это актуально лишь в том случае, если труба заполняется полностью.

Для других ситуаций используется простая формула:

Где А – площадь сечения потока воды,

Р – длина внутренней части трубы, находящейся в непосредственном контакте с жидкостью.

Табличный расчет канализационных труб

Определять проходимость труб канализационной системы можно и при помощи таблиц, причем расчеты будут напрямую зависеть от типа системы:

1. Безнапорная канализация. Для расчета безнапорных канализационных систем используются таблицы, содержащие в себе все необходимые показатели. Зная диаметр устанавливаемых труб, можно подобрать в зависимости от него все остальные параметры и подставить их в формулу (прочитайте также: «Как выполняется расчет диаметра трубопровода – теория и практика из опыта»). Кроме того, в таблице указан объем проходящей через трубу жидкости, который всегда совпадает с проходимостью трубопровода. При необходимости можно воспользоваться таблицами Лукиных, в которых указана величина пропускной способности всех труб с диаметром в диапазоне от 50 до 2000 мм.
2. Напорная канализация. Определять пропускную способность в данном типе системы посредством таблиц несколько проще – достаточно знать предельную степень наполнения трубопровода и среднюю скорость транспортировки жидкости. Читайте также: «Как рассчитать объем трубы – советы из практики».

Таблица пропускной способности полипропиленовых труб позволяет узнать все необходимые для обустройства системы параметры.

Расчет пропускной способности водопровода

Водопроводные трубы в частном строительстве применяются чаще всего. На систему водоснабжения в любом случае приходится серьезная нагрузка, поэтому расчет пропускной способности трубопровода обязателен, ведь он позволяет создать максимально комфортные условия эксплуатации будущей конструкции.

Для определения проходимости водопроводных труб можно использовать их диаметр (прочитайте также: «Как определить диаметр трубы – варианты замеров окружности»). Конечно, данный показатель не является основой для расчета проходимости, но его влияние нельзя исключать. Увеличение внутреннего диаметра трубы прямо пропорционально ее проходимости – то есть, толстая труба почти не препятствует движению воды и меньше подвержена наслоению различных отложений.

Впрочем, есть и другие показатели, которые также необходимо учитывать. Например, очень важным фактором является коэффициент трения жидкости о внутреннюю часть трубы (для разных материалов имеются собственные значения). Также стоит учитывать длину всего трубопровода и разность давлений в начале системы и на выходе. Немаловажным параметром является и количество различных переходников, присутствующих в конструкции водопровода.

Пропускная способность полипропиленовых труб водопровода может рассчитываться в зависимости от нескольких параметров табличным методом. Одним из них является расчет, в котором главным показателем является температура воды. При повышении температуры в системе происходит расширение жидкости, поэтому трение повышается. Для определения проходимости трубопровода нужно воспользоваться соответствующей таблицей. Также есть таблица, позволяющая определить проходимость в трубах в зависимости от давления воды.

Самый точный расчет воды по пропускной способности трубы позволяют осуществить таблицы Шевелевых. Помимо точности и большого числа стандартных значений, в данных таблицах имеются формулы, позволяющие рассчитать любую систему. Данный материал в полном объеме описывает все ситуации, связанные с гидравлическими расчетами, поэтому большинство профессионалов в данной области чаще всего используют именно таблицы Шевелевых.

Основными параметрами, которые учитываются в этих таблицах, являются:

• Внешний и внутренний диаметры;
• Толщина стенок трубопровода;
• Период эксплуатации системы;
• Общая протяженность магистрали;
• Функциональное назначение системы.

Заключение

Расчет пропускной способности труб может выполняться разными способами. Выбор оптимального способа расчета зависит от большого количества факторов – от размеров труб до назначения и типа системы. В каждом случае есть более и менее точные варианты расчета, поэтому найти подходящий сможет как профессионал, специализирующийся на прокладке трубопроводов, так и хозяин, решивший самостоятельно проложить магистраль у себя дома.

Пропускная способность трубы

Редакция E-metall Опубликовано 2021-01-06

Нормальная работа всех инженерных систем здания прежде всего зависит от точности проектирования. Диаметр трубы влияет на ее пропускную способность – объем, который может пропустить сечение в единицу времени. Эту величину не принято вычислять и указывать в литрах для каждого вида продукции, так как при расчетах необходимо учитывать множество факторов.

Если диаметр трубопровода слишком мал, увеличивается внутреннее давление. Это создает аварийную ситуацию: возможны разрывы, протечки, появление засоров может полностью перекрыть поток.

Выбор труб большого сечения решает все эти проблемы, но напор может оказаться недостаточным. Такая система не в состоянии обеспечивать подачу воды или газа в нормальном объеме.

Методы определения пропускной способности

При расчетах инженеры руководствуются строительными нормами СНиП 2.04.01- и СП 402.1325800.2018. Разработку проектов производят с учетом точек разбора и нормативного потребления ресурсов. Как рассчитать пропускную способность трубы самостоятельно? Используют несколько вариантов, но все они дают приблизительный результат:

• С помощью таблиц;
• Опираясь на гидравлические формулы;
• Через онлайн-калькуляторы;
• С помощью программных продуктов.

На пропускную способность участка трубы оказывают влияние следующие факторы:

• Условный проход (Ду или DN);
• Материал изготовления;
• Количество колен, переходников, фитингов;
• Число точек разбора.
• Длина отрезка;
• Мощность насосного оборудования или уклон;
• Характеристики транспортируемой среды.

Условный проход – это средний внутренний диаметр. Понятие было введено для удобства подбора при стыковке элементов разных типоразмеров. Стальные изделия к концу эксплуатационного срока могут пропускать меньший объем воды из-за формирования отложений и ржавчины. От гладкости поверхности зависит сопротивление потоку, дополнительно оно создается в местах размещения арматуры. По правилам гидравлики пропускную способность рассчитывают в самом узком месте.

Расчет пропускной способности газовой трубы

Природный газ – особо опасная среда, поэтому проектирование разводок выполняют компании с лицензией, а работоспособность оборудования проверяет инспектор. Свойство газов сжиматься – усложняет вычисления. Кроме этого возможны утечки через микроскопические трещины и зазоры.

Пропускную способность газовой трубы определяют исходя из обеспечения бесперебойных поставок в часы максимального потребления и минимальными потерями напора между участками сети.

Кроме этого, характеристики строения должны соответствовать требованиям пожарной безопасности.

Упрощенная формула для бытовых газопроводов:

• Д_у или DN – условный проход;
• Р – абсолютное давление газа, равное рабочему +0,10 мПа.

Для определения диаметра магистрального или распределительного газопровода применяют более сложную формулу:

• Z – коэффициент сжимаемости;
• t o – температура среды.

Например, в летнее время температура воздуха выше. Газ, находящийся в трубопроводе увеличивается в объеме. Если пропускная способность окажется ниже, возможны утечки и даже взрывы.

Таблица расчета газовой трубы

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

Расчет канализационной трубы

Системы канализации бывают напорные и безнапорные. В безнапорных вещества движутся за счет уклона элементов. В напорных сточные воды перемещаются благодаря действию насосных станций.

Стоки представляют собой разнородную массу. При малых скоростях твердые частицы выпадают на дно и образуют наносы. Для бесперебойной работы необходимо обеспечить скорость самоочищения, она определена для различных Ду.

Для вычисления размера сечения применяют формулу постоянного расхода жидкости:

• q=a*v ( q ­– расход, a – площадь сечения потока, v – скорость)

• v=C√R*i (С – коэффициент Шези, R – гидравлический радиус, i – уклон)

• R = a/x (a – площадь сечения потока, x – смоченный периметр)

Коэффициент Шези обозначает потери, связанные с трением с учетом длины. Гидравлический радиус тоже введен для вычисления сопротивления, ведь чем шире русло реки, тем большая энергия трения возникает при движении потока. Смоченный периметр – это часть длины окружности, которая соприкасается с жидкостью.

Применение формул чрезвычайно сложно, поэтому для определения Ду внутренних сетей зданий, ливневок, стоков применяют готовые таблицы или программное обеспечение.

Расчет расхода сточных вод

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

Расчет водопроводной трубы

Водопроводный сортамент применяют для ХВС, ГВС и отопления. Кроме этого, в каждом строении организуют большое число точек водоразбора, например, в среднестатистической квартире их минимум три.

К системе водоснабжения подключают:

• ванные,
• душевые кабины,
• санузлы,
• кухонные мойки и различные приборы (стиральные и посудомоечные машины, автополив в частных домах).

Иногда гидравлическая схема устроена так, что при работающем душе не хватает напора на кухне.

Принято считать, что скорость потока в водопроводе примерно равна 2 м/с, а за минуту из крана вытекает примерно 6 литров. Согласно СНиП 2.0401-85 допустимое давление холодной воды 0,3 – 6 бар, а горячей 0,3- 4,5 бар (под напором 1 бар вода может подняться на высоту 10 метров). Нормативы также обозначены в Постановлении Правительства № 354.

Владельцы частных домов вынуждены рассчитывать показатели индивидуально. Здесь необходимо учитывать заводские рекомендации для реле насосных установок. Величину 4 бар можно считать оптимальной для нужд жильцов и хозяйства, а фитинги — запорная арматура — способны служить достаточное время без срывов. Но такие технические возможности есть не у каждой системы.

Важным параметром является температура среды. Под действием тепла жидкости расширяются, следовательно, возрастает давление и трение. Дополнительное сопротивление создает каждый изгиб, фитинг, внутренняя поверхность по всей длине участка.

Гидравлический расчет включает в себя следующие характеристики:

• Условный проход;
• Нормативный расход;
• Номинальное и допустимое избыточное давление;
• Материал – падение напора на каждом участке;
• Количество фасонных деталей;
• Линейное и тепловое расширение;
• Длина.

Для вычисления зависимостей между расходом и давлением потока жидкости применяются уравнения Бернули (динамическое) и сохранения расхода (кинематическое).

Пропускная способность водопроводной трубы по диаметру наиболее точно определяется по таблице Шевелевых. Производители предусматривают расчетное давление для каждого размера Ду, проводят гидравлические испытания на соответствие. Существует таблица расчетов по теплоте и теплоносителю.

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

Пропускная способность трубы в зависимости от давления теплоносителя

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

Практически все водопроводы изготовлены из сталей (за исключением части внутренней разводки МКД). Для трубопроводов общего назначения с высокими механическими или корродирующими нагрузками используется чугун или нелегированные конструкционные стали.

Абсолютную шероховатость поверхностей обозначают знаком ∆ и вычисляют для разных сред после нескольких лет применения (отложения накипи, применение в насосно-компрессорных и системах отопления).

Так как необходим учет большого числа факторов, инженеры выполняют проектирование в специализированных программах. Применение формул требует знаний многих параметров. Это не всегда возможно для специалистов, поэтому в нормативных документах предусматриваются таблицы.