Давление воды в трубопроводе: нормы и способы повысить давление — Концессии и государственно-частное партнерство в ЖКХ

Содержание

Давление воды в водопроводе в квартире и частном доме: в чем измеряется норматив

Водоснабжение жилья обычное явление. Мы на столько к нему привыкаем, что вспоминаем о нем только, когда случается неисправность. Например, напор снижается, и бытовая техника перестает работать. Поэтому важной характеристикой водоснабжения является давление воды в водопроводе.

Содержание

Для чего нужно знать давление в трубопроводе
Нормативные величины
Рекомендуемое комфортное давление
Как измерить
Что может влиять на величину напора
Способы повышения давления воды
Чем опасен чрезмерно сильный напор
Как понизить давление воды в водопроводе

Для чего нужно знать давление в трубопроводе

Система водоснабжения города, микрорайона, жилого дома это сложное инженерное сооружение. Оно состоит из множества элементов: трубопроводы, насосы, запорная и регулирующая арматура, измерительные приборы и предохранительные устройства. А так же оборудование использующее воду для технологических или бытовых целей.

Для удобства проектирования, изготовления элементов и оборудования, монтажа, эксплуатации и пользования системой водоснабжения разработаны единые стандарты. Одним из стандартов является величина напора воды в системе водоснабжения на различных этапах технологической цепочки.

Знать эти величины необходимо всем участникам процесса, что бы правильно спроектировать, отрегулировать и эксплуатировать оборудование. А производители сантехнического и бытового оборудования могли выпускать товары с достаточным запасом прочности.

Для рядовых потребителей эти сведения тоже необходимы. Приобретая различные бытовые устройства, подключаемые к водопроводу, следует обращать внимание на данные о величине давления на которое они рассчитаны. Особенно это актуально для импортных товаров. Кроме того, зная давление воды в водопроводе в квартире по нормативу, легче отстаивать свое право на получение качественной услуги.

Основным документом, определяющим величину свободного напора на вводе в здание, является Свод Правил СП 31.13330.2012 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*”. Данные требования должны соблюдаться при проектировании строящихся и реконструируемых систем наружного водоснабжения.

“Правила предоставления коммунальных услуг…” (приняты Постановлением Правительства РФ № 354 от 06.05.2011) определяют давление при холодном и горячем водоснабжении в точке разбора у конечного потребителя.

Нормативные величины

Нормативные акты используют два показателя: напор и давление. Эти характеристики имеют разные единицы измерения, но по своей сути тождественны друг другу.

Напор в водопроводе измеряется величиной водяного столба в метрах. Численное значение указывает на какую высоту поднимется вода. Водяной столб высотой 10 метров и диаметром 1 см2 в нижней точке оказывает давление на поверхность. Данное давление принимается за стандартную единицу измерения и обозначается 1кгс/см2. Кстати, объем такого водяного столба будет 1000 см2 или 1 литр, который весит 1 килограмм. Такая система измерения применяется на территории России.

По международной системе единиц давление измеряется в Паскалях. В зарубежных странах применяются свои единицы измерения, например Бар и psi. Поэтому импортное оборудование характеризуется в этих величинах. 1 Бар равен 10,1972 метра водяного столба или 10 МПа.

Отсюда 1кгс/см2 равен 1,0197 Бар.

Еще одной измерительной величиной служит атмосферное давление. 1 атм. равна 0,9678 кгс/см2 или 0,9869 Бар. На практике, учитывая малую величину разницы и для удобства пересчета, 1 Бар приравнивают к 1 кгс/см2 или 1 атмосфере.

Необходимость измерения возникает на всех этапах водоснабжения, начиная с подъема воды из артезианской скважины или поверхностного водоема и заканчивая подачей воды в здание или на объект.

Система водоснабжения представляет следующую технологическую последовательность:

станция подъема воды из источника;
водоочистные сооружения;
насосная станция, подающая воду в магистральные сети;
промежуточные станции, регулирующие давление в магистралях крупных городов, а так же при наличии значительных перепадов высот на местности;

присоединяемые здания и объекты, потребители воды.

Напор в городской магистрали должен быть не более 60 метров или 6 кгс/см2. Этой величины достаточно для обеспечения водой зданий до 10 этажей, без установки дополнительных насосов в доме. Если присоединенные здания меньшей этажности, давление в водопроводе может быть снижено до величины, необходимой для соблюдения норматива в квартирах верхних этажей.

Напор в водопроводной сети свыше 6 кгс/см2 не применяется, поскольку это может привести к повреждению сетей и сантехнического оборудования внутри зданий и других присоединенных объектов.

Согласно принятых стандартов, санитарно-техническое оборудование для хозяйственно-бытового использования, присоединяемое к водопроводной сети, должно рассчитываться на давление не менее 6 кгс/см2. Различные производители товаров общего потребления придерживаются этого стандарта.

В зданиях выше 10 этажей, а так же где нормативные величины на верхних этажах невозможно обеспечить, устанавливаются повышающие регулируемые насосы. В высотных зданиях от 20 этажей и выше, внутридомовая система водоснабжения разделяется на верхний и нижний контур.

У каждого контура своя насосная станция, обеспечивающая необходимый напор в трубах водопровода. Давление в в трубах водопровода может достигать 9 кгс/см2 в первом контуре и до 14 кгс/см2 во втором. В зданиях с повышающими насосами, обязательно в помещении каждого потребителя устанавливаются регулирующие редукторы, для защиты внутриквартирного оборудования и сети.

В водоразборной точке у потребителя нормируемая величина давления воды должна быть не менее 0,3 кгс/см2 для холодной и горячей воды. И не более 6 кгс/см2 для холодной и 4,5 кгс/см2 для горячей воды. Это требование едино для многоквартирных домов и частного строения.

Такая большая разница определена с учетом многоэтажных зданий. Чем выше дом, тем большее давление в трубах водопровода необходимо создать для подъема воды на верхние этажи.

СП 31.13330.2012 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*” п. 5.11 определяет порядок расчета напора: “ Минимальный свободный напор в сети водопровода населенного пункта при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание над поверхностью земли должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м, при большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м.
”

4 метра на каждый этаж добавляется с учетом потерь в трубопроводе, при движении воды, около 1 метра на этаж.

Норматив	Величина	Основание
Свободный напор в наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода не должен превышать, м (кгс/см2)	60 (6,0)	СП 31.13330.2012 (СНиП 2.04.02-84*) п. 5.13
Минимальный свободный напор в здании, м (кгс/см2)	10+4 х эт. (1+0,4 х эт.)	СП 31.13330.2012 (СНиП 2.04.02-84*) п. 5.11
Давление в точке разбора ХВС, кгс/см2	от 0,3 до 6,0	ПП РФ № 354, п.3 приложения 1
Давление в точке разбора ГВС, кгс/см2	от 0,3 до 4,5	ПП РФ № 354, п.7 приложения 1
Рекомендуемое давление, кгс/см2	от 1,0 до 3,0	Сложившаяся практика

Как измерить

Чтобы узнать какое давление в трубах водоснабжения в квартире и сравнить с нормативным, необходимо выполнить замер. Для точного измерения напора требуется манометр со шкалой от “0” до 6,0 кгс/см2 или Бар. Можно использовать с большим диапазоном измерений, но точность измерения снизится.

Манометр устанавливается на переходник для соединения с шлангом. Шланг подбирается диаметром близким к диаметру гусака смесителя или водоразборного крана. Шланг одевается “в натяг” на переходник и на гусак крана. Если плотное присоединение не удается, нужно использовать хомуты. В продаже имеются манометры, которые легко присоединяются к шлангу душа, вместо лейки.

Открывается кран и производится замер давления в трубах.

Следует отметить, что при расходе воды напор немного ниже произведенного замера.

Если в системе водоснабжения используется бытовая насосная станция, то какое давление в водопроводе, можно определять по манометру станции.

При отсутствии манометра, можно произвести замер времени набора 10 литров воды из стандартного крана или смесителя. При 1 кгс/см2 время набора около 1 минуты, при 2 кгс/см2 около 30 секунд.

Что может влиять на величину напора

Питьевая вода должна соответствовать требованиям по качеству. Но даже в рамках этих требований, вода содержит взвеси, минеральные соли и примеси. Со временем на стенках труб, кранов и фильтрующих элементов образовываются отложения, и скапливаются частички взвеси. Свободный кислород в воде способствует коррозии металлов, из которых изготавливают отдельные элементы системы водоснабжения. Все эти процессы способствуют и запорно-регулирующей арматуры. Что увеличивает сопротивление движению потока воды, и снижает давление в конечной точке разбора.

Уменьшение количества работающих сетевых насосов, неисправности, отсутствие резервов, авария на соседних станциях или наружных магистральных сетях, закольцованных между собой – еще одна причина снижения давления в водопроводных трубах.

Ежегодно подключаются новые объекты к системе водоснабжения. Это значительно увеличивает разбор воды. Если водоснабжающая организация при этом не проводит работу по увеличению мощности наружных сетей, это так же ведет к снижению напора в водопроводе.

Способы повышения давления воды

Каждый потребитель имеет право жаловаться на не качественную услугу и добиваться увеличения напора воды. С нормами уже ознакомились. Однако при наличии минимального давления 0,3 кгс/см2, жалобы могут не помочь. Тогда следует воспользоваться другими вариантами.

При снижении напора, следует произвести обслуживание фильтров, устанавливаемых на вводе в помещение перед редуктором или счетчиком. Снять фильтрующие элементы, почистить и промыть. Если не возможно очистить, заменить на новый элемент.

У некоторых счетчиков воды на входном патрубке стоят сеточки. В этом случае стоит очистить и её. Многие современные смесители, для лучшей аэрации воды, имеют фильтры-сеточки, которые забиваются взвесью. Устанавливают фильтры и на некоторые бытовые приборы, например стиральные или посудомоечные машины.

Чем опасен чрезмерно сильный напор

Бытовые сантехнические приборы, краны, смесители, душевые шланги, гибкая подводка, бытовое оборудование рассчитаны на определенное рабочее давление в водопроводе. В нашей стране это 6 кгс/см2. Но даже напор в 6 кгс/см2 может повредить бытовые приборы, не говоря о случаях превышения этой величины.

Высокое давление разрушает слабые элементы и происходит затопление. При заливах водой страдает имущество, отделка помещений, возможно короткое замыкание. К еще большему ущербу приводят повреждения горячего водопровода.

При повышенном давлении могут образовываться , либо . Длительное подкапывание воды повреждает отделку и конструкции зданий.

Большую опасность представляют гидравлические удары, образующиеся при резком перепаде давления. Тогда напор в трубах водопровода на короткое время может увеличиться. Но этого может оказаться достаточно, что бы привести к разрыву изношенных частей водопровода.

Во избежание подобных опасностей, следует выбирать наименьшие величины давления воды, достаточные для нормальной работы бытовых приборов.

Как понизить давление воды в водопроводе

Напор воды в квартире прямо зависит от этажа, на котором она расположена. И если на верхних этажах испытывают проблемы из-за слабого давления, то на нижних этажах все наоборот. Однако понизить напор в трубах водопровода не сложно.

Для регулирования напора и поддержания его на заданном уровне применяются редукторы давления. Настройка редуктора производится за счет сжатия или ослабления пружины. Настроенный редуктор будет поддерживать установленное значение постоянно. Дополнительная настройка может понадобиться только, когда значительно изменится давление в водопроводной сети до редуктора, либо произойдет засорение калибровочного отверстия редуктора.

Редуктор устанавливается сразу после первого запорного крана и фильтра, перед прибором учета. В сужающейся части редуктора, под колпачком находится регулирующий винт, как правило, под шестигранник или плоскую отвертку. Вращая винт в разные стороны, мы изменяем сжатие пружины и соответственно уменьшаем или увеличиваем давление. Не следует часто заниматься регулировкой. Происходит повышенный износ уплотнительного резинового кольца и появляется подтекание воды.

Давление в водопроводе квартиры важный фактор для комфортного пользования водой. Обладая достаточными знаниями, можно решить проблемы с напором воды. А выбор правильного давления позволит избежать проблем.

Короткое видео о том как проверить давление в водопроводе

Клапан давления воды: виды и назначение

Перейти в сравнение

Организация водоснабжения в жилом доме, особенно если строение многоквартирное, требует соблюдения множества правил и норм.

Часто к поломкам оборудования, появлению протечек, выходу из строя бытового оборудования, подключенного к водопроводу – стиральных и посудомоечных машин, водонагревателей приводит неравномерное давление воды в трубопроводе и резкие его перепады. Помочь с решением этого вопроса поможет регулирующий клапан давления воды.

КАКИЕ ФУНКЦИИ ВЫПОЛНЯЕТ КЛАПАН ВОДЯНОЙ ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ДАВЛЕНИЯ

Функции, которые выполняет клапан водяной, состоят в следующем:

Многие разновидности бытового сантехнического оборудования настроены на работу не выше 3 атм. Система водоснабжения существенно перегружается при повышении этого значения, соединительные переходники и прокладки утрачивают свою надежность, функциональные узлы стиральных и посудомоечных машин выходят из строя. Устройства для регулировки предупреждают поступление воды под высоким давлением, своевременно понижая его до оптимального значения.

Резкий скачек давления чреват гидравлическим ударом, который влечет за собой прорыв трубы и выход из строя агрегатов на котельных. Большой скачок давления может привести не только к поломке, но даже взрыву накопительного водонагревателя. Регулятор давления защитит от подобных неприятностей.
За счет регулировки давления воды в трубопроводе приходит ее экономичное потребление до 25 % при уменьшении напора до 3 атм.

При использовании клапанов регулировки давления снижается шум от работы сантехнического оборудования – кранов и смесителей.
Уменьшение напора воды приводит к тому, что при образовании протечки, потери от затопления будут сокращены, так как устройство снижает подачу воды при падении давления в трубе.

КАКИМИ ОСОБЕННОСТЯМИ ОБЛАДАЕТ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ «ПОСЛЕ СЕБЯ» И «ОТ СЕБЯ»

В зависимости от места расположения регулятора давления в системе, выделяют две основные группы: регулятор давления «после себя» и «до себя». Из названия понятно, на каком промежутке трубопровода осуществляется регулировка давления – до или после точки установки устройства.
Конструкция РДВ содержит поршень (клапан), пружину «мембрану» и чугунный, латунный или стальной корпус. Дополнительно прибор может иметь манометр, очищающий фильтр, воздушный клапан, шаровой кран.
По долговечности и практичности лидируют мембранные модели. Поршневые более уязвимы перед качеством воды.
Пропускная способность устройств бывает разной. В связи с этим они бывают бытовыми, коммерческими и промышленными.

КАК ПРАВИЛЬНО ВЫБИРАТЬ РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ ВОДЫ

Выбирая регулирующие клапаны воды, обратить внимание рекомендуется на материал изготовления устройства. Это должен быть прочный металл и сплавы (сталь, латунь, бронза). Широкий ассортимент, предлагаемый множеством специализированных магазинов, состоит не только из достойных товаров этой категории, но и из изделий сомнительного качества. Чтобы правильно выбрать клапан давления, стоит обратить внимание на его стоимость – он не должна быть низкой, и вес – качественное изделие не может быть слишком легким.
Также внимание уделяют качеству литья – на поверхности и стенках изделия не должно быть раковин и обломов.
Специалисты рекомендуют приобретать модели, оснащенные манометрами, благодаря которым настройка оборудования и контроль рабочих параметров будет производиться проще.

КЛАПАНЫ BERMAD: ПРЕИМУЩЕСТВА

Клапаны «bermad» широко представлены на российском рынке и более чем за 10 лет зарекомендовали себя, как качественная и долговечная продукция. Являясь собственной разработкой компании Bermad, изделия отвечают всем международным стандартам, сертификатам качества, в том числе ISO 900, требованиям и нормам эксплуатации.
Для изготовления клапанов регулировки давления марки «Bermad» применяется высокотехнологичное оборудование и материалы. Это позволяет получать на выходе функциональные устройства, для которых не принципиально качество и состав воды – изделия работают на высоком уровне в течение многих лет.

Назначение и эксплуатационные условия позволяют приобрести клапаны многоцелевого или специализированного использования.

Объяснение потока и давления в трубах. Практическая инженерия

Во всех трубах, по которым проходят жидкости, возникают потери давления, вызванные трением и турбулентностью потока. Он затрагивает, казалось бы, простые вещи, такие как сантехника в вашем доме, вплоть до проектирования массивных, гораздо более сложных трубопроводов большой протяженности. Я говорил о многих проблемах, с которыми сталкиваются инженеры при проектировании трубопроводных систем, включая гидравлический удар, вовлечение воздуха и силы тяги. Но я никогда не говорил о факторах, влияющих на реальное количество жидкости, протекающей по трубе, и о давлениях, при которых это происходит. Итак, сегодня мы собираемся немного повеселиться, протестировать несколько различных конфигураций трубопроводов и посмотреть, насколько хорошо инженерные уравнения могут предсказывать давление и расход. Надеюсь, даже если вы не собираетесь использовать уравнения, вы получите некоторую интуицию, прочитав, как они работают в реальной ситуации. Сегодня мы говорим о гидравлике закрытых трубопроводов и падении давления в трубах.

Я люблю инженерные аналогии, и в данном случае между электрическими цепями и жидкостями в трубах есть много общего. Подобно тому, как все обычные проводники имеют некоторое сопротивление потоку тока, все трубы оказывают некоторое сопротивление потоку жидкости внутри, обычно в виде трения и турбулентности. На самом деле, это прекрасная аналогия, потому что сопротивление проводника зависит как от площади поперечного сечения, так и от длины проводника: чем больше и короче провод, тем меньше сопротивление. То же самое и с трубами, но причины немного другие. Скорость жидкости в трубе зависит от скорости потока и площади трубы. Учитывая скорость потока, большая труба будет иметь меньшую скорость, а маленькая труба будет иметь более высокую скорость. Эта концепция имеет решающее значение для понимания гидравлики конструкции трубопровода, поскольку трение и турбулентность в основном являются результатом скорости потока.

В своем видео я построил демонстрацию, которая должна помочь нам увидеть это на практике. Это коллектор для проверки различных конфигураций труб и наблюдения за их влиянием на поток и давление жидкости внутри. Он подключен к моему обычному крану слева. Вода проходит через расходомер и клапан, мимо нескольких манометров, через соответствующую трубку для отбора проб и, наконец, через насадку для душа. Я выбрал насадку для душа, так как для многих из нас это наиболее ощутимая и непосредственная связь с проблемами в сантехнике. Вероятно, это один из самых важных факторов, определяющих разницу между хорошим душем и плохим. Не волнуйтесь, вся эта вода будет отдана моим растениям, которые в ней нуждаются прямо сейчас.

Я использовал эти прозрачные трубы, потому что они выглядят круто, но внутри особо не на что смотреть. Вся необходимая нам информация будет отображаться на датчиках (при условии, что я каждый раз стравливаю весь воздух из линий). Первый измеряет расход в галлонах в минуту, второй измеряет давление в трубе в фунтах на квадратный дюйм, а третий измеряет разницу в давлении до и после образца (также называемую потерей напора) в дюймах. воды. Другими словами, этот манометр измеряет, сколько давления теряется из-за трения и турбулентности в образце — это то, за чем нужно следить. Проще говоря, это говорит о том, насколько вы должны открыть клапан, чтобы достичь определенной скорости потока. Я знаю, что люди, занимающиеся метрикой, хихикают над этими единицами измерения. В этом видео я собираюсь нарушить свое правило о предоставлении обеих систем измерения, потому что эти значения в любом случае являются просто примерами. Это просто приятные круглые числа, которые легко сравнить с реальным приложением вне демоверсии. Если хотите, замените свои предпочтительные единицы, потому что это не повлияет на выводы.

Инженеры используют несколько методов для оценки потерь энергии в водопроводных трубах, но одним из самых простых является уравнение Хазена-Вильямса. Его можно изменить несколькими способами, но этот способ удобен, потому что в нем есть переменные, которые мы можем измерить. В нем говорится, что потеря напора (другими словами, падение давления от одного конца трубы к другому) является функцией скорости потока, а также диаметра, длины и шероховатости трубы. Теперь — это много переменных, поэтому давайте попробуем пример, чтобы показать, как это работает. Во-первых, мы исследуем влияние длины трубы на потери напора. Я начинаю с короткого отрезка трубы в коллекторе и тестирую все на трех скоростях потока: 0,3, 0,6 и 0,9.галлонов в минуту (или галлонов в минуту).

При 0,3 галлона в минуту мы видим, что перепад давления в трубе практически незначителен, чуть менее половины дюйма. При 0,6 гал/мин потеря напора составляет около дюйма. А при расходе 0,9 галлона в минуту потеря напора составляет чуть более 3 дюймов. Сейчас меняю образец на гораздо более длинную трубу того же диаметра. В данном случае это в 20 раз больше, чем в предыдущем примере. Длина имеет показатель степени 1 в уравнении Хазена-Вильямса, поэтому мы знаем, что если мы удвоим длину, мы должны получить двойную потерю напора. И если мы умножим длину на 20, мы увидим, что падение давления также увеличится в 20 раз. И действительно, при скорости потока 0,3 галлона в минуту мы видим падение давления на трубе диаметром 7,5 дюймов, примерно в 20 раз по сравнению с короткой трубой. 4,3, что составляет лишь малую долю от потерь, измеренных с исходным образцом. Давайте посмотрим, так ли это. При 0,3 галлона в минуту падение давления в основном незначительно, как и в прошлый раз. На 0,6 и 0,9галлонов в минуту, падение давления практически такое же, как и исходное. Очевидно, что потеря напора связана не только со свойствами самой трубы, и, возможно, вы уже уловили это. В уравнении Хейзена-Вильямса есть что-то бросающееся в глаза. Он оценивает трение в трубе, но не включает трение и турбулентность, возникающую при резких изменениях направления или расширении и сжатии потока. Их называют малыми потерями, потому что для длинных труб они обычно незначительны. Но в некоторых ситуациях, таких как сантехника в зданиях или моя небольшая демонстрация здесь, они могут быстро складываться.

Каждый раз, когда жидкость делает резкий поворот (например, вокруг локтя), расширяется или сжимается (например, через эти быстроразъемные фитинги), она испытывает дополнительную турбулентность, что создает дополнительную потерю давления. Думайте об этом, как будто вы идете по коридору с поворотом. Вы предвидите поворот и соответствующим образом корректируете свой путь. Воды нет, поэтому она должна врезаться в борт, а затем изменить направление. И на самом деле есть формула для этих незначительных потерь. В нем говорится, что они являются функцией квадрата скорости жидкости и коэффициента k, который был измерен в ходе лабораторных испытаний для любого количества изгибов, расширений и сжатий. В качестве еще одного примера этого, вот образец трубы с четырьмя 9Изгибы 0 градусов. Если бы вы просто рассчитывали потери давления от потока в трубе, вы бы ожидали, что они будут незначительными. Короткая гладкая труба соответствующего диаметра. Реальность такова, что при каждом расходе, испытанном в исходном образце прямой трубы, этот имеет примерно двойную потерю напора, достигая максимального перепада давления почти 6 дюймов при 0,9 галлона в минуту. Инженеры должны включить «незначительные» потери в расчетные потери на трение внутри трубы, чтобы оценить общую потерю напора. В моей демонстрации здесь, за исключением 20-футовой трубы, большая часть перепада давления между двумя точками измерения вызвана незначительными потерями через различные фитинги в коллекторе. Вот почему в этом примере падение давления практически такое же, как и в оригинале. Несмотря на то, что труба намного больше в диаметре, расширение и сжатие, необходимые для перехода на эту большую трубу, компенсируют разницу.

Одно пояснение к этой демонстрации, которое я хочу сделать: я регулировал этот клапан каждый раз, чтобы поддерживать постоянную скорость потока в каждом примере, чтобы мы могли провести объективное сравнение. Но мы не так принимаем душ или пользуемся кранами. Может быть, вы делаете это по-другому, но я просто поворачиваю вентиль до упора. Результирующий расход зависит от давления в кране и конфигурации трубопровода на пути. Больше давления или меньшее трение и турбулентность в трубах и фитингах даст больший поток (и наоборот).

Итак, давайте свяжем все эти новые знания с примером конвейера. Вместо того, чтобы просто знать общее падение давления от одного конца до другого, инженеры предпочитают постоянно измерять давление вдоль трубы. Это называется линией гидравлического уровня, и удобно, что она представляет собой высоту, на которую поднялась бы вода, если бы вы вставили вертикальную трубу в основную трубу. С помощью гидравлической нивелирной линии очень легко увидеть, как теряется давление из-за трения трубы. Изменение расхода или диаметра трубы изменяет наклон линии гидравлического уклона. Также легко увидеть, как фитинги создают незначительные потери в трубе. Этот тип диаграммы выгоден во многих отношениях. Например, вы можете наложить номинальное давление трубы и посмотреть, превышаете ли вы его. Вы также можете увидеть, где вам могут понадобиться дожимные насосные станции на длинных трубопроводах. Наконец, вы можете визуализировать, как изменения в конструкции, такие как размер трубы, скорость потока или длина, влияют на гидравлику на этом пути.

Трение в трубах? Не обязательно самое увлекательное гидравлическое явление. Но большая часть инженеров идет на компромиссы, обычно между стоимостью и производительностью. Вот почему так полезно понимать, как изменение дизайна может склонить чашу весов. Такие формулы, как формула Хазена-Вильямса и уравнения малых потерь, столь же полезны для инженеров, проектирующих трубопроводы, по которым огромные объемы жидкости поступают к домовладельцам, чинящим водопровод в своих домах. Интуитивно понятно, что уменьшение длины трубы, увеличение ее диаметра или уменьшение количества изгибов и фитингов гарантирует, что большее давление жидкости дойдет до конца линии. Но инженеры не могут полагаться только на интуицию. Эти уравнения помогают нам понять, какого улучшения можно ожидать, не выходя в гараж и не тестируя его, как это сделал я. Трубопроводные системы важны для нас, поэтому очень важно, чтобы мы могли спроектировать их так, чтобы они пропускали нужное количество потока без слишком большого падения давления от одного конца к другому.

ПОНИМАНИЕ ПАССАЖНОГО ДАВЛЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ

Скачок давления в трубопроводной системе, известный как гидравлический или гидравлический удар, возникает всякий раз, когда линейный расход жидкости в трубе быстро изменяется – когда насосы включаются или останавливаются, клапаны открываются или закрываются при быстродействующие исполнительные устройства или захваченный воздух движется внутри системы. Чем длиннее трубопровод и чем быстрее движется жидкость, тем выше вероятность удара.

Скачки давления создают нагрузку на материалы и соединения трубопроводов и могут вызвать физическое перемещение трубопроводной системы. В инженерных проектах должны быть предусмотрены элементы управления, которые могут поддерживать скачкообразное давление в пределах возможностей системы трубопроводов и исключать или минимизировать физическое движение системы. Вполне возможно, что скачкообразное давление в два раза превышает нормальное рабочее давление. Повторяющиеся ударные волны могут повлиять на долгосрочную работу трубопроводной системы, что может привести к утечкам и другим дорогостоящим повреждениям.

Некоторые проблемы с гидростатическим давлением возникают из-за неправильной конструкции системы трубопроводов, независимо от того, какой материал используется для этой системы. Например, слишком быстрое уменьшение размера трубы может привести к проблемам с пульсирующим давлением. Система может включать 8-дюймовую трубу на входе в тройник и уменьшаться до двух 3-дюймовых труб на выходе из тройника. Этот тип ситуации создает скачок давления внутри тройника, поскольку жидкость должна значительно увеличить линейную скорость, чтобы протолкнуть тот же объемный расход через меньшую площадь поперечного сечения потока.

Различные материалы по-разному ведут себя в условиях гидроудара в зависимости от их прочности и эластичности. Понимание материала, используемого в системе трубопроводов, и проектирование системы для регулирования давления и скорости потока жидкости в соответствии с ее возможностями важны для долгосрочной работы системы. Правильный размер трубы по всей системе, регулирование скорости срабатывания клапанов и насосов, а также включение устройств демпфирования перенапряжения могут ограничить воздействие гидравлического удара и поддерживать общее давление в системе в пределах проектных параметров.

Расчет ударного давления

Конструкторы и инженеры могут контролировать некоторые факторы, связанные с ударным давлением, такие как диаметр трубы и скорость жидкости, в то время как такие факторы, как свойства жидкости, зависят от области применения. Инженеры могут использовать следующее уравнение для расчета максимального ударного давления трубопроводной системы:

Ударное давление всегда следует рассчитывать как дополнение к рабочему давлению системы. Суммарное ударное давление и рабочее давление никогда не должны превышать максимальное рабочее давление системы в 1,5 раза.

Значения в приведенных ниже таблицах основаны на приведенной выше формуле при 73°F и предположении, что поток воды с заданной скоростью галлонов в минуту внезапно и полностью прекратится. Импульсное давление примерно на 15% меньше при 180°F. Значения для жидкостей, отличных от воды, могут быть рассчитаны путем умножения квадратного корня из удельного веса жидкости.

В следующих таблицах показаны несущая способность и потери на трение для трубопроводов сортамента 80, и они включают как независимые, так и зависимые переменные.

Несущая способность и потери на трение для трубы из ХПВХ Corzan сортамента 80 (PDF)

Проектирование с учетом минимизации гидроудара

У инженеров есть несколько вариантов проектирования трубопроводных систем, позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие гидроудара. Например, правильно подобранный размер труб является наиболее эффективным способом контроля скорости жидкости. Чем больше диаметр трубы, тем медленнее скорость жидкости при заданном объемном расходе. Эта переменная должна быть отрегулирована для поддержания требуемой скорости потока при поддержании пульсирующего давления ниже 1,5-кратного максимального рабочего давления материала трубопровода.

Линейная скорость потока жидкости в системе трубопроводов, как правило, должна быть ограничена до 5 футов/с для промышленного применения, особенно для труб от шести дюймов и более. Ни в коем случае нельзя допускать скопления воздуха в системе во время ее работы. Во время запуска скорость жидкости в системе должна быть ограничена до 1 фута/с во время заполнения или до тех пор, пока весь воздух не будет удален, а давление не будет доведено до рабочих условий. Кроме того, нельзя допускать, чтобы насосы втягивали воздух.

Можно использовать дополнительное защитное оборудование для предотвращения скачка давления или гидравлического удара в трубах. Такое оборудование может включать в себя предохранительные клапаны, амортизаторы, ограничители перенапряжения и воздушные вакуумные предохранительные клапаны. Быстродействующие клапаны всегда должны регулироваться, чтобы предотвратить гидравлический удар.

Сочетание качественного трубопровода и правильной конструкции для надежной и долговременной работы

Чрезмерное гидростатическое давление создает дополнительную нагрузку на материалы и соединения и со временем может утомить систему до точки отказа. Различные материалы ведут себя по-разному в условиях гидроудара в зависимости от их прочности и эластичности, поэтому важно понимать материал, который будет использоваться для трубопроводной системы, и правильно проектировать систему, чтобы избежать дорогостоящих проблем с гидроударом.

При правильном проектировании и установке трубопроводная система Corzan из ХПВХ обеспечит долгие годы надежной и продуктивной работы с минимальными затратами в течение жизненного цикла.