Цель: Научиться определять коэффициент сопротивление труб и степень их зарастания
Для оптимального выбора тех или иных труб необходимо своевременно учесть множество экономических и технических факторов. Среди последних особое место занимает гидравлический расчет разветвленных трубопроводных сетей, к которым в полной мере можно отнести внутренние системы горячего водоснабжения. Ведь именно в процессе проведения гидравлического расчета подбираются параметры трубопроводов, которые на долгое время будут определять устойчивое снабжение горячей водой все квартиры независимо от этажности здания.
При проведении гидравлических расчетов согласно СНиП (строительные нормы и правила) вначале следует определять потери напора на участках трубопроводов по формуле
(1)
где i — удельные потери напора;
kl — коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, значения которого следует принимать:
0,2 - для подающих и циркуляционных распределительных трубопроводов;
0,3 — в сетях хозяйственно-питьевых водопроводов жилых и общественных зданий;
0,5 — для трубопроводов в пределах тепловых пунктов, а также для трубопроводов водоразборных стояков с полотенцесушителями;
0,1 — для трубопроводов водоразборных стояков без полотенцесушителей и циркуляционных стояков.
В СНиП для систем с учетом зарастания труб удельные потери напора i рекомендуется принимать по сетчатой номограмме (рис. 2).
Рисунок 2. Номограмма для гидравлического расчета стальных труб с учетом зарастания в процессе эксплуатации для систем горячего водоснабжения (СНиП 2.04.01.85)
Что касается номограммы гидравлического расчета, то в СНиПе, к сожалению, не указывается, о какой степени зарастания идет речь и по каким гидравлическим формулам номограмма разработана. Это ограничивает возможности ее использования. Для систем, где не требуется учитывать зарастание труб, рекомендаций по выбору гидравлических формул и номограмм не приводится.
В работе для гидравлического расчета трубопроводов горячего водоснабжения рекомендуются номограммы на выровненных точках (рис. 3).
Рисунок 3. Номограммы для гидравлического расчета стальных труб горячего водоснабжения при режиме гидравлического сопротивления: а) квадратичном и б) переходном
Эти номограммы дают потери напора для стальных трубопроводов того же диаметра, отличные от получаемых по номограмме строительных норм и правлил.
Расчетный диаметр d для использования приведенных номограмм получается путем вычитания из значения внутреннего диаметра для соответствующего условного прохода выбранной стальной трубы значения зарастания указанного для закрытых систем теплоснабжения (табл. 1).
Таблица 1.. Расчетные величины внутренних диаметров стальных труб (ГОСТ 3262) для гидравлического расчета систем горячего водоснабжения, ммУсловный проход Внутренний диаметр (при толщине стенки для обыкновенных труб) Величина зарастания при закрытой системе тепло- снабжения Расчетный внутренний диаметр при закрытой системе тепло- снабжения Расчетный внутренний диаметр при открытой системе тепло- снабжения (Dd = 1 мм)
| Изм. |
| Лист |
| № Документа_ |
| Подпись_ |
| Дата_ |
| Лист_ |
| Практическая работа №3 |
| Внутренний диаметр (при толщине стенки для обыкновенных труб) | Величина зарастания при закрытой системе тепло- снабжения | Расчетный внутренний диаметр при закрытой системе тепло- снабжения | Расчетный внутренний диаметр при открытой системе тепло- снабжения (Dd = 1 мм) |
| 15,7 | 2,1 | 13,6 | 14,7 |
| 21,2 | 2,2 | ||
| 27,1 | 2,4 | 24,7 | 26,1 |
| 35,9 | 2,6 | 33,3 | 34,9 |
| 2,9 | 38,1 | ||
| 53,1 | 3,3 | 49,7 | |
| 67,5 | 63,5 | 66,5 | |
| 80,5 | 4,3 | 79,5 | |
| 93,3 | 4,7 | 88,6 | 92,3 |
| 5,1 | 99,9 | ||
Имеющиеся в настоящее время фактические данные о величинах зарастаний трубопроводов горячего водоснабжения при закрытых системах теплоснабжения весьма малочисленны и отрывочны, поэтому в гидравлическом расчете были использованы результаты исследований для условий Москвы. В условиях эксплуатации, отличных от московских, величины, приведенные в табл. 1, могут оказаться иными, поэтому этими данными авторы рекомендуют пользоваться тогда, когда фактические показатели зарастания стальных труб отсутствуют.
Номограммы построены по гидравлическим формулам, которые учитывают различные пределы изменения средних скоростей движения по трубопроводам горячей воды (температура 55 °С, принимаемая при гидравлических расчетах [2] систем горячего водоснабжения):
2) при v < 0,5 м/с
(3) при v ≥ 0,5 м/с
Объясняется это тем, что при температуре воды 60 °С граница между квадратичной областью гидравлического сопротивления и переходной областью соответствует скорости движения воды, равной 0,44 м/с. При меньших скоростях применение квадратичных формул в гидравлическом расчете может вызвать существенное занижение фактических потерь напора. Это может ограничить снабжение горячей водой квартиры верхних этажей в некоторых жилых домах, что нежелательно. К сожалению, авторы не сообщают, какие значения коэффициентов эквивалентной шероховатости Кэ использованы при разработке этих формул гидравлического расчета.
Совершенно другой подход к гидравлическому расчету трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения используется для полимерных труб .
Предлагаемая в методика гидравлического расчета — полуэмпирическая. Она получена А. Я. Добромысловым путем аппроксимации теоретически доказанной советским ученым В. Н. Евреиновым формулы * Прандтля — Кольбрука.
| Изм. |
| Лист |
| № Документа_ |
| Подпись_ |
| Дата_ |
| Лист_ |
| Практическая работа №3 |
(*)
Эта формула с успехом используется за рубежом для гидравлического расчета трубопроводов различного назначения и из разных материалов. Недостатком ее является то, что коэффициент гидравлического сопротивления по длине трубопровода l находится в формуле в неявном виде.
Преимуществом же методики А. Я. Добромыслова является то, что в отличие от формулы Прандтля — Кольбрука коэффициент гидравлического сопротивления l выражен в ней в явном виде. Это значительно упрощает проведение гидравлических расчетов.
Согласно представленной методике гидравлического расчета трубопроводов величина напора Hтр, необходимая для подачи горячей воды потребителю, определяется по формуле
(4)
где iт, — удельные потери напора при температуре воды t, °C (потери напора на единицу длины трубопровода), м/м;
l — длина участка трубопровода, м;
hмс — потери напора в стыковых соединениях и в местных сопротивлениях, м, (допускается Shмс принимать равной 20-30 % от Siтl);
hгеом — геометрическая высота (отметка самой высокой точки расчетного участка трубопровода), м;
hсв — свободный напор на изливе из трубопровода, м (для санитарнотехнических приборов принимается по приложению 2 СНиП 2.04.01 ).
Потери напора на единицу длины трубопровода iт без учета гидравлического сопротивления стыковых соединений следует определять по формуле
(5)
где V — средняя скорость движения воды, м/с;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
d — расчетный (внутренний) диаметр трубопровода, м.
Коэффициент гидравлического сопротивления l следует определять по формуле
(6)
где b — число подобия режимов течения воды;
| Изм. |
| Лист |
| № Документа_ |
| Подпись_ |
| Дата_ |
| Лист_ |
| Практическая работа №3 |
Re — число Рейнольдса, фактическое.
Число подобия режимов течения воды b определяют по формуле
(7) (при b > 2 следует принимать b = 2).
Фактическое число Рейнольдса Rеф определяется по формуле
(8)
где n — коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с.
Число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном движении воды, определяется по формуле
(9)
Использование рассмотренной методики для гидравлических расчетов сетей как полимерных, так и металлических трубопроводов по различным вариантам (к примеру, табл. 2) должно позволить оптимизировать эффективность применения труб из различных материалов и качество устройства внутренних систем горячего водоснабжения зданий.
Таблица 2 Гидравлические показатели металлических и полимерных трубопроводов внутренних систем горячего водоснабжения
| Изм. |
| Лист |
| № Документа_ |
| Подпись_ |
| Дата_ |
| Лист_ |
| Практическая работа №3 |
Как видно из табл. 2, трубы из всех материалов дают меньшие потери напора, чем стальные. Что касается скоростей движения горячей воды (55 °C [2]), они во всех случаях выше, чем для стальных труб. Это повысит общие потери напора, если придется учитывать местные сопротивления. Ведь hмс будут прямо пропорциональны квадрату скоростей.
Понятие зарастание труб
Еще одна серьезная проблема, возникающая в процессе эксплуатации водопроводных и канализационных сетей – зарастание прохода труб. Это возникает по ряду причин. С одной стороны, взвеси, содержащиеся в транспортируемой жидкости, постепенно откладываются на стенках, с другой - на внутренней поверхности трубы, подвергшейся коррозии, вырастают «сталактиты» ржавчины. Нет необходимости объяснять, что уменьшение внутреннего сечения трубопровода снижает объем транспортируемой воды. Известны случаи, когда за годы службы от диаметра 300 мм остается проход 10 сантиметров.
| Изм. |
| Лист |
| № Документа_ |
| Подпись_ |
| Дата_ |
| Лист_ |
| Практическая работа №3 |
Защитой от подобных зарастаний у чугунных труб служит цементно-песчаное покрытие, которое наносят на внутреннюю поверхность трубы. ЦПП наносят методом центрифугирования, получая при этом безупречно ровную, гладкую поверхность. При взаимодействии с водой покрытие становится очень скользким, благодаря чему снижается трение и затрудняется отложение примесей, содержащихся в жидкости. Кроме того, ЦПП надежно защищает ВЧШГ от коррозии, поскольку вода, проникая сквозь покрытие, обогащается щелочными элементами и по достижению металла теряет свои коррозионные свойства.