Изчисляване на диаметъра на отоплителните тръби

Метод за изчисляване на прост тръбопровод.

Първи случай:

Ние имаме
прост тръбопровод с постоянен
диаметър
,
който работи под напрежение
.

Ориз. 41 Изчислителна схема
директен тръбопровод (случай първи)

За
раздели 1 - 1
и 2 - 2 ще напишем
уравнение на Бернули:

.

Защото
,
налягане,
тогава уравнението ще приеме вида:

(119)

Тъй като имаме
хидравлично дълъг тръбопровод, тогава
пренебрегвайки местната съпротива,
получаваме

(120)

където
и.

Като се вземат предвид местните
загуби

(121)

втори случай:

Тръбопроводът се състои
от тръби, свързани последователно
различни диаметри.

Ориз. 42 Изчислителна схема
прост тръбопровод (случай втори)

Три дължини
,,с еднакви диаметри на тръбите,,
.
Натискът ще бъде изразходван за преодоляване
загуба на глава по дължина:

(122)

загуба на всякакви
графикът се определя по формулата:

(123)

тогава

(144)

или

(145)

Системи с принудителна циркулация

Такива системи обикновено работят на газови или електрически котли. Диаметърът на тръбите за тях трябва да бъде избран възможно най-малък, тъй като принудителната циркулация се осигурява от помпата. Целесъобразността на тръбите с малък диаметър се обяснява със следните фактори:

• по-малък участък (най-често това са полимерни или металопластични тръби) позволява да се сведе до минимум обемът на водата в системата и следователно да се ускори нейното нагряване (инерцията на системата намалява);
• монтажът на тънки тръби е много по-лесен, особено ако те трябва да бъдат скрити в стените (правенето на строби в пода или стените изисква по-малко труд);
• тръбите с малък диаметър и свързващите фитинги към тях са по-евтини, следователно общите разходи за инсталиране на отоплителна система са намалени.

С всичко това размерът на тръбите трябва оптимално да съответства на показателите, предвидени от технологичните изчисления. Ако тези препоръки не се спазват, ефективността на отоплителната система ще намалее, а нивото на шума й ще се увеличи.

Видове радиатори

По отношение на това какъв вид отопление е по-добро за частна къща, прегледите на собствениците са доста разнообразни, но що се отнася до радиаторите, мнозина предпочитат алуминиеви модели. Факт е, че мощността на отоплителните батерии зависи от материала. Те са биметални, чугунени и алуминиеви.

Една секция на биметален радиатор има стандартна мощност 100-180 W, чугун - 120-160 W, а алуминий - 180-205 W.

Когато купувате радиатори, трябва да разберете точно от какъв материал са направени, тъй като този индикатор е необходим за правилното изчисляване на мощността.

Използването на полипропиленови тръби

Ако за отоплителния кръг се използват полипропиленови тръби за отопление, как да изберем диаметъра според горните формули? Да, точно същото. Но полипропиленовите тръби имат огромен експлоатационен живот, до 100 години, така че отоплителната система, правилно изчислена и внимателно инсталирана, ще продължи много дълго време. На въпроса - как да изберем размера на тръбите за отопление, отговорът може да се намери в таблиците, които могат да бъдат изтеглени в Интернет.

Популярността на полипропиленовите тръби за създаване на отоплителни системи е доста висока, тъй като те са много по-евтини от металните тръби, те са екологични и имат добър външен вид. И инсталирането на системни вериги при използване на такива тръби е значително улеснено. Разработени са специални устройства за заваряване на тръби, различни адаптери, фитинги, кранове и други необходими компоненти. Самият процес на инсталиране е подобен на сглобяването на системата от конструктора.

Избор на система

Избор на типа тръбопровод

Необходимо е да се определи материала на отоплителните тръби:

Днес стоманените тръби практически не се използват, тъй като поради тяхната податливост на корозия, експлоатационният им живот е кратък, монтажът е трудоемък, а ремонтът е труден.
Експертите не препоръчват използването на металопластични тръби поради техните свойства, понякога се спукват при завои под въздействието на температурата.
Медните тръби са най-издръжливите и лесни за ремонт, но и най-скъпите.
Различни видове полимерни тръби (например от омрежен полиетилен или подсилен полипропилен) често са най-добрият избор

Ако частна къща ще се отоплява с пластмасови тръби, при избора на тяхната марка е необходимо преди всичко да се обърне внимание на индикатора, характеризиращ допустимото налягане на водата в продукта.За да се предотврати деформация и огъване на пластмасови тръби, много дълго правите участъци трябва да се избягват

Също така е необходимо да се наблюдава рязка промяна в температурата при първото стартиране на отоплителната система.

За да се предотврати деформация и огъване на пластмасови тръби, трябва да се избягват много дълги прави участъци. Също така е необходимо да се наблюдава рязка промяна в температурата при първото стартиране на отоплителната система.

Основни параметри на тръбата

Полипропиленови тръби за отопление с различни диаметри

За отоплителната система тръбите се избират не само според химичните и физичните свойства на техния материал. При изграждането на ефективна и икономична система техният диаметър и дължина играят важна роля, тъй като напречното сечение на тръбите влияе върху хидродинамиката като цяло. Доста често срещана грешка е изборът на продукти с твърде голям диаметър, което води до намаляване на налягането в системата под нормалното и нагревателите спират да се нагряват. Ако диаметърът на тръбата е твърде малък, отоплителната система започва да издава шум.

Основните характеристики на тръбите:

• Вътрешният диаметър е основният параметър на всяка тръба. Той определя неговата производителност.
• При проектирането на системата трябва да се вземе предвид и външният диаметър.
• Номиналният диаметър е закръглена стойност, която се изразява в инчове.

Когато избирате тръби за отопление на селска къща, трябва да се има предвид, че за продукти, изработени от различни материали, се използват различни системи за измерване. Почти всички чугунени и стоманени тръби са маркирани според вътрешния разрез. Изделия от мед и пластмаса - по външен диаметър

Това е особено важно, ако системата трябва да бъде сглобена от комбинация от материали.

Пример за съвпадение на диаметри на тръби от различни материали

Когато комбинирате различни материали в системата, за да изберете точно диаметъра на тръбата, трябва да използвате таблицата за съответствие на диаметъра. Може да се намери в интернет. Често диаметърът се измерва във фракции или инчове. Един инч съответства на 25,4 мм.

2. Характеристика на сместа

Тъй като в състоянието
задачите не подлежат на промяна
температура, ние приемаме потока като изотермичен,
тези. поддържане на температура от 30°C за
всичко свърши. Съставът на бензоловата смес
и толуен ви позволява да определите плътността
и вискозитет на сместа.

Плътност при 30 С:
бензол ρ_б
= 868,5 кг/м3
и плътност на толуена ρ_т
= 856,5 кг/м3,
тогава плътността на сместа: ρ_см
= 0,7*р_б
+ 0,3* ρ_т
= 0,7*868,5 + 0,3*856,5 = 864,9 кг/м3
.

Вискозитет при 30 С:
бензол μ_б
= 5,6*10-4
Pa*s и вискозитет на толуен μ_т
= 5,22*10-4
Pa * s, след това вискозитетът на сместа: lg
μ_см
= 0,7*log
μ_б
+ 0,3* log
μ_т
= 0,7*log
(5,6*10-4)
+ 0,3* log
(5,22*10-4)
= - 3,261 и μ_см
= 5,48*10-4
Pa*s .

Изчисляване на хидравлично къси тръбопроводи

Първи случай:

Изтичане на течности
под нивото.

Ориз. 43 Изчислителна схема
къс тръбопровод (случай първи)

прелива течност
от А v V.
Дължина на тръбата
,
диаметър,
разлика в нивата.
Движението е стабилно.

Пренебрегване
висока скорост
налягане
и
,
Уравнението на Бернули е:

(126)

загуба на глава
- вход на тръба, кран, два оборота, кран
и излизане от тръбата:

(127)

;

(128)

Означете
е коефициентът на съпротивление на системата.

Защото
,

тогава

(129)

(130)

(131)

Означете:
,

тогава

, (132)

където
—
дебит на системата;

- жилищна площ
поточна секция, м2.

втори случай:

Изтичане на течности
в атмосферата.

Ориз. 44 Изчислителна схема
къс тръбопровод (случай втори)

От уравнението
Бернули за секции 1 - 1
и 2 - 2, получаваме

(133)

където

(134)

Замяна, имаме

(135)

Означете
,

тогава

(136)

и

(137)

Консумация на течности:

(138)

или

(139)

където
е дебитът на системата.

Пример. Определете
консумация на керосин т-1
при температура
,
протичащ през тръбопровода от заварени
тръби от неръждаема стомана в параграфи 1
и 2 (фиг. 45), ако
налягане Х
в резервоара е постоянен и равен на 7,2
м.
Дължина на отделните части на тръбопровода

,
диаметри:
,

.
Местните загуби на налягане в изчисленията не са
обмисли.

Ориз. 45. Схема
тръбопроводи с успоредни разклонения

Така
как тръбите 1 и 2 са успоредни,
след това загубеното налягане в тези тръби

или

(140)

от
условието на задачата, размерите на паралел
тръби от същия материал,
са същите (,

)
Ето защо

и

следователно,

;

(141)

където
-консумация
в тръбопровода;
,- поток в успоредни разклонения на тръбопровода.

Уравнението
Бернули за секции 0
— 0
и 1-1
(виж фиг. 45)

Така
как
,,,,

тогава

или

(142)

Уравнението
(142) може да се реши само чрез графичен анализ
начин. Задайте различни стойности
поток на течността в тръбопровода и за
тези стойности
изчисли
и
:

;

(143)

.

от
известни количества
и
,
и

определяне на
числа на Рейнолдс
и

,

(144)

За
керосин т
— 1

,

.

В
заварени тръби от неръждаема стомана
еквивалентна грапавост
,
така че относителният еквивалент
грапавост на тръбата

;

.

от
известни количества

и
,

и

според сюжета на Колбрук, ние определяме
коефициенти на съпротивление на триене

и

и по-нататък чрез уравнение (142) задаваме
необходимото налягане. Свеждаме изчислението до
маса
5.

маса
5

Плащане хидравлични характеристики тръбопроводи
,	2	5	8
,	1,02	2,55	4,09
	2,04	5,10	8,18
	0,032	0,026	0,0245
,	0,053	0,332	0,851
,	0,312	1,54	3,83
,	0,795	1,99	3,19
	1,27	3,18,	5,10
	0,032	0,0285	0,028
,	0,0322	0,202	0,519
,	0,23	1,33	3,34
,	0,574	3,07	7,69

5. Избор на стандартен диаметър на тръбопровода

Издания за индустрията
стандартизирана гама от тръби, между
с които е необходимо да изберете тръби
диаметър, най-близък до изчисления
(клауза 3.4.). Тръбите са обозначени d_н
x δ, където d_н
- външен диаметър на тръбата, mm; δ - дебелина
тръбни стени, мм. В същото време вътрешната
диаметър на тръбата d_вътр
=d_н
– 2* δ.

Размери на гостите
тръбите съгласно GOST 8732-78 са следните
ред, мм: 14x2; 18x2; 25x2; 32x2,5; 38x2,5; 45x3; 57x3;
76x3,5; 89x4.5; 108x4.5; 133x4; 159x4.5; 219x6; 272x7; 325x8;
377x10; 426x11; 465x13.

Съгласно параграф 3.4.
вътрешен размер на тръбата 32 мм, тогава
външен размер d_н
\u003d 32 + 2 * 2,5 \u003d 37 мм. най-близък по размер
тръба 38х2,5 мм. Хоствано вътрешно
диаметър 33 мм, така че еквивалентно
да вземем диаметъра d_ъъъъ
= 0,033 m.

Процедурата за изчисляване на напречното сечение на топлопроводите

Преди да се изчисли диаметърът на отоплителната тръба, е необходимо да се определят техните основни геометрични параметри. За да направите това, трябва да знаете основните характеристики на магистралите. Те включват не само производителност, но и размери.

Всеки производител посочва стойността на секцията на тръбата - диаметър. Но всъщност това зависи от дебелината на стената и материала на производство. Преди да закупите конкретен модел тръбопроводи, трябва да знаете следните характеристики на обозначаването на геометричните размери:

• Изчисляването на диаметъра на полипропиленовите тръби за отопление се извършва, като се вземе предвид фактът, че производителите посочват външните размери. За да се изчисли полезният участък, е необходимо да се извадят две дебелини на стените;
• За стоманени и медни тръби са дадени вътрешни размери.

Познавайки тези характеристики, можете да изчислите диаметъра на отоплителния колектор, тръбите и други компоненти за монтаж.

При избора на полимерни тръби за отопление е необходимо да се изясни наличието на подсилващ слой в дизайна. Без него, когато е изложена на гореща вода, линията няма да има подходящата твърдост.

Определяне на топлинната мощност на системата

Как да изберем правилния диаметър на тръбата за отопление и трябва ли да се направи без изчислени данни? За малка отоплителна система могат да се избегнат сложни изчисления

Важно е само да знаете следните правила:

• Оптималният диаметър на тръбите с естествена циркулация на отоплението трябва да бъде от 30 до 40 mm;
• За затворена система с принудително движение на охлаждащата течност трябва да се използват по-малки тръби за създаване на оптимално налягане и скорост на водния поток.

За точно изчисление се препоръчва използването на програма за изчисляване на диаметъра на отоплителните тръби. Ако не са, можете да използвате приблизителни изчисления. Първо трябва да намерите топлинната мощност на системата. За да направите това, трябва да използвате следната формула:

Където Q е изчислената топлинна мощност на отопление, kW / h, V е обемът на помещението (къщата), m³, Δt е разликата между температурите на улицата и в помещението, ° С, K е изчислената топлина коефициент на загуба на къщата, 860 е стойността за преобразуване на получените стойности в приемлив формат kWh.

Най-голямата трудност при предварителното изчисляване на диаметъра на пластмасовите тръби за отопление се причинява от корекционния коефициент K. Той зависи от топлоизолацията на къщата. Най-добре е да се вземе от данните в таблицата.

Степента на топлоизолация на сградата

Висококачествена изолация на къщата, монтирана модерна дограма и врати

Като пример за изчисляване на диаметрите на полипропиленовите тръби за отопление, можете да изчислите необходимата топлинна мощност на помещение с общ обем 47 m³. В този случай температурата навън ще бъде -23°С, а на закрито - +20°С. Съответно разликата Δt ще бъде 43°C. Вземаме корекционния коефициент, равен на 1,1. Тогава необходимата топлинна мощност ще бъде.

Следващата стъпка при избора на диаметъра на тръбата за отопление е да се определи оптималната скорост на охлаждащата течност.

Представените изчисления не отчитат корекцията за грапавостта на вътрешната повърхност на магистралите.

Скорост на водата в тръбите

Таблица за изчисляване на диаметъра на отоплителната тръба

Оптималното налягане на охлаждащата течност в мрежата е необходимо за равномерното разпределение на топлинната енергия върху радиаторите и батериите. За правилния избор на диаметрите на отоплителните тръби трябва да се вземат оптималните стойности на скоростта на придвижване на водата в тръбопроводите.

Струва си да се помни, че ако интензивността на движение на охлаждащата течност в системата е превишена, може да се появи външен шум. Следователно тази стойност трябва да бъде между 0,36 и 0,7 m/s. Ако параметърът е по-малък, неизбежно ще възникнат допълнителни топлинни загуби. Ако се превиши, ще се появи шум в тръбопроводите и радиаторите.

За окончателното изчисление на диаметъра на отоплителната тръба използвайте данните от таблицата по-долу.

Замествайки във формулата за изчисляване на диаметъра на отоплителната тръба в получените по-рано стойности, може да се определи, че оптималният диаметър на тръбата за конкретна стая ще бъде 12 mm. Това е само приблизително изчисление. На практика експертите препоръчват добавяне на 10-15% към получените стойности. Това е така, защото формулата за изчисляване на диаметъра на отоплителната тръба може да се промени поради добавянето на нови компоненти към системата. За точно изчисление ще ви е необходима специална програма за изчисляване на диаметъра на отоплителните тръби. Подобни софтуерни системи могат да бъдат изтеглени в демо версия с ограничени възможности за изчисление.

Хидравлично изчисление на прост композитен тръбопровод

,

,

Изчисления
простите тръбопроводи са намалени до три
типични задачи: определяне на налягането
(или налягане), поток и диаметър
тръбопровод. Следната е методологията
решаване на тези проблеми за просто
тръбопровод с постоянно напречно сечение.

Задача
1. дадено:
размери на тръбопровода
играпавостта на стените му,
свойства на течността,
течен поток Q.

Определете
необходимата глава H (една от стойностите
компоненти на налягането).

Решение.
Уравнението на Бернули е съставено за
поток на дадена хидравлична система. Назначен
контролни секции. Самолетът е избран
справка З(0.0),
се анализират първоначалните условия.
Уравнението на Бернули се записва с
като се вземат предвид първоначалните условия. От уравнението
Бернули, получаваме формулата за изчисление
Тип *.
Уравнението е решено по отношение на H.
Определя се числото на Рейнолдс Re
и режимът на шофиране е зададен.
Стойността е намерена
в зависимост от режима на шофиране.
H и желаната стойност се изчисляват.

Задача
2. дадено:
размери на тръбопровода
и, грапавост
стените му,
свойства на течността,
глава H. Определете потока Q.

Решение.
Уравнението на Бернули се записва с
като се вземат предвид предишните препоръки.
Уравнението се решава по отношение на желаното
В. Получената формула съдържа
неизвестен коефициент
, в зависимост
от Re. Директно местоположениепри условията на тази задача е трудно,
тъй като за неизвестен Q
не може да бъде предварително зададена Re.
Следователно по-нататъшно решение на проблема
извършва се по метода на последователните
приближения.

1. приближение:
   Р_д
   → ∞

,
определяне на

2-ро приближение:

,
намирам λII(Р_дII,Δ_ъъъъ)
и дефинирай

Разположен
относителна грешка
.
Ако,
след това решението приключва (за обучение
задачи).
Иначе решението
в трето приближение.

Задача
3. дадено:
размери на тръбопровода (с изключение на диаметъра
д)
грапавостта на стените му
,
свойства на течността,
глава H, поток Q. Определете диаметъра
тръбопровод.

Решение.
При решаването на този проблем,
трудност с директно
определение на стойност
,
подобен на проблема от втория тип.
Следователно решението е подходящо
се извършва с помощта на графичен метод.
Задават се множество стойности на диаметъра.За всекисе намира съответната стойност
напор H при даден дебит Q (n пъти
проблемът от първия тип е решен). от
резултатите от изчисленията се изобразяват.
Желаният диаметър се определя от графиката
d, съответстващ на дадената стойност
налягане N.

6. Прецизиране на скоростта на флуида

Изразяваме от уравнението
(20) скорост на течността:

w = 4*
V_{° С}/(π*
д_ъъъъ2)
= 4*1,61*10-3/(3,14*(0,033)2)
= 1,883 m/s.

3.7. Определение
флуиден режим на движение

Режим на движение на течността
се определя от уравнението на Рейнолдс
(формула (3)):

Re
=W*
д_ъъъъ
*стр_см
/μ_см
= 1,883*0,033*864,9/5,48*10-4
= 98073.

Разширен режим на шофиране
турбулентен.

3.8. Определение
коефициент на хидравлично съпротивление

Да вземем средната стойност
грапавост л
= 0,2 mm, тогава относителната грапавост
ще бъде ε = l/
д_ъъъъ
= 0,2/33 = 6,06*10-3.

Нека проверим условието Re
≥ 220*ε -1,125.

220*(6,06*10-3)-1,125
= 68729, т.е. по-малко от Re
= 98073. Площта на движение е самоподобна и
коефициент на хидравлично съпротивление
се намира по формула (14):

1/
λ0.5
= 2*lg(3,7/ε)
= 2*lg(3,7/6,06*10-3)
= -6,429. Откъдето λ = 0,0242.

3.9. Намиране
локални коефициенти на съпротивление

Съгласно параграф 3.2. и
като се има предвид, че коефициентите
местните съпротивления са както следва:

е входът на тръбата ξ_tr
= 0,5;

—
нормален клапан ξ_вени
= 4,7;

—
коляно 90
ξ_броя
= 1,1;

е изходът от тръбата ξ_{вторник}
= 1;

—
отвор за измерване (при m
= (г_ъъъъ/D)2
= 0,3, тогава ξ_д
= 18,2)

∑ξ_{Госпожица}
= ξ_tr
+ 3* ξ_вени
+ 3* ξ_броя
+ ξ_д
+ ξ_{вторник}
= 0,5 + 3*4,7 + 3*1,1 + 18,2 + 1 = 37,1.

Геометричен
височина на повдигане на сместа е 14м.

3.10. Определение
обща загуба на налягане в тръбопровода

Сума от всички дължини на краката
тръбопровод 31 m, R₁
= П₂.
След това завърши
хидравлично съпротивление на мрежата
формула (18):

ΔР_мрежи
= (1 + λ * I/
д_ъъъъ
+ ∑ξ_{Госпожица})*
ρ*W2
/2 + p*g*h_geom
+ (П₂
- Р₁)
= (1 + 0,0242*31/0,033 + 37,1)*864,9*1,8832/2
+ 864,9 * 9,81 * 14 = 168327,4 Pa.

От отношението ΔР_мрежи
= ρ*g*h
дефинира з_мрежи
= ΔР_мрежи/
(ρ*g)
\u003d 168327,4 / (864,9 * 9,81) \u003d 19,84 m.

3.11.
Изграждане на характеристики на тръбопровода
мрежи

Ще приемем това
мрежовата характеристика е
правилна парабола, започваща от точка
с координати V_{° С}
= 0; з
на която точката с координати е известна
V_{° С}
= 5,78 m3/h
и Х_мрежи
= 19,84 м. Намерете коефициента на параболата.

Общо уравнение на парабола
y \u003d a * x2
+b
Замествайки стойностите, имаме 19,84 = a * 5,782
+ 14. Тогава a = 0,1748.

Да вземем няколко
обемни стойности на производителност
и определете главата h_мрежи.

Нека поставим данните в таблица.

Таблица - Зависимост
мрежов натиск от производителността
помпа

Производителност, m3/h	Налягане в мрежата, m
1	14,17
2	14,70
3	15,57
4	16,80
5	18,37
5,78	19,84
6	20,29
7	22,57
8	25,19
9	28,16
10	31,48

от
към получените точки изграждаме характеристика
мрежа (ред 1 на фигура 2).

Фигура 2 - Комбинация
характеристики на мрежата и помпата:

1 - характеристика
мрежи; 2 - характеристика на помпата; 3 -
сетълмент; 4 - работна точка.

Материал на отоплителната тръба

Изграждане на полимерни тръби

В допълнение към правилния избор на диаметри на тръбите за подаване на топлина, трябва да знаете характеристиките на техния материал на производство. Това ще повлияе на топлинните загуби на системата, както и на сложността на монтажа.

Трябва да се помни, че изчисляването на диаметрите на отоплителните тръби се извършва само след избор на материала за тяхното производство. Понастоящем се използват няколко вида тръбопроводи за завършване на системи за топлоснабдяване:

• Полимерни.Изработени са от полипропилен или омрежен полиетилен. Разликата е в допълнителните компоненти, добавени по време на производствения процес. След като изчислите диаметъра на полипропиленовите тръби за топлоснабдяване, трябва да изберете правилната дебелина на стената им. Тя варира от 1,8 до 3 мм, в зависимост от параметрите на максималното налягане в линиите;
• стомана. Доскоро това беше най-често срещаният вариант за подреждане на отоплението. Въпреки повече от добрите си якостни характеристики, стоманените тръби имат редица съществени недостатъци - сложен монтаж, постепенно ръждясване на повърхността и повишена грапавост. Като алтернатива могат да се използват тръби от неръждаема стомана. Една от цената им е с порядък по-висока от "черните";
• медни. Според техническите и експлоатационни характеристики медните тръбопроводи са най-добрият вариант. Те се характеризират с достатъчно разтягане, т.е. ако водата замръзне в тях, тръбата ще се разшири за известно време без загуба на херметичност. Недостатъкът е високата цена.

В допълнение към правилно избрания и изчислен диаметър на тръбите, е необходимо да се определи методът на тяхното свързване. Зависи и от материала на производство. За полимери се използва съединителна връзка чрез заваряване или на лепилна основа (много рядко). Стоманените тръбопроводи се монтират с помощта на дъгова заварка (по-качествени връзки) или метод с резба.

Във видеото можете да видите пример за изчисляване на диаметъра на тръбите в зависимост от оптималния дебит на охлаждащата течност: