Гидравлический расчет газопровода: методы и способы вычисления + пример расчета

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – D_N;
• давление номинальное – P_N;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Пример выполнения расчета

Приведен пример выполнения гидравлического расчета с помощью программы для газопроводов низкого давления. В предлагаемой таблице желтым цветом выделены все данные, которые проектировщик должен ввести самостоятельно.

Они перечислены в пункте о компьютерном гидравлическом расчете, приведенном выше. Это температура газа, коэффициент кинетической вязкости, плотность.

В данном случае осуществляется расчет для котлов и плит, ввиду этого необходимо прописать точное количество конфорок, которых может быть 2 или 4. Точность важна, ведь программа автоматически выберет коэффициент одновременности.

На картинке желтым цветом выделены колонки, в которые показатели должен ввести сам проектировщик. Внизу приведена формула для расчета расхода на участке

Стоит обратить внимание на нумерацию участков — ее придумывают не самостоятельно, а берут из ранее составленной схемы, где указаны аналогичные цифры. Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше

Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно

Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше. Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно.

Суммарный расход в кубических метрах, для которого предусмотрена отдельная колонка, на каждом участке исчисляется заранее. Если дом многоквартирный, то нужно указывать количество жилья, причем начиная с максимального значения, как видно в соответствующей графе.

В обязательном порядке в таблицу вносятся все элементы газопровода, при прохождении которого теряется давление. В примере указаны клапан термозапорный, отсечной и счетчик. Значение потери в каждом случае бралось в паспорте изделия.

С помощью одной программы можно делать расчеты для всех видов газопроводов. На картинке исчисления для сети среднего давления

Внутренний диаметр трубы указывается согласно техническому заданию, если у горгаза есть какие-то требования, или из ранее составленной схемы. В этом случае на большинстве участков он прописан в размере 5 см, ведь большая часть газопровода идет вдоль фасада, а местный горгаз требует, чтобы диаметр был не меньше.

Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.

То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ)

• значение в D9 берётся из справочника;
• значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	!ERROR! D5 does not contain a number or expression	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	G’=G*1000/(ρ*60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	!ERROR! D16 does not contain a number or expression	Re=v*d*10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! Cell D17 does not exist	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! Cell D18 does not exist	R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	!ERROR! Cell D19 does not exist	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! Cell D20 does not exist	dPтр=dPтр*9,81*10000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! D10 does not contain a number or expression	dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! Cell D22 does not exist	dPтр=dPмс*9,81*10000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	!ERROR! Cell D20 does not exist	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! Cell D24 does not exist	dP=dP*9,81*10000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	!ERROR! Cell D25 does not exist	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

• значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
• ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

• Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
• Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
• Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
• Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
• Шрифты:
  • синий — исходные данные;
  • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
  • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

• длина трубы100 метров;
• ø108 мм;
• толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Эквивалентное значение диаметра

Применяют при проведении расчетов нецилиндрических трубопроводных систем (овального или прямоугольного сечения). Эквивалентное значение диаметра соответствует параметрам трубопроводной сети с круглым сечением, при условии одинаковой длины. Для проведения расчетов используют формулу:

dэ = 4FP

Для труб с цилиндрической формой эквивалентное и внутреннее поперечное сечение совпадает. Для открытых каналов эквивалентный диаметр рассчитывают путем подстановки данных:

dэ = 4FPс

Смоченным периметром выступает длина линии сопряжения транспортируемых сред со стенками трубопровода, влияющими на ограничение потока. Ниже представлены формы периметра для разных труб.

Местное сопротивление образуют трубопроводные элементы, где транспортируемые среды подвержены резкому образованию деформаций со сменой направления, скорости или завихрений. Этот процесс может быть вызван под действием задвижек, вентилей, поворотов и развилок труб.

Потери напора при местном трении рассчитывают через формулу:

Hмс=ζмс·[w2/(2g)]

Уровень потери напора при местном трении определяется скоростью и коэффициентом местного сопротивления (указан в табличных данных).

При суммировании приведенных выше формул получится общее уравнение, позволяющее определить напор насоса:

От чего зависит проходимость трубы

От чего же зависит расход воды в трубе круглого сечения? Складывается впечатление, что поиск ответа не должен вызывать сложностей: чем большим сечением обладает труба, тем больший объем воды она сможет пропустить за определенное время. А простая формула объема трубы позволит узнать и это значение. При этом вспоминается также давление, ведь чем выше водяной столб, тем с большей скоростью вода будет продавливаться внутри коммуникации. Однако практика показывает, что это далеко не все факторы, влияющие на расход воды.

Кроме них, в учет приходится брать также следующие моменты:

Длина трубы. При увеличении ее протяженности вода сильнее трется об ее стенки, что приводит к замедлению потока

Действительно, в самом начале системы вода испытывает воздействие исключительно давлением, однако важно и то, как быстро у следующих порций появится возможность войти внутрь коммуникации. Торможение же внутри трубы зачастую достигает больших значений.

Расход воды зависит от диаметра в куда более сложной степени, чем это кажется на первый взгляд

Когда размер диаметра трубы небольшой, стенки сопротивляются водному потоку на порядок больше, чем в более толстых системах. Как результат, при уменьшении диаметра трубы снижается ее выгода в плане соотношения скорости водного потока к показателю внутренней площади на участке фиксированной длины. Если сказать по-простому, толстый водопровод гораздо быстрее транспортирует воду, чем тонкий.

Материал изготовления. Еще один важный момент, напрямую влияющий на быстроту движения воды по трубе. К примеру, гладкий пропилен способствует скольжению воды в гораздо больше мере, чем шероховатые стальные стенки.

Продолжительность службы. Со временем на стальных водопроводах появляется ржавчина. Кроме этого для стали, как и для чугуна, характерно постепенно накапливать известковые отложения. Сопротивляемость водному потоку трубы с отложениями гораздо выше, чем новых стальных изделий: эта разница иногда доходит до 200 раз. Кроме того, зарастание трубы приводит к уменьшению ее диаметра: даже если не брать в расчет возросшее трение, проходимость ее явно падает. Важно также заметить, что изделия из пластика и металлопластика подобных проблем не имеют: даже спустя десятилетия интенсивной эксплуатации уровень их сопротивляемости водным потокам остается на первоначальном уровне.

Наличие поворотов, фитингов, переходников, вентилей способствует дополнительному торможению водных потоков.

Все вышеперечисленные факторы приходится учитывать, ведь речь идет не о каких-то маленьких погрешностях, а о серьезной разнице в несколько раз. В качестве вывода можно сказать, что простое определение диаметра трубы по расходу воды едва ли возможно.

Специальные программы

Ответвленные участки газопровода с разными начальными данными рассчитываются отдельно, но процедура выполняется аналогично для каждой области. Скорость потока меняется в местах сопротивления и изменения направления движения. Линейные показатели высчитываются на расчетных длинах отрезков магистрали.

Направление выбирается в зависимости от разницы напора на конце и в начале изучаемого участка. Поток идет от точки с большим давлением в сторону места с меньшим сопротивлением. Программы помогают уменьшить усилия проектировщиков тем, что начальные показатели вводятся в программу, а электроника выполняет вычисления.

Номограммы предназначаются для получения итоговых сведений путем использования таблиц, где каждая строка отвечает заданным параметрам сети.

Профессиональные

Расчеты с применением формул делают только профессиональные инженеры и технические работники. В расчетах используется большое количество данных, применяются специфические коэффициенты. Неподготовленному пользователю трудно учесть все нюансы, провести множество промежуточных расчетов для получения окончательного результата.

Профессиональный расчет подразумевает не только применение формул и числовых выражений, но и обладание специальными знаниями. Навыки не пригодятся при пользовании бесплатными расчетными программами, которые можно найти в интернете.

Бесплатные

Программы ставятся для применения на персональных гаджетах. Методики определяют диаметр, форму сечения газопровода с учетом допустимых потерь и скорости потока. Пользователю потребуется суммарное потребление газа, которое приводится в технических документах на котел, газовые плиты, колонки и другое оборудования.

Затем определяются места с возможным понижением напора. Характеризующие цифры есть в таблице паспорта, они показывают снижение напора при наибольшем потреблении. Находится величина понижения в точке врезания. Коэффициент одновременности берет в расчет совместную эксплуатацию приборов и содержится в таблицах.

Диаметр труб и коэффициент шероховатости указывается на последнем этапе. Программа предусматривает непохожие расчеты для разного давления в трубах, что нужно учитывать при включении данных.

Бесплатные онлайн программы

Старт-Проф — программа для расчета инженерных газовых коммуникаций

В этом случае пользователь подставляет требуемые сведения в графы таблицы для онлайн расчетов. Гидравлический расчет газопровода низкого давления длится несколько минут и от потребителя не требуется никаких профессиональных знаний и вычислительных навыков.

Из технических условий берутся данные:

• плотность газовой смеси;
• показатель кинетической вязкости;
• климатический температурный диапазон региона проживания.

Определение диаметра газопровода

Внутренний диаметр участка газопровода можно определять из уравнения расхода газа, проходящего по данному участку. Это уравнение имеет вид

— расчётный расход газа

где f, м 2 – площадь поперечного сечения трубы.

м 2 , тогда

с– скорость газа в газопроводе, м/с

Согласно СП 42-101-2003 для надземных и внутренних газопроводов с учётом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более:

с = 7 м/с для газопроводов низкого давления

с = 15 м/с для газопроводов среднего давления

с = 25 м/с для газопроводов высокого давления

Для подземных газопроводов можно принимать более высокие скорости.

Исходя из вышеприведённых формул предварительно внутренний газопровода определяется по формуле:

, м

где Вр, м 3 /ч – действительный расход газа на участке при рабочих параметрах газа Р и t.

По каталогу выбирают стандартную трубу с внутренним диаметром близким по своему значению к d’, причём принимают ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

При расчёте газопроводов низкого давления можно пренебречь изменением плотности и удельного объёма газа при изменении давления, т.е. условно можно принять действительный расход газа (при рабочих параметрах) равным расходу газа при нормальных условиях (при t=0˚C; Р=760 мм рт.ст.), тогда Вр=В, м 3 /ч.

В – расход газа при нормальных условиях берётся из паспортов газопотребляющих агрегатов или из их теплового расчёта.

При расчёте газопроводов среднего и высокого давления необходимо учитывать изменение плотности и удельного объёма газа при изменении его давления, т.е. следует известный расход газа при нормальных условиях В перевести в расход газа при заданных рабочих параметрах по формуле:

, м 3 /ч

где

, мм рт. ст. – рабочее давление газа избыточное (по манометру); , мм рт. ст. – атмосферное давление (по барометру); , ˚C – рабочая температура газа.

Если выражение для Вр подставить в формулу d’ и выразить давление в МПа, то получим формулу:

, мм

где

– расход газа при нормальных условиях, м 3 /ч;

Р– рабочее давление газа (абсолютное), МПа; Р = Рр + Рб

t, ˚C – рабочая температура газа.

Эта формула приведена в СНиП 2.04.08-87 “Газоснабжение”

В настоящее время согласно СП 42-101-2003 внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:

,см где А, b, m, n – коэффициенты, зависящие от категории газопровода и материала труб, определяются по таблицам 1 и 2.

В, м 3 /ч – расчётный расход газа при нормальных условиях;

∆Руд – удельные потери давления (Па/м – для газопроводов низкого давления, МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давления), определяемые по формуле:

, Па/м; МПа/м,

где

— допустимые потери давления (Па – для газопроводов низкого давления, МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давления). , м – расстояние от начальной точки до самой удалённой точки газопровода.

Категория газопроводов	А
Низкого давления	10 6 /162π 2 =626,1
Среднего и высокого давления	Р/(Р∙162π 2 )

Р=0,101325 МПа – нормальное атмосферное давление (760 мм рт.ст.)

Р, МПа – усреднённое давление газа (абсолютное) в газовой сети.

Материал труб	b	m	n
Сталь	0,022
Полиэтилен	0,0446	1,75	4,75

Расчётные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удалённого прибора) принимаются не более 1800 Па, в том числе в распределительных газопроводах – 1200 Па, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах – 600 Па.

Для чего нужен гидравлический расчет внутридомового газопровода

В период расчетных работ происходит определение видов необходимых газовых элементов. Приборы, задействованные в доставке и регулировании газа, изображают схему всей внутридомовой системы. Это позволяет вовремя выявить разнообразные неполадки, а также четко провести монтажные работы.

В проекте находятся определенные точки, где, согласно нормам, будут размещены газовые элементы. Также согласно этим нормам учитываются условия безопасности.

В условиях подачи топлива в расчет принимается кухонная комната, ванная и количество жилых помещений. В кухне к сведению также принимают наличие таких элементов, как дымовая труба, вытяжка. Все это необходимо для того, чтобы произвести качественную установку приборов и трубопровода для доставки природного газа.

Для чего необходим расчет газопровода

1. Расчет газопроводной магистрали необходим, чтобы выявить возможное сопротивление в газовой трубе.
2. Правильные вычисления дают возможность качественно и надежно подобрать необходимое оборудование для газовой конструкционной системы.
3. После произведенного расчета, можно наилучшим образом подобрать верный диаметр труб. В результате газопровод сможет осуществлять стабильное и эффективное поступление голубого топлива. Газ будет подаваться при расчетном давлении, он будет быстро и качественно доставляться во все нужные точки газопроводной системы.
4. Газовые магистрали будут работать в оптимальном режиме.
5. При правильном расчете в конструкции не должно быть излишних и чрезмерных показателей при установке системы.
6. Если расчет выполнен правильно, застройщик может финансово сэкономить. Все работы будет выполнены согласно схеме, будут закуплены только необходимые материалы и оборудование.

Правила выполнения расчета

Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.

Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.

Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные

Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.

К которым относятся:

• расчет по приведенным в СП формулам — это самый сложный способ расчета;
• расчет по, так называемым, номограммам — это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.

Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия

Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  t_вхв °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  t_выхв °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  dв мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  Lв м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  ∆ в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel«gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10: 1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8.Среднюю температуру воды t_ср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

t_ср=(t_вх+t_вых)/2

9.Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуреt_ср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*t_ср+0,000221*t_ср2)

10.Среднюю плотность воды ρ в т/м3 при температуреt_ср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

ρ=(-0,003*t_ср2-0,1511*t_ср+1003, 1)/1000

11.Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12.Скорость воды в трубопроводе vв м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)2*3600)

К ячейкеD16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

13.Число Рейнольдса Reопределяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

Re=v*d*10n

14.Коэффициент гидравлического трения λрассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25)) =0,035

λ=64Re                             при Re≤2320

λ=0,0000147*Re               при 2320≤Re≤4000

λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25  при Re≥4000

15.Удельные потери давления на трение Rв кг/(см2*м)вычисляем

в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645

R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)

16.Потери давления на трение dP_трв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

dP_тр=R*L

и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9

dP_тр=dP_тр*9,81*10000

17.Потери давления в местных сопротивлениях dP_мсв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150

dP_мс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2

dP_тр=dP_мс*9,81*10000

18.Расчетные потери давления в трубопроводе dPв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

dP=dP_тр+dP_мс

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1

dP=dP*9,81*10000

19.Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода Sв Па/(т/ч)2 вычисляем

в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

S=dPG2

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!