Проектирование

Формулы расчета параметров для трубопроводов

Расчет гидравлических параметров

Гидравлические расчеты

Основанием для гидравлических расчетов является Европейский стандарт EN 752:2008. Расчет средней скорости потока в дренажных и канализационных трубах производят для турбулентного режима. В стандарте приведены две формулы для расчета турбулентного потока: Кольбрука-Уайта и Маннинга.

Формула Колбрука-Уайта

Среднюю скорость потока в круглой трубе при полном наполнении можно рассчитать по формуле

v - средняя скорость потока в сечении трубы, м/с;  g - ускорение своободного падения, м/с2;  D - внутренний диаметр трубы, м;  I - гидравлический уклон, безразмерная величина;  k - шероховатость внутренней стенки трубы, м;  lv - кинематическая вязкость жидкости, м2/с.

При вычислении средней скорости по формуле (1) для труб некруглого сечения или с частичным наполнением вместо внутреннего диаметра трубы D принимается 4Rh, где Rh – гидравлический радиус (соотношение площади сечения потока A и смоченного периметра χ ). В Таблице 1 представлена зависимость величины 4Rh/D от относительного наполнения трубы (h - глубина воды в трубе).

Формула Маннинга

Для труб круглого и некруглого сечения, как полностью, так и частично наполненных, средняя скорость потока определяется по следующей формуле:

где  K - коэффициент Маннинга, м1/3/с;  Rh - гидравлический радиус, м;  I - гидравлический уклон, безразмерная величина.

Общая потеря давления

Шероховатость трубы (k) или коэффициент потока Маннинга (K) определяют потери давления на трение, обусловленные материалом трубы, неровностями в местах соединения труб и осадком, скапливающимся ниже поверхности воды.

Кроме того, потери давления на трение возникают в местах разветвления труб, при изменении поперечного сечения трубы, в колодцах, коленах и прочих фитингах. Для выполнения прямых расчетов можно воспользоваться следующей формулой

hL - локальная потеря давления, м;  kL - безразмерный коэффициент локального сопротивления;  v - средняя скорость, м/с;  g - ускорение свободного падения, м/с2 

Полная потеря давления

Для расчета полной потери давления рекомендуются следующие методы:

• суммирование локальных потерь давления и потерь давления на трение при протекании потока по трубопроводу;

• прибавление локальных потерь давления к полной потере давления учитывается путем принятия верхнего значения гидравлической шерохо- ватости трубопровода при расчете потерь давления на трение.

При использовании рекомендуемых значений гидравлической шероховатости трубопровода для расчета труб необходимо удостовериться, не включено ли уже влияние локальных потерь давления в величину шероховатости. На практике в большинстве случаев используются значения k шероховатости внутренней стенки трубы в пределах от 0,03 мм до 3,0 мм и значения коэффици- ента Маннинга K в пределах от 70 до90 м1/3с-1.

Расчетные оценки скоростей, полученные по формулам (1) и (2), можно приблизительно сравнить при помощи следующей формулы:

K - коэффициент Маннинга, м1/3/с;  g – ускорение свободного падения, м/с2;  D – внутренний диаметр трубы, м;  k – шероховатость внутренней стенки трубы, м.

Выбор диаметра трубы в зависимости от уклона трубы, расхода потока и средней скорости потока облегчает номограмма, приведенная на Рис.1. Номограмма составлена по формуле Колбрука-Уайта (1) при условии полного заполнения трубы, вязкости воды v= 1.03x10-6 м2/с и шероховатости внутренней стенки трубы k = 0.007x10-3 м. При частичном заполнении в формуле (1) вместо внутреннего диаметра трубы D при- нимается 4Rh.

При применении формулы Маннинга коэффициент потока K = 1/n, где n – коэффициент шероховатости Манннинга, зависящий также и от заполненности трубы.

Статические расчеты трубопроводов при подземной прокладке

Одним из важнейших преимуществ труб Krah является легкость адаптации к любым проектным требованиям. Согласно различным нормам и стандартам трубы должны проектироваться согласно номинальным классам кольцевой жёсткости (SN), таким как SN2 (только для труб с DN > 500), SN4, SN8 или SN16 (согласно ISO9969), или иным стандартным классам жёсткости (DIN16961, ASTM F894, NBR 7373 и т.д.) вне зависимости от метода тестирования (постоянная скорость или постоянная нагрузка).

Также согласно EN13476-3 9.1, производитель может изготавливать трубы с DN/ID > 500 мм в соответствие с классами SN, если он может доказать необходимость такого решения с помощью статических расчетов.

В общем случае, для труб Krah осуществление статических расчетов может оказаться целесообразным только с учетом конкретных проектных данных. В 99% случаев требования к запрашиваемой трубе являются завышенными. Расчёты же могут продемонстрировать, что труба с меньшими значениями кольцевой жёсткости, но подходящего профиля, будет достаточна для выполнения конкретных условий и её использование позволит существенно снизить затраты.

Качество трубы определяется соответствующей толщиной её стенок, качеством сырья и надёжностью технологии соединения при монтаже, а не жесткостью.