Stanovení tlakových ztrát při průtoku vody potrubním systémem | WIKI znalostní báze | ASAP

Statický tlak charakterizuje vlastnosti vody, když je v klidu, tzn. ona se nehýbe. Například, když je zavlažování vypnuto, vytvoří se tlak v hlavním potrubí čerpadlem a čerpadlo se vypne, když je dosaženo nastaveného tlaku. Právě tento tlak bude statický. Hodnota tlaku se v tomto případě mění pouze se změnou výšky vodního sloupce. Statický tlak ukazuje tlakový potenciál, který systém zvládne.

Jakmile otevřeme ventil nebo kohoutek, voda se začne pohybovat a v tomto případě již máme co do činění s dynamickým tlakem. V tomto případě se objevují nové tlakové ztráty, a to tlakové ztráty třením podél potrubí a lokálními ztrátami (armatury, zpětné ventily, solenoidové ventily atd.).

S těmito ztrátami, které někdy dosahují impozantních hodnot, je vždy nutné počítat, abychom se vyhnuli „nerozlitým“ plochám nebo aby došlo k takovému případu, kdy není dostatečný tlak na to, aby sprinklerová tyč stoupala z pouzdra.

Dynamický tlak nebo „pracovní tlak“ se liší od statického tlaku v tom, že závisí na ztrátách spojených s pohybem vody. Přímo souvisí s průtokem nebo množstvím vody, které prochází potrubím nebo v místě místního odporu.

Rýže. 1. Lokální hydraulické ztráty

Se zvyšujícím se množstvím vody protékající potrubím se zvyšuje průtok, čímž se zvyšují tlakové ztráty. Tabulku lokálních tlakových ztrát v závislosti na průtoku naleznete vždy v katalozích výrobců závlahových zařízení pro konkrétní závlahové zařízení.

Rýže. 2. Příklady tlakových ztrát na zařízení (fragment katalogu)

Nyní se podíváme na to, jak určit ztrátu v potrubí.

Pro rychlé určení tlakových ztrát pro různé jednotky průtoku (m3 / h nebo l / min) tento článek poskytuje v příloze „Tabulky ztrát třením v potrubí“ pro trubky HDPE. Ztráty jsou uvedeny v barech na každých 100 m potrubí určitého průměru (mm). Hodnoty ztrát se výrazně liší pro trubky stejného průměru, ale s různými SDR. Tato skutečnost činí každý typ potrubí hydraulicky individuální.

SDR je zkratka pro Standard Dimension Ratio, tedy poměr vnějšího průměru trubky k tloušťce její stěny. Čím nižší je SDR, tím silnější je stěna potrubí a naopak. Čím silnější je stěna potrubí, tím vyšší budou ztráty třením, potrubí bude těžší a dražší, ale vydrží větší tlak.

*Rýže. 3. Část potrubí

Ztráty třením pro tyto tabulky se vypočítají takto:
Vstupní data:
Délka potrubí (100m)
Vnitřní průměr trubky
Koeficient drsnosti potrubí
Průtok (průtok)

1 – určete průtok
2 – určete Reynoldsovo číslo (na základě kinematické viskozity kapaliny, průtoku, průměru,)
3 – Určete hydraulické tření (na základě Re, průměru a drsnosti)
4 – Určete ztráty (na základě hydraulického tření, délky, průměru a rychlosti a také gravitačního zrychlení).

Pro výpočet ztrát třením se používá Darcy-Weisbachova rovnice, která má následující tvar:

Δh – ztráty třením
f – koeficient tření
L – délka trubky
D – průměr trubky (vnitřní)
V – rychlost proudění
g je zrychlení volného pádu.

Pomocí tabulek uvedených v příloze můžete kromě hodnot ztrát určit také rychlost pohybu vody pro zlepšení hydraulických výpočtů.

Rychlost proudění (m/s) je rychlost, kterou se voda pohybuje komponentami potrubí zavlažovacího systému, a je velmi důležitým faktorem při analýze hydraulického návrhu. Čím rychleji se voda potrubím pohybuje, tím vyšší jsou ztráty třením. Příliš vysoký průtok vody může způsobit i další problémy (vodní ráz, porucha uzavíracího zařízení atd.).

Experimentálně a pomocí výpočtů bylo stanoveno, že rychlost proudění 1,5 m/s je optimální pro pohyb vody plastovým potrubím. Další zvýšení průtoku vede k neúměrnému zvýšení tlakové ztráty, někdy i několikanásobku, což může vést k nepříjemným následkům, když v odlehlých oblastech máte tlak, při kterém nebude zavlažování prováděno správně. A také při rychlostech nižších nebo rovných 1,5 m/s se snižuje pravděpodobnost poškození souvisejícího s vodním rázem v systému.

Rýže. 4. Závislost ztrát třením na charakteristikách proudění a potrubí

V této tabulce hodnoty rychlosti ve stínované oblasti přesahují 1,5 m/s. Při výběru průměru zavlažovacích trubek doporučujeme použít hodnoty nad zastíněnou plochou.

Jak používat tabulky ztrát třením.

Rýže. 5. Použití tabulky ztrát

1. Tento řádek označuje typ potrubí a SDR, pro které jsou počítány ztráty
2. Jmenovitý průměr trubky (vnější)
3. Vnitřní průměr trubky
4. Tloušťka stěny potrubí.
5. Tento sloupec udává průtok neboli průtok, při kterém se počítají ztráty v l/min a m3/h
6. Rychlost proudění v m/s
7. Ztráta tlaku v barech.

Dále, když známe průtok v zóně (vypočtený v projektu), podíváme se do tabulky ve sloupci s náklady a najdeme průtok, který potřebujeme.

Příklad:
Musíme vybrat průměr hlavního potrubí. Víme, že maximální průtok v zóně 1 je 63 l/min nebo 3,8 m3/h. Nakreslete vodorovnou čáru odpovídající čáry

Rýže. 6. Použití tabulky ztrát

Vidíme, že pro průměry potrubí 25 mm a 32 mm indikátory rychlosti proudění přesahují 1,5 m/s a jsou v šedé zóně.
Podle toho vybereme nejbližší průměr, ve kterém jsou při daném průtoku indikátory mimo šedou zónu. V našem příkladu se jedná o trubku o průměru 40 mm. Při průtoku 63,3 l/min nebo 3,8 m3/h bude průtok v potrubí 1,16 m/s a tlaková ztráta na 100 metrů 0,45 bar.

Po dlouhou dobu se k uspořádání plynovodu používaly trubky z olova a oceli – spolehlivé, silné, odolné. Koncem minulého století došlo v oblasti stavebnictví ke skutečné revoluci: objevily se polymerní materiály, ze kterých se vytlačováním začaly vyrábět plastové trubky včetně plynových. Výrobky, které se snadno instalují, jsou lehké a zdravotně nezávadné, začaly nahrazovat výrobky z těžkých kovů. Je možné použít plastové trubky na plyn, jaké jsou hlavní vlastnosti a jaké jsou výhody těchto produktů – v tomto článku.

Co je to polyetylenové plynové potrubí?

Polyetylenové plynové potrubí je polymerní výrobek pro dopravu hořlavých plynných látek, vyrobený kontinuální extruzí z HDPE – nízkohustotního polyetylenu. Takové HDPE trubky jsou určeny pro výstavbu hlavních plynovodů a distribučních sítí plynu – pro dopravu plynu ke spotřebitelům.

Při výrobě výrobků se používá materiál jakosti PE-80 a PE-100. Ten má vyšší hustotu, lepší pevnost a výkonnostní vlastnosti. Při stejné tloušťce stěny HDPE odolá trubka PE-100 většímu tlaku než výrobek PE-80.

Vlastnosti polyetylénových trubek HDPE

Vlastnosti HDPE plynových trubek jsou určeny vlastnostmi materiálu, ze kterého jsou vyrobeny. HDPE trubky pro plyn jsou trvanlivé, odolné vůči chemikáliím, teplotním změnám, vydrží vysoké zatížení a vysoký tlak. Jsou lehké, na rozdíl od ocelových výrobků, což zjednodušuje přepravu a instalaci plynovodu. Plynotěsnost HDPE trubek pro plyn je mnohem vyšší než například u polymerních výrobků. Pronikání kyslíku do potrubí, pokud je poškozeno, může vést k výbušné situaci. Proto se propylen prakticky nepoužívá pro výstavbu plynových komunikací a používají se trubky vyrobené z nízkotlakého polyethylenu. Plně splňují požadavky kladené na tento typ výrobku.

Polyetylenové trubky pro plynovody mají hladký vnější a vnitřní povrch a splňují požadavky GOST R 50838-95.

Technické vlastnosti polyetylenových trubek pro plyn

Plastové plynové potrubí se vyrábí ze dvou typů nízkohustotního polyetylenu – PE-80 a PE-100. Obecné technické charakteristiky PE potrubí pro plyn jsou vyjádřeny v následujících ukazatelích.

• Nízká tepelná vodivost.
• Nízká tekutost – od 15 do 30 MPa.
• Pevnost v tahu od 100 do 170 kgf/cm².
• Hustota materiálu je 0,94-0,95 g/cm³.
• Vysoká průchodnost (o 30 % lepší než ocelové výrobky).
• Pružnost a pružnost (hranice koeficientu pružnosti je do 7 % výchozího tvaru).
• Vnější průměr D v potrubí přívodu plynu je od 16 do 400 mm.
• Tloušťka stěny trubky E. Polyetylenové plynové trubky jsou k dispozici s tloušťkou stěny od 22 mm do 59 mm.
• SDR. Poměr velikosti vnějšího průměru trubky k tloušťce její stěny. Tento indikátor určuje schopnost potrubí odolat tlaku: čím nižší SDR, tím silnější je produkt.
• Provozní teploty se pohybují od -20⁰C do 60⁰C.
• Teplota tání – do 135⁰C.
• Životnost je při dodržení technických podmínek až 50 let.

Plynové potrubí se vyrábí ve žluté, oranžové (podle GOST 2009) nebo černé barvě s jasně žlutými pruhy podél výrobku (GOST 1995 a 2009). Označení potrubí musí obsahovat následující údaje: obchodní značku výrobce, symbol typu výrobku, průměr a tloušťku stěny, SDR, datum výroby, číslo šarže, výrobní normu. Trubky o průměru do 160 mm jsou dodávány ve svitcích nebo se prodávají výrobky s větším průměrem v délkách 50-500 m.

Trubkové výrobky z HDPE se přepravují při teplotách nad -10°C. Venkovní skladování pod přístřeškem nebo v nevytápěné místnosti – ne déle než 2 roky.

Všechny HDPE trubky pro zásobování plynem jsou vyráběny v souladu s normami GOST R 50838-2009 (ISO 4437:2007) (poslední vydání GOST pro plynové potrubí je GOST R 58121.2-2018). Podle GOST 5542 se přes ně přepravuje plyn pro použití jako suroviny a palivo v průmyslu a veřejných službách. Výrobky vyrobené v souladu s GOST lze použít v jiných oblastech – pro organizaci ventilace, drenážních systémů, i když to normy nestanoví. V těchto případech závisí parametry na provozních podmínkách a potřebách.

Typy polyetylenových trubek pro plyn

Polyetylenové trubky používané pro plynovody mohou sestávat pouze z polymeru nebo být vyztuženy dalšími vrstvami. V tomto ohledu se rozlišují následující modifikace:

• polyethylen;
• PE trubky s vnitřními vrstvami koextruze;
• PE výrobky s termoplastickým ochranným pláštěm, který se před instalací potrubí odstraňuje.

Pro zásobování plynem se vyrábí několik typů PE trubek. Při pokládání plynových komunikací se zpravidla používají dva typy HDPE trubek.

• PE-80. Tyto výrobky mají tloušťku stěny 2 až 3 mm, odolávají provoznímu tlaku 4 až 6 atmosfér a jsou označeny žlutými pruhy aplikovanými po délce potrubí.
• PE-100. Vylepšená verze značky PE-80, vyznačující se zvýšenou hustotou a tepelnou odolností. Tato trubka má tloušťku stěny 3,5 mm, pracovní tlak 10-12 atmosfér a je označena oranžovými pruhy.

Veškeré plynové potrubí je vyrobeno pouze z primárních surovin. Normy GOST zakazují výrobu HDPE plynových trubek z recyklovaného polymeru! Pro použití plynovodů platí omezení: maximální provozní tlak – 1,2 MPa, maximální provozní teplota -/+40°C.

Rozměry polyetylenových trubek pro plyn

Sortiment PE potrubí pro zásobování plynem je pestrý. Široce používané velikosti HDPE jsou k dispozici s hodnocením SDR 17,6; SDR 17; SDR 13,6; SDR 11; SDR 9. V závislosti na tomto parametru se liší provozní tlak potrubí.