Меню

Расчет разветвленного трубопровода пример



Гидравлический расчет трубопроводов

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных.

. — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице « О блоге » .

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 tвх в °C заносим

в ячейку D5: 95,0

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

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода d в мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода L в 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

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 tср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм 2 /с при температуре tср рассчитываем

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

10. Среднюю плотность воды ρ в т/м 3 при температуре tср вычисляем

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

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

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

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

12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем

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

К ячейке D16 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 Re определяем

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

14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17 =0,035

15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см 2 *м) вычисляем

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

16. Потери давления на трение dPтр в кг/см 2 и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

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

17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см 2 и Па находим соответственно

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

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

18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см 2 и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

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

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

в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Читайте также:  Нерж труба в перми

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L , а также рассчитанное значение скорости движения воды v .

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2. Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(H31:H42;H29) =0,300

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6. Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7. Коэффициент гидравлического сопротивления i в м.вод.ст./м рассчитываем

в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

i =( ( 1000A1/(2g) )/1000)*((( A0 + C / v ) m )/(( d /1000) ( m +1) ))* v 2

8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см 2 и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Итоги.

Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см 2 .

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

60 комментариев на «Гидравлический расчет трубопроводов»

    Алексей 28 Авг 2014 00:28

Хочу выразить огромную благодарность автору за составление Гидравлического расчета!

Это на много упростило мою работу!

Хотел уточнить, данный файл подходит только лишь для расчета трубопроводов горизонтального положения? Как перейти на вертикальный?

Ответ на ваш вопрос в конце статьи:

«При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см2.»

Расчет учитывает трение жидкости о стенки трубы и потери давления в местных сопротивлениях, а эти виды потерь не зависит от расположения трубопровода относительно горизонта. При выборе насоса, конечно, статическое давление следует учесть обязательно!

Спасибо за отзыв.

Пользуюсь простенькой программкой, написал для себя

По мотивам приложения 10 к СНиП 2.04.02-84

гидравлический расчет трубопровода онлайн

Все понятно, спасибо.

спасибо за вашу программу. Одно понять не могу, со скоростью все понятно, если превышает будет красная ячейка, а каковы нормы по потери давления? какие они должны быть ? спасибо за ответ

Елена, Ваш вопрос относится больше к экономике чем к гидравлике.

Заузите трубопровод — меньше денег на трубы, опоры, арматуру, насос (не всегда), монтаж, но эксплуатационные расходы (электроэнергия) будут больше, чем при трубопроводе большего сечения.

Это типичная задача на оптимизацию и при различных исходных данных (трубопровод на даче / магистральная теплотрасса; длина 50м / длина 15000м; срок эксплуатации 3года / 15лет; рабочее давление 2кг/см2 / 50кг/см2; и т.д.) имеет совершенно непохожие и часто неожиданные решения.

Ориентир из старых справочников (теплотрассы) — не более 0,0008. 0,0030 (кг/см2)/м. Хотя в новых нормативных документах, вроде, никаких ограничений на этот счет нет. главное не дойти до абсурда!

Уважаемый Александр! Спасибо за Программу.

Есть вопрос «Как Вычислить «Гидро-Статическое Давление» в Уравнееии Бернули. »

ρ ≈ 1000 кг./м3; – Плотноть жидкости;

V2 = (Q = m3/s. : Sтруба = m2); – Квадрат Скорости потока (м./с.);

g ≈ 9,81 m./s2; – Ускорение свободного падения;

h = Rтруба = m.; – Радиус Трубы;

Пожалуйста! . если это не очень Вас утомит.

С Уважением Игорь из Чили. pipproceso@gmail.com

Игорь, я не понял смысла вопроса.

Где Вы взяли, что p=Pr-c? Это через критерий Прандтля? Уравнение Бернулли обычно решают относительно 2-х точек трубопровода (Вы же не знаете чему равна Const).

Ну конечно же это не критерий Прандтля. Рг-с — Это Давление Гидро-Статическое. Если бы я имел вожможность прилепить фаил, то всё было бы более понятно и с рисунком. Однако не нашёл этой опции. Или если бы я знал Ваш Личный e-mail — Возможно ли это.

С Уважением Игорь из Чили. pipproceso@gmail.com

Высылайте файл, e-mail отправил.

А если бы ещё для более вязких жиж было бы, напр. для масла — вообще было бы прекрасно!

Читайте также:  Чем варить трубы водоснабжения

Замените в первой программе в п.9 и п.10 формулы зависимостей от температуры коэффициента кинематической вязкости и плотности воды на формулы для нужной Вам среды, и станет все прекрасно!

Неплохо бы было если бы были рассмотрены задачи с применением формул Бернулли для расчета более сложных задач, например когда два потока объединяются в одном узле .Подобные задачи часто стоят в расчете корректирующих узлов систем отопления с подмесом

Здравствуйте, скажите пожалуйста, расчет для топливопровода дизтоплива можно применить данную программу?

Температуры на входе и выходе одинаковые. Протяженность порядка 100 м.

Для приблизительного — можно. На сколько кинематическая вязкость и плотность дизельного топлива отличаются от вязкости и плотности воды — на столько и будет ошибка.

Здравствуйте, Александр! За программу большое спасибо! Но я не могу разобраться с одной задачей. Может Вы мне поможете. Я никак не могу понять принципиальной разницы между различными методиками гидравлического расчета. Ведь в основе всех лежит формула Дарси-Вейсбаха. На странице natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33336 изложена их суть, но я понял только отличие «Метода эквивалентных сопротивлений». На мой взгляд — это просто различные записи формулы Дарси-Вейсбаха.

На мой взгляд гидравлика — это такая наука, где вся теория начинается и заканчивается уравнением Бернулли. Все остальные формулы — это аппроксимации опытов с определенными допущениями. Именно эти допущения и громоздкость реальных практических задач и определяют наличие нескольких подходов к решению.

Мне в своё время очень понравился метод характеристик сопротивлений. Но, применяемые в этом методе, табличные значения характеристик сопротивления труб и арматуры зависят от искомого расхода! «Голова кусает хвост» — опять итерационные методы последовательных приближений. Как зависят и чему равны характеристики — опять таблицы и эмпирические зависимости.

Принципиальной разницы между различными методиками гидравлического расчета я тоже не вижу. Согласен с Вашими выводами. Отличие в том — что принять за исходные данные и что искать расчетом.

Александр, здравствуйте! Может быть я задам несколько дилетантский вопрос, но тем не менее. При учете коэффициента местного сопротивления (КМС) радиатора нам дается некий КМС. Мне не совсем понятно он дается на одну секцию или на весь радиатор? Если на одну секцию, то как быть со скоростью, ведь расход через одну секцию меньше чем через весь радиатор (к примеру 5 секций). Или здесь уже учтено, что при том расходе, на который дан КМС должно быть установлено определенное количество секций исходя из теплового расчета?

Вот примерная таблица с КМС радиаторов xn--b1ahhahznja9a.xn--p1ai/spravochnik-zhkx/188-gidravlicheskie-poteri-i-koefficzient-zatekaniya-vody-v-otopitelnyj-pribor

Дмитрий, добрый день.

Вы задаете правильные логичные вопросы, но однозначно я Вам не отвечу. Коэффициенты местных сопротивлений радиаторов, приведенные в современных разнообразных таблицах, могли измеряться при самых разных условиях.

Например, так: radiko-radiator.ru/гидравлический-расчет-радиаторов/

У грамотного производителя должны быть указаны все условия замеров — вид подачи, к-во секций, тип, расход и температура теплоносителя.

Расчёт для горизонтального трубопровода понятен!

А для вертикального,что-то не могу понять. Вы бы не могли немного помочь.

Что делать для трубопроводов с перепадом высот? Посмотрите внимательней конец статьи.

Спасибо за файлик. Очень пригодилось!

Добрый день. где можно скачать файл с расчетами? мне необходимо для станка подобрать компрессор и рассчитать трассу. Буду благодарен за оказанную помощь

Добрый день, Игорь.

Ссылка на файл с расчетами в конце статьи. Или Вы о каком-то другом «файле с расчетами» спрашиваете?

Мечтаю увидеть подобные расчеты применительно к сжатому воздуху. Есть планы написать?

«Подобные расчеты применительно к сжатому воздуху» в ближайших планах не присутствуют. Как-то не было на практике такой задачи.

Добрый день!А расчет для холодной воды в самотечном водопроводе д500-600мм в горной местности(перепад высот 330м)как считается?Спасибо.

Так же. Плюс смотри конец статьи: «при гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см2».

Добрый день, Александр!

Подскажите, пожалуйста, как учитывать потерю давления в трубопроводе, если установлены компенсаторы расширения труб на горизонтальном участке и резисторы на вертикальном участке трубопровода. СПАСИБО за сайт и ответ.

Все трубопроводы с точки зрения гидравлики, как науки, состоят из труб и местных сопротивлений, характеризуемых коэффициентами (см. п.7 исходных данных первой программы).

Компенсаторы можно считать местными сопротивлениями (если в паспорте на них указаны значения ξ) или разбить их на трубы и местные сопротивления в виде поворотов.

И еще, из текста статьи: «Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».»

Сам люблю программки в Exel рисовать, но эта программка приятно удивила (я бы лучше не сделал). аФтару огромное Пасиба за работу, потестирую на правильность и буду пользоваться.

Удачи в этом нужном стране деле, желаю создания новых полезных программ.

Здравствуйте! Занимаюсь строительством бассейнов, подскажите возможно составить таблицу для расчётов диаметров подающих трубопроводов к возвратным форсункам бассейна(донные и стеновые). Заранее благодарен!

Добрый день! Ничего невозможного нет — выполняете гидравлический расчет. Если топология расположения труб не меняется, а меняются диаметры и длина — можете использовать вышеприведенную программу за основу.

Подскажите, как дополнить Ваш алгоритм для возможности расчета на определенный процент Этилен-/Пропилен-гликоля? Есть варианты?

Читайте также:  Таблица веса круглой трубы по толщине стенки

Есть. Ищите формулы (таблицы) зависимостей кинематической вязкость и плотности этилен-пропилен-гликоля разной концентрации от температуры. И формулы для коэффициента гидравлического трения. (С водой-то, честно говоря, 150 лет изучают, экспериментируют, а результаты остаются приблизительными. Слишком много трудно учитываемых теоретически факторов.)

Александр, добрый день.

Не понимаю как получается размерность:

Удельные потери давления на трение R в кг/(см2*м) вычисляем

За что отвечает коэффициент 100, что во что он переводит?

Простой перевод единиц.

9,81м/с^2-ускорение свободного падения.

Являюсь Вашим подписчиком и очень Вам благодарна.

Занималась конструктивом цилиндрических резервуаров и для себя создала счётную таблицу (по Вашему примеру) для их расчёта.

А как работает стенка цилиндрического резервуара (например, 3×4х5 метров)? Как просчитать толщину стенки и рёбра жёсткости? Может, где встречали такую тему?Буду благодарна, если кинете ссылку или пример расчёта

У меня на блоге есть статья, написанная на основе материалов ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Интересный алгоритм.

Плоские стенки можно посчитать по методике из статьи о прогибах или статьи о методе сеток.

Ну и поиск в Google никто не отменял: «СНИП Расчет резервуаров».

Александр, добрый день!

Очень удобный и полезный расчет, но нужен такой же только для расчета нефтепровода. С возможностью изменения диаметра труб, перепада высот, а так же физико-химических свойств жидкости (температура, плотность, вязкость и т.д.)

У Вас случайно нет такого арсенале?

6-ю комментариями выше я отвечал про этилен-гликоль.

Нет, для нефти — нет.

Александр, доброго времени суток!

Я очень люблю составлять расчеты в excel, и давно хотел разобраться с тем, как сделать функцию, извлекающую строки из базы, как сделать ячейку, меняющую оформление в зависимости от содержимого, и. Когда увидел ваш расчет. Я как будто призрак отца гамлета увидел, как будто воочию пронаблюдал большой взрыв в начале жизни вселенной. А когда я после того, как неделю встреваю в гидравлические расчеты, увидел страницу с расчетами местных сопротивлений. Блин. Да я так радовался только после потери девственности первый раз. Огромное спасибо за такой титанический труд.

И, если можно, подскажите пожалуйста, что за коэффициент лямбда на втором листе, ячейка С24? На местное сопротивление влияет кардинально, а я на него смотрю, как, извиняюсь, парнокопытный из семейства полорогих смотрит на новый проем в ограде, запираемый симметричными створами )))

Я хотел сказать, «последний раз», извините))) Очень странно получилось)))

По Вашему вопросу. Посмотрите другую статью. В ней в том числе ответ на поставленный вопрос.

Я представляю издательский дом «Панорама» (Москва), работающий в формате В2В.

На вашем сайте размещена статья:

Возможно ли опубликовать её в журнале «Водоочистка»?

Каковы условия для публикации?

Мы являемся информационным партнером III Всероссийского водного конгресса (2019) и надеемся на плодотворное сотрудничество с Вами.

Прошу ответить на почту voda-panor@bk.ru

и.о. главного редактора журнала «Водоочистка»

Добрый день, Александр!

В Вашем расчете al-vo.ru/wp-content/uploa. ruboprovodov.xls на закладке «Расчет коэффициентов» для элемента «6. Поворот трубы (резкий)» указан коэфф. местного сопротивления 1, а для элемента «7. Поворот трубы (плавный)» при угле поворота 90 град. расчет дает значение коэфф. местного сопротивления 20,05.

Нет ли здесь ошибки?

С уважением, Владимир.

Если в элементе 7 «плавный» поворот превратить в «резкий»:

то при коэффициенте гидравлического трения «лямбда»=0,0218 коэффициент местного сопротивления «кси» будет равен 1,00.

Формула для 6-ого элемента не может дать значение больше 2, и никак не учитывает состояние поверхности трубы и её размеры.

Формула для 7-ого элемента, вроде как, это учитывает.

Все эти значения коэффициентов не для точных вычислений, а для оценочных.

Посмотрите другие источники информации. Сравните.

Часто в реальной практике расчетов влияние местных сопротивлений мало на столько, что ими или пренебрегают, или учитывают общим увеличением потерь на трение на 5. 15%.

Отлично и своевременно! Спасибо

При подсчете числа Рейнольдса ошибка.

Нет никакой ошибки! Смотрите единицы измерения и откуда взялся множитель 10 (всё сводим к см):

Да, нет ошибки. Просто попробовал адаптировать под пропиленгликоль. А у вас все через см. Не удобно.

Ну, не всё через сантиметры, а там где это привычнее — давление, кинематическая вязкость.

В чем проблема перевести в удобные для Вас единицы измерения? Касаемо Re — безразмерной величины — нужно просто проверить, чтобы все единицы сократились /как в примере выше/, и определить степень множителя 10.

Проблем нет. Все посчитано. Хотел воспользоваться вашим калькулятором по шустрому, но не получилось с ходу. По воде расходы и скорости считаю практически в уме, а вот по гликолю пока не получается. Калькулятор уже сам накидал.

Вячеслав, я рад, что хоть немного Вам помог. Когда ежедневно занимаешься типовыми расчетами, начинаешь их «чувствовать в уме».

Спасибо. замечательная программка

Не подскажите что представляют значения вида пункт 9:0.0178?1?0.0337?0.000221? из этого уравнения n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)

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

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

так же здесь цифры откуда были взяты?

не могли бы подсказать откуда были взяты эти значения

Эти уравнения — аппроксимация табличных данных теплофизических свойств воды.

Источник