Гидравлический расчет трубопроводов
Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 66 комментариев
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
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 tср в °C вычисляем
в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5
tср=(tвх+tвых)/2
9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуре tср рассчитываем
в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368
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
ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+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 v в 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 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
Re=v*d*10/n
14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем
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=64/Re 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 R в 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 dPтр в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485
dPтр=R*L
и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9
dPтр=dPтр*9,81*10000
17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150
dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)
и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2
dPтр=dPмс*9,81*10000
18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634
dP=dPтр+dPмс
и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1
dP=dP*9,81*10000
19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)2 вычисляем
в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720
S=dP/G2
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.
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
3. Коэффициент A0 извлекается
в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000
4. Коэффициент 1000A1 извлекается
в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000
5. Коэффициент 1000A1/(2g) извлекается
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)))*v2
8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см2 и Па находим соответственно
в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497
dP=dP/9,81/10000
и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1
dP=i*9,81*1000*L
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/см2.
Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!
Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).
Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.
Другие статьи автора блога
На главную
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
Доброго времени суток товарищи.
Кто может поделиться экселевскими файликами
— расчет толщины стенки
— расчет отбраковочной толщины стенки
— расчет на прочность и устойчивость трубопровода
— может у кого есть расчет вязкости(имея первую вязкость и температуру, расчитать вязкость при второй температуре)
— расчет балластировки
расчет толщины стенки —
— для промысловых я делаю по СП 34-116-97 с и без содержания сероводорода, так же по РД 39-132-94
— для технологических трубопроводов я делаю по СА 03-003-07
— для высоконапорных водоводов расчет делаю по ВНТП 3-85
расчет отбраковочной толщины стенки делаю по РД 39-132-94
расчет на прочность и устойчивость трубопровода делаю по РД 39-132-94
по расчету вязкости совсем ничего нету.
может кто то по другим НТД делает, если не жалко поделитесь
с магистральными пока не сталкивался, может кто то по магистралке поделиться расчетами
Александр
размещено: 19 Октября 2008
обновлено: 19 Октября 2008
Расчитывает массу труб круглого и прямоугольного сечения
Комментарии
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные
участники
Авторизоваться
Комментарии 1-3 из 3
Пельмень
, 24 октября 2008 в 21:13
#1
Круто!!! Exel — это страшная сила!!!
Дикий инжынер
, 08 октября 2009 в 10:35
#2
Хоть бы написал из чего трубы сделаны или хоть какие-то пояснения
Алексей 11111
, 15 января 2010 в 21:31
#3
Александр Спасибо! Молодец! Все ясно и понятно. Очень просто и удобно в работе. Желаю творческих успехов.
0.1 МБ
СКАЧАТЬ
Таблица для расчета водопровода
[
·
Скачать
(9.94 Kb)
]
Таблица для расчета водопровода.
Страниц: 1
Формат: Excel
·
Скачать Таблица для расчета водопровода
(9.94 Kb)
Просмотров: 13272 / Загрузок: 4186 / Добавил: mgsu / Дата: 02.03.2011 / Комментарии: 0
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
Сортамент металла в Excel
Мне очень часто в расчетах приходится использовать характеристики различных прокатных профилей, и что бы не искать в различных справочниках, я использую сортамент металла в Excel.
С данном файле присутствуют все часто используемые профиля и есть все необходимые характеристики. Очень удобно считать спецификации, т.к. нужные характеристики можно скопировать и вставить в нужный вам файл.
Думаю и вам он пригодится.
Посмотрите что внутри файла Сортамент металла в Excel
На первой странице находится меню со списком профилей.
Нажав на определенную иконку или выбрав из раскрывающегося списка, вы перейдете на страницу нужного вам профиля.
Содержимое файла
Выставляю скриншоты каждой страницы, может кому-то будет удобней смотреть сортамент металла онлайн.
Как видите данный файл очень полезный и информативный. Скачивайте и пользуйтесь на здоровье.
Подписывайтесь на обновление сайта и делитесь в соцсетях.