重力パイプ内の移動速度の決定。 パイプラインの計算と選択
企業や住宅では大量の水を消費します。 これらのデジタル指標は、消費を示す特定の値の証拠となるだけではありません。
さらに、パイプの種類の直径を決定するのにも役立ちます。 多くの人は、パイプの直径と圧力から水の流量を計算することは不可能だと信じています。これらの概念はまったく無関係であるためです。
しかし、実際にはそうではないことがわかっています。 給水ネットワークの容量は多くの指標に依存しており、このリストの最初の指標はパイプ範囲の直径とライン内の圧力です。
パイプライン建設の設計段階でも、パイプの直径に応じてパイプの処理量を計算することをお勧めします。 取得されたデータは、住宅だけでなく産業用道路の重要なパラメータも決定します。 これらすべてについてはさらに詳しく説明します。
オンライン計算機を使用してパイプのスループットを計算します
注意！ 正しく計算するには、1kgf / cm2 \u003d 1気圧に注意する必要があります。 水柱10メートル\u003d 1kgf / cm2 \u003d 1気圧; 5メートルの水柱\u003d 0.5 kgf / cm2および\u003d 0.5気圧など。 オンライン計算機の小数はドットを介して入力されます (例: 3.5 ではなく 3.5)。
計算用のパラメータを入力します。
パイプラインを通る液体の透過性に影響を与える要因は何ですか
説明されている指標に影響を与える基準は、大きなリストを構成します。 ここではその一部を紹介します。
- パイプラインの内径。
- 流量はライン内の圧力に依存します。
- パイプ詰め合わせの製造のために採取された材料。
本管の出口における水の流れの決定はパイプの直径によって行われます。これは、この特性が他の特性とともにシステムのスループットに影響を与えるためです。 また、消費される液体の量を計算する際には、推定内圧に基づいて決定される壁の厚さを無視することはできません。
「パイプの形状」の定義は、ネットワークの長さだけによっては影響を受けないと主張することもできます。 そして、断面、圧力、その他の要素が非常に重要な役割を果たします。
さらに、一部のシステムパラメータは、流量に直接的な影響を与えるのではなく、間接的な影響を及ぼします。 これには、ポンプで送られる媒体の粘度と温度が含まれます。
少しまとめると、スループットを決定することで、システムの構築に最適な材料の種類を正確に決定し、その組み立てに使用するテクノロジーを選択できるようになります。 そうしないと、ネットワークが効率的に機能しなくなり、頻繁な緊急修復が必要になります。
水使用量の計算 直径丸パイプ、それに依存します サイズ。 したがって、より大きな断面にわたって、一定期間にわたってかなりの量の流体が移動することになります。 しかし、計算を実行して直径を考慮すると、圧力を無視することはできません。
この計算を具体的な例で考えてみると、高さ数十メートルのパイプラインを通るよりも、1センチの穴を通る液体の方が少ないことがわかります。 地域内の最高レベルの水消費量は、ネットワーク内の最大圧力とその体積の最大値で最高速度に達するため、これは自然なことです。
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SNIP 2.04.01-85 に従ったセクション計算
まず第一に、暗渠の直径の計算は複雑なエンジニアリング プロセスであることを理解する必要があります。 これには専門的な知識が必要になります。 ただし、暗渠の国内建設を実行する場合、多くの場合、そのセクションの水理計算は独立して実行されます。
この種の暗渠の流速の設計計算は 2 つの方法で実行できます。 1 つ目は表形式のデータです。 ただし、表を参照すると、蛇口の正確な数だけでなく、水を集めるための容器（浴槽、シンク）なども知る必要があります。
暗渠システムに関するこの情報を持っている場合にのみ、SNIP 2.04.01-85 によって提供されるテーブルを使用できます。 彼らによれば、水の体積はパイプの直径によって決まります。 以下にそのようなテーブルの 1 つを示します。
チューブラーの外容積(mm)
1 分あたりに受け取る水のおおよその量 (リットル)
おおよその水の量（1 時間あたり m3 で計算）
SNIPの基準に焦点を当てると、その中に次のことがわかります - 1人が消費する1日あたりの水の量は60リットルを超えません。 これは、家に水道が装備されていないことが条件であり、快適な住宅がある状況では、この容量は200リットルに増加します。
確かに、消費量を示すこの体積データは情報として興味深いものですが、パイプラインの専門家はまったく異なるデータ、つまりラインの体積 (mm 単位) と内圧を定義する必要があります。 これは表に常に存在するとは限りません。 そして数式は、この情報をより正確に見つけるのに役立ちます。
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システムセクションの寸法が油圧消費量の計算に影響を与えることはすでに明らかです。 家庭での計算には、管状製品の圧力と直径に関するデータを含む、結果を得るのに役立つ水流式が使用されます。 式は次のとおりです。
圧力とパイプ径の計算式：q = π × d² / 4 × V
式中、qは水の流れを示します。 リットル単位で測定されます。 d はパイプ部分のサイズで、センチメートル単位で表示されます。 式中の V は流速の指定であり、メートル/秒で示されます。
圧力ポンプの追加の影響なしで給水ネットワークに給水塔から給水される場合、流速は約0.7〜1.9 m / sです。 ポンプ装置が接続されている場合、そのパスポートには、生成される圧力係数と水流の速度に関する情報があります。
この公式は唯一のものではありません。 他にもたくさんあります。 それらはインターネット上で簡単に見つけることができます。
提示された式に加えて、管状製品の内壁がシステムの機能にとって非常に重要であることに注意する必要があります。 したがって、たとえば、プラスチック製品の表面はスチール製の製品よりも滑らかです。
これらの理由により、プラスチックの抗力係数は大幅に低くなります。 さらに、これらの材料は腐食性地層の影響を受けないため、給水ネットワークの処理量にもプラスの効果をもたらします。
損失水頭の決定
水の通過の計算はパイプの直径だけで行われるのではなく、 圧力降下による。 損失は特別な式を使用して計算できます。 どの公式を使用するかは、誰もが自分で決定します。 必要な値を計算するには、さまざまなオプションを使用できます。 この問題に対する単一の普遍的な解決策はありません。
しかし、まず第一に、プラスチックおよび金属プラスチック構造の通路の内部クリアランスは、20年間の使用後も変化しないことを覚えておく必要があります。 そして、時間の経過とともに金属構造体の通路の内部クリアランスが小さくなっていきます。
これにより、いくつかのパラメータが失われます。 したがって、状況によっては新しいネットワークと古いネットワークの直径が著しく異なるため、そのような構造内のパイプ内の水の速度は異なります。 ラインの抵抗の量も異なります。
また、液体の通過に必要なパラメータを計算する前に、給水システムの流量の損失がターン数、継手、体積の変化、遮断の存在に関連していることを考慮する必要があります。バルブと摩擦力。 さらに、流量を計算するときのこれらすべては、慎重な準備と測定後に実行する必要があります。
単純な方法で水の使用量を計算するのは簡単ではありません。 ただし、少しでも問題がある場合は、いつでも専門家に助けを求めるか、オンライン計算機を使用することができます。 そうすれば、敷設された給水または暖房ネットワークが最大の効率で機能するという事実を信頼できます。
ビデオ - 水の消費量の計算方法
ビデオを見る重力パイプ内の水の移動速度は、川の水の流れの速度以上となります。
標準的なパイプ直径を取得し、計算値を切り捨てます。 受け入れられた直径に従って、重力パイプ内の実際の速度が指定され、それは計算された速度より大きくなければなりません。 次に、この速度は高水位でテストされます。 洪水の場合、沈泥を最小限に抑えるために、全流量が 1 つのラインを通過します。
重力パイプラインの許容直径 D (インチ メートル) ρ (単位: kg/m3) 加重平均水力寸法 ω を持ち、 MS、式 (6) によると、パイプ内に捕捉され、底に沿って引きずられるサイズ d の堆積物の移動性について、 メートル、式(7)より
(6)
ここで、V は重力線内の水流の速度、m/s です。
u は流れ中の懸濁液粒子の沈殿速度です。 u≈0.07∙V MS;
D は重力線の直径、 メートル;
A は 7.5-10 に等しいパラメータです。
dは粒子直径、 メートル.
重力取水ラインの直径は、その中に堆積した堆積物を水力で除去する可能性を確保する必要があります。
サイフォンパイプは、カテゴリー II および III の取水口での使用が許可されています。 これらのパイプは、前述したように、溶接用の鋼管で作られており、その数は少なくとも2つとられます。
サイフォンパイプの直径は、取水口の通常動作中の流量とパイプ内の水の移動速度によって決まります。0.7〜1.2 MS.
最高の真空値は、真空ポンプに接続されたエアコレクタが取り付けられているサイフォンの上部で生成される必要があります。 サイフォンの許容高さは、サイフォンの上部のマークと低水位 (UNV) の間の差に等しく、緊急モードでは次の式によって決定されます。
ここで、サイフォンの最高点での許容真空度は 0.6 ～ 0.7 となります。 MPa;
- 吸気点から空気コレクターまでのサイフォンの長さに沿った圧力損失、 メートル;
∑ξ - サイフォン内の局所抵抗係数の合計。
V は緊急モードにおけるサイフォン導管内の水の移動速度です。 MS;
h in - サイフォンの上昇分岐における圧力損失、 メートル.
サイフォンラインと取水口の全圧力損失：
h \u003d h in + h n + h resh、 メートル(9)
ここで、 h n - サイフォンの長さに沿った圧力損失と局所抵抗、 メートル;
h resh - 火格子内の圧力損失、 メートル.
グレーティングの損失水頭 0.03 ～ 0.06 メートル.
計算は、取水口の通常動作と緊急動作の条件に対して行われます。
重力パイプの直径は、UNV で取水口の通常運転時の流量と水の移動速度 0.7 ～ 2.0 m / s によって決定されます（表 14）。 重力水導管の数は少なくとも 2 つ必要です。 重力式導水管を水中に降ろして敷設する場合は、強化断熱材を施した鋼管が使用されます。
導水路は、川の流れによる流失、砂による磨耗、船やいかだの錨による損傷から保護するために、航行可能な導水路では少なくとも0.8〜1.5メートル川底に埋められます。 導管には、急な曲がり、狭まり、拡張があってはなりません。 直線および逆傾斜で水平に置くことができます。
パイプ径:
ここで Q R- 1 セクションの推定消費量 (0.8 m に相当) 3 /と;
V 計算する- 推定速度。
パイプの範囲に応じて承ります。 事実=800mm。
実際の速度:
実際、重力パイプ内の速度は次の 2 つの条件を満たす必要があります。
A)臨界速度、つまり、堆積物によって運ばれるパイプのシルトが発生しない速度より大きくなければなりません。
V f >V クローラ,
ここで: - 堆積物の量、kg/m 3 ;
w - 加重平均水力繊度、m/s;
d - 導管の直径、m;
u は流れ中の浮遊粒子の沈降速度、m/s です。
g - 自由落下加速度、m/s 2 .
緊急モードでパイプラインの速度を求めます。
条件 V f >V クローラが実行されるため、 1.6>1.406。
b) サイズ D、m の堆積物のパイプ内での捕捉率より大きくなければなりません。
タンク A の液体の自由表面に沿ったセクション 1-1、タンク B の液体の自由表面に沿ったセクション 2-2 を選択します (図 7)。 比較面はセクション 2-2 と互換性があります。
図 7 - 重力パイプラインの直径を計算するためのスキーム
セクション 1-1 と 2-2 のベルヌーイ方程式を作成します。
この場合：
タンク A と B のレベルは一定であるため、速度圧力と はゼロに等しくなります。
すべての値をベルヌーイ方程式 (7.1) に代入すると、次が得られます。
損失水頭:
定常状態では、タンク内のレベルは一定であり、重力パイプラインを通る流体の流れは等しくなります。 したがって、重力パイプライン内の平均流体速度は次のようになります。
(7.4) を考慮して式 (7.3) を (7.2) に代入すると、次のようになります。
式 (7.5) の解は、グラフィック解析法によって実行されます。 重力パイプラインの直径の値を考慮して、必要な圧力の依存性をプロットします。
レイノルズ数:
したがって、流れの状態は乱流になります。 次に、長さに沿った摩擦損失係数が Altshul の公式によって決定されます。
ここで、 - 鋳鉄（使用済み）パイプの粗さ。
式 (7.5) によって、重力パイプラインの直径の値で流れを通過させるために必要な水頭の値を計算してみましょう。
値が得られたため、後続の直径値を減らす必要があります。
他の多くの直径値についても同様の計算を実行してみましょう。 計算結果を表 2 にまとめます。
表 2 - 必要な圧力の計算結果
表 2 に従って、依存グラフ (図 8) を構築し、その値によって重力パイプラインの直径を決定します。
図 8 - 依存関係グラフ
スケジュールが分かりました。
ネットワークの構築特性
設備の定常運転状態では、パイプラインシステム内の流量が時間とともに変化しない場合、ポンプによって発生する揚程は設備の必要な揚程と等しくなります。
次に、式 (4.2) に従って、設置に必要な圧力は次のようになります。
ネットワークの圧力:
依存関係 (8.1) と (8.2) およびセクション 2 で説明した水頭損失を決定する方法を使用してネットワーク特性を構築しましょう。
出費に取り組みましょう。
パイプラインの各セクションの平均速度、流れ状況、および摩擦抵抗の係数を決定してみましょう。
吸引ラインの直径の場合:
レイノルズ数:
その結果、吸引ラインの流れ状態が乱流になります。
パイプラインの直径の場合:
平均流体速度:
レイノルズ数:
パイプラインの直径の場合:
平均流体速度:
レイノルズ数:
したがって、ある直径のパイプラインでは、流れの状況が乱流になります。
パイプラインの直径の場合:
平均流体速度:
レイノルズ数:
したがって、ある直径のパイプラインでは、流れの状況が乱流になります。
吸込ラインの損失水頭
ここで、 - 長さに沿った摩擦による圧力損失。
局所的な圧力損失。
- それぞれ、吸引ラインの摩擦抵抗係数と局所抵抗係数の合計。
Altshul の公式に従って水圧抵抗係数を決定してみましょう。
吸引ラインの局所抵抗の場合:
抵抗係数のある逆止弁を備えたサクションボックス。
バルブ（全開時）。
我々が得る：
吸込ラインの損失水頭を計算します。
同様に、吐出ラインの圧力損失を求めます。
排出ラインの流れ状態はすべてのセクションで乱流であり、油圧抵抗の領域は過渡的であるため、Altshul の公式を使用して摩擦抵抗の係数を決定します。
放電ラインの局所抵抗:
抗力係数を備えた 2 つのスイベルエルボ
抵抗係数付き調整弁
抗力係数付きスイベルエルボ
直径が次のパイプライン セクション上:
抗力係数付きスイベルエルボ
直径が次のパイプライン セクション上:
抗力係数付きスイベルエルボ
抵抗係数ベンチュリ流量計
吐出ラインの損失水頭を計算します。
パイプライン内の総圧力損失:
必要な取り付け圧力:
ネットワークの圧力:
他の流量についても計算してみましょう。 計算結果を表 3 にまとめます。
ヘッドパイプラインポンプタンク
表 3 - ネットワーク特性を構築するための計算結果
非圧力 (重力流動) パイプラインの水力計算は、次の 2 つの主要な公式に従って、パイプ内の水の安定した均一な動きを維持する条件に基づいています。
- 流れの連続性の公式
- シェジー式
ここで、qは流量m 3 / sです。 ω - 開放面積、m 2; V は流体速度、m/s です。 R - 水力半径、m。 i は水圧勾配 (定常等速運動のパイプの勾配に等しい); C はシェジー係数で、水力半径とパイプラインの濡れた表面の粗さ m 0.5 / s に依存します。
水力計算を実行する際の主な困難は、Chezy 係数を決定することです。
多くの研究者が独自の普遍的な公式 (経験的または半経験的な依存関係) を提案しています。これらの公式は、シェジー係数の水力半径、パイプライン壁の粗さ、その他の要因への依存性をある程度記述しています。
- 式N、N.パブロフスキー：
ここで、n はパイプ壁の相対的な粗さです。 指数 y を決定するには、次の公式が使用されます。
y=2.5 √n-0.13-0.75 √R (√n-0.1)
- A. マニングの公式:
- y を決定するための A. D. Altshul と V. A. Ludov の式。
y=0.57-0.22 lgC
- 式 A.A. カルピンスキー:
y=0.29-0.0021℃。
これらおよび他の同様の依存関係に基づいて、水理計算テーブルとノモグラムが構築されており、設計エンジニアはこれらを使用して、さまざまな材料で作られた自由流ネットワークやチャネルの水理計算を実行できます。 非圧力重力パイプラインは、よく知られた Darcy-Weisbach の公式を使用して計算することをお勧めします。
i=λ/4R・V 2 /2g
ここで、λ は油圧摩擦係数です。 g は自由落下加速度、m/s 2 です。
Chezy 係数は次のように定義できます。
国内の研究者によって得られた前述の公式のうち、最も承認され、実験データと一致する他の公式よりも優れているのは、N. N. パブロフスキーの公式です。 これらの式の妥当性は工学的実践によって確認および検証されており、セラミック、コンクリート、レンガで作られた非圧力ネットワーク、つまり粗さ係数 n が以下の材料で作られた非圧力ネットワークの水力計算にさらに使用できることは疑いの余地がありません。約 0.013 ～ 0.014、ポリマー製のものと同様に、特定の補正係数。
古いネットワークの修復と再構築の期間中に、さまざまな材料（ポリマーを含む）で作られた新しいパイプが広く使用されるという現代の傾向は、都市の排水ネットワークが年々ますます不均一になり、それが環境に影響を与えるという事実につながります。パイプラインの異質なセクションごとに適切なメンテナンス方法 (たとえば、洗浄など) を適用する必要があるため、油圧性能の評価が困難であるだけでなく、操作も困難です。
新しい材料で作られたパイプラインの場合、係数 C と λ を変更するための厳密な水力依存性は現在ありません。さらに、新しいタイプのパイプの各メーカーは、さまざまな材料で作られたパイプの水圧適合性を評価するための独自の、時には偏った基準を発行しています。 そのような資料が多数あり、それぞれがネットワークの修復に専門分野を見つけている場合、作業はさらに悪化します。 その結果、「パッチ」を備えた一種のネットワークが表示されます。 これは、水圧の不均衡、つまり、パイプの接合部または接合部から一定の距離での浸水に関連する可能性のあるマイナスの傾向を排除するものではありません。
したがって、設計者は、パイプラインの材料や保護コーティングの種類ごとに、水力学的特性の変化に対する統一された依存関係、つまり、製造されたパイプのチェジー係数、ダルシー係数、その他のパラメーターを決定するための本格的な実験の結果を把握することが望ましいです。さまざまな素材の。 したがって、結論として、実験的な水理研究を実施することの重要性を述べておく必要があります。 ある直径での実験期間中に得られたチェジー係数の実験値は、他の直径への移行におけるおおよその水力学的類似性の基準となる可能性があります。