Гидравлические потери и борьба с ними в системах пластмассовых трубопроводов
В данной статье очень кратко рассматриваются только системы пластмассовых
трубопроводов, прежде всего с точки зрения оптимизации гидравлических
потерь. Трубы из какого материала использовать, как правильно выбрать
производителя – основные моменты будут освещены в данной статье и помогут
Вам в дальнейшем с проблемой выбора.
Системы напорных трубопроводов
В
системах напорного водоснабжения важным экономическим показателем эксплуатации
являются затраты электроэнергии на прокачку заданного объема жидкости.
Очевидно, что многое зависит от насосного оборудования, но в данный
момент мы рассмотрим только потери давления на транспортировку жидкости.
В качестве основы возьмем питьевую воду.
Из пластмассовых трубопроводов, используемых в системах напорного водоснабжения,
в настоящее время наиболее часто встречаются трубы из ПВХ, ПЭ 80 и ПЭ
100 (фото 1, 2). Трубопроводы из стеклопластика в данном обзоре мы не
рассматриваем, т. к. они имеют достаточно ограниченное применение.
Факторы, влияющие на затраты электроэнергии на транспортировку жидкости:
• скорость течения жидкости,
• внутренний диаметр трубопровода,
• шероховатость трубопровода.
Причем первые два фактора очень сильно взаимосвязаны между собой. Чем
меньше диаметр проходного сечения, тем выше скорость течения жидкости
и выше потери давления. Соответственно, чем менее современен материал,
из которого изготовлена труба, тем больше у нее толщина стенки и выше
потери давления.
Для
проведения анализа возьмем стандартную трубу с наружным диаметром D=315
мм с самым распространенным классом давления – 10 атм, но изготовленную
из разных материалов. ПВХ, ПЭ 80 и ПЭ 100. Расход воды примем равным
80 л/с. Результаты анализа приведены в таблице 1.
Таким образом, мы видим, что даже небольшое снижение толщины стенки
приводит к уменьшению скорости транспортировки и гидравлических потерь.
Соответственно, даже если не принимать во внимание технические показатели
трубопровода (овальность трубы, отклонения толщины стенки от требуемого
значения и т. д.), которые могут быть разными у различных производителей,
то как минимум следует обратить внимание на дальнейшие затраты при эксплуатации
трубопровода, т. к. затраты электроэнергии прямо пропорциональны гидравлическим
потерям, возникающим при транспортировке жидкости по трубопроводу.
Таблица 1
Трубопровод D = 315 мм, PN 10, W = 80 л/с
Материал |
Толщина стенки, мм |
Потери давления, м вод.ст/м |
Соотношение к трубе из ПЭ 80 |
ПЭ 80 |
28,6 |
0,007 |
0 |
ПЭ 100 |
18,7 |
0,0048 |
- 31 % |
ПВХ Сигма 125 |
12,1 |
0,004 |
– 43 % |
Системы безнапорных трубопроводов
В
безнапорных трубопроводах транспортировка жидкости осуществляется за
счет естественного уклона трубопровода, и в качестве основного показателя
выступает уже расход жидкости, который может обеспечить данный трубопровод.
Выбирая диаметр трубопровода, приходится учитывать и требуемый расход
жидкости, и возможный уклон трубопровода, и скорость течения жидкости.
Небольшие скорости в данном случае уже не являются наиболее оптимальными,
т. к. снижается способность трубопровода к самоочистке. Соответственно,
для каждого объекта приходится подбирать наиболее оптимальное соотношение
диаметра трубопровода и уклона.
Наиболее часто мы встречаем трубопроводы из ПВХ и ПП. Трубы из ПП,
как правило, изготавливаются по технологии Double Wall, с гофрированной
наружной стенкой (фото 3). Причем следует обратить внимание, что если
в обозначении диаметра трубы из ПВХ всегда используется наружный диаметр
трубы, то у труб из ПП может использоваться как наружный диаметр трубы,
так и проходное сечение. В трубопроводах X-Stream (WAVIN) используется
проходное сечение трубы.
Выполним стандартный расчет, в качестве сравнения взяв трубы:
1 – ПВХ,
2 – ПП с обозначением диаметра
по проходному сечению,
3 – ПП с обозначением по наружному диаметру.
Для расчета расхода трубы из ПП были взяты два производителя – Pipe
Life (Pragma) и X-Stream (Wavin).
Расчетные данные
Уклон 0,1%, 1%
Наполнение H/D=1 (100%)
Коэффициент шероховатости для ПВХ 0,02, для ПП труб 0,25
(у труб из ПП внутренняя поверхность слегка волнистая, что обусловлено
технологией производства).
Результаты расчета при различных значениях уклона приведены в таблицах
2, 3.
Таблица 2
Диам. трубы наружный Dу, мм |
Диам. трубы проход. DN, мм |
Q, л/сек, |
ПП – тип 1 |
ПП – тип 2 |
ПП – тип 3 |
уклон 1 о/оо |
315 |
300 |
35 |
31,8 |
30 |
400 |
400 |
65 |
70,3 |
57 |
500 |
500 |
120 |
129,5 |
100 |
630 |
600 |
220 |
213,36 |
190 |
Если мы изменим уклон до значения 1%, то получим соответственно следующие
значения расхода:
Таблица 3
Диам. трубы наружный Dу, мм |
Диам. трубы проход. DN, мм |
Q, л/сек, |
ПП – тип 1 |
ПП – тип 2 |
ПП – тип 3 |
уклон 10 о/оо |
315 |
300 |
118 |
109,5 |
95 |
400 |
400 |
215 |
234 |
180 |
500 |
500 |
380 |
421,9 |
310 |
630 |
600 |
710 |
686,7 |
610 |
Таким образом, мы видим, насколько сильно отличается расход жидкости
у труб различных производителей. Соответственно, если вы рассчитываете
поменять трубы одного класса на другие, то придется менять и проектные
данные (диаметр, уклон трубопровода). В противном случае имеется риск,
что построенный трубопровод не справится с возложенными на него задачами.
Александр Горшенин,
директор по продажам и маркетингу ООО «Вавин Рус»
194044, Санкт-Петербург,
Пироговская наб., 17
Тел. (812) 320-4927,
факс (812) 320-4928