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.

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.

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:

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