Как устроен гидравлический расчёт
Гидравлический расчёт отвечает на четыре вопроса водоснабжения: какого диаметра труба, сколько напора она отнимет, какой нужен насос и что случится при резком закрытии крана. Основа — формула Дарси — Вейсбаха h = λ·(L/d)·v²/2g с коэффициентом трения по Альтшулю λ = 0,11·(Δ/d + 68/Re)^0,25, учитывающим шероховатость стенки и число Рейнольдса, и местные потери Σζ·v²/2g по коэффициентам арматуры из справочника Идельчика. Диаметр выбирают по скорости 0,7–1,5 м/с (СП 30.13330.2020, п. 8.26 и прил. И: в жилье не более 1,5 м/с, при вентилях и большом сопротивлении подключения — ниже), расход — по одновременно работающим приборам из табл. А.1 СП 30.
Опорный пример серии — ввод в дом 0,5 л/с (душ, мойка и унитаз одновременно) по PP-R 32×5,4 с проходом 21,2 мм длиной 30 м: скорость 1,42 м/с, Re ≈ 23 000, λ = 0,0266, потери по длине 3,85 м, на арматуре (угольники, тройники, краны, обратный клапан, фильтр, счётчик, Σζ = 15,7) ещё 1,61 м — всего 5,46 м, или 0,54 бар. Насосу для этого дома с подъёмом 8 м и давлением 2 бар у дальнего смесителя нужен напор 33,9 м и около 325 Вт из сети; скважинному при динамическом уровне 25 м и гидроаккумуляторе на 3 бар — 64 м. Резкое закрытие крана при 1,42 м/с в полипропилене даёт гидроудар 6,5 бар (скорость волны 455 м/с), в стали при том же времени закрытия — 8,5 бар.
Режимы инструмента: потери напора участка с конструктором местных сопротивлений; диаметр и скорость по расходу с подбором стандартной трубы; расход через трубу по располагаемому давлению; насос для дома — расход по приборам, напор и мощность; скважинный насос с динамическим уровнем и давлением отключения; мощность насоса по расходу и напору с током; гидроудар по материалу, стенке, длине и времени закрытия. Справочники: 9 материалов с шероховатостью и модулем упругости, 26 стандартных труб, 16 видов арматуры, 8 приборов; вода — плотность и вязкость по температуре 0–90 °C.
Потери напора на 10 м трубы по расходу
Дарси — Вейсбах с λ по Альтшулю при 10 °C, без арматуры; стальная труба — после эксплуатации (Δ 0,5 мм). Ячейка — потери и скорость.
Диаметр по расходу при 1 и 1,5 м/с
Расчётный внутренний диаметр и ближайшие стандартные трубы PP-R PN20 и ПНД SDR11.
Расчётные расходы и свободные напоры приборов
Секундные расходы — табл. А.1 СП 30.13330.2020 (в том числе стиральная и посудомоечная машины по 0,2 л/с); свободный напор — СНиП 2.04.01-85 прил. 2 и СП 30 п. 8.21; пиковый расход дома — сумма одновременно работающих приборов.
Потери напора на трение по длине трубопровода пропорциональны длине участка, квадрату средней скорости потока и обратно пропорциональны диаметру: h = λ·(L/d)·v²/2g, где безразмерный коэффициент λ зависит от режима течения и относительной шероховатости стенки.— Формула Дарси — Вейсбаха (Анри Дарси, 1857; Юлиус Вейсбах, 1845)
Как считать и что проверить
- Начинайте с расхода по одновременным приборам (0,34–0,9 л/с для дома), затем диаметр по скорости 1–1,2 м/с и проверка потерь — не наоборот.
- Считайте по внутреннему диаметру и с местными сопротивлениями: на вводе они дают до трети потерь, счётчик и фильтр — больше всего.
- Напор насоса — подъём от динамического уровня + потери + давление у прибора или отключения реле; запас 10–15 % по напору, не по мощности.
- Скорость до 1,2 м/с и плавная арматура защищают от гидроудара лучше любых гасителей; пластик гасит волну втрое сильнее стали.
Каждый режим разобран на своей странице: потери напора, насос для дома, диаметр по расходу, скорость воды, скважинный насос, мощность насоса, гидроудар, местные сопротивления, расход по давлению. Единицы давления — в конвертере давления.
- СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий» — расчётные расходы и свободные напоры санитарных приборов (прил. А), скорости в трубопроводах, гидравлический расчёт сетей. Минстрой России. 2020.
- СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» — гидравлический расчёт напорных трубопроводов, потери напора, шероховатость труб. Минстрой России. 2021.
- Альтшуль А. Д. «Гидравлические сопротивления» — универсальная формула коэффициента трения λ = 0,11·(Δ/d + 68/Re)^0,25, эквивалентная шероховатость труб. Недра. 1982.
- Идельчик И. Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» — коэффициенты местных сопротивлений ζ отводов, тройников, арматуры, сужений. Машиностроение. 1992.
- Шевелёв Ф. А., Шевелёв А. Ф. «Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб» — потери напора в стальных, чугунных и пластмассовых трубах. Стройиздат. 1984.
- Жуковский Н. Е. «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах» — формула повышения давления Δp = ρ·c·Δv и скорость волны в упругой трубе. Типография Императорской академии наук. 1899.
- ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления» — размеры труб PP-R, PE-X, стенки по SDR. Росстандарт. 2013.
- ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные» — наружные диаметры и толщины стенок труб DN15–DN50. Госстандарт. 1975.
