Гидравлическое сопротивление | www.master-klas.ru
Эта статья написана для начинающих строителей о элементарных понятиях гидравлического сопротивления водопроводной системы. Эти общие понятия также будут приемлемы и для других трубопроводных систем, по которым циркулирует жидкость.
Актуальность знаний о гидравлическом сопротивлении обусловлена правильным подбором или выбором сантехнических приборов в доме, стиральных машин, посудомоечных машин и еще кучей разных приборов, для которых важным рабочим параметром есть напор воды. Напор воды в водопроводной системе может не соответствовать рабочим требованиям вашей бытовой техники. Есть определенный нижний и верхний порог давления воды, при котором работают приборы. Когда параметры давления выходят из этих границ в одну или другую сторону, начнет плохо работать, а может вовсе не работать, ванная с "джакузи", стиральная и посудомоечная машина, а также могут появиться подтеки воды на фасонных соединениях или даже течь. Это также влияет на продолжительность безремонтной эксплуатации насосного и другого оборудования. Примеров можно навести много, а суть в одном – давление в водопроводной системе должно быть оптимальным. Его нужно рассчитать. Большинство водопроводных сетей не требуют отдельных расчетов, а принимаются готовые показатели, исходя из типичных расчетов, где уже все рассчитано. Но такими приемами определения "на глаз" владеют только уже бывалые работники-профи, которые и советуют нам делать то или иное действие "с запасом" на непредвиденные обстоятельства. Это запас мощности оборудования, давления и других параметров. Этот пресловутый "запас" и есть учитыванием некоторых особенностей работы Вашей системы, которые видны этому профи, и не могут быть учтены Вами при самостоятельном выборе.
Среди всех этих "запасов" в расчете оптимального давления воды есть и учтение гидравлического сопротивления водопроводной системы.
Гидравлическое сопротивление - это уменьшение гидравлического напора жидкости. Гидравлическое сопротивление создают шероховатости материала труб, стыки труб, повороты труб под различными кутами, перепады диаметров труб, вмонтированная трубопроводная арматура и другие виды препятствия на пути следования жидкости. Эти приведенные источники гидравлического сопротивления минимально влияют на напор воды если их немного в Вашей системе и она по конструкции несложная: длинна труб небольшая, минимальное количество задвижек (2-3), пластиковая труба. А вот когда все наоборот, например, десяток задвижек (разных кранов, вентилей), длинна труб большая (более 100-200 м), многочисленные фасонные детали (десятки тройников, поворотов, переходников) на пути следования жидкости, это все вместе существенно понизит давление в вашей водопроводной трубе. Например, давление воды на подходе в "джакузи" на втором этаже Вашей ванной может еле достигать 1 атмосферы, хотя на выходе из насоса – может быть более трех атмосфер. Вот Вам и сюприз!
Все гидравлические потери энергии делятся на два вида: потери на трение об стенки материала трубы по длине трубы и местные потери, которые вызваны такими элементами трубопроводов, в которых происходит изменение скорости потока, отрыв потока от стенок русла и возникновение вихреобразования.
Это наглядно можно продемонстрировать, если плавно открывать водяной кран в умывальнике или быстро и полностью его открыть. Завихрение потока воды при быстром открывании крана будет существенным. Вы сразу же заметите резкое уменьшение потока воды через кран, если вовсе не произойдет так называемый "гидравлический удар", при котором вашей трубой затрясет на некоторое время и пойдет ржавчина. Это и есть последствие нарушения потока жидкости из-за появления на пути прохождения жидкости препятствия в виде перекрывающего рабочего органа водяного крана.
Все эти потери давления в местных гидравлических сопротивлениях и по длине трубы зависят от режима движения потока жидкости. Есть два режима движения жидкости – ламинарный (слоистое движение и отсутствие перемешивания частиц потока) и турбулентный режим ( вихреобразное и вращательное движение жидкости). Потери давления при ламинарном движении жидкости – минимальные, при турбулентном – большие. При ламинарном потоке скорость движения жидкости возле стенок трубы доходит к нулю, а максимальная скорость наблюдается в середине потока жидкости в трубе (возле продольной оси трубы).
Еще есть такое явление в течении жидкости как кавитация, связанное с изменением агрегатного состояния жидкости (превращение воды в пар с выделением из жидкости растворенных в ней газов). Это процесс происходит в местах резкого сужения диаметра трубы и вновь его расширения. Этот процесс наглядно можно продемонстриван на рисунке ниже:
При небольшой скорости движения жидкости видимых изменений в движении жидкости не происходит, а вот при увеличении скорости движения в узком сечении трубки (сечение 2-2) появляется отчетливая зона с образованием пузырьков газа. В сечении 2-2 скорость движения возрастает, а давление – падает. Здесь образуется зона местного кипения (образование пара с выделением растворенного в воде газа). Далее, при подходе жидкости к сечению 3-3, это явление полностью исчезает (в этом месте пузырьки газа "схлопываются" и давление жидкости вновь растет).
Иными словами, кавитация - это процес местного нарушения сплошности течения жидкости с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), что обусловлевает местное падение давления в потоке. В обычных случаях, кавитация есть нежелательным явлением. Ее не следует допускать в трубопроводах и других системах. Обычно, явление кавитации возникает в кранах, вентилях, задвижках, жиклерах и т.д.
Кавитация снижает коэффициент полезного действия работы оборудования, а при длительном воздействии кавитации может произойти разрушение изделий или оборудования, которые подвержены вибрации. Кроме того, могут разрушаються стенки трубопроводов, уменьшается их пропускная способность вследствие уменьшения живого сечения трубы.
Вот такие явления могут происходить в вашей трубопроводной системе.
Простой Вам совет – подбирайте оборудование с запасом мощности. Не нужно здесь экономить. Например, Вам кто-то сказал, что если у Вас простой домик, достаточно того или этого насоса или простого материала. Может быть и достаточно, но только при идеальных условиях. А этих идеальных условий на практике ой как мало. Этого человека Вы послушайте и сделайте по-своему - выберите оборудование или материал на один шаг параметра больше. Это обеспечит Вам не только запас мощности на всякий случай, а и большой межремонтный период работы и сравнительно больший срок эксплуатации.
Комментарии