Расчет утечки воды по сечению трубы. Правильный подбор узо по мощности

Расчетное количество воздуха, фактически поступающего в забой, зависит от аэродинамического сопротивления труб, величины утечек.

Величина утечек зависит от способа соединения и качества сборки трубопровода.

6.1. Коэффициент потерь воздуха рассчитывают по формуле:

где k – коэффициент характеризующий плотность соединения;

d – диаметр трубопровода, м;

l 1 – длина звена трубы, м (для матерчатых – 5, 10, 20; для металлических 2,5…4 м);

R – эродинамическое сопротивление (кμ) трубопровода, в котором для прохождения 1 м 3 воздуха в секунду требуется напор в 1 мм. вод. столба.

6.2. Определение аэродинамических параметров трубопровода

Расчетным путем по таблице 2 определяем аэродинамическое сопротивление Rи доставочный коэффициентдля выбранного типа и диаметра трубопровода.

кμ , (8)

где α – аэродинамическое сопротивление труб, кμ.

Значения α проводятся ниже

Материал труб Значения α

Фанерные трубы 0,0003...0,0004

Брезентовые трубы 0,0004…0,0008

Прорезиновые матерчатые трубы 0,00025…0,00035

Текстовинитовые трубы (d = 0,8…0,5 м) 0,00013…0,00016

Металлические чистые и прямые трубы:

d = 200 мм 0,0005

d = 300…400 мм 0,0004

d = 500…600 мм 0,00035…0,00030

d = 1000 мм 0,00030…0,00025

Для труб металлических с вмятинами, покрытых ржавчиной и неровно подвешенных, значение α возрастает на 25…30 %;L – длина трубопровода, м;d – диаметр вентиляционных труб, м.

, (9)

где Р У – коэффициент утечек.

Таблица 2

трубопровода, м	Доставочный коэффициент, ŋ	Для Ø трубопровода, м		трубо-провода,	Доставоч-ный фициент, ŋ	Для Ø трубопровода, м
							0,6

7. Расчет производительности вентилятора

Производительность вентилятора определяется с учетом потерь воздуха по формуле:

, м 3 /с, (10)

где P – коэффициент потерь воздуха;Q – количество воздуха, которое необходимо подавать в забой (выбираетсяQ n . max из трех факторов).

Выбор вентилятора можно произвести по приложению 1.

Производительность вентилятора Q В (м 3 /с ) определяется из выражения

Q В = К ут ·Q р, (11)

где К ут – коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе;Q р – расчетный максимальный расход воздуха для проветривания выработки,м 3 /с .

8. Расчет депрессии

8.1. Общие принципы

Для подсчета депрессии отдельных выработок и всей проветриваемой сети производится распределение воздуха по отдельным горизонтам, участкам и забоям с составлением общей схемы проветривания (вентиляционного плана) на плане выработок (при наличии нескольких горизонтов или вертикальных выработок – на аксонометрической проекции), а также принципиальной (расчетной) схемы проветривания.

Принципиальная расчетная схема проветривания составляется по главным направлениям движения вентиляционной струи по выработкам от входа (воздухоподающей выработки) до исходящей струи на поверхность.

8.2. Депрессия (напор) вентилятора рассчитывают по формуле

мм. вод. ст.

мм. вод. ст. (12)

1 мм. вод. ст. = 9,81 Па.

Депрессия вентилятора h (вдаПа ) рассчитываетсядля жесткого трубопровода по формуле

; (13)

для гибкого – по формуле

, (14)

где R , R " – аэродинамическое сопротивление трубопровода соответственно без утечек воздуха и с учетом потерь воздуха,Н · с 2 /м 8 ;

 h м – сумма потерь давления на местные сопротивления,даПа . При определенииR  следует исходить из расчетной длины трубопроводаL Р (вм ), учитывающей местные сопротивления поворотов:

(15)

где L ТР.ЭКВ =20 d ТР – для поворота на 90 0 ;

L ТР.ЭКВ =10 d ТР – для поворота на 45 0 .

Для каждого поворота вентиляционного трубопровода

, (16)

где h М – потери давления на местное сопротивление,Па ;

 =  o /180 – угол поворота, рад;

 о – угол поворота, градус;

V CP .ТР – средняя скорость движения воздуха в трубопроводе на прямолинейном участке,м/с .

По расчетным вентиляционным параметрам Q В иh В подбирают ближайшие большие типоразмеры вентиляторов местного проветривания. Проверка соответствия принятого вентилятора условиям проветривания осуществляется методом наложения индивидуальных аэродинамических характеристик трубопроводов и вентиляторов в одних координатах.

В этой статей хочу затронуть с одной стороны очень простую тему, а с другой стороны – очень противоречивую. Поговорим о действующих ТНПА, работе УЗО, опыте проектирования и согласования проектной документации. Поводом послужил недавний вебинар, посвященный УЗО.

Я стараюсь по возможности посещать все вебинары, на которых можно повысить свои профессиональные навыки. На сегодняшний день лучшие вебинары у ИЕК. Не всегда получается на них присутствовать в силу тех или иных причин. Вебинар про УЗО я посмотрел не полностью, пришлось уехать в МЧС снимать замечания, но это уже другая тема…

Как показал вебинар, далеко не все понимает тонкости и проблемы, которые могут возникнуть при расчете токов утечки.

Данная тема уже не раз поднималась на блоге, форуме, но, тем не менее, хочется собрать все мысли в одной статье.

На вебинаре я задал очень простой вопрос: как рассчитать ток утечки при расчетном токе 25 А и длине кабеля 1 м?

Кстати, я частенько задаю вопросы, на которые у меня имеются не очень однозначные ответы.

Разумеется, меня сразу ткнули носом в ПУЭ 7:

7.1.83. Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

I расч.утечки < 1/3 I ут.

Т.е., если УЗО на 30мА, то расчетный ток утечки не должен превышать 10мА. Наверняка вы думаете, почему 10 мА, если УЗО на 30ма? А все дело в том, что УЗО срабатывает при токе утечки 0,5In.ут. УЗО с током утечки 30 мА сработает при токе утечки 15 мА.

А теперь посчитаем ток утечки.

Дело в том, что ПУЭ предлагает формулу расчета, при отсутствии данных. А откуда получить данные на стадии проектирования, мне кто-нибудь ответит? Приходится выполнять расчет согласно предложенной методике.

25*0,4+1*0,01=10,01мА > 10 мА

Из этого следует, что расчет по ПУЭ не даст нам применить УЗО с номинальным током более 25 А и током утечки 30 мА.

Хочу напомнить, что 30 мА – безопасный ток для организма человека. 100 мА – это уже не совсем безопасно.

А если у вас будет ток 30-40 А? В таком случае я не раз ставил УЗО с током утечки 100 мА, т.к. наш энергонадзор требует значение тока утечки для каждого УЗО. А как по-другому посчитать на стадии проектирования?

Получается, нам приходится занижать безопасность. Я очень сильно сомневаюсь, что в цепи будут действительно такие токи утечки, зато не будет ложных срабатываний Был бы прибор измерения токов утечки, можно было бы поэкспериментировать.

Мне вот интересно, задумывались ли разработчики ТКП 339-2011, ТКП 45-4.04-149-2009, когда копировали ПУЭ?

8.7.14 Номинальный отключающий дифференциальный ток УЗО должен быть не менее чем в три раза больше суммарной величины тока утечки защищаемой сети с учетом подключенных стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы. Для электроприемников с номинальным током, превышающим 32 А, при отсутствии данных о токе утечки электроприемников величину его следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а величину тока утечки сети − из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

А как быть с УЗО с номинальными токами менее 32 А?

Могу лишь высказать свое предположение: ток утечки для УЗО с номинальным током не более 25 А можно не считать. Возможно, это имели ввиду разработчики данных документов.

В нормативных документах в основном фигурирует 30 мА для розеток или просто рекомендуется Получается, если мы подключаем какую-нибудь мощную плиту на кухне, через УЗО 100 мА, то ничего даже не нарушаем.

ТКП 45-4.04-149-2009:

Установка УЗО на ток срабатывания до 30 мА считается дополнительной мерой защиты от прямого прикосновения в случае недостаточности или отказа основных видов защиты.

Г.17 Для групповых линий электроприемников, указанных в Г.3 и Г.4, номинальный отключающий дифференциальный ток следует принимать до 30 мА.

В групповых линиях, питающих розеточные сети единичных электроприемников с естественными токами утечки 10 мА и более (например, электрические плиты), допускается принимать УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током до 100 мА и временем срабатывания не более 100 мс.

ТКП 339-2011:

8.7.4 На групповых линиях, питающих штепсельные розетки для переносных электрических приборов, рекомендуется предусматривать устройства защитного отключения с номинальным дифференциальным током срабатывания не более 30 мА.

8.7.17 Для жилых зданий при выполнении требований 8.7.17 функции УЗО по 8.7.17 и 8.7.19 могут выполняться одним аппаратом с током срабатывания не более 30 мА.

ПУЭ 7:

7.1.82. Обязательной является установка УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА для групповых линий, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, например в зоне 3 ванных и душевых помещений квартир и номеров гостиниц.

У производителей электротехнической продукции имеются в ассортименте УЗО (дифавтоматы) на 63 А с током утечки 30 мА. Как такое УЗО применить? Или кто-то владеет реальными значениями токов утечки?

Твёрдо решив с помощью УЗО обезопасить свою семью от электрического тока, а свой дом от возгораний, нужно правильно рассчитать характерные показатели защиты и потребления, для того, чтобы подобрать подходящий номинал.

Трехфазное и однофазное УЗО

Прежде всего, нужно чётко осознавать и различать как параметры самого защитного устройства, так и характеристики подключаемых потребителей электроэнергии.

Параметры УЗО и примеры

На корпусе УЗО указывают:

• Iкзmax – предельный ток короткого замыкания (КЗ) не больше 0,25с., -зависит от сечения проводников, и их длины, приблизительно равной расстоянию до питающей трансформаторной подстанции. Чем она ближе, тем большим будет Iкзmax. Данный параметр указывают в виде числа, обведённого рамкой;

Пояснение: на практике применяют: для частных жилых домов Iкзmax=4500А, для многоквартирных Iкзmax=6000А, для промышленных установок Iкзmax=10000А.

• Un – номинальное напряжение, 220В для однофазной, 380В для трёхфазной сети;
• In – номинальный (рабочий) ток. Этот параметр выбирают на одно значение больше, чем у защитного автомата. То есть, нужно предварительно рассчитать нагрузку сети, просуммировав потребляемые всеми устройствами токи.

Пояснение: если вводной автомат регламентирован техническими условиями, то считать уже не нужно, просто выбрать следующее значение из ряда: 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100.
Например, если на вводе стоит автомат 25А, то УЗО следует выбрать 32А;

• IΔn – дифференциальный ток утечки, отличительный параметр, свойственный только устройствам защитного отключения и дифавтоматам (УЗО+автомат). Имеет ряд значений: 10, 30, 100, 300, 500 мА;

Примеры:

Тип дифференциального тока утечки, вызывающий срабатывание устройства, обозначается буквами или символьным обозначением:

УЗО крупным планом. Можно рассмотреть параметры

Температурный режим . Для обычных устройств находится в диапазоне -5 +40°С, но в пост советском пространстве особую популярность снискали устройства специального исполнения: -25+40°С;

Электрическая схема . Для не специалиста она мало о чём может сказать, но обратить внимание нужно на наличие треугольника, обозначающего усилитель, что означает принадлежность УЗО к электронному типу.

Они дешевле, но менее надёжны, особенно в условиях нестабильного напряжения сети – от него питается электрическая схема усиления, склонная к выходу из строя при данных условиях. При обрыве ноля и одновременной утечке фазного напряжения эта система не сработает.

Описание параметров УЗО на корпусе

Стоит ещё раз напомнить, что УЗО применяются только совместно с автоматами защиты.

Приняв к сведению вышеописанные характеристики, зная номинал своего вводного защитного автомата, для загородного дома или квартиры можно осуществить выбор УЗО, оперируя только этими данными, не вникая сложности электротехнических расчётов.

Пример выбора УЗО без расчета

Допустим на входе автомат In=20А. Подходящим значением номинала защитного устройства будет 25А, тип А (данное требование часто встречаемое на многих бытовых электроприборах). Для входного устройства IΔn=30 мА, для отдельных электроприборов IΔn=10 мА. (в этом случае также обязательно ставить последовательно защитный автомат, In которого выбирается соответственно нагрузке).

Значение In УЗО также должно быть выше на одно значение.
Для того чтобы выбрать подходящий УЗО противопожарной защиты для больших разветвлённых сетей, для начала нужно узнать суммарный потребляемый ток IΣ всеми устройствами.

IΣ = IP1+ IP2+ IP3+…IPn

В случае расчета по мощности, вычислить IΣ можно исходя из формулы:

где PΣ – суммарная мощность.

Потом следует вычислить суммарный ток утечки IΔΣ. Согласно требованию ПУЭ 7.1.83, при невозможности узнать ток утечки IΔP у конкретного электроприемника, его выбирают равным 0,4 мА на каждый Ампер нагрузки, а для проводника принимается значение IΔL = 10мкА=0,01мА на каждый метр длины L фазного провода.

Имея уже вычисленное значение IΣ, можно вычислить IΔΣ =0,4* IΣ +0,01*L. Также вышеупомянутый пункт ПУЭ требует, чтобы номинальный дифференциальный ток отключения устройства превышал в три раза суммарный ток утечек.

Конечная формула расчета приобретает вид:

IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3* IΔΣ

Конкретный пример с расчетом

Подразумеваем низкие температуры (специальное температурное исполнение, -25°С), отсутствие газа (отопление и приготовление пищи только благодаря электроприборам), наличие холодильников, стиральных машин, бойлеров, различной бытовой аппаратуры. Допускаем, что расчёты для отдельных групп пользователей уже произведены, требуется рассчитать общее вводное устройство защиты (тип S).

Узнать ток потребления для каждого устройства можно из паспорта электроприбора, с помощью калькулятора произвести расчёты. Принимаем условное расчётное значение IΣ = 52А. Ближайшее значение защитного автомата – 63А, соответственно In УЗО будет 80А. С помощью линейки, рулетки измерить длину всего кабеля находящегося под напряжением, в независимости от подключения к нему нагрузки.

Примем, что длина проводов в сумме 280 м. Подставляем данные в формулу:
IΔn= 3*(0,4* IΣ +0,01*L)=3*(0,4* 52 +0,01*280)= 70,8 (мА).
Ближайшее значение IΔn=100мА будет достаточным для обеспечения надежной защиты без ложных срабатываний.

Итоговый УЗО:
80А, тип S, IΔn=100мА, t -25°С.

Зачем нужны подобные расчеты

При составлении плана по возведению большого коттеджа, имеющего несколько ванных комнат, частной гостиницы, организации пожарной системы, очень важно обладать более-менее точной информацией о транспортирующих возможностях имеющейся трубы, беря в учет ее диаметр и давление в системе. Все дело в колебаниях напора во время пика потребления воды: такие явления довольно серьезно влияют на качество предоставляемых услуг.

Кроме того, если водопровод не оснащен водосчетчиками, то при оплате за услуги коммунальных служб в расчет берется т.н. «проходимость трубы». В таком случае вполне логично выплывает вопрос о применяемых при этом тарифах.

При этом важно понимать, что второй вариант не касается частных помещений (квартир и коттеджей), где при отсутствии счетчиков при начислении оплаты учитывают санитарные нормы: обычно это до 360 л/сутки на одного человека.

От чего зависит проходимость трубы

От чего же зависит расход воды в трубе круглого сечения? Складывается впечатление, что поиск ответа не должен вызывать сложностей: чем большим сечением обладает труба, тем больший объем воды она сможет пропустить за определенное время. При этом вспоминается также давление, ведь чем выше водяной столб, тем с большей скоростью вода будет продавливаться внутри коммуникации. Однако практика показывает, что это далеко не все факторы, влияющие на расход воды.

Кроме них, в учет приходится брать также следующие моменты:

1. Длина трубы . При увеличении ее протяженности вода сильнее трется об ее стенки, что приводит к замедлению потока. Действительно, в самом начале системы вода испытывает воздействие исключительно давлением, однако важно и то, как быстро у следующих порций появится возможность войти внутрь коммуникации. Торможение же внутри трубы зачастую достигает больших значений.
2. Расход воды зависит от диаметра в куда более сложной степени, чем это кажется на первый взгляд. Когда размер диаметра трубы небольшой, стенки сопротивляются водному потоку на порядок больше, чем в более толстых системах. Как результат, при уменьшении диаметра трубы снижается ее выгода в плане соотношения скорости водного потока к показателю внутренней площади на участке фиксированной длины. Если сказать по-простому, толстый водопровод гораздо быстрее транспортирует воду, чем тонкий.
3. Материал изготовления . Еще один важный момент, напрямую влияющий на быстроту движения воды по трубе. К примеру, гладкий пропилен способствует скольжению воды в гораздо больше мере, чем шероховатые стальные стенки.
4. Продолжительность службы . Со временем на стальных водопроводах появляется ржавчина. Кроме этого для стали, как и для чугуна, характерно постепенно накапливать известковые отложения. Сопротивляемость водному потоку трубы с отложениями гораздо выше, чем новых стальных изделий: эта разница иногда доходит до 200 раз. Кроме того, зарастание трубы приводит к уменьшению ее диаметра: даже если не брать в расчет возросшее трение, проходимость ее явно падает. Важно также заметить, что изделия из пластика и металлопластика подобных проблем не имеют: даже спустя десятилетия интенсивной эксплуатации уровень их сопротивляемости водным потокам остается на первоначальном уровне.
5. Наличие поворотов, фитингов, переходников, вентилей способствует дополнительному торможению водных потоков.

Все вышеперечисленные факторы приходится учитывать, ведь речь идет не о каких-то маленьких погрешностях, а о серьезной разнице в несколько раз. В качестве вывода можно сказать, что простое определение диаметра трубы по расходу воды едва ли возможно.

Новая возможность расчетов расхода воды

Если использование воды осуществляется посредством крана, это значительно упрощает задачу. Главное в таком случае, чтобы размеры отверстия излияния воды были намного меньше диаметра водопровода. В таком случае применима формула расчета воды по сечению трубы Торричелли v^2=2gh, где v - быстрота протекания сквозь небольшое отверстие, g - ускорение свободного падения, а h - высота столба воды над краном (отверстие, имеющее сечение s, за единицу времени пропускает водный объем s*v). При этом важно помнить, что термин «сечение» применяется не для обозначения диаметра, а его площади. Для ее расчета используют формулу pi*r^2.

Если столб воды имеет высоту в 10 метров, а отверстие – диаметр 0,01 м, расход воды через трубу при давлении в одну атмосферу вычисляется таким образом: v^2=2*9.78*10=195,6. После извлечения квадратного корня выходит v=13,98570698963767. После округления, чтобы получить более простой показатель скорости, получается 14м/с. Сечение отверстия, имеющее диаметр 0,01 м, вычисляется так: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2. В итоге выходит, что максимальный расход воды через трубу соответствует 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с (немного меньше, чем 4,5 литра воды/секунду). Как можно увидеть, в данном случае расчет воды по сечению трубы провести довольно просто. Также в свободном доступе имеются специальные таблицы с указанием расходы воды для самых популярных сантехнических изделий, при минимальном значении диаметра водопроводной трубы.

Как уже можно понять, универсального несложного способа, чтобы вычислить диаметр трубопровода в зависимости от расхода воды, не существует. Однако определенные показатели для себя вывести все-же можно. Особенно это касается случаев, если система обустроена из пластиковых или металлопластиковых труб, а потребление воды осуществляется кранами с малым сечением выхода. В отдельных случаях такой метод расчета применим на стальных системах, но речь идет прежде всего о новых водопроводах, которые не успели покрыться внутренними отложениями на стенках.

Расход воды по диаметру трубы: определение диаметра трубопровода в зависимости от расхода, расчет по сечению, формула максимального расхода при давлении в трубе круглого сечения

Расход воды по диаметру трубы: определение диаметра трубопровода в зависимости от расхода, расчет по сечению, формула максимального расхода при давлении в трубе круглого сечения

Расход воды через трубу: возможен ли простой расчет?

Возможен ли сколь-нибудь простой расчет расхода воды по диаметру трубы? Или единственный способ - обращаться к специалистам, предварительно изобразив подробную карту всех водопроводов в округе?

Ведь гидродинамические расчеты крайне сложны…

Наша задача - выяснить, сколько воды может пропустить эта труба

Для чего это нужно?

1. При самостоятельном расчете водопроводных систем .

Если планируется строить большой дом с несколькими гостевыми ваннами, мини - гостиницу, продумывать систему пожаротушения - желательно знать, какое количество воды может поставить труба заданного диаметра при определенном давлении.

Ведь значительное падение напора в пиках потребления воды едва ли порадует жильцов. Да и слабая струйка воды из пожарного шланга скорее всего будет бесполезна.

1. В отсутствие водосчетчиков коммунальные службы обычно выставляют счет организациям «по проходимости трубы» .

Обратите внимание: второй сценарий не затрагивает квартиры и частные дома. Если нет водосчетчиков, коммунальники берут оплату за воду согласно санитарных норм. Для современных благоустроенных домов это не более чем 360 литров на человека в сутки.

Нужно признать: водосчетчик сильно упрощает отношения с коммунальными службами

Факторы, влияющие на проходимость трубы

Что влияет на максимальный расход воды в трубе круглого сечения?

Очевидный ответ

Здравый смысл подсказывает, что ответ должен быть очень простым. Есть труба для водопровода. В ней отверстие. Чем оно больше - чем больше воды через него пройдет за единицу времени. Ах, простите, еще давление.

Очевидно, что столб воды в 10 сантиметров будет продавливать через сантиметровое отверстие меньше воды, чем водяной столб высотой с десятиэтажный дом.

Значит, от внутреннего сечения трубы и от давления в водопроводе, так?

Неужели нужно что-то еще?

Правильный ответ

Нет. Эти факторы на расход влияют, но они - лишь начало длинного списка. Рассчитывать расход воды по диаметру трубы и давлению в ней - это все равно, что рассчитывать траекторию летящей на Луну ракеты, исходя из видимого положения нашего спутника.

Если не учесть вращение Земли, движение Луны по собственной орбите, сопротивление атмосферы и гравитацию небесных тел - едва ли наш космический корабль попадет хоть приблизительно в нужную точку пространства.

На то, сколько воды выльется из трубы диаметром x при давлении в трассе y, влияют не только эти два фактора, но еще и:

• Протяженность трубы . Чем она длиннее - тем сильнее трение воды об стенки замедляет поток воды в ней. Да, на воду у самого торца трубы влияет лишь давление в ней, но ведь следующие объемы воды должны занять ее место. А водопроводная труба тормозит их, и еще как.

Именно из-за потери напора в длинной трубе на нефтепроводах стоят насосные станции

• Диаметр трубы влияет на расход воды куда сложнее, чем подсказывает «здравый смысл» . Для труб малого диаметра сопротивление стенок движению потока куда больше, чем для толстых труб.

Причина - в том, что тем меньше труба, тем менее выгодно в ней с точки зрения скорости потока воды соотношение внутреннего объема и площади поверхности при фиксированной длине.

Проще говоря, по толстой трубе воде легче двигаться, чем по тонкой.

• Материал стенок - еще один важнейший фактор, от которого зависит скорость движения воды . Если по гладкому полипропилену вода скользит, как филейная часть неуклюжей дамы по тротуару в гололед, то шероховатая сталь создает куда большее сопротивление потоку.
• Возраст трубы тоже очень сильно влияет на проходимость трубы . Стальные водопроводные трубы ржавеют, кроме того, сталь и чугун с годами эксплуатации зарастают известковыми отложениями.

Заросшая труба оказывает куда большее сопротивление потоку (сопротивление полированной новой стальной трубы и ржавой отличаются в 200 раз!). Мало того - участки внутри трубы вследствие зарастания уменьшают свой просвет; даже в идеальных условиях через заросшую трубу пройдет куда меньше воды.

Как вы думаете, есть ли смысл рассчитывать проходимость по диаметру трубы у фланца?

Обратите внимание: состояние поверхности пластиковых и металлополимерных труб со временем не ухудшается. Через 20 лет труба будет оказывать такое же сопротивление потоку воды, как и в момент монтажа.

• Наконец, любой поворот, переход диаметра, разнообразная запорная арматура и фитинги - все это тоже тормозит поток воды .

Ах, если бы приведенными выше факторами можно было пренебречь! Однако речь идет не об отклонениях в пределах погрешности, а о разнице в разы.

Все это приводит нас к печальному выводу: простой расчет расхода воды через трубу невозможен.

Луч света в темном царстве

В случае расхода воды через кран, однако, задача может быть резко упрощена. Основное условие простого расчета: отверстие, через которое вода изливается, должно быть пренебрежимо мало по сравнению с диаметром подводящей воду трубы.

Тогда действует закон Торричелли: v^2=2gh, где v - скорость вытекания из малого отверстия, g - ускорение свободного падения, а h - высота водяного столба, который стоит над отверстием. При этом через отверстие с сечением s за единицу времени будет проходить объем жидкости s*v.

Мэтр оставил вам подарок

Не забудьте: сечение отверстия - это не диаметр, это площадь, равная pi*r^2.

Для столба воды 10 метров (что соответствует избыточному давлению в одну атмосферу) и отверстия диаметром 0,01 метр расчет будет таким:

Извлекаем квадратный корень и получаем v=13,98570698963767. Для простоты расчетов округлим значение скорости потока до 14 м/с.

Сечение отверстия диаметром 0,01 м равно 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2.

Таким образом, расход воды через наше отверстие будет равным 0,000314159265*14=0,00439822971 м3/с, или чуть меньше четырех с половиной литров в секунду.

Как видите, в этом варианте расчет не очень сложен.

Кроме того, в приложении к статье вы найдете таблицу расхода воды наиболее распространенными сантехническими приборами с указанием минимального диаметра подводки.

Заключение

Вот вкратце и все. Как видите, универсального простого решения мы не нашли; однако, будем надеяться, статья окажется полезной вам. Удачи!

Определение объемов утечек из трубопровода и резервуара

Расчет объема утечек из резервуара

Обозначим z(t) — уровень топлива в резервуаре, считая от дна. Поскольку площадь отверстия мала, то распределение давления по высоте резервуара можно принять гидростатическим. Тогда

где s — площадь отверстия;

µ — коэффициент расхода, равный 0,62;

S(t) — площадь зеркала опускающегося топлива, которая определяется по формуле:

где L — длина резервуара, м;

D — диаметр резервуара, м;

z — высота зеркала жидкости, м;

Таким образом, получаем дифференциальное уравнение для определения функции z(t), которое нужно решить с начальным условием z(0)=D:

Решение полученного уравнения имеет вид:

где t — время, прошедшее с начала момента истечения.

Из найденного решения следует:

Подставляя исходные данные получаем:

Вычисляем объем V вытекшего топлива как объем освободившейся части резервуара:

где Sс — площадь кругового сегмента, выражающегося, как известно, формулой:

где — центральный угол сегмента, определяемый по формуле:

или с учетом плотности топлива

Отверстие в резервуаре было обнаружено, с помощью уровнемера, который показал, что в закрытом резервуаре происходит понижение уровня.

После подготовительных работ, отверстие заварили металлическим чопом, согласно ГОСТ.

Расчет объема утечек из трубопровода

Поскольку отверстие в стенке трубопровода невелико, то образовавшаяся течь не изменяет режим перекачки и для расчета потерь нефти можно воспользоваться формулой:

где — разность напоров, определяемая по формуле:

где — избыточное давление в сечении утечки, которое рассчитывается так, как если бы ее не было.

Линию гидравлического уклона определяем по формуле:

Напор, в месте расположения отверстия:

где — расстояние от начала трубопровода, где расположено отверстие.

где — высотная отметка сечения, в котором расположено сквозное отверстие;

Объем V вытекшей за 6 часа нефти составляет:

Или с учетом плотности топлива

Отверстие было обнаружено из за понижения давления в трубопроводе с отклонением от рабочих параметров.

Способ очистки от ННП водной поверхности с использованием металлических сеток, заполненных сорбентом

Проведенный анализ видов и способов очистки водной поверхности, который включает термический, химический, физический и биологический методы сбора и очистки водных акваторий от нефти и нефтепродуктов, показывает, что на данный момент нет наиболее эффективного и альтернативного способа или метода сбора и ликвидации ННП.

В данной курсовой работе для очистки водной поверхности от нефтепродуктов предлагается использовать каркас из металлической сетки в качестве бонового заграждения, высотой 0,5 — 1 метр и шириной 0,75-1 метр, заполненные сорбентом.

В качестве сорбента предлагаю применять: древесные опилки; ОДМ-1Ф, степень поглощения которого нефти 92-97% от массы, бензина 83-88% и керосина 85-90%; сорбент СТРГ, обладающего высокой сорбционной емкостью (поглощает 50 кг нефтепродуктов на 1 кг собственного веса); Сорбент Новосорб способный сохранять гидрофобные свойства при длительном (более 2 лет) контакте с водой или Сорбент Турбополимер поглощающий 40 кг нефтепродуктов на 1 кг собственного веса.

Принцип действия основан на том, что металлические сетки, прикрепленные друг к другу металлическими крючками 10-15 см и наполненные сорбентом, будут ограждать территорию разлива нефтепродуктов или нефти и одновременно впитывать нефть и нефтепродукты в себя.

Каркас представляют собой металлическую сетку (Рис.2) из просечного металла, в верхней части каркаса прикреплена крышка, через которую наполняют сорбентом.

Сорбент, находящийся в сетках, по мере заполнения нефтепродуктом и нефтью, будет меняться на новый через верхнюю крышку металлической сетки.

Определение объемов утечек из трубопровода и резервуара, Расчет объема утечек из резервуара, Расчет объема утечек из трубопровода, Способ очистки от ННП водной поверхности с использованием металлических сеток, заполненных сорбентом - Ресурсосберегающие технологии

Определение объемов утечек из трубопровода и резервуара Перекачиваемое топливоавиационный бензин Б-70 Плотность перекачиваемого продукта785 кг/м3 Диаметр трубопровода273 мм

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

• диаметры (ДУ внутреннего сечения),
• потери напора на рассчитываемом участке,
• скорость гидропотока,
• максимальное давление,
• влияние поворотов и затворов в системе,
• материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave (http://water-save.com/), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

В данной формуле водорасхода:

• под q принимается расход в л/с,
• V – определяет скорость гидропотока в м/с,
• d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

• длину трубопровода (L),
• коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
• вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов. Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

1. способа расчёта сопротивления,
2. материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии,
3. внутреннего диаметры,
4. длины участка,
5. падения напора на каждый метр трубопровода.

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

• новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
• с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
• с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

Расход воды через трубу при заданном давлении - таблица для расчета

Определение зависимости расхода объёма воды, диаметра трубы, давления и скорости потока 3 способами: с помощью таблицы, формул или расчётов онлайн-калькулятором.

Устройство защитного отключения предотвращает возгорание из-за утечки тока и исключает риск поражения электрическим зарядом. Поэтому в установке этого аппарата заинтересованы многие. Правда, УЗО нельзя покупать наобум, его выбор должен быть тщательным - с учётом конструкции, типа и других критериев.

Важность приобретения качественного УЗО

Безответственный подход к выбору устройства защитного отключения, то есть покупка аппарата, который не подходит дому или квартире по характеристикам, может стать причиной определённых проблем:

• ложного срабатывания автоматики, поскольку небольшие утечки электрического тока - это естественная ситуация для проводки, которая была смонтирована относительно давно;
• несвоевременного получения информации об опасном происшествии, если выбрано чересчур мощное УЗО, что может привести к поражению электротоком;
• неспособности УЗО функционировать с имеющейся проводкой из алюминиевых жил, ведь почти все аппараты работают только на медных проводах.

Чтобы не совершить ошибку при выборе УЗО, перед покупкой не мешает внимательно ознакомиться с параметрами аппарата.

Таблица: основные параметры УЗО

Параметр УЗО	Буквенное обозначение	Описание	Дополнительная информация
Номинальное напряжение	Un	Уровень напряжения, который избран производителем аппарата и необходим для его функционирования.	Обычно номинальное напряжение составляет 220 В, иногда - 380 В. Равномерное напряжение в электросети и номинальное напряжение выключателя дифференциального тока, как ещё называют УЗО, - это важное условие беспроблемной работы устройства.
Номинальный ток	In	Наивысшее значение тока, при котором УЗО функционирует в течение длительного периода.	Значение номинального тока может быть следующим: 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 или 125 А. По отношению к дифференциальному автомату эта величина выступает и номинальным током автоматического выключателя в комплектации УЗО. Для дифференциальных автоматов значение номинального тока выбирают из ряда: 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А.
Номинальный отключающий дифференциальный ток	Idn	Ток утечки.	Эту характеристику устройства защитного отключения считают главной, так как она указывает на то, какая величина дифференциального тока заставит аппарат среагировать. УЗО производят со следующими параметрами номинального отключающего дифференциального тока: 6, 10, 30, 100, 300 и 500 мА.
Номинальный условный ток короткого замыкания	Inc	Показатель, по которому можно судить о надёжности, прочности и качестве УЗО.	Номинальный условный ток короткого замыкания показывает, насколько хорошо выполнены электрические соединения механизма. Величина номинального тока короткого замыкания стандартизована и может быть равна 3000, 4500, 6000 или 10000 А.
Номинальный дифференциальный ток короткого замыкания	IDc	Ещё один показатель качества и надёжности устройства.	Схож с номинальным условным током короткого замыкания. Отличие заключается лишь в том, что сверхток проходит по одному проводнику устройства защитного отключения, а тестирование работы аппарата осуществляется после включения испытательного тока в порядке очереди по разным полюсам УЗО.
Предельное значение неотключающегося сверхтока	-	Это характеристика, отражающая возможности выключателя дифференциального тока оставлять без внимания симметричные токи короткого замыкания и ситуации, когда сеть перегружена.	Этот показатель не имеет ничего общего со значением тока, при котором устройство защитного отключения обязано блокировать подачу электропитания. Минимальный показатель неотключающегося тока должен соответствовать значению номинального тока нагрузки, увеличенному в 6 раз.
Номинальная включающая и отключающая (коммутационная) способность	Im	Параметр, зависящий от степени технической подготовки УЗО, то есть от мощности пружинного привода, используемого сырья и качества силовых контактов.	Коммутационная способность может быть равна 500 А или величине, в 10 раз превышающей уровень номинального тока. У качественных устройств составляет 1000 или 1500 А.
Номинальная включающая и отключающая способность по дифференциальному току	IDm	Характеристика, которая тоже обусловливается техническим исполнением выключателя дифференциального тока.	Этот параметр сравним с предыдущим (Im), но разнится с ним тем, что во внимание принимается протекание дифференциального тока. Зачастую его оценивают во время короткого замыкания на корпус электроприёмника в системе TN-C-S.

Измерения параметров прибора

До покупки УЗО следует определить величину максимального тока и тока утечки. Делая расчёты, надо учитывать, что напряжение сети на всех жилах проводки обычно составляет 220 В.

Чтобы найти подходящее устройство защитного отключения по максимальному току, достаточно определить, каков будет максимальный уровень потребляемой мощности, и разделить его значение на напряжение в электрической сети. Иными словами, расчёт проводится по формуле I = P/U. Например, если определено, что в сумме бытовая техника в квартире поглощает 6000 Вт электроэнергии, то значение максимального тока будет составлять 27 А. В подобной ситуации лучше выбрать УЗО на 32 А, так как это значение стандартизировано и максимально приближено к 27 А.

УЗО на 32 Ампера подходит для техники, потребляющей 6 кВт электроэнергии

Вторую характеристику - ток утечки - определяют простым методом. Во внимание берут зависимость различных видов УЗО от индивидуальных черт квартиры или дома, где необходимо установить выключатель дифференциального тока.

Таблица: зависимость тока утечки от типа помещения

Критерии подбора УЗО

При поиске подходящего защитного отключения первым делом смотрят на показатели номинального и дифференциального тока. После этого внимание акцентируют на виде и конструкции аппарата, а также узнают, какой фирмой было произведено УЗО.

Номинальный ток

Мастера, специализирующиеся на работе с электричеством, советуют покупать устройство защитного отключения с номинальным током на порядок выше расчётного. Благодаря этому получится добиться надёжности в функционировании выключателя дифференциального тока и долгое время не ремонтировать и не заменять его. Например, для автомата на 40 А целесообразнее выбрать УЗО на 63 А.

Ток утечки

Номинальный дифференциальный отключающий ток УЗО должен иметь значение хотя бы в 3 раза больше тока утечки у цепи электрической техники, предохраняемой от происшествий, т. е. должно выполняться условие IDn> = 3*ID.

Суммарный ток утечки электроустановки ID определяют специальным прибором или рассчитывают, используя определённые данные. Если нет возможности провести измерения, ток утечки рекомендуют определять из расчёта 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки цепи - из расчёта 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

Приемлемые значения номинального отключающего тока можно узнать из специальной таблицы.

Таблица: зависимость рекомендуемого значения тока утечки УЗО от номинального тока нагрузки

Разновидности устройств защитного отключения

Выключатель дифференциального тока может иметь один из следующих типов:

УЗО типа B встречается довольно редко, на его корпусе можно увидеть значок в виде сплошной и пунктирной прямых линий

Конструкция УЗО

Если рассматривать конструкцию устройств защитного отключения, то их делят на следующие виды:

• электронные УЗО со встроенной платой, моментально реагирующей на любые перемены в заданных показателях и отключающей питание от сети, но не способной работать без подачи энергии от наружного источника;
• электромеханические УЗО, отличающиеся надёжностью, поскольку они не нуждаются в питании и легко срабатывают в ответ на появление дифференциального тока.

Производители устройств защитного отключения

Как отмечают электрики, наиболее долговечны и надёжны устройства защитного отключения, производимые под следующими названиями:

Особенности эксплуатации УЗО

• на участках, которые принципиально должны быть безопасными;
• в зонах, где отключение электроэнергии может стать причиной происшествий средней степени опасности.

При подключении УЗО принципиально важно заизолировать нулевой провод от заземления и нулевых проводов других аналогичных устройств

В большинстве случаев электрики допускают использование устройства защитного отключения с заземлением. Главное - правильно его подключить. УЗО срабатывает только под воздействием тока утечки, показатель которого выше стандартного значения. А искусственно созданное, как и естественное или самодельное заземление, отличает сопротивление, чей уровень не даёт появиться току с необходимым значением. Получается, что в данной ситуации УЗО не сможет действовать.

Другой вариант неверного подключения УЗО заключается в некачественной изоляции выходного нулевого провода относительно «земли». Если нулевой проводник подключить к схеме заземления, УЗО будет постоянно выдавать ложные срабатывания.

Проверка работоспособности УЗО

Чтобы убедиться, что УЗО выполняет свою задачу, можно воспользоваться кнопкой «Тест», расположенной на лицевой панели прибора. При нажатии кнопки внутри устройства должна создаться электрическая цепь, копирующая ситуацию утечки.

Если отключения не последовало, то возможны следующие ситуации:

• аппарат неправильно подключён к сети;
• кнопка сломана или не работает её электрическая схема;
• защита устройства неисправна.

Удостовериться, что причина несрабатывания УЗО заключается в поломке кнопки или защитного механизма, можно иными методами.

Точные результаты показывает проверка выключателя дифференциального тока посредством простой пальчиковой батарейки. Устройство типа A срабатывает вне зависимости от полярности подключения батарейки. А прибор типа AC действует только при определённой полярности. Это объясняется тем, что УЗО разновидности A реагирует на любой электрический ток.

С помощью батарейки можно точно проверить, работоспособно ли УЗО

Сымитировать реальную аварию для оценки работы устройства позволяет способ, при котором используется лампа накаливания и резистор. От проверки кнопкой «Тест» этот метод отличается созданием цепи для утечки тока не внутри, а снаружи прибора.

Для тестирования УЗО таким способом требуется подготовить:

• лампу накаливания мощностью 10 Вт;
• резистор 2,3–2,5 кОм мощностью 5–10 Вт;
• патрон для лампы;
• провод с изоляцией.

Проверка с помощью лампы и резистора выполняется поэтапно:

Если защита сработает, то розетка моментально отключится от сети.

Видео: проверка УЗО

УЗО и автомат

Поскольку устройство защитного отключения не снабжено своим «щитом», предохраняющим от коротких замыканий и сетевых перегрузок, вместе с ним непременно устанавливают автомат. Сопряжённые приборы функционируют особым образом: если выявлена утечка, то на ситуацию реагирует УЗО, а когда появляются сверхтоки, срабатывает автомат.

Выключатель дифференциального тока требуется предохранять от аварий автоматом, номинал которого равен номинальному току УЗО. Место установки автомата (перед или после защитного прибора) особой роли не играет. Также не столь важно, сколько именно защитных приборов подсоединено к УЗО.

Подключение УЗО на несколько автоматов

В качестве примера рассмотрим схему, состоящую из двух УЗО на 25 А и вводного автомата на 40 А, к которым подключены свои группы автоматов.

Устройство защитного отключения необходимо защищать автоматом, имеющим равный или меньший номинал по току срабатывания

В этом случае к первому устройству дополнительно подсоединены два автомата с номиналом 6 А и 16 А, а ко второму - три автомата с номиналом 16 А и один автомат на 10 А. Вводной автомат не может служить щитом для первого УЗО, так как 40 А>25 А. Поэтому перед ним и ставят дополнительные автоматы номиналом не более 25 А (6 А + 16 А = 22 А).

Ко второму УЗО (на 40 А) подключены автоматы общим номиналом в 58 А. Они не защищают УЗО от слишком высокого тока, поэтому оно может выйти из строя прежде, чем вводной автомат отключит этот участок цепи от напряжения. Поэтому здесь рекомендуется заменить второе УЗО на более мощное, например, номиналом 63 А или защитить имеющееся отдельным автоматическим выключателем на 32 А, установленным на ступень выше обслуживаемых автоматов.

В частном доме для светильников и розеток можно устанавливать по одному УЗО. В квартире, кроме вводного щитка, следует обезопасить от аварийных ситуаций стиральную машинку, установив УЗО на 16 А.