На какое давление рассчитаны трубы ПНД
Напорные трубы изготавливают из полиэтилена низкого давления марок ПЭ 32, 63, 80 и ПЭ 100. Их производство регламентирует ГОСТ 18599-2001. Этот комплексный документ даёт ответы на все вопросы:
- о том, какое давление выдерживает труба ПНД;
- о сортаменте продукции с учётом материала труб, их наружного диаметра и толщины стенок;
- о допусках;
- о качественных требованиях к готовой продукции и т. д.
ГОСТ 18599-2001 достаточно сложен для восприятия. Документ содержит несколько десятков страниц, таблиц, формул, отсылок к другим стандартам. Например, рабочее давление полиэтиленовых труб из ПЭ 32, равно как их сортамент, приведено в таблице 1.
Те же характеристики для труб из остальных марок ПНД указаны в таблице 3 этого ГОСТа. Обе таблицы имеют сложную структуру. Представленный в них сортамент труб ПНД высокого давления включает следующие виды продукции:
SDR, величина соотношения диаметра к толщине стенок
PN, рабочее (номинальное) давление, бар
26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9; 7,4 и 6
5; 6,3; 7,5; 8; 10; 12,5; 16; 20 и 25
33; 26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9 и 7,4
5; 6,3; 8; 9,5; 10; 12,5; 16; 20 и 25
Рабочее давление трубы ПНД имеет прямую зависимость от толщины стенок и обратную – от величины SDR и, соответственно, диаметра изделий. Кроме того, при одинаковом показателе SDR рабочее давление зависит также от материала труб. Например, для изделий из ПЭ 32, 63, 80 и ПЭ 100 с маркировкой SDR 13,6 его величина составит 4, 8, 10 и 12,5 бар.
Определение максимального давления трубы ПНД
Для потребителя ответ на вопрос, какое давление для труб ПНД является допустимым, дан в последней графе представленной выше таблицы. Кстати, величина номинального (рабочего) давления полиэтиленовых труб указывается для транспортировки жидкостей и газов температурой до +20 °С. Верхний предел температурного диапазона для продукции из ПНД установлен на отметке +40 °С.
При достижении этой температуры прочностные характеристики труб из полиэтилена марки ПЭ 32 падают на 70 %, ПЭ 63 – на 38 %, ПЭ 80 и 100 – на 26 % с соответственным снижением допустимого уровня рабочего давления. В числе требований ГОСТ 18599-2001, предъявляемых к готовой продукции, имеется также наличие у неё запаса прочности (коэффициент C) для разных условий эксплуатации. Например, для трубопроводов воды C равен 1,25.
Если вас интересуют допустимые потери давления для полиэтиленовых труб в разных температурных условиях более подробно, воспользуйтесь информацией из приложения А этого ГОСТа. Что касается значений критического давления на разрыв и разрушение труб, то они указываются в правилах испытаний готовой продукции, которые обязан проводить её производитель.
Эти правила установлены ГОСТ 24157, ГОСТ 27078 и рядом других нормативных документов. Результаты испытаний вносятся в сертификат соответствия, который подтверждает надлежащее качество готовой продукции. Потребитель должен доверять этим сведениям, поскольку провести аналогичные испытания собственными силами практически невозможно.
Расчёт давления для ПНД
При проектировании трубопроводных систем разного назначения обязательно выполняют расчёты рабочего давления. Верхний предел этого параметра вычисляют по формуле:
где MOP – максимально допустимое давление внутри трубы, MRS – минимальное значение прочности для неблагоприятных условий эксплуатации по ГОСТ 8032, C – коэффициент запаса прочности, SDR – значение соотношения диаметра к толщине стенок труб.
Полученный результат является определяющим фактором выбора марки труб, которая будет соответствовать эксплуатационным условиям.
Труба из ПНД низкого давления должна быть промаркирована надписью на её поверхности, содержащей следующую информацию:
- марка ПНД, из которой изготовлена труба;
- значение SDR;
- величина диаметра и толщины стенок труб в миллиметрах, которую записывают, например, так: 32х2 мм;
- назначение – для питьевой или технической воды.
Обратите внимание, что правилами маркировки указание рабочего давления PN труб не предусмотрено. Поэтому при выборе такой продукции следует руководствоваться всё тем же ГОСТ 18599-2001, чтобы убедиться, на какое давление рассчитано изделие.
Если вас интересует ответ на вопрос, какое давление выдерживает полипропиленовая труба, обратитесь к ГОСТ 32415-2013. Этот документ в разы сложнее и объёмнее, чем ГОСТ на трубы из ПНД. Прежде всего для изготовления полипропиленовых труб используют 10 марок полимера. Эта продукция предназначена для систем отопления и горячего водоснабжения с рабочими температурами до +90 °С. Кстати, рабочее давление для труб из полипропилена указывается в их маркировке.
Падение напора в трубопроводе.
Расчёт потерь напора воды в трубопроводе выполняется очень просто, далее мы подробно рассмотрим варианты расчёта.
Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.
Вам посчастливилось пробурить скважину прямо около дома? Замечательно! Теперь вы сможете обеспечить себя и свой дом или дачу чистой водой, которая не будет зависеть от центрального водоснабжения. А это значит никакого сезонного отключения воды и бегания с вёдрами и тазиками. Нужно только установить насос и готово! В настоящей статье мы поможем вам рассчитать потери напора воды в трубопроводе, и уже с этими данными можно смело покупать насос и наслаждать, наконец, своей водой из скважины.
Из школьных уроков физики понятно, что вода, текущая по трубам, в любом случае испытывает сопротивление. Величина этого сопротивления зависит от скорости потока, диаметра трубы и гладкости её внутренней поверхности. Сопротивление тем меньше, чем меньше скорость потока и больше диаметр и гладкость трубы. Гладкость трубы зависит от материала, из которого она изготовлена. Трубы из полимеров более гладкие, чем стальные трубы, а также они не ржавеют и, что немаловажно, дешевле других материалов, не уступая при этом в качестве. Вода будет испытывать сопротивление, двигаясь даже по полностью горизонтальной трубе. Однако чем длиннее сама труба, тем менее значительны будут потери напора. Что ж, приступим к расчету.
Потери напора на прямых участках трубы.
Чтобы подсчитать потери напора воды на прямых участках труб использует уже готовую таблицу, представленную ниже. Значения в этой таблице указаны для труб, изготовленных их полипропилена, полиэтилена и других слов, начинающихся с «поли» (полимеров). Если же вы собираетесь установить стальные трубы, то необходимо умножить приведённые в таблице значения на коэффициент 1,5.
Данные приведены на 100 метров трубопровода, потери указаны в метрах водного столба.
Внутренний диаметр трубы, мм
Пример расчета общих потерь на всасывании для трубы из ПЭ (ПНД).
- Центробежный самовсасывающий насос для водоснабжения из колодца.
- Максимальный потребный расход на дом, баню и полив составляет 2,4 м³/ч.
- На входе в насос предусмотрена труба ПНД 32 мм, SDR 13,6 (толщина стенки 2,4 мм).
- Длина трубы по горизонтали — 10 метров.
- Геодезический перепад высот — 4 метра.
Цель расчета – удостовериться, сможет ли насос при заданных условиях засасывать воду без кавитации.
Не пугайтесь, основ школьной математики и умения пользоваться калькулятором будет достаточно для решения задачи.
Геодезический перепад высот нам известен и составляет 4 метра.
Это расстояние по вертикали от оси насоса до зеркала воды в источнике водоснабжения (скважине, колодце, реке и т.п.). Для упрощения задачи мы приняли допущение, что уровень воды в колодце во время работы насоса не изменяется. Если вам известно насколько понижается уровень воды в вашем колодце во время длительной работы насоса, то берите для расчета это новое значение.
Определение потерь на трение по длине трубы:
Нет необходимости вести расчет по сложным формулам для разных значений расхода жидкости, диаметра и материал трубы. Этот труд уже давным-давно выполнен специалистами, результаты измерений которых сведены в соответствующие справочные таблицы. Промышленность выпускает трубы из различных материалов. Есть таблицы для стальных, чугунных, пластиковых, стеклянных, цементных и других труб. Но важно не только найти корректную таблицу по материалу, но и правильно ей воспользоваться и понять результат. Ведь одни трубы маркируются по внешнему диаметру, другие по внутреннему, третьи маркируются по условному диаметру в дюймах, в некоторых таблицах результаты приводятся в сантиметрах, в других в метрах, в третьих в метрах на 100 метров прямого участка. Более того в одних таблицах потери зависят от расхода жидкости и диаметра трубы, в то время как в других потери могут быть приведены для различных скоростей протекания жидкости (ведь скорость жидкости есть не то иное как функция расхода жидкости и диаметра трубы). Будьте внимательны. В данной статье мы намеренно привели примеры двух разных типов справочных таблиц.
Для определения значений потерь на трение в нашей трубе ПНД воспользуемся таблицей №1.
| Потери напора в метрах, на 100 метров прямого участка трубопровода | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Расход жидкости | Внешний диаметр пластикового трубопровода, мм | ||||||||||
| м³/ч | л/мин | л/с | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 75 | 90 | 110 | 125 |
| 0,6 | 10 | 0,16 | 1,8 | 0,66 | 0,27 | 0,085 | |||||
| 0,9 | 15 | 0,25 | 4 | 1,14 | 0,6 | 0,18 | 0,63 | ||||
| 1,2 | 20 | 0,33 | 6,4 | 2,2 | 0,9 | 0,28 | 0,22 | ||||
| 1,5 | 22 | 0,42 | 10 | 3,5 | 1,4 | 0,43 | 0,17 | 0,074 | |||
| 1,8 | 30 | 0,5 | 13 | 4,6 | 1,9 | 0,57 | 0,22 | 0,092 | |||
| 2,1 | 35 | 0,58 | 16 | 6 | 2 | 0,7 | 0,27 | 0,12 | |||
| 2,4 | 40 | 0,67 | 22 | 7,5 | 3,3 | 0,93 | 0,35 | 0,16 | 0,063 | ||
| 3 | 50 | 0,83 | 37 | 11 | 4,8 | 1,4 | 0,5 | 0,22 | 0,09 | ||
| 3,6 | 60 | 1 | 43 | 15 | 6,5 | 1,9 | 0,7 | 0,32 | 0,13 | 0,05 | |
| 4,2 | 70 | 1,12 | 50 | 18 | 8 | 2,5 | 0,83 | 0,38 | 0,17 | 0,068 | |
| 4,8 | 80 | 1,33 | 25 | 10,5 | 3 | 1,2 | 0,5 | 0,22 | 0,084 | ||
| 5,4 | 90 | 1,5 | 30 | 12 | 3,5 | 1,3 | 0,57 | 0,26 | 0,092 | 0,05 | |
| 6 | 100 | 1,67 | 39 | 16 | 4,6 | 1,8 | 0,73 | 0,3 | 0,12 | 0,07 | |
При известном максимальном расходе 2,4 м³/ч потери в трубе ПНД 32 мм составят 7,5 м / на 100 метров трубы.
Таким образом, на длине 14 метров (10 по горизонтали + 4 по вертикали) потери составят 14 * 7,5/100 = 1,05 м.
Определение местных потерь:
Для определения местных потерь воспользуемся таблицей №2
| Потери напора в коленах, задвижках, приемных и обратных клапанах, в см | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скорость жидкости, м/с | Колено с углом, град | Задвижка | Обратный клапан | Тройник | Приемный клапан | ||||
| 30 | 40 | 60 | 80 | 90 | |||||
| 0,4 | 0,43 | 0,52 | 0,71 | 1 | 1,2 | 0,23 | 31 | 16 | 32 |
| 0,5 | 0,67 | 0,83 | 1,1 | 1,6 | 1,9 | 0,37 | 32 | 16 | 33 |
| 0,6 | 0,97 | 1,2 | 1,6 | 2,3 | 2,8 | 0,52 | 32 | 17 | 34 |
| 0,7 | 1,35 | 1,65 | 2,2 | 3,2 | 3,9 | 0,7 | 32 | 17 | 35 |
| 0,8 | 1,7 | 2,1 | 2,8 | 4 | 4,8 | 0,95 | 33 | 18 | 36 |
| 0,9 | 2,2 | 2,7 | 3,6 | 5,2 | 6,2 | 1,2 | 34 | 18 | 37 |
| 1 | 2,7 | 3,3 | 4,5 | 6,4 | 7,6 | 1,45 | 35 | 19 | 38 |
| 1,5 | 6 | 7,3 | 10 | 14 | 17 | 3,3 | 40 | 24 | 47 |
| 2 | 11 | 14 | 18 | 26 | 31 | 5,8 | 48 | 30 | 61 |
| 2,5 | 17 | 21 | 28 | 40 | 48 | 9,1 | 58 | 39 | 78 |
| 3 | 25 | 30 | 41 | 60 | 70 | 13 | 71 | 50 | 100 |
Как видно, в данной таблице результат указан в сантиметрах и зависит он только от скорости протекания жидкости в трубе.
Скорость можно легко вычислить: V (м/с) = Q (м³/с) / S (м²)
Q – известный расход насоса (2,4 м³/ч)
Переведем м³/ч в м/с, помня, что 1 час это 3600 секунд. Получим: 2,4 м³/ч = 0,00066 м³/с
S – площадь трубы по внутреннему диаметру
Внутренний диаметр трубы ПНД 32 мм = 32 мм (внешний диаметр трубы) – 2,4 мм * 2 (две толщины стенки) = 27,2 мм = 0,0272 м
2,4 мм – известная толщина стенки (см. характеристики конкретной трубы).
Как известно S = ¶ * d² / 4 = 3,1415 * (0,018)² / 4 = 0,000254 м²
Искомая скорость жидкости: V = 0,00066 / 0,000581 = 1,14 м/с
К сожалению, в таблице №2 нет строки соответствующей именно 1,14 м/с, поэтому необходимо произвести интерполяцию от соседних значений.
Потери напора в приемном клапане составят 42 см (0,42 м).
Потери напора в повороте трубы на 90 град составят 11 см (0,11 м).
Суммарные потери на всасывании составят: 4 м (геодезический перепад высоты) + 1,58 м (потери давления) = 5,58 м.
Со временем в приемном клапане и трубе может возникнуть дополнительное сопротивление, поэтому есть смысл прикинуть, что же будет при увеличении потерь во всасывающей трубе на 10%. В нашем случае потери с учетом такого 10% запаса составят 1,58 м +10% = 1,74 м. Общие потери будут составлять 4 м + 1,74 м = 5,74 м, что все равно существенно ниже порогового значения в 8 м.
При указанных исходных данных насос будет способен засасывать воду без кавитации, так как общие потери во всасывающей трубе ниже гарантированной высоты подъема самовсасывающего насоса.