Трубопроводная сеть состоит из отдельных трубопроводов, каждый из которых может иметь свои индивидуальные характеристики. Рассмотри основные характеристики трубопроводов.
1.2.1 Размерные характеристики
К размерным характеристикам относятся длина, размеры поперечного сечения и эквивалентная шероховатость.
Длина трубопровода обычно измеряется в метрах, а для очень протяженных наружных сетей может измеряться в километрах. Часто параллельно прокладывают несколько трубопроводов, например, подающий и обратный трубопроводы отопления и тепловых сетей. В этом случае следует различать длину трассы, под которой понимается длина одной нитки трубопровода, и суммарную длину труб, которая равна сумме длин каждого трубопровода трассы.
Размеры поперечного сечения труб обычно указываются в миллиметрах. Для круглых труб характеристикой поперечного сечения является диаметр. При этом следует различать внутренний диаметр dвн, наружный диаметр dн, условный диаметр dу и эквивалентный диаметр dэ.
Для расчета режима движения среды в трубопроводе важен только внутренний диаметр dвн, который часто обозначается просто как d. От внутреннего диаметра трубы зависит площадь поперечного сечения для прохода потока f, м2, и, как следствие, скорость потока в трубе v, м/с
f = π (dвн /1000)2 /4 (1.1)
v = Q /f, (1.2)
где Q – объемный расход среды в трубе, м3/с.
Однако на практике наиболее просто измерить не внутренний, а наружный диаметр трубопровода. Наружный диаметр зависит от толщины стенки трубы δст, которая может быть различной, так как трубы изготавливают на различные давления и температуры, из различных материалов и по различной технологии. Между всеми этими параметрами действует простое соотношение
dн = dвн + 2 δст (1.3)
dвн = dн – 2 δст (1.4)
Для многих труб в обозначении указывают наружный диаметр, и через знак умножения толщину стенки. Так, обозначение 108×3,5 показывает, что наружный диаметр трубы равен 108 мм, а толщина ее стенки равна 3,5 мм. Таким способом обозначают размер медных, пластиковых, металлопластиковых и некоторых стальных труб.
Для водогазопроводных стальных труб еще достаточно широко используется условный диаметр, показывающий средний диаметр труб, изготовленных под определенный диаметр наружной трубной резьбы. При этом внутренний диаметр трубы может несколько отличаться от условного. Так, труба с условным диаметром 1 дюйм обозначается как dу = 25. Более подробно об условных диаметрах будет сказано при рассмотрении соединений трубопроводов в разделе «Трубопроводная арматура».
Эквивалентный диаметр используют в расчетах каналов, имеющих не круглое поперечное сечение, а прямоугольное или какой-либо другой формы. В общем случае эквивалентный диаметр dэ , мм, определяется по формуле
dэ = 1000 × 4 f / П, (1.5)
где f – площадь поперечного сечения трубы, м2;
П – периметр внутреннего сечения канала, м.
Для прямоугольного сечения
f = (A × B) × 10-6, (1.6)
П = 2 (A + B) / 1000 , (1.7)
dэ = 2 AB / (A + B) , (1.8)
где А, В – размеры сторон прямоугольного сечения канала, мм.
Использование эквивалентного диаметра позволяет рассчитывать гидравлические потери давления для каналов произвольной формы по тем же самым формулам, по которым производятся расчеты для круглых каналов. Наиболее часто это делается для прямоугольных каналов систем вентиляции и кондиционирования и для внутренних каналов технологического оборудования, имеющих овальную, треугольную или другую форму.
Эквивалентная шероховатость трубы Кэ характеризует среднюю величину выступов шероховатости на внутренней поверхности трубы или канала и указывается в миллиметрах. Для новых труб значение Кэ мало. Для стальных труб Кэ = 0,2, для медных и пластиковых труб менее 0,1 мм. Однако для труб, бывших в эксплуатации шероховатость может быть значительно больше в связи с загрязнением внутренней поверхности. Для трубопроводов наружных тепловых сетей шероховатость может быть более 10 мм.
Для стальных вентиляционных каналов Кэ = 0,2, а для каналов из кирпича и бетона может достигать 5-10 мм, а иногда и больше. Рекомендуемые значения эквивалентной шероховатости каналов приводятся в специальной литературе.
1.2.2 Характеристики материала трубопровода.
К характеристикам материала относятся прочность, температурный диапазон и допускаемое рабочие давление среды.
Очевидно, что все эти параметры зависят от материала, из которого изготовлен трубопровод. Сегодня трубы изготавливают из черной и нержавеющей стали, меди, пластика и металлопластика. Наиболее термостойкими являются стальные трубы – они могут работать до температур 200-400°С, а специальные трубы до 800 °С. Медные трубы работоспособны до температур около 200°С, а пластиковые и металлопластиковые – примерно до 100°С. Допускаемое рабочее давление зависит от вида материала трубы и от толщины стенки. Чем толще стенка, тем большее давление может выдержать труба. Однако увеличение толщины стенки приводит к увеличению массы трубы и ее стоимости, поэтому применять без необходимости толстостенные трубы нежелательно.
На гидравлические режимы эти характеристики труб не влияют.