Основные законы гидравлики



  • В данном посте опишу теорию гидравлики простыми словами, чтобы понимать принципы поведения воды в трубе.
    Как показала практика, многие работающие с системами автоматического полива люди, имеют ошибочное представление о поведении воды в трубопроводе. Так что опытным монтажникам думаю так же будет полезна данная статья.

    Гидравлика изучает поведение жидкости, как в положении покоя, так и при ее движении. Грамотно спроектированная система трубопровода, значительно снижает количество проблем в течение всего жизненного цикла работы системы полива. Поддерживая скорость потока в определенных пределах, вы сможете увеличить значительно срок службы всей системы в целом.
    Неверно спроектированная система с неправильными расчетами может привезти к поломке трубопровода, в случаях гидроудара и наводнению на участке.
    Грамотный проектировщик учтет же при расчете все факторы, которые будут так или иначе влиять на работу системы, что позволит избежать аварий и существенных поломок в будущем.
    Вдобавок неправильное проектное решение по поливу, заставит вас тратить излишнюю воду, а, следовательно, и деньги. Гидравлический анализ системы важен для уменьшения финансовых рисков, увеличения эффективности проекта и для того чтобы избавиться от излишних затрат.
    Вода, подчиняясь законам гравитации, стекает в самые низкие точки поверхности и создает на этой поверхности давление. Давление -сила тяжести объема воды на данную площадь.
    443d37e9-10dd-4ebf-92d0-0e663ddb7473-image.png
    где Р- давление килограмм на квадратный сантиметр,
    F- сила в килограммах,
    А- площадь в квадратных сантиметрах
    Сила давления в измеряемой точке создается столбом воды находящимся выше этой точки. Для примера на площади равной 1 см2, сила будет просто зависеть от высоты водного столба. Чем больше высота столба воды, больше веса воды действующего на дно, больше сила а, следовательно, и давление. Давление выражается, из выше сказанного, как килограмм на сантиметр квадратный или кг/см2 равный 1 бару.
    Пример: На дне сосуда с 1 см2 площадью в основании и высотой водяного столба 50 см- давление будет равно:
    3271bd6c-881f-49e9-b550-4cadd855d6ab-image.png
    Эта связь между давлением и изменением высоты водяного столба известно как напор в метрах. Используя эту закономерность, мы в дальнейшем сможем легко определять статическое (покоя) давление в любом месте трубопровода.

    Статическое давление
    Статическое давление- характеризует свойства воды когда она в покое т.е она не движется.
    Динамическое давление- свойство воды, характеризующее ее при ее движении в заданном направлении по трубопроводу для обеспечения, например полива. Параметры двигающейся воды, с которыми мы будем в дальнейшем иметь дело это расход и давление.
    Итак, статическое давление воды мы имеем в закрытой системе (перекрытые клапана) при неподвижном потоке воды. Значения давления в этом случае меняются только с изменением высоты водного уровня. Статическое давление показывает потенциал давления, с которым система сможет работать.
    Следует запомнить, что значение статического давления на плоской местности остается постоянным и действующим с одинаковой силой во всех направлениях. Перепады высот оказывают влияние на его значение. Повышение высоты снижает, а снижение высоты повышает уровень статического давления.
    Как только мы открываем, клапан или кран, вода начинает двигаться и, в этом случае, мы уже имеем дело с динамическим давлением. В этом случае появляются новые потери давления, а именно потери давления на трение по трубопроводу и местные потери (фитинги, обратные клапана, электромагнитные клапана и т.д.). Шероховатость стенок трубы, турбулентность — вот лишь та малая часть явлений, которые отрицательным образом сказываются на значении давления в трубопроводе при движении воды от магистрали к дождевателям.

    Динамическое давление
    Динамическое давление или «рабочее давление» отличается от статического тем, что оно зависит от потерь связанных с движением воды, и его необходимо также учитывать, как и изменение статического давления связанного с изменением высоты. Динамическое давление непосредственно связанно с расходом или тем количеством воды, которое проходит по трубе или в месте местного сопротивления.

    С увеличением количества воды протекающего по трубопроводу, увеличивается скорость движения потока, увеличивая потери в давлении. Можно найти ряд таблиц с потерями на трение, учитывающих диаметры трубопровода, его материал и скорость потока воды. А также вы всегда сможете найти таблицу местных потерь давления в зависимости от расхода в каталогах производителей поливочного оборудования.

    ВАЖНО!!
    Самое частое заблуждение и стереотип даже у опытных людей, много лет работающих с системами автоматического полива- это святая вера в то, что ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ЗАУЖЕНИЕМ ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА- СОХРАНЯЕТСЯ ИЛИ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ДАВЛЕНИЕ. Это не ТАК.
    Увеличение скорости течения жидкости при переходе из участка трубы с большей площадью поперечного сечения в участок трубы с меньшей площадью поперечного сечения означает, что жидкость движется с ускорением.
    Согласно второму закону Ньютона, причиной ускорения является сила. Этой силой в данном случае является разность сил давления, действующих на текущую жидкость в широкой и узкой частях трубы. Следовательно, в широкой части трубы давление жидкости должно быть больше, чем в узкой.
    Закон Бернулли
    5618a021-b288-4cc5-9dce-29ccba7bd521-image.png

    Скорость потока (м3/ч, л/с), значение с которым вода двигается через компоненты трубопровода системы полива, очень важный фактор в анализе гидравлического расчета. Чем быстрее вода движется по трубе, тем выше потери на трение. Слишком большие скорости потока воды могут, также быть причинами других проблем (гидравлические удары, выход из строя запорного оборудования и т.д.).
    Опытным путем и с помощью расчетов установлено, что скорость потока равная 1,5 м/с, является оптимальной для движения воды по пластиковым трубам. Дальнейшее увеличение скорости потока, приводит к непропорциональному увеличению значения потерь давления, порой в разы, что может привести к неприятным последствиям, когда на отдаленных зонах вы будете иметь давление, при котором полив осуществляться будет некорректно. А также, при скоростях меньших или равных 1,5 м/с, в системе снижается вероятность появления повреждений, связанных с гидравлическим ударом.

    Напомню, что в сервисе по проектированию систем автоматического полива IRRISketch весь гидравлический расчёт делается автоматически, но знать азы всё равно полезно даже опытным работникам.

    Ссылка на регистрацию http://bit.ly/irrismax



  • 💪💪💪👍👍👍



  • @polivmax Всё очень доступно объяснил, спасибо👍


  • Контракторы

    @polivmax Очень интересно написано. Но возник вопрос принципиального характера.
    В статье утверждается, что резкое повышение скорости потока жидкости (воды) при неправильно проведенном гидравлическом расчете может стать причиной гидравлического удара. Что актуально только в замкнутых системах, типа систем отопления. Именно поэтому в таких системах предусмотрены группы безопасности, которые уберегают замкнутые системы от явлений такого рода. Единственная часть системы полива, в которой возможно возникновение гидавлического удара- это ее напорная часть (магистраль), но напорная часть расчитавыется по максимальному расходу и выполняется трубопроволом одного сечения по всей ее длине. За исключением разве что отводов к гидрантам, но это уже обусловлено экономической целесообразностью.
    А вот механизм происхождения гидравлического удара, причиной которого является резкое повышение скорости потока в локальном трубопроводе, в котором и предусмотрено постепенное заужение сечения трубопровода в системе автополива мне не понятен (если разве, что исполнитель не установит всего один дождеватель на линию).
    P.S. возможность автоматического проведения гидравлического расчета есть не только в упомянутом серсисе. Такая возможность должна быть как сам-собой разумеющийся факт. В ином случае смысла в таком сервисе нет совсем никакого, разве что, рисовать разметку расположения траншей.



  • @Eween Всё верно по поводу единого диаметра магистрали. вот только проблема в том, что не многие даже этот диаметр подбирают верно из-за этого уже в магистрали скорость потока превышает 2,5мс. Лично встречал и не раз.
    Что же касается сервиса. Опять же для новичков информация не очевидная. Многие в голом автокаде делают и считают гидравлику в ручную. Я сам до того года именно так и делал, хотя знаю кучу специализированных программ. Совсем скоро иррискетч будет считать гидравлику так как не считает ни один подобный сервис.



  • @Eween

    Да опасности возникновения гидравлического удара в системах автополива подвергаются в первую очередь запорные механизмы, эл.магнитные клапаны, клапаны быстрого доступа к воде, и другие завтворы, латеральная часть вне зоны риска, т.к потребители воды не запираются механически. Да и на современных клапанах обеспечена защита от гидроудара благодаря их плавному закрытию. Но никто не отменял кавитации в зонах с резким увеличением скорости потока (на тех самых заужениях с переходом диаметра). Поэтому все-таки не превышать скорость потока очень даже полезно, учитывая то что все собирается зачастую на компрессионых соединениях, которые не так надёжны как паечные. Вообщем, как говорится, соблюдайте скоростной режим😊



  • @filprots Именно так. не однократно видел (даже на видео заснял) как хвалёный ирритековский фитинг от гидроудара срывает на отводе насоса после закрытия гидранта (водяной розетки). так кто в моменте свыше 30атм как я понимаю может создаваться при гидроударе



  • На мое удивление, до сих пор, БОЛЬШОЕ кол-во профессионалов с пеной у рта пытаются доказать, что заужением диаметра они повышают давление в системе.


  • Контракторы

    @polivmax Теперь мне кажется, что данная статья направлена не ликвидацию безграмотности в среде поливщиков, а на продвижение названанной программы. А про то что, эта программа будет считать так, как ни одна другая, это мне напоминает презентацию K- Pain. Там мы тоже слышали, что они горы свернут))))



  • @Eween Именно на ЛИКБЕЗ. Упоминание программы, которая, по моему мнению, адекватнее и удобнее аналогов - это то же ликбез. В любом случае это обмен опытом, а право выбора остаётся за каждым.
    Так же никто не мешает рекомендовать другие программы, которые считает нужным.



  • @Eween те в школе в 10 классе нас задолго готовили к появлению Irrisketch?!)) вот это поворот 😲 )))))))))))))))

    • @polivmax процитировал лишь некоторые основы гидродинамики, на примере закона Бернулли. Да, многие программы, тот же ProContractor, RainCAD могут просчитать потери давления в линии на магистрали и узлах, но речь ведь не об этом. Речь о том что неправильный расчет приводит к преждевременному износу узлов системы, сокращая ее фактический срок эксплуатации. Многие специалисты даже не стесняются: выкладывают мп ротатор на котором 5-6 атмосфер, говорят о какой то экономической целесообразности, преимуществах мп перед остальными соплами а по факту что мы имеем - огромный перерасход воды, и дороговизну замены этих сопел, аргумент таких специалистов один - НУ ГАЗОН ЖЕ ЗЕЛЕНЫЙ - значит мы все правильно делаем)

    Одно дело когда программа автоматически все делает за тебя, другое дело это понимание процесса. Знание элементарных законов - только возвысит вас в глазах вашего заказчика как специалиста. У меня такие случае были - на объекте установлен был скважинный насос и надо было проверить его хар-ки. Хорошо что у меня всегда с собой расходомер. Произвел замеры и установил рабочую точку в 2,5бар и 33л/мин.. Заказчик меня уверял в том что если из системы убрать гидроаккумулятор то давление возрастет (учитывая даже то, замеры я производил до аккумулятора прямо на выходе из скважины). Да так напористо и уже на повышенных тонах доказывал, что я даже немного стал сомневаться в своей правоте, но не отступил и оказался прав. Получил респект от заказчика и вот уже третий объект сотрудничаем, думаю если бы я тогда слился, заказчик все равно оказался бы не прав - но мнение обо мне у него уже было бы как о сомнительном специалисте.



  • @polivmax Про чреватость большой скорости потока понятно, но как-то не раскрыта тема меньшей скорости потока и что будет если везде будут как в магистрали, так и в ветках\линиях большие диаметры(типа на всякий пожарный) - скорость потока малая, давление хорошее. Как забабахать всё 40-50 диаметром - точно не ошибёшься!



  • @Lema а как же гидроудар?



  • Пользователь @Sergei написал в Основные законы гидравлики:

    @Lema а как же гидроудар?

    Чем больше диаметр труб, тем ниже скорость потока воды, и, соответственно, гидроудар.
    Хотите гидроудар? Повысьте скорость потока в трубах. Хотите повысить скорость потока? Заужайте диаметр.
    Ещё гидроудар может быть от резкого скачка давления. От чего в данном случае может быть скачок в трубах большого диаметра как-то не понятно.



  • @Lema Я не очень понял в чём суть вопроса и вопрос ли это?
    Если я правильно понял, то с запасом можно хоть 110 диаметр заложить там, где и 32 подойдёт. Тут главный вопрос в экономической составляющей.



  • Пользователь @polivmax написал в Основные законы гидравлики:

    Я не очень понял в чём суть вопроса и вопрос ли это?

    Да, конечно вопрос.
    Я про экономическую составляющую понимаю. Конечно труба большего диаметра дороже, но, вопрос в другом, чревато ли ещё чем-то завышение диаметра кроме цены и удобства\скорости монтажа?
    Просто может я чего-то не знаю.



  • @Lema При скорости потока менее 0,2 мс есть вероятность застаивания воды и отложений в трубах



  • @Lema труба большего диаметра при размотке сильнее бьет по голове)))))