Диаграмма потерь на трение для PPR-трубы: потеря напора на 100 м по SDR

В трубе PP-R SDR 6 при транспортировке воды с температурой 20 °C один метр в секунду скорости потока стоит примерно 11,5 м потерь напора на 100 м при DN20, 8,6 при DN25, 6,3 при DN32, 4,8 при DN40, 3,6 при DN50 и 2,7 при DN63. Полная таблица с расходами и скоростями приведена ниже.

Вторая таблица приводится потому, что эти шесть цифр сами по себе ничего не стоят. Потери напора определяются внутренним диаметром, внутренний диаметр — серией стенки, а маркировка PN в вашем коммерческом предложении не даёт достоверно определить серию. Все бесплатные таблицы трения для PPR на первой странице выдачи опускают серию, температуру воды и шероховатость. На этой странице указаны все три параметра.

Один фрагмент перед цифрами. Practical Engineering пропускает воду через физический стенд и переходит к члену уравнения, отвечающему за диаметр, на 5:15 — посмотрите, насколько смещается перепад давления при изменении всего на один типоразмер, потому что именно этот эффект составляет большую часть того, что измеряет таблица ниже.

▶  Смотреть

Flow and Pressure in Pipes Explained, Practical Engineering — независимый инженерный канал, а не поставщик труб. В своей демонстрации он использует формулу Хазена-Вильямса; на этой странице расчёт ведётся по Дарси-Вейсбаху по причине, указанной ниже.

Таблица потерь напора в PPR-трубах: SDR 6, вода при 20 °C

Точки расхода взяты при 0,5, 1,0 и 2,0 м/с, а не при круглых значениях в литрах в секунду, поэтому таблица одновременно служит проверкой скорости. DN25 при 0,216 л/с даёт 1,0 м/с и 8,6 м на 100 м; при 0,433 л/с — 2,0 м/с и 29,6 м на 100 м, и именно на этом значении большинство проектировщиков берут диаметр больше.

Сверяйте таблицу по SDR, а не по маркировке PN в счёте

SDR 6 — самое тяжёлое из трёх распространённых серий для воды, поэтому при заданном наружном диаметре даёт наименьший внутренний проход.

Ориентируйтесь в таблице на SDR, потому что PN — это не размер. Стандарты на размеры, DIN 8077 и EN ISO 15874-2, задают толщину стенки по серии трубы и не содержат класса давления. ISO 4065:2018 в п. 3.6 определяет геометрию как S = (SDR − 1) / 2, а в п. 4.2 задаёт маркировку как S = допускаемое напряжение / PN. Стенка нормируется; класс, который она получает, — нет, потому что допускаемое напряжение зависит от компаунда, расчётной температуры и срока службы. Проверьте: S 2.5, то есть SDR 6, — это PN20 при допускаемом напряжении 5.0 МПа и PN25 при 6.25 МПа. Одна и та же труба, один и тот же проход, две корректные маркировки.

Поэтому опубликованные таблицы расходятся, и ни одна из них не ошибочна. В одном каталоге PP-R указано PN25 = SDR 6, PN20 = SDR 7.4, PN16 = SDR 9, PN10 = SDR 11, и таблица второго поставщика приводит ту же шкалу. Наша таблица размеров и классов давления PPR сдвинута на шаг: PN12.5, PN16, PN20, PN25 против SDR 11, 7.4, 6, 5. То есть позиция PN20 при OD 20 мм — это стенка 2.8 мм по одной конвенции и 3.4 мм по другой, проход 14.4 против 13.2 мм. Если взять строку SDR 6, приняв более тонкую стенку, вы завысите потери напора примерно на 52%.

Поэтому заказывайте по толщине стенки в миллиметрах или по серии S, а не по одному лишь номеру PN. PN, SDR и schedule — обзор трёх систем классификации, а на странице поставщика PPR приведён наш сортамент.

Как получены эти цифры и как их воспроизвести

По формуле Дарси–Вейсбаха с коэффициентом трения по Коулбруку–Уайту, а не по Хазену–Вильямсу, у которого значение C в опубликованных источниках для пластика лежит между 145 и 150, причём нигде не сказано, какое из них верное. В формуле Коулбрука используется абсолютная шероховатость в миллиметрах, и для PP-R она опубликована: 0,007 мм — это значение используют гидравлические таблицы производителей при указанных 20 °C.

Посчитаем одну ячейку вручную. DN25 в SDR 6 имеет внутренний диаметр 16,6 мм, значит площадь сечения равна 2,1642 × 10^-4 м². При расходе 0,25 л/с скорость составляет 1,155 м/с, а число Рейнольдса равно 1,155 × 0,0166 / 1,0035 × 10^-6, то есть 19 108. Относительная шероховатость равна 0,007 / 16,6, то есть 4,217 × 10^-4. Итерационное решение уравнения Коулбрука даёт коэффициент трения 0,02706, а потери напора составляют 0,02706 × 1,155² / (2 × 9,81 × 0,0166), то есть 0,1108 м на метр, или 11,1 м на 100 м. Проделайте эти вычисления для любой ячейки таблицы — и должны получить напечатанное значение.

Поправки на горячую воду и на тонкую стенку

Температурная поправка работает против интуиции. Тёплая вода становится менее вязкой, число Рейнольдса растёт, коэффициент трения падает, и тот же расход стоит меньших потерь напора. С 20 до 60 °C кинематическая вязкость падает с 1,0035 до 0,4740 × 10^-6 м²/с, а потери напора снижаются до 0,86 от табличного значения. Горячий стояк — это вопрос класса давления, которым управляет снижение номинального давления по рабочей температуре.

Поправка по типоразмеру больше. Более тонкая стенка — это более широкий проход, поэтому при том же расходе SDR 11 при DN25 теряет 3,2 м на 100 м против 8,6 у SDR 6. Этот выигрыш оплачивается номинальным давлением: выбор SDR 11 ради экономии напора насоса в контуре с 70 °C — так система и выходит из строя раньше срока.

Что не учтено в таблице

Только прямые участки труб. Отводы, тройники и арматура дают местные потери, эквивалентная длина для которых здесь не приводится, поскольку ни одна из них не была проверена по опубликованному коэффициенту сопротивления PP-R. Статический напор также отсутствует: водяной столб даёт 1 м напора, 0,098 бар, на каждый метр подъёма, и относится к расчёту стояка.

Для определения суммарного напора системы дополнительных данных не требуется, нужно только само определение. Суммарный напор = (J / 100) × длина прямых участков в метрах, плюс сумма ζ × v² / 2g по всем фитингам и арматуре, плюс статический подъём. J и v берутся из выбранной строки; g равно 9,81 м/с². Единственный член, который эта страница не может предоставить, — это ζ: запрашивайте его у производителя фитингов для конкретной отливки, поскольку раструбный отвод PP-R, литой тройник и компрессионный фитинг одного номинального размера не имеют общего коэффициента. Запрашивайте письменно, а не заимствуйте таблицу для стальных фитингов.

Одно предостережение перед сравнением этой таблицы с каталогом. По трём выборочным строкам опубликованной гидравлической таблицы PP-R при одинаковой заявленной шероховатости и температуре скорости совпали с точностью до трёх знаков, тогда как табличные потери напора оказались примерно в 1,10 раза выше. Каталог не указывает причину. IFAN не публикует ни допуск на измеренный внутренний диаметр, ни данные стендовых испытаний расхода для собственной трубы, поэтому все числа здесь расчётные, а не измеренные.

Заключение

Расчёт потерь на трение в PPR определяют два числа, и только одно из них указано в вашем коммерческом предложении. Расход известен; внутренний диаметр нужно установить, поскольку при DN25 один и тот же номинальный размер соответствует диапазону от 16,6 до 20,4 мм — это разница в потерях напора в 2,7 раза. Уточните серию по толщине стенки в миллиметрах, затем найдите нужную строку.

Часто задаваемые вопросы