В чем разница между напором и давлением в трубопроводной системе

Когда речь заходит о работе трубопроводов, два основных термина, с которыми мы сталкиваемся — это напор и давление. Но что их отличает друг от друга?

Напор и давление — это две физические величины, которые отражают разные характеристики течения жидкости в трубопроводе. Напор — это энергия, которую имеет жидкость, передвигаясь по трубе. Давление же — это сила, с которой жидкость оказывает давление на стенки трубы. Таким образом, напор и давление взаимосвязаны, но имеют разные физические основы.

Напор измеряется в метрах водяного столба (м), а давление — в паскалях (Па) или в барах (бар). Напор подразумевает вертикальное расстояние, на которое может подняться жидкость, при этом учитывается как сила тяжести, так и силы трения внутри трубы. Давление, с другой стороны, показывает, с какой силой жидкость давит на стенки трубы и измеряется с учетом площади поперечного сечения трубы.

Напор и давление: основные понятия

В трубопроводах движение жидкости или газа сопровождается появлением силы, которая оказывается на стенки трубы.

Эта сила может приводить к появлению двух физических характеристик — напора и давления.

Напор — это энергия, передаваемая жидкостью в трубопроводе. Он определяется скоростью движения жидкости и её высотой подъема относительно некоторой базовой точки. Напор измеряется в паскалях или гидравлических метрах.

Наиболее простым примером напора может быть струя воды, которая может проникать на большую высоту, если скорость её движения достаточно велика.

Давление, с другой стороны, — это сила, распределенная на площади. Оно определяется количеством и плотностью частиц вещества, а также силой взаимодействия между ними.

Давление измеряется в паскалях и характеризует, насколько сильно сопротивляются стенки трубы внешней силе, оказываемой на жидкость или газ.

Таким образом, напор и давление являются важными параметрами для определения и контроля потока жидкостей или газов в трубопроводах. Понимание различий между ними поможет эффективно проектировать и эксплуатировать системы трубопроводного транспорта.

Что такое напор?

Напор является важным параметром в трубопроводной системе, так как он определяет скорость и эффективность перемещения жидкости. Чем выше напор, тем быстрее жидкость движется и больше мощности может быть использовано.

Напор может быть создан различными способами, включая использование насосов или гравитационного давления. Напор также зависит от разницы высоты между началом и концом трубы, а также от сопротивления, вызванного трением и другими факторами.

Для измерения напора используются специальные инструменты, такие как манометры и датчики давления. Эти устройства позволяют операторам трубопровода контролировать и регулировать напор в системе для обеспечения эффективной работы и предотвращения повреждений или аварий.

Короче говоря, напор — это энергия, с которой жидкость перемещается в трубопроводе, и он играет ключевую роль в обеспечении эффективного функционирования системы.

Что такое давление?

В контексте трубопроводной системы давление играет важную роль. Оно является силой, которая приводит к движению жидкости или газа через трубы. Давление между двумя точками в трубопроводе может изменяться из-за различий в скорости потока, сопротивления труб и других факторов.

Давление в трубопроводе может быть мерой силы, действующей на стенки трубы, или разницей между давлениями в разных точках системы. Измерение давления позволяет контролировать и оптимизировать работу технических систем, включая водоснабжение, отопление, масляные и газовые трубопроводы.

Для измерения давления в трубопроводе могут использоваться датчики и манометры. Датчики преобразуют давление в электрический сигнал, который можно использовать для мониторинга и управления системой. Манометры представляют собой устройства с механическими указателями или цифровым дисплеем, которые показывают текущее значение давления.

Единицы измерения давления	Обозначение	Коэффициент перевода в паскали
Миллиметр ртутного столба	мм рт.ст.	133,322
Бар	бар	100 000
Фунт на квадратный дюйм	psi	6 894,76

Различия в измерении

Напор измеряется в единицах длины, таких как паскали (Па) или фунты на квадратный дюйм (psi). Он отражает силу, с которой жидкость действует на стенки трубы и представляет собой вертикальную высоту воды, к которой равно давление.

С другой стороны, давление измеряется в паскалях (Па), килопаскалях (кПа), барах (bar) и других единицах измерения. Давление определяет силу, с которой жидкость действует на определенную площадь трубы.

Например, если в трубопроводе имеется высота напора воды в 10 метров, то это означает, что давление равно 1 атмосфере (101 325 Па) или 10 метров водяного столба.

Обратите внимание, что значение напора зависит от гравитационной силы, а давление — от площади перпендикулярного сечения трубы.

Понимание различий в измерении напора и давления важно для правильной работы и безопасности в системах трубопроводов.

Как измеряется напор в трубопроводе?

Напор в трубопроводе измеряется с помощью специальных приборов для измерения давления, которые называются манометрами. Манометры представляют собой устройства, состоящие из резервуара, наполненного жидкостью, и индикатора давления.

Для измерения напора используются два основных типа манометров: абсолютные и относительные. Абсолютные манометры измеряют давление относительно атмосферного давления, а относительные манометры измеряют разность давлений между двумя точками.

Для измерения напора в трубопроводах часто применяются относительные манометры. Они могут быть прямые или наклонные. Прямые манометры представляют собой прозрачную трубку, наполненную жидкостью, которая соединяется с трубопроводом. Наклонные манометры имеют изгиб, который позволяет измерить разность давлений между двумя точками трубопровода.

Измерение напора в трубопроводе обычно производится в единицах давления, таких как паскали (Па) или бары (бар). Для удобства использования могут также применяться другие единицы измерения, например, миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.) или килограммы на квадратный сантиметр (кгс/см²).

При измерении напора в трубопроводах необходимо учитывать различные факторы, такие как диаметр трубы, скорость движения жидкости, ее плотность и вязкость. Поэтому для получения точных результатов рекомендуется использовать калиброванные манометры и проводить измерения в соответствии с установленными стандартами.

Примеры единиц измерения давления:

Какая связь между напором и давлением? Какие размерности имеют эти параметры? Как они взаимно пересчитываются?

При гидравлическом расчете тепловых сетей, как правило, не учитывают отношение w 2 /2g, представляющее собой скорост­ной напор потока в трубопроводе, так как он составляет сравнительно небольшую до­лю полного напора и изменяется по длине сети незначительно. Обычно принимают

т.е. считают полный напор равным сумме пьезометрического напора и высоты распо­ложения оси трубопровода над плоскостью отсчета. Под пьезометрическим напором понимается давление в трубопроводе, вы­раженное в линейных единицах (обычно в метрах) столба той жидкости, которая пе­редается по трубопроводу.

Из (1.3) следует, что Н = Н0 — Z. Пьезо­метрический напор равен разности между полным напором и геометрической высо­той оси трубопровода над плоскостью от­счета. Падение давления и потеря напора в сети, или располагаемый перепад (раз­ность напоров), в сети связаны следующи­ми зависимостями:

(1.5)

Где δН — потеря напора или располагаемый напор, м; δр — падение давления, или рас­полагаемый перепад давления, Па; h, R — удельная потеря напора (безразмерная ве­личина) и удельное падение давления, Па/м.

12. Напишите формулу Дарси для расчета удельного линейного падения давления в трубопроводе. Назовите значения и размер­ности членов этого уравнения.

Исходной зависимостью для определе­ния удельного линейного падения в трубо­проводе является уравнение Дарси

(1.8)

где λ— коэффициент гидравлического тре­ния (безразмерная величина); w — скорость

среды, м/с; р — плотность среды, кг/м ; d—внутренний диаметр трубопровода, м; G — массовый расход, кг/с.

13. Что такое эквивалентная относительная ше­роховатость стенки трубопровода?

Под эквивалентной относительной шероховатостью реального трубопровода по-нимается искусственная относительная равномерная шероховатость цилиндрической стенки, коэффициент гидравлического трения которой в области Re > Re такой же, как и в данном реальном трубопроводе

14. Как определяется местное падение давления в трубопроводе? Почему эквивалентная дли­на местного сопротивления зависит от диа­метра трубопровода? Из каких уравнений это следует?

При нали­чии на участке трубопровода ряда местных сопротивлений суммарное падение давле­ния во всех местных сопротивлениях, Па, определяется по формуле

(1.18)

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на участке; ξ — безразмерная величина, зависящая от характера сопротивления.

Если представить прямолинейный тру­бопровод диаметром d, линейное падение давления на котором равно падению давле­ния в местных сопротивлениях, то длина та­кого участка трубопровода, называемая эк­вивалентной длиной местных сопротивле­ний, может быть найдена из равенства

(1.19)

откуда эквивалентная длина местных со­противлений, м,

= (1.20а)

При подстановке в(1.20) коэффициента гидравлического трения по Шифринсону формула для эквивалентной длины мест­ных сопротивлений приводится к виду

= (1.20б)

Как видно из (1.206), эквивалентная дли­на местных сопротивлений пропорциональ­на сумме коэффициентов местных сопро­тивлений в первой степени и диаметру тру­бопровода в степени 1,25.

15. Изложите основные требования к режиму давлений водяных тепловых сетей из усло­вия надежности работы системы теплоснаб­жения.

Основные требования к режиму давле­ний водяных тепловых сетей из условия на­дежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:

1) непревышение допустимых давлений в оборудовании источника, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое из­быточное (сверх атмосферного) давление в стальных трубопроводах и арматуре теп­ловых сетей зависит от применяемого сор­тамента труб и в большинстве случаев со­ставляет 1,6—2,5 МПа;

2) обеспечение избыточного (сверх ат­мосферного) давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреж­дения кавитации насосов (сетевых, подпи-точных, смесительных) и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невы­полнение этого требования приводит к кор­розии оборудования и нарушению цирку­ляции воды. В качестве минимального зна­чения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м вод. ст.)

3) обеспечение невскипания сетевой во­ды при гидродинамическом режиме систе­мы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе.

16. Какое преимущество имеет установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения? Всегда ли возможно такое решение? Чем ограничивается такая возмож­ность?

17. На основе каких условий на пьезометриче­ский график наносятся уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометри­ческих напоров для подающей и обратной линий системы теплоснабжения?

На пьезометрических графиках наносят­ся линии напоров для основной расчетной магистрали и характерных ответвлений как для гидродинамического режима, так и для статического состояния системы тепло­снабжения. Если гидродинамический ре­жим системы теплоснабжения сильно изме­няется в течение отопительного сезона или года, то на пьезометрический график нано­сятся линии напоров для наиболее харак­терных режимов системы.

Например, при открытой системе теплоснабжения на пье­зометрических графиках обычно приводят­ся линии напоров для трех характерных ре­жимов работы системы, а именно: при от­сутствии водозабора, при максимальном отборе воды из подающей линии тепловой сети, при максимальном отборе из обратной линии тепловой сети. Поскольку допустимые напоры являют­ся пьезометрическими, т.е. отсчитываются от оси трубопроводов, линии допустимых напоров для тепловой сети следуют за рель­ефом местности, так как при построении графика напоров обычно условно принима­ют, что оси трубопроводов тепловых сетей совпадают с поверхностью земли. При по­строении линии допустимых напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты, максимальный пьезометрический напор отсчитывают от нижней точки, а минимальный — от верхней точки этого оборудования. В част­ности, для пиковых водогрейных котлов максимально допустимый пьезометриче­ский напор отсчитывают от нижней точки котла, которую условно принимают совпа­дающей с поверхностью земли, а мини­мально допустимый напор — от верхнего коллектора котла, отметка которого по от­ношению к нижней точке котла обычно вы­ше на 10—15 м. В связи с возможным ло­кальным нагревом воды в отдельных труб­ках котла выше расчетной температуры в выходном коллекторе минимально допус­тимый пьезометрический напор определя­ют по температуре кипения воды, превы­шающей на 30 °С расчетную в выходном коллекторе котла.

Максимально допустимый гидравличе­ский пьезометрический напор обычно оп­ределяют: для подающей линии системы — из условия механической прочности обору­дования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоты (пароводяные подог­реватели, водогрейные котлы); для обрат­ной линии при зависимой схеме присоеди­нения абонентов — из условия механиче­ской прочности теплоиспользующего обо­рудования абонентских установок (ото­пительные и вентиляционные приборы); при независимой схеме соединения абонен­тов — из условия механической прочности водо-водяных подогревателей.

Минимально допустимый гидродинами­ческий пьезометрический напор обычно оп­ределяют: для подающей линии — из усло­вия защиты от вскипания воды; для обрат­ной линии — из условия предупреждения вакуума (давления меньше 0,1 МПа) в сис­теме, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.

18. Из каких условий выбираются схемы при­соединения установок к водяным тепловым сетям?

Основные требования к режиму давле­ний водяных тепловых сетей из условия на­дежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:

1) непревышение допустимых давлений в оборудовании источника, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое из­быточное (сверх атмосферного) давление в стальных трубопроводах и арматуре теп­ловых сетей зависит от применяемого сор­тамента труб и в большинстве случаев со­ставляет 1,6—2,5 МПа;

2) обеспечение избыточного (сверх ат­мосферного) давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреж­дения кавитации насосов (сетевых, подпи-точных, смесительных) и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невы­полнение этого требования приводит к кор­розии оборудования и нарушению цирку­ляции воды. В качестве минимального зна­чения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м вод. ст.)

3) обеспечение невскипания сетевой во­ды при гидродинамическом режиме систе­мы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе.

19. Приведите исходные данные для гидравли­ческого расчета разветвленной водяной теп­ловой сети. Какова последовательность от­дельных расчетных операций?

20. Приведите исходные данные для гидравли­ческого расчета разветвленной паровой се­ти. В чем состоит методика расчета?

21. По какому расходу воды выбираются диа­метры тепловой сети в открытых системах теплоснабжения?

В открытых системах теплоснабжения расчетные расходы воды получаются в ряде случаев различными для подающего и об­ратного трубопроводов (абонентские вводы с несвязанным регулированием при наличии регуляторов расхода перед отопительной системой). Однако подающие и обратные трубопроводы сети обычно прокладывают­ся одного диаметра, хотя имеют место случаи, когда целесообразно укладывать трубы разного диаметра согласно гидра­влическим расчетам. Расчетный расход во­ды в этом случае должен выбираться из ус­ловия, чтобы суммарная потеря напора при расходе воды в подающем (G0 + GB + Gr) и обратном (G0 + GB) трубопроводах была равна суммарной потере при одинаковом расходе воды G в подающем и обратном трубопроводах.

Этот расчетный расход воды, по которо­му и следует выбирать диаметры тепловой сети при использовании открытой системы, определяют по формуле

(1.28а)

где G0B — суммарный расчетный расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:

GО.B = G0 + GB; Gr — расчетный расход сетевой воды из подающего трубопровода на горячее водоснабжение. По СНиП «Те­пловые сети» [1]

22. Как определяется рабочий напор сетевых на­сосов водяной тепловой сети? Из каких сла­гаемых он состоит?

Рабочий напор сетевых на­сосов замкнутой водяной сети вычисляется по формуле

где δНт — потеря напора в подогреватель­ной установке (бойлерной) станции, пико­вой котельной и станционных коммуника­циях (обычно 20—25 м); δНп, δН0 — потери напора в подающей и обратной линиях теп­ловой сети (определяются гидравлическим расчетом сети); ΔНк — требующийся распо­лагаемый напор в конечной точке сети на абонентском вводе (МТП) или групповой подстанции (ГТП) с учетом потери напора в авторегуляторах.Значение ΔНк зависит от местной тепло-потребляющей установки и схемы ее при­соединения к тепловой сети. При размеще­нии узлов присоединения на абонентских вводах (МТП) можно принимать следую­щие значения ΔНк: при зависимом присоединении отопи­тельных и вентиляционных установок без применения элеваторов, а также при неза­висимом присоединении с помощью по­верхностных подогревателей 6—10 м; при присоединении отопительных уста­новок с помощью элеватора 15—20 м; при последовательном включении водо-водяных подогревателей горячего водо­снабжения и элеваторного узла 20—25 м. При групповом присоединении абонент­ских установок к тепловой сети через ГТП значения δНп и δН0 в (1.29) представляют собой потери напора в подающей и обратной линиях тепловой сети между источником те­плоты (ТЭЦ, котельной) и ГТП.

23. Как определяется рабочий напор подпиточных насосов в открытых системах тепло­снабжения?

В открытой системе теплоснабжения на­пор подпиточных насосов, устанавливае­мых на станции для восполнения водозабо­ра и утечек воды из тепловой сети, опреде­ляют исходя из летнего режима работы сис­темы по формуле

где Нст — статический напор в тепловой се­ти (обычно 60 м); δНл — суммарная потеря напора в подпиточной линии и в тепловой сети при летнем режиме работы системы; Z— геодезическая отметка уровня воды в баке, из которого ведется подпитка системы.

24. По какому расходу сетевой воды устанавли­вается проектная подача сетевых насосов? Какое допускается минимальное количество сетевых насосов на станции?

Проектная подача рабочих сетевых на­сосов, устанавливаемых на станции, долж­на соответствовать максимальному расходу воды в сети. Количество устанавливаемых сетевых насосов должно быть не менее двух, из которых один резервный. При чис­ле параллельно работающих сетевых насо­сов больше пяти установку резервного на­соса можно не предусматривать.

25. В чем состоит метод определения давления в конце длинного транзитного паропровода?

Какая связь между напором и давлением? Какие размерности имеют эти параметры? Как они взаимно пересчитываются? 5.00 из 5.00 3 оценки