Решение задачи 15: Расчет газопровода 6-этажного дома

Решение задачи 15: Определение диаметров труб и потерь давления газа во внутреннем газопроводе 6-этажного 48-квартирного жилого дома. Для решения этой задачи нам потребуется использовать нормативные документы и методики расчета газопроводов. В данном случае, мы будем опираться на общие принципы проектирования систем газоснабжения жилых домов. Исходные данные: 1. Этажность дома: 6 этажей. 2. Количество квартир: 48 квартир. 3. Тип газопровода: внутренний. Предположения (для упрощения расчетов, если не указаны дополнительные данные): * Газ: природный газ (метан). * Давление газа: низкое (до 5 кПа). * Средний расход газа на одну квартиру: примем 1,2 м³/ч (для плиты и водонагревателя, если нет других данных). * Скорость движения газа в трубах: не более 7 м/с для внутренних газопроводов низкого давления. * Материал труб: стальные трубы. Порядок расчета: 1. Определение общего расчетного расхода газа. 2. Определение диаметров участков газопровода. 3. Расчет потерь давления.

1. Определение общего расчетного расхода газа

Сначала определим количество квартир на каждом этаже. Количество квартир на этаже = Общее количество квартир / Количество этажей Количество квартир на этаже = 48 квартир / 6 этажей = 8 квартир/этаж. Теперь определим общий расчетный расход газа для всего дома. Общий расчетный расход газа \(Q_{общ}\) = Средний расход газа на одну квартиру \(q_{кв}\) * Количество квартир \(N_{кв}\) \(Q_{общ} = 1,2 \text{ м}^3/\text{ч} \cdot 48 \text{ квартир} = 57,6 \text{ м}^3/\text{ч}\). Для более точного расчета, особенно для многоквартирных домов, используется коэффициент одновременности \(K_{одн}\), который учитывает, что не все приборы работают одновременно. Для 48 квартир коэффициент одновременности может быть принят, например, 0,3-0,4 (точное значение берется из нормативных таблиц). Примем \(K_{одн} = 0,35\). Расчетный расход газа \(Q_{расч}\) = \(Q_{общ} \cdot K_{одн}\) \(Q_{расч} = 57,6 \text{ м}^3/\text{ч} \cdot 0,35 = 20,16 \text{ м}^3/\text{ч}\). Переведем расход в м³/с для удобства дальнейших расчетов: \(Q_{расч} = 20,16 \text{ м}^3/\text{ч} / 3600 \text{ с/ч} \approx 0,0056 \text{ м}^3/\text{с}\).

2. Определение диаметров участков газопровода

Внутренний газопровод состоит из стояков и горизонтальных разводок по этажам. Расчет диаметров труб производится по допустимой скорости газа или по допустимым потерям давления. Для внутренних газопроводов низкого давления часто используют метод допустимых скоростей. Формула для определения площади сечения трубы: \(A = Q / v\), где \(A\) - площадь сечения трубы, м² \(Q\) - расход газа, м³/с \(v\) - допустимая скорость газа, м/с Площадь сечения трубы также выражается через диаметр: \(A = \pi \cdot d^2 / 4\), где \(d\) - внутренний диаметр трубы, м Отсюда, внутренний диаметр трубы: \(d = \sqrt{4 \cdot Q / (\pi \cdot v)}\) Примем допустимую скорость газа \(v = 5 \text{ м/с}\) (для внутренних газопроводов низкого давления).

Расчет диаметра главного стояка (от ввода до первого этажа)

Расход газа в главном стояке равен расчетному расходу для всего дома: \(Q_{расч} = 0,0056 \text{ м}^3/\text{с}\). \(d_{гл} = \sqrt{4 \cdot 0,0056 / (\pi \cdot 5)} = \sqrt{0,0224 / 15,7} \approx \sqrt{0,001426} \approx 0,0377 \text{ м} = 37,7 \text{ мм}\). По сортаменту стальных труб выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр. Например, труба с условным проходом Ду 40 мм (внутренний диаметр может быть около 40-42 мм).

Расчет диаметров стояков на этажах

Расход газа в стояке уменьшается по мере подключения квартир. Расход газа на один этаж: \(Q_{эт} = q_{кв} \cdot \text{Количество квартир на этаже} \cdot K_{одн\_эт}\). Для 8 квартир на этаже, примем \(K_{одн\_эт} = 0,5\) (коэффициент одновременности для меньшего числа потребителей выше). \(Q_{эт} = 1,2 \text{ м}^3/\text{ч} \cdot 8 \text{ квартир} \cdot 0,5 = 4,8 \text{ м}^3/\text{ч}\). \(Q_{эт} = 4,8 \text{ м}^3/\text{ч} / 3600 \text{ с/ч} \approx 0,00133 \text{ м}^3/\text{с}\). Диаметр стояка для одного этажа (или участка, питающего 8 квартир): \(d_{эт} = \sqrt{4 \cdot 0,00133 / (\pi \cdot 5)} = \sqrt{0,00532 / 15,7} \approx \sqrt{0,000339} \approx 0,0184 \text{ м} = 18,4 \text{ мм}\). По сортаменту выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр. Например, труба с условным проходом Ду 20 мм (внутренний диаметр может быть около 20-22 мм).

Расчет диаметров горизонтальных разводок по этажам

На каждом этаже 8 квартир. Разводка может быть выполнена таким образом, что от стояка отходят две ветки по 4 квартиры или одна ветка на все 8 квартир. Предположим, что от стояка идет одна горизонтальная разводка, питающая 8 квартир. Тогда расход газа в начале этой разводки будет \(Q_{эт} = 4,8 \text{ м}^3/\text{ч}\). Диаметр будет такой же, как и для стояка, питающего 8 квартир, то есть Ду 20 мм. По мере удаления от стояка, расход газа уменьшается, и диаметр может быть уменьшен. Например, для участка, питающего 2 квартиры: \(Q_{2кв} = 1,2 \text{ м}^3/\text{ч} \cdot 2 \text{ квартиры} \cdot 0,7 \approx 1,68 \text{ м}^3/\text{ч} \approx 0,000467 \text{ м}^3/\text{с}\). \(d_{2кв} = \sqrt{4 \cdot 0,000467 / (\pi \cdot 5)} = \sqrt{0,001868 / 15,7} \approx \sqrt{0,000119} \approx 0,0109 \text{ м} = 10,9 \text{ мм}\). По сортаменту выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр. Например, труба с условным проходом Ду 15 мм (внутренний диаметр может быть около 15-16 мм).

Диаметры ответвлений к газовым приборам

Для подключения одной газовой плиты обычно используется труба Ду 15 мм.

3. Расчет потерь давления

Потери давления в газопроводе рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха или по упрощенным формулам для газопроводов низкого давления. Для низкого давления часто используется формула: \[ \Delta P = L \cdot R \] где: \( \Delta P \) - потери давления, Па \( L \) - длина участка газопровода, м \( R \) - удельное сопротивление трения, Па/м Удельное сопротивление \(R\) зависит от расхода газа, диаметра трубы, плотности газа и коэффициента гидравлического сопротивления. Для практических расчетов часто используются таблицы или номограммы, где \(R\) приводится для различных диаметров и расходов. Примем упрощенную формулу для потерь давления в газопроводах низкого давления (например, из СНиП или СП): \[ \Delta P = A \cdot \frac{Q^2 \cdot L}{d^5} \] где: \( \Delta P \) - потери давления, Па \( A \) - коэффициент, зависящий от плотности газа, шероховатости трубы и единиц измерения (для природного газа и стальных труб может быть принят \(A \approx 0,00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000