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.

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:

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

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