Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 29

Гидравлический радиус, первое важное значение, используется для гидравлических расчетов как для труб под давлением, так и для безнапорных труб. Гидравлический радиус получается путем деления площади поперечного сечения потока на периметр трубы (а точнее, периметр, по которому поток контактирует со стенками трубы). Значение гидравлического радиуса зависит от уровня потока. Исследования и анализ гидравлического потока показали, что условия потока в системах напорных трубопроводов из ПВХ могут быть рассчитаны консервативно с использованием формулы Хазена – Вильямса. Условия потока также могут быть разработаны с более подробным анализом с помощью формулы Дарси – Вейсбаха. Коэффициенты расхода труб из ПВХ были обнаружены в результате исследований и анализа различных специалистов. Коэффициент расхода Хазена – Вильямса (или «C-фактор») обычно рассчитывается как диапазон значений от 155 до 165 как для новых, так и для уже находящихся в эксплуатации труб из ПВХ. Коэффициент был установлен консервативно на уровне C = 150 для конструкции трубопроводной системы из ПВХ с уплотнениями. Исследования также установили, что внутреннее наплавление, образуемое стыковым сплавлением ПВХ, также адекватно обрабатывается с помощью C-фактора, равного 150. Теперь рассмотрим характеристики потока в безнапорных трубопроводах из ПВХ.

Исследования гидравлического потока в этом случае показали, что условия потока в самотечных канализационных трубах из ПВХ можно проектировать консервативно, используя формулу Мэннинга. Хотя для определения потока в открытом канале с начала 1900-х годов использовалась формула Куттера, она была достаточно громоздкой и трудной для практического применения. Поэтому из-за своей относительной простоты формула Мэннинга стала предпочтительным методом проектирования. Подобно обычной воде, сточные воды будут формировать свой собственный уровень потока при попадании в трубу с наклоном, что вызывает движение сточных вод (это движение известно как «гравитационный поток»). Для упрощения решения проблемы проектирования канализации необходимо принять «устойчивые» условия потока, даже если большинство канализационных сетей работают с постоянно меняющимся расходом. Кроме того, до тех пор, пока поверхность сточных вод может расширяться или сжиматься, это считается потоком «открытого канала». Если поток в открытом канале не является условием, то считается, что канализационная система «течет полностью под напором» или «течет полностью под внутренним давлением». Уравнение Маннинга основано на приведенных выше предположениях о постоянном потоке и потоке в открытом канале для расчета расхода канализационной линии.

Как лабораторные, так и полевые исследования подтверждают вариабельность значений «n» в зависимости от материала трубы, количества стыков и качества каждого стыка с жесткими допусками. Наиболее распространенная ошибка в отношении критерия минимального уклона возникает в результате использования средней скорости потока, рассчитанной на основе широкого диапазона измерений скорости. Использование среднего значения не рекомендуется, поскольку значения «n» меняются в зависимости от условий потока. По мере увеличения скоростей соответствующее значение «n» будет уменьшаться, поскольку высокие скорости будут удерживать твердые частицы во взвешенном состоянии и минимизировать рост наслоений. Также по мере уменьшения скорости твердые частицы оседают, а наслоения становятся более густыми и неравномерными. Это означает, что параметры, используемые для определения минимальных уклонов канализационных коллекторов, должны основываться на данных, полученных при аналогичных скоростных условиях, то есть при скоростях потока не более 75 см / с. Ни в одном опубликованном техническом исследовании никогда не сообщалось о значении «n» выше 0,013 для канализационного трубопровода из ПВХ, работающего с рекомендованными минимальными скоростями, как во время эксплуатации, так и в лаборатории.

Лабораторные исследования и, что более важно, практические выводы показали, что значение «n» для ПВХ находится в диапазоне от 0,007 до 0,011. Эти относительно низкие значения можно отнести к не пористой гладкой поверхности трубы ПВХ, малому зазору на стыках, большой длине уложенных труб из ПВХ, что приводит к меньшему количеству стыков, а также химической стойкости и стойкости к истиранию ПВХ. Большая длина труб из ПВХ приводит к меньшему количеству стыков, чем это необходимо для продукции из конкурентных материалов трубопроводов. Это приводит к снижению потерь на трение для труб из ПВХ и более низкому значению коэффициента шероховатости «n». Ассоциация производителей труб из ПВХ Uni Bell рекомендует использовать коэффициент Мэннинга n = 0,009 для гидравлических расчетов канализационных труб из ПВХ. В специальной литературе на различных примерах показано, как уравнение Мэннинга используется при проектировании самотечной канализационной системы из ПВХ, мы же ограничимся указанной выше информацией, поскольку конкретные расчеты всегда можно найти в литературе.