Гидростатическое давление

Что это такое?

В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.

Оно определяется отношением силы к площади, то есть его физический смысл – это сила, действующая на единицу площади (см2).

Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.

Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.

Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.

Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.

В чем измеряется?

Перед началом работы нужно разобраться, с чем и в какой системе измерений придется работать. Со школьной скамьи все знают, что в физике давление – это сила, с которой вещество действует на стенки сосуда. Там же написано, что в СИ ему соответствуют паскали (Па) или ньютоны на квадратный метр (Н/м2).

На шкале оборудования для измерения давления воды можно встретить следующие обозначения:

1. Pa, Па, КПа, МПа. Паскаль – принятая в международной системе единиц мера давления.
2. Кгс/см2, kgf/cm2. Килограмм-сила на квадратный сантиметр – устаревшая единица.
3. Ата, atm. Техническая атмосфера. 1 ата = 1 кгс/см2.
4. Мм вод. ст., mm H2O. Миллиметр водяного столба.
5. Psi, psia, psig, lb/in2. Фунт на дюйм квадратный. Встречается на американских, европейских приборах.
6. Бар, bar. Величина, приближенно равная одной технической атмосфере.

В СНиП 2.04.02-84 давление приводится в мегапаскалях (МПа). Там же установлена величина нормального напора воды.

Напор – это механическая энергия потока на площади. Измеряется в метрах. Допустимые значения для жилых площадей обозначены в СНиП 2.04.01-85.

Нормативы

В Российской Федерации источниками нормальных величин давления в системе водоснабжения являются следующие нормативно-правовые акты:

• ;
• Свод правил 30.13330.2016;
• СНиП 31-01-2003;
• СНиП 2.04.02-84;
• СНиП 2.04.01-85.

Стоит заметить, что показания для холодного (ХВС) водоснабжения отличаются от горячего (ГВС). При высоких температурах давление может быстро меняться.

Для стабильной работы системы распределения, горячую воду подают под более низким давлением.

Нормативом устанавливается:

• ГВС = 0.03 – 0.45 МПа или 0.3 – 4.5 атмосферы;
• ХВС = 0.03 – 0.6 МПа или 0.3 – 6 атмосфер.

Если показатели не соответствуют указанным выше, то смело можно требовать перерасчет от поставщика услуг.

Даже небольшие отклонения от нормы быть причиной для обращения в соответствующие органы. Не стоит переплачивать за те услуги, которые были предоставлены с очевидными нарушениями. Узнать точные данные можно с помощью манометров.

Как посчитать потерю?

Потеря давления в водопроводной сети происходит по следующим причинам (засоры и ржавчина труб не рассматриваются):

1. Сопротивление трубы на прямых участках.
2. Местное сопротивление (изгибы, клапана и т.п.).

Для удобства подсчетов существуют онлайн-калькуляторы, которые в считанные секунды позволяют выяснить уровень падения давления в трубопроводе. Также для решения этой задачи можно воспользоваться специальными табличными данными.

Расчет на прямых участках

Для расчета потерь нужно выяснить:

• расход воды;
• материал трубопровода, его диаметр и длину.

Выбрав нужное значение в таблице и выяснить величину снижения давления.

Табличные данные для полипропиленовых труб, — для металлических труб в вычисления нужно добавить поправочный коэффициент 1,5. Если длина трубы меньше 100 метров, то результат умножается на коэффициент длины. Так для металлической трубы с диаметром 50 мм, длиной 35 метров и расходом воды в 6.0 м³/ч получится следующий результат: 1,6*0,35*1,5=0,84 мвс.

На местах

Также потери происходят на поворотах и изгибах трубопровода, а также в местах нахождения запорной арматуры и фильтров.

Для расчетов существует специальная таблица, чтобы ей воспользоваться нужно узнать скорость потока воды в трубе, — вычисляется это следующим образом: расход нужно разделить на площадь сечения трубы.

Основное уравнение гидростатики.

Это уравнение, позволяю­щее определить давление р в любой точке покоящейся жидкости.

Его записывают в следующем виде:

(6.1)

где — давление на поверхности жидкости (это может быть дав­ление газа или поршня); g — ускорение свободного падения; h — расстояние от рассматриваемой точки до поверхности. Согласно закону Паскаля давление , создаваемое внешними силами на поверхности жидкости в замкнутом сосуде, передается одинаково во все точки жидкости. В соответствии с этим законом давление, действующее на поверхности жидкости, будет добавляться к дав­лению в каждой точке объема независимо от ее положения по глубине.

Действие закона Паскаля можно проследить на примере рабо­ты гидравлического пресса (рис. 6.2), предназначенного для полу­чения больших усилий при прессовании материалов. Этот пресс включает в себя два цилиндра разного диаметра, соединенные трубой. В цилиндры помещены поршни. При воздействии силы на поршень меньшего диаметра с площадью сечения на жид­кость будет оказано давление

По закону Паскаля это давление передается во все точки жид­кости в замкнутом пространстве, в том числе на поверхность пор­шня сечением .Тогда сила воздействия на этот поршень

Выразив р через силу  получим цилиндру с сечением малой пло­щади, создают необходимое для испытаний значительное давление, которое по закону Паскаля пере­дается через соединительные труб­ки и воздействует на все стенки корпуса испытуемого аппарата.

Если в практических расчетах оперировать избыточным давле­нием, полагая, что в открытом сосуде давление на поверхности жидкости равно нулю ( = 0), то согласно формуле (6.1) давле­ние на глубине h

Горизонтальную плоскость, проведенную на произвольной вы­соте (там, где удобно), в гидравлике называют плоскостью сравне­ния.

Если от плоскости сравнения провести вертикаль до некото­рой точки жидкости, например точки A на рис. 6.3, то ее высоту в гидравлике называют геометрическим напором z в точке А.

Если к сосуду на некоторой глубине (на уровне точки А) присо­единить открытую сверху вертикальную трубку (ее называют пье­зометрической), то жидкость поднимется в ней до определенной высоты. Эту высоту называют пьезометрическим напором .

В сумме геометрический напор 1 и пьезометрический напор h_p образуют гидростатический напор h_r.

Что поможет определить?

Узнать давление воды, поможет манометр. На полках магазинов можно встретить много разновидностей этого прибора, которые различаются:

• схемой подключения;
• точностью (ценой деления);
• погрешностью;
• датчиком (механические, электронные);
• материалами;
• ценой.

В квартире, частном доме можно воспользоваться обычными стационарными манометрами. Они являются частью водопровода.

Другой вариант – переносной манометр. Он состоит из:

• корпуса;
• креплений;
• трубок.

Есть разновидности, которые ставят на место смесителей, душевых леек. Другие, менее точные, — можно надеть прямо на кран. Для их установки не требуются глубокие познания в сантехнике. С этим справиться любой человек, который хоть раз в жизни имел дело с сантехникой.

Особняком стоят электронные и электромеханические датчики. Такие комплексные системы в автоматическом режиме контролируют напор, повышают или понижают давление. Они часто являются частью насосных систем, для монтажа которых стоит вызвать сантехников-профессионалов.

Перед тем, как измерить давление в квартире или частном доме, необходимо приобрести прибор для точных замеров. Существуют способ померить давление без специального оборудования,  косвенно, но такие показания нельзя предоставить в ЖКХ.

Гидравлические удары в трубах водоснабжения

Вода, транспортируемая по трубам, имеет определенную инерцию, поэтому при резкой остановке жидкость начинает уплотняться в результате давления, оказываемого той частью воды, которая продолжает движение. В результате появляется сильная ударная волна, направленная в противоположную току воды сторону.

Для разных материалов скорость распространения ударной волны будет отличаться, но эта величина всегда достаточно опасна. Например, в том случае, если насос прекратил подачу воды в расположенный над ним резервуар, вода устремится вниз и тем самым создаст зону повышенного давления.

Эта зона рано или поздно все же достигнет резервуара, но отразится им в сторону насоса, который из-за гидравлического удара может начать работать в обратную сторону. Даже если установить обратный клапан, проблема все равно будет возникать – уплотненная вода все равно ударит в одну из слабых точек системы.

Чтобы такое явление не возникало, необходимо использовать обратный клапан, время срабатывания которого зависит от времени перемещения воды к резервуару и от него. Получится формула вида T = 2L/V, в которой L – расстояние между насосом и резервуаром, а V – скорость движения ударной волны.

Используя эту формулу и известные значения скорости распространения ударной волны, можно нивелировать воздействие гидроударов на систему водоснабжения. Для уменьшения скорости срабатывания обратных клапанов используются дополнительные клапаны-гасители, за счет которых и обеспечивается защита системы.

Заключение

Правильное давление в трубах водоснабжения – это один из важнейших параметров данной системы, напрямую влияющий на ее эффективность и долговечность. Рассчитывать давление в трубах водоснабжения в квартире и частном доме необходимо, чтобы снизить вероятность повреждения системы и последующего ремонта. 

2.1. Гидростатическое давление

В покоящейся жидкости всегда присутствует
сила давления, которая называется
гидростатическим давлением
. Жидкость
оказывает силовое воздействие на дно
и стенки сосуда. Частицы жидкости,
расположенные в верхних слоях водоема,
испытывают меньшие силы сжатия, чем
частицы жидкости, находящиеся у дна.

Рассмотрим резервуар с плоскими
вертикальными стенками, наполненный
жидкостью (рис.2.1, а). На дно резервуара
действует сила P
равная весу налитой
жидкостиG = γ V
, т.е.P = G
.

Если эту силу P
разделить на площадь
днаS
abcd
, то мы получимсреднее гидростатическое давление
,
действующее на дно резервуара.

Гидростатическое давление обладает
свойствами.

Свойство 1

. В любой точке
жидкости гидростатическое давление
перпендикулярно площадке касательной
к выделенному объему и действует внутрь
рассматриваемого объема жидкости.

Для доказательства этого утверждения
вернемся к рис.2.1, а
. Выделим на
боковой стенке резервуара площадкуS
бок
(заштриховано).
Гидростатическое давление действует
на эту площадку в виде распределенной
силы, которую можно заменить одной
равнодействующей, которую обозначимP
. Предположим, что равнодействующая
гидростатического давленияP
,
действующая на эту площадку, приложена
в точкеА
и направлена к ней под
углом φ (на рис. 2.1 обозначена штриховым
отрезком со стрелкой). Тогда сила реакции
стенкиR
на жидкость будет иметь ту
же самую величину, но противоположное
направление (сплошной отрезок со
стрелкой). Указанный векторR
можно
разложить на два составляющих вектора:
нормальныйR
n
(перпендикулярный
к заштрихованной площадке) и касательныйR
τ
к стенке.

Рис. 2.1. Схема, иллюстрирующая свойства
гидростатического давления а — первое
свойство; б — второе свойство

Сила нормального давления R
n
вызывает в жидкости напряжения сжатия.
Этим напряжениям жидкость легко
противостоит. СилаR
τ действующая
на жидкость вдоль стенки, должна была
бы вызвать в жидкости касательные
напряжения вдоль стенки и частицы должны
были бы перемещаться вниз. Но так как
жидкость в резервуаре находится в
состоянии покоя, то составляющаяR
τ
отсутствует. Отсюда можно сделать вывод
первого свойства гидростатического
давления.

Свойство 2

. Гидростатическое
давление неизменно во всех направлениях.

В жидкости, заполняющей какой-то
резервуар, выделим элементарный кубик
с очень малыми сторонами Δx
, Δy
,
Δz
(рис.2.1, б). На каждую из боковых
поверхностей будет давить сила
гидростатического давления, равная
произведению соответствующего давленияP
x
,P
y
,P
z
на элементарные площади. Обозначим
вектора давлений, действующие в
положительном направлении (согласно
указанным координатам) какP»
x
,P»
y
,P»
z
, а
вектора давлений, действующие в обратном
направлении соответственноP»»
x
,P»»
y
,P»»
z
.
Поскольку кубик находится в равновесии,
то можно записать равенства

P»
x Δy
Δz
=P»»
x Δy
Δz
P»
y Δx
Δz
=P»»
y Δx
Δz
P»
z Δx
Δy
+γ
Δx
, Δy
, Δz
=P»»
z Δx
Δy

где γ — удельный вес жидкости;
Δx
,
Δy
, Δz
— объем кубика.

Сократив полученные равенства, найдем,
что

P»
x
= P»»
x
;P»
y

= P»»
y
;P»
z
+ γΔz
=P»»
z

Членом третьего уравнения γΔz
, как
бесконечно малым по сравнению сP»
z
иP»»
z
, можно пренебречь
и тогда окончательно

P»
x
= P»»
x
;P»
y

= P»»
y
;P»
z
=P»»
z

Вследствие того, что кубик не деформируется
(не вытягивается вдоль одной из осей),
надо полагать, что давления по различным
осям одинаковы, т.е.

P»
x
= P»»
x
=P»
y

= P»»
y
=P»
z
=P»»
z

Это доказывает второй свойство
гидростатического давления.

Свойство 3

. Гидростатическое
давление в точке зависит от ее координат
в пространстве.

Это положение не требует специального
доказательства, так как ясно, что по
мере увеличения погружения точки
давление в ней будет возрастать, а по
мере уменьшения погружения уменьшаться.
Третье свойство гидростатического
давления может быть записано в виде

Как узнать показатель давления?

Определить показатели в системе можно как с помощью манометра, так и без использования прибора.

При помощи манометра

Существуют два варианта измерения напора в водопроводе. Первый вариант – постоянный контроль. Он предполагает стационарную установку манометра во вводном узле. Для этого устанавливают манометры на трубах горячего и холодного водоснабжения.

Еще один важный момент – манометры подключают после грубого очистного фильтра. Если владелец жилья хочет поставить еще фильтры тонкой очистки, то стоит поискать устройства, уже оснащенные манометрами. И еще – эти приборы устанавливают перед счетчиками расхода.

Второй вариант – это периодический контроль. Для этого нужно:

1. Приобрести необходимое оборудование. В данном случае — это бытовой манометр, насадка на кран (с одной из сторон она должна быть оснащена штуцером), подходящий по диаметру резиновый шланг.
2. Насадка устанавливается на кран, шланг подсоединяется к штуцеру одним концом, а второй должен быть подключен к входному отверстию измерительного прибора.
3. Все соединения, имеющиеся в этой схеме, нужно надежно затянуть с помощью хомутов, чтобы не было прорыва под сильным напором.
4. Открывают кран на максимум, чтобы измерить напор, и фиксируют полученный показатель.

Можно ограничиться упрощенной схемой. Для этого надо снять лейку с душевой смесителя и подключить к шлангу манометр.

Без манометра

Справиться с измерением можно и без манометра. Для этого понадобиться только шланг из прозрачного ПВХ.

Алгоритм такой:

• Шланг с одной стороны подключают к интересующей владельца точке водоразбора и фиксируют так, чтобы он был направлен вертикально.
• Открывают кран, и шланг начинают заполнять водой, пока она не достигнет уровня, соответствующего нижней точке крана. Одновременно верхнее отверстие герметично закрывают.
• Водопроводный кран открывают на максимум.
• Измеряют высоту водяного столба от уровня, установленного как нулевой до начала воздушной пробки. Высоту пробки тоже нужно измерить.

Складывают высоту столба с высотой пробки и делят на высоту пробки. Полученное значение нужно умножить на атмосферное давление, но оно в данном случае принимается равным 1 атм.

Подробная статья об измерении давления без прибора здесь.

Факторы, влияющие на показатель

При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:

• высота столба;
• плотность.

Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.

Сверху на содержимое сосуда давит также атмосферный воздух. Поэтому в сообщающихся сосудах уровень одинаков, ведь в каждом из них над поверхностью атмосфера одна и та же.

Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:

• внешней силы;
• веса воды.

При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.

Какая мощность в системе ГВС и ХВС?

Давление воды в многоэтажных домах, подключенных к центральной водопроводной сети, не постоянно.

Оно зависит от таких факторов, как этажность дома или время года, — так в летний сезон, особенно в многоэтажных домах становиться особо ощутима нехватка холодной воды, которая в это время идет на полив придомовых или приусадебных участков.

Муниципальные службы на практике стараются держать уровень на средних показателях в 3-4 атмосферы, правда, не всегда успешно. Минимальные показатели, при котором трубопровод дома может функционировать (и для ХВС, и для ГВС), составляют 0.3 бара на один этаж.

Величина напора горячего и холодного водоснабжения несколько отличается в пользу последнего (допускается разница до 25 %).

Объясняется это просто – холодная вода используется активней, поскольку нужна для функционирования канализации. Поэтому максимальные показатели для ХВС будут 6 атмосфер, а для ГВС – 4.5 атмосферы.

Вычисление

В каждой жидкости существует давление, обусловленное её собственным весом p=GS=mgS{\displaystyle p=G/S=mg/S}; так как m=ρV{\displaystyle m=\rho V}, то p=ρgVS{\displaystyle p=\rho gV/S}; учтём, что V=Sh{\displaystyle V=Sh} и получим формулу p=ρgh{\displaystyle p=\rho gh}.

Плотность жидкости ρ{\displaystyle \rho } зависит от температуры. Для очень точных вычислений плотность следует рассчитывать по специальной формуле. Давление на данной глубине одинаково во всех направлениях. Суммарное давление, обусловленное весом столба жидкости и давлением поршня, называют гидростатическим давлением.

Для бытовых расчетов можно принять, что с ростом глубины на каждые 10 метров пресной воды, давление увеличивается на 0,1 МПа (1 атмосфера).

Как устранить течь в трубе под давлением?

Устранение течи в трубе под давлением – это всегда временная мера, поскольку после нее все равно необходим полноценный ремонт. Существует несколько популярных методов:

1. Установка металлического хомута. Он используется тогда, когда заварить свищ в трубе не получается. При этом хомут стоит достаточно долго, хватит времени на то, чтобы подготовить замену. На место течи устанавливается резина или медицинский жгут, сверху – хомут, который затягивается с помощью болтов.
2. Применение аварийного клея на основе эпоксидных смол, содержащих вдобавок металлическую пыль. Клей достаточно надежен, но только если течь небольшая, поскольку иначе будет тяжело подготовить поверхность.
3. Наложение бинта, каждый слой которого пересыпается солью. В итоге получается довольно плотная «повязка». Соль в ней не растворяется, а как бы каменеет, но ненадолго. Такого ремонта хватит только на несколько дней.
4. Установка самореза – не лучший вид ремонта. Его не хватает надолго, и он очень ненадежен, подойдет он только в том случае, если другого выхода нет.

Применение на практике

Примеры использования знаний свойств воды:

1. Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
2. Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
3. Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
4. Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.

Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:

• выжимка масла из семян растений;
• спуск на воду со стапелей построенного судна;
• ковка и штамповка деталей;
• домкраты для подъема грузов.

Физика для средней школы

Гидростатическое давление

Рассмотрим равновесие однородной жидкости, находящейся в поле тяготения Земли.

На каждую частицу жидкости, находящейся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием этой силы каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. В результате давление внутри жидкости на разных уровнях не будет одинаковым. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное ее весом.

Давление, обусловленное весом жидкости, называют гидростатическим давлением.

Для количественного расчета мысленно выделим в жидкости малый объем цилиндрической формы, расположенный вертикально, сечением S и высотой h (рис. 1). В случае неподвижной жидкости вес этого цилиндра, а значит, и сила давления на площадку S в основании будет равна силе тяжести

Рис.1

Тогда давление на площадку

— гидростатическое давление, где —

плотность жидкости, h — высота столба жидкости. Таким образом, гидростатическое давление равно весу столба жидкости с единичным основанием и высотой, равной глубине погружения точки под свободной поверхностью жидкости.

Графически зависимость давления от глубины погружения в жидкость представлена на рисунке 2.

Рис. 2

Давление жидкости на дно не зависит от формы сосуда, а определяется только высотой уровня жидкости и ее плотностью. Во всех случаях, приведенных на рисунке 3, давление жидкости на дно сосудов одинаково.

Рис. 3

Жидкость давит на данной глубине одинаково по всем направлениям — не только вниз, но и вверх, и в стороны.

Следовательно, давление на стенку на данной глубине будет таким же, как и давление на горизонтальную площадку, расположенную на той же глубине.

Если над свободной поверхностью жидкости создается давление p то давление в жидкости на глубине будет

Обратите внимание на различие выражений: «давление жидкости на глубине h» и «давление в жидкости на глубине h». Это надо учитывать при решении различных задач

Силы давления на дно и на стенки можно рассчитать по формулам

— сила давления жидкости на горизонтальное дно, где S_д — площадь дна;

— сила давления жидкости на боковую прямоугольную вертикальную стенку сосуда, где S_ст — площадь стенки.

В покоящейся жидкости свободная поверхность жидкости всегда горизонтальна.

Нередко встречаются случаи, когда жидкость, покоясь относительно сосуда, движется вместе с ним. Если при этом сосуд движется равномерно и прямолинейно, то свободная поверхность жидкости будет горизонтальна. Но если сосуд движется с ускорением, то ситуация меняется и возникают вопросы о форме свободной поверхности жидкости, о распределении давления в ней.

Так, в случае горизонтального движения сосуда с ускорением в поле тяготения Земли любая часть жидкости массой m движется с тем же ускорением под действием равнодействующей силы давления , действующей со стороны остальной жидкости и силы тяжести (рис. 4).

Рис. 4

Основное уравнение динамики:

В результате свободная поверхность жидкости не будет горизонтальна, а образует с горизонтом угол , который можно легко найти, если спроецировать основное уравнение динамики на горизонтальную и вертикальную оси

Отсюда

Давление на горизонтальную поверхность (горизонтальное дно) будет возрастать в направлении, противоположном ускорению.

Физические свойства

У давления воды есть разные физические свойства. Какие?

На глубине

При погружении на глубину давление воды будет расти. Здесь используется такая формула:

Р = ρ × g × h, причем:

1. ρ – это плотность воды,
2. g – средний показатель ускорения для свободного падения, который принимают равным 9,81 с/ кв.с (или даже 10 – для грубых подсчетов),
3. h – глубина, для которой и выполняются расчеты.

Температура замерзания воды под давлением

В целом с повышением давления температура замерзания падает, вплоть до отрицательных температур. Например, при показателе в 2 атм вода замерзает уже не при 0°С, а при –2°С, а при давлении 3 атм – при –4°С.

Сила

Из школьного курса известно, что это понятие отражает такое явление, как силу, которое вода, налитая в сосуд, оказывает на его дно. То есть сила считается как вес водяного столба определенной высоты с площадью основания такой же, как у этого сосуда.

Детально о силе давления читайте здесь.

Как зависит расход H2O от напора и диаметра трубы

Формула зависимости достаточно сложна. Но в общих чертах можно сказать, что чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление ее стенок и тем ниже давление.

Таким образом, при большем диаметре водопроводных труб вода транспортируется быстрее и с меньшей потерей напора, но и расход получается выше.

Минимальные и максимальные показатели

Для технических целей нужно знать наименьшее и наибольшее значение показателей в системе водоснабжения.

В данном случае минимум для давления составляет 1 атмосферу. Именно такого уровня достаточно для того, чтобы обеспечить «самотек», то есть движение за счет одной только гравитации.

Максимальное давление в водопроводной системе ограничено техническими характеристиками ее компонентов, например, производительностью насосов.

В магистральных водопроводах в городских условиях этот показатель составляет 7-10 атмосфер, но в квартире он будет ниже – 6-7 атмосфер, и примерно столько же – в загородных домах.

Напор в жилых домах

И в квартире, и в частном доме напор воды регулируется одним и тем же СНиП 2.04.01-85. Только нужно учитывать, что в многоквартирных домах есть еще определенные отклонения от нормы в зависимости от этажа.

В квартире

Для горячей воды, если квартира расположена на первом этаже, нормой считается 4-4,5 бара. Для холодной воды нормой считается показатель в 4,5-5 бар.

Об уровне давления воды в квартире более подробно здесь.

В частном доме

Для горячей воды норматив будет практически таким же, как для квартиры – 4-4,5 бара.

С учетом того, что в домах часто стоят насос относительно небольшой мощности, то для ХВС нормальным считается и значение 2,8-3,5 бара.

Но если водопроводная система используется и для полива участка, то ставят более мощный насос, и тогда уровень напора воды может достигать 6 бар.

Приборы для измерения давления.

По способу измерения дав­ления приборы разделяют на жидкостные и механические. Про­стейшим жидкостным прибором является пьезометр — пьезомет­рическая трубка, снабженная шкалой (его конструкция соответ­ствует схеме, приведенной на рис. 6.3). При известной глубине hточки присоединения пьезометра можно определить давление на поверхности :

Рис. 6.4. Жидкостные приборы для измерения давления: a — манометр; б — микроманометр; p —давление газа в сосуде; — атмосферное давление; — разность уровней жидкости; l — длина трубки, соответ­ствующая ; а — угол наклона трубки.   Давление газа р в сосуде (рис 6.4, а) можно определить с по­мощью U-образного жидкостно­го манометра: где — разность уровней жид­кости в манометре. Для определения малых зна­чений давления в сосуде исполь­зуют микроманометр (рис. 6.4, б), который    имеет наклонную труб­ку со шкалой. Вместо разности уровней  измеряют длину труб­ки l, соответствующую  , а давление находят по формуле  где a — угол наклона трубки.

В производственных условиях для измерения больших значе­ний давления применяют компактные и прочные механические манометры. Эти приборы снабжены упругими механическими эле­ментами — полыми изогнутыми пружинами или мембранами, которые деформируются при изменении давления. Перемещение упругих элементов передается стрелке, снабженной шкалой. Схе­мы таких механических маномет­ров представлены на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Механические манометры: а — пружинный; б — мембранный; р — давление

Приборы для измерения вакуумметрического давления на­зывают вакуумметрами. По кон­струкции и принципу действия они аналогичны описанным выше приборам. На шкалу ваку­умметра нанесен знак минус, и прибор показывает отрицатель­ное давление по отношению к атмосферному. Пример. Какой силе должны противостоять болты крепления крышки люка-лаза в аппарате,

Рис. 6.6. Схема аппарата с люком-лазом, рабо­тающего под давлением: р — давление на поверхности жидкости; Р — сила, действующая на крышку; D — диаметр люка-лаза; — расстояние от центра тяжести крышки до по­верхности жидкости работающем под давлением (рис. 6.6)? Сила Р действующая на плоскую крышку, рав­на произведению давления в центре ее тяжести на площадь крышки S. С учетом формулы (6.1) где — расстояние от центра тяжести крышки до поверхности жидкости. Общая формула (6.2) упрощается в двух частных случаях:

1) если аппарат открытый, то атмосферное давление р дей­ствует на крышку как со стороны жидкости, так и снаружи. Соот­ветствующие силы уравновешивают друг друга, поэтому расчет выполняют без учета давления :

2) если давление на поверхности жидкости многократно превышает давление, создаваемое столбом жидкости (что имеет место в поршневых насосах, гидроцилиндрах объемного гидро­привода, аппаратах, работающих при высоком давлении), то силу Р определяют по формуле

Что делать в случае снижения напора?

Падение напора воды может быть связано с серьезными поломками, но иногда – все дело в длительном отключении электроэнергии или каких-то бытовых проблемах. Так что начинать нужно с тщательного осмотра системы.

В газовом котле

Падение давления в газовом котле приводит к остановке его работы. Современное оборудование обычно оснащено автоматикой, которая отключает котел при прекращении подачи воды.

Владельцу дома нужно:

1. Осмотреть котел, чтобы убедиться, что нет повреждений.
2. Проверить всю отопительную систему, чтобы выявить течь.

   Иногда проблемы возникают из-за того, что стыки между трубами не выдерживают давления, возникает протечка, и напор снижается. Выявленную течь нужно устранить.

3. Зафиксировать показания манометра. Если он показывает значение на уровне 1 атм., можно попробовать открыть кран подпитки и добавить воду в ручном режиме.

   Если это не дало результата, следует вызывать мастера из сервисной службы. Специалист сможет выявить причину поломки и устранить ее, что гораздо безопаснее собственных усилий.

Причины падения давления в газовом котле при включении горячей воды описаны здесь.

В квартире

Если снизился напор в квартире, нужно:

• Проверить, нет ли засора в трубах.
• Проверить на предмет загрязнения аэратор. Если будут обнаружены засоры, устранить их.
• Если после устранения засора ситуация не изменилась, нужно установить дополнительно проточный насос (это разновидность циркуляционного оборудования). Преимуществом такого насоса является то, что он не требует получения дополнительных разрешений. Напор в этом случае можно контролировать вручную или автоматически.
• Прибор подбирают так, чтобы его мощность и производительность соответствовали потребностям в подаче воды. Например, если есть три точки водоразбора, то 3,5 кубометра/час – это нормальный показатель, напора хватит для работы приборов.

Заключение

Гидростатическое давление воды – это очень важный показатель. Он позволяет производить не только расчеты при разработке и производстве различных устройств, работающих на основе законов гидростатики.

Его часто задействуют и простые люди, на самом обычном бытовом уровне, даже не подозревая об этом. Например, используя прибор для измерения артериального давления, или включая насос на даче.

Три свойства, которыми обладает гидростатика воды, остаются неизменными при любых обстоятельствах, что полезно помнить. Ведь при необходимости, можно даже самостоятельно произвести какие-либо математические расчеты. Например, вычислить ГДВ на дне моря или океана.