Калкулатор за дебит в GPM - Инструмент за галони в минута

Какво е GPM (галони в минута)?

GPM означава галони в минута. Този показател измерва количеството вода (или друга течност), което преминава през тръба, клапан или арматура за една минута. GPM е стандартната единица за дебит във водопроводните, напоителните и противопожарните системи в Съединените щати.

GPM се различава от налягането. Налягането, измервано в PSI (фунтове на квадратен инч), е силата, която изтласква водата през тръбата. GPM е действителният подаван обем. Тръбопроводът може да има високо налягане, но малък дебит, ако тръбата е тясна, или голям дебит при умерено налягане, ако тръбата е широка.

Формула за дебита в GPM

Формулата за дебита в GPM преобразува вътрешния диаметър на тръбата и скоростта на водата в дебит:

$\text{GPM} = 2.448 \times D^2 \times V$

• GPM – дебит в галони в минута
• D – вътрешен диаметър на тръбата, в инчове
• V – скорост на водата, във футове в секунда
• 2,448 – коефициентът за преобразуване на единиците, закръглен до четири цифри

Произход на константата

Дебитът винаги е равен на площта на напречното сечение, умножена по скоростта: Q = A × V. При кръгла тръба площта A = π × (D/2)², което е (π/4) × D² квадратни инча. Умножаването по скоростта в инчове в секунда (12 × V) и по 60 секунди в минута дава кубични инчове в минута. Един американски течен галон е точно 231 кубични инча (3790 cm³), така че делението на 231 дава галони в минута. Всички стъпки с единиците се свеждат до един коефициент:

$\frac{\pi \times 12 \times 60}{4 \times 231} = \frac{60\pi}{77} = 2.44799\ldots$

Наръчниците закръглят този коефициент до 2,448. Този калкулатор използва незакръглената стойност, затова резултатът може да се различава от ръчното изчисление в последната показана цифра. Тръба с размер 10 инча при 10 фута (3 m) в секунда дава тук 2 447,99 GPM, в сравнение с 2 448,00 при закръглената константа.

Как се изчислява GPM

Необходими са две измервания.

Вътрешен диаметър. Измерете вътрешния, а не външния диаметър на тръбата. Номиналният размер на тръбата невинаги съвпада с действителния ѝ вътрешен диаметър — стоманена тръба с номинален размер 1 инч Schedule 40 има вътрешен диаметър приблизително 1,05 инча (2,67 cm), а при различните материали и серии има допълнителни разлики. Проверете точната стойност в техническата спецификация на производителя.

Скорост. Това е скоростта на водата във футове в секунда. Дебитомерът я измерва директно. Ако няма такъв уред, дебитът може да се измери по друг начин чрез описания по-долу метод с кофа.

Въведете и двете числа в калкулатора, за да получите дебита в GPM.

Примерно изчисление

Тръба с размер 2 инча пренася вода със скорост 5 фута (1,5 m) в секунда.

GPM = 2,448 × 2² × 5 = 2,448 × 4 × 5 = 48,96

Дебитът е приблизително 49 галона (185 l) в минута.

Втори пример

Тръбопровод за охладена вода с размер 3 инча работи при 10 фута (3 m) в секунда — типична скорост за тръбопроводи в търговски ОВК системи.

GPM = 2,448 × 3² × 10 = 2,448 × 9 × 10 = 220,32

Това е приблизително 220 GPM. При оразмеряването на търговски охладителни системи често се използва ориентировъчно правило от около 2,4 галона (9,08 l) в минута за всеки тон охладителна мощност. При този дебит 220 GPM осигурява около 90 тона (82 t) охлаждане.

Измерване на дебита без дебитомер

Методът с кофа измерва дебита директно, без да е необходимо отделно да се знаят диаметърът и скоростта.

1. Поставете съд с известен обем, например кофа с вместимост 5 галона, под струята.
2. Измерете времето за напълване в минути.
3. Разделете обема на времето: GPM = обем ÷ време.

Ако кофата се напълни за 45 секунди (0,75 минути), дебитът е 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Този метод е точен до няколко процента, ако обемът и времето са измерени внимателно, но работи само там, където целият дебит може да бъде уловен, например при отворен край на тръба или маркуч. Преобразуването на основната формула по друг начин превръща този резултат обратно в скорост: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Кога формулата не се прилага

Формулата предполага вода, която тече през пълна кръгла тръба при постоянни условия.

• Частично пълни тръби. Тръбата трябва да е пълна. Наполовина пълният канализационен тръбопровод пренася много по-малко от предвиденото по формулата, защото течността заема само част от напречното сечение.
• Некръгли тръби. Овалните, правоъгълните или неправилните канали изискват друга формула за площта.
• Нестационарен поток. Формулата предполага постоянна скорост. Внезапното затваряне на клапани (хидравличен удар) или цикличната работа на помпа изискват друг анализ.
• В близост до фитинги. Скоростта непосредствено след коляно, тройник или клапан е неравномерна. Най-точни са измерванията на разстояние най-малко 10 диаметъра на тръбата след всеки фитинг.

Типични дебити според приложението

Препоръчителните скорости на водата в тръбите също зависят от предназначението: захранващите тръбопроводи в жилищата обикновено се проектират за 4–7 фута в секунда, а смукателните тръбопроводи на помпи — за 2–5 фута в секунда. Скорост, значително над 8 фута (2,4 m) в секунда, увеличава риска от хидравличен удар, шум и ерозия на тръбите.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между GPM и налягането на водата?

GPM измерва обема вода, подаван за минута. Налягането (PSI) измерва силата, която изтласква водата през тръбата. Тръбата може да има високо налягане и малък GPM, ако е тясна, или голям GPM и умерено налягане, ако е широка.

Как се преобразува GPM в други единици за дебит?

Умножете GPM по 3,785 за литри в минута. Разделете GPM на 448,8 за кубични фута в секунда. Умножете GPM по 0,227 за кубични метри в час.

Колко GPM са необходими на едно типично жилище?

Съберете арматурите, които вероятно ще работят едновременно, а не всички арматури в жилището. Дом, в който един или двама души се къпят, работеща мивка и съдомиялна машина, може да се нуждае от 8–10 GPM. Повечето жилища с две или три бани се захранват от тръбопровод, оразмерен за 8–12 GPM.

Защо материалът на тръбата влияе върху дебита?

Грапавите вътрешни повърхности създават триене, което забавя водата. Новите PVC и медните тръби имат гладки вътрешни повърхности и малко триене. Поцинкованата стоманена тръба става по-груба с времето, тъй като вътре се натрупват минерални отлагания, което може да намали дебита с 30–50% след няколко десетилетия, въпреки че външният диаметър не се променя.

Какво се случва, ако тръбата е твърде малка за необходимия дебит?

Водата трябва да се движи по-бързо, за да пренесе същия обем през по-тясна тръба. По-високата скорост увеличава загубите от триене, повишава риска от хидравличен удар при внезапно затваряне на клапаните и може да причини шум и кавитация на помпата. Поддържането на скорост под около 8 фута (2,4 m) в секунда в захранващите тръбопроводи предотвратява повечето от тези проблеми.

Работи ли тази формула за течности, различни от вода?

Да, за обемен дебит. Коефициентът е само преобразуване между инчове, футове, секунди, минути и галони, така че е приложим за всяка течност, която изпълва кръгла тръба. Плътността не променя обема, който преминава през дадена точка. Плътността променя масовия дебит, необходимото налягане за избутване на течността и мощността на помпата, затова за масла и суспензии са нужни отделни изчисления на загубите на налягане.

Източници

1. Американска асоциация по водоснабдяване. Водомери — избор, монтаж, изпитване и поддръжка (Ръководство на AWWA M6).
2. Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2017). Механика на флуидите: основи и приложения. McGraw-Hill Education.
3. Международна асоциация на водопроводните и механичните специалисти. Единен водопроводен кодекс.
4. Агенция за опазване на околната среда на САЩ. Програма WaterSense.