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 – константа, която преобразува площта на тръбата и скоростта в галони в минута

Произход на константата

Дебитът винаги е равен на площта на напречното сечение, умножена по скоростта: Q = A × V. За кръгла тръба площта е A = π × (D/2)². Преобразуването на тази площ от квадратни инчове в квадратни футове и на кубичните футове в секунда в галони в минута (1 кубичен фут съдържа около 7,48 галона, а минутата има 60 секунди) свежда преобразуванията на единиците до едно число:

$\frac{\pi \times 60 \times 7.48}{4 \times 144} \approx 2.448$

Затова формулата умножава квадрата на диаметъра и скоростта по 2,448.

Как се изчислява GPM

Необходими са две измервания.

Вътрешен диаметър. Измерва се вътрешният диаметър на тръбата, а не външният. Номиналният размер на тръбата не винаги е действителният ѝ вътрешен диаметър. Вътрешният диаметър зависи от материала на тръбата и от дебелината на стената. Точната стойност се проверява в спецификацията на производителя.

Скорост. Това е скоростта на водата във футове в секунда. Разходомерът я дава директно. Без него скоростта може да се оцени по описания по-долу метод с кофа.

Въведете двете числа в калкулатора, за да получите дебита в GPM. Диаметърът трябва да е по-голям от нула, а скоростта не може да е отрицателна. Резултатът се закръглява до два знака след десетичната запетая.

Пример

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 от 3 инча пренася вода със скорост 10 фута (3 m) в секунда.

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

Това е около 220 GPM.

Измерване на скоростта без разходомер

Методът с кофа оценява дебита директно, без да са нужни отделно диаметър и скорост.

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. Най-добър резултат дават точното засичане на времето и известният обем на съда. Методът работи само когато целият поток може да бъде уловен, например при отворен край на тръба или маркуч.

Кога формулата не се прилага

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

• Частично пълни тръби. Членът за площта предполага, че течността запълва цялата тръба. Наполовина празна дренажна тръба пренася по-малко, отколкото предвижда формулата.
• Некръгли тръби. Овалните, правоъгълните или неправилните канали изискват друга формула за площта.
• Нестационарен поток. Формулата предполага постоянна скорост. Внезапното затваряне на вентили (воден удар) или цикличната работа на помпа изискват друг анализ.
• Близо до фитинги. Скоростта веднага след колено, тройник или вентил е неравномерна, затова едно измерване на скоростта там може да не представя средния дебит.

Типичен GPM по приложения

Федералните правила ограничават новите водопроводни кранове до 2,2 GPM и душ слушалките до 2,5 GPM. Ограничението за кранове важи при 60 PSI, а за душ слушалки — при 80 PSI.

Информационната служба на Университета на Небраска–Линкълн изброява дебитите, които домашните уреди обикновено изискват, за да работят правилно:

По-бързата вода не е винаги по-добра. Високата скорост увеличава загубите от триене, шума и риска от воден удар и ерозия на тръбите. Затова проектантите на водопроводи ограничават скоростта в захранващите тръби.

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?

Един американски галон е около 3,785 литра, така че за литри в минута умножете GPM по 3,785. Разделете GPM на 448,8 за кубични футове в секунда. Умножете GPM по 0,227 за кубични метра в час.

Колко GPM са необходими на едно типично жилище?

Съберете санитарните прибори, които вероятно работят едновременно, а не всички прибори в къщата. За домове с частни кладенци информационната служба на Небраска посочва минимум 10 GPM за дом с 2 спални и 2 бани и 12 GPM за 3 спални и 2 бани. Добавят се около 2 GPM за всяка допълнителна спалня или баня.

Защо материалът на тръбата влияе върху дебита?

Грапавите вътрешни повърхности създават триене, което забавя водата. Новите PVC и медни тръби имат гладка вътрешност и ниско триене. Поцинкованата стоманена тръба с времето става по-грапава, тъй като вътре се натрупват минерални отложения. Отложенията стесняват и светлия отвор, което намалява дебита, макар външният диаметър да не се променя.

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

Водата трябва да се движи по-бързо, за да достави същия обем през по-тясна тръба. По-високата скорост увеличава загубите от триене. Тя повишава и риска от воден удар при внезапно затваряне на вентили и може да причини шум и кавитация на помпата.

Работи ли тази формула за течности, различни от вода?

Да, по отношение на обемния дебит. Формулата само умножава площта на тръбата по скоростта, а константата 2,448 е чисто преобразуване на единици. Плътността не фигурира в нея, затова маслото при същия диаметър и скорост има същия GPM като водата. Плътността има значение само при преобразуване в масов дебит, например във фунтове в минута.

Източници

1. Национален институт по стандартизация и технологии (NIST). NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity. NIST SP 811, приложение B.9 — галон = 3,785412 l; кубичен фут = 0,02831685 м³ (7,48 галона).
2. Кодекс на федералните разпоредби на САЩ. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430.32 (Cornell LII) — максимум за кранове 2,2 GPM при 60 PSI; максимум за душ слушалки 2,5 GPM при 80 PSI.
3. Информационна служба на Университета на Небраска–Линкълн. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL Extension G2149 — типични дебити на уредите; минимални дебити при пиково потребление за домове.