GPM Srauto Greičio Skaičiuoklė - Galonų Per Minutę Įrankis

Kas yra GPM (galonai per minutę)?

GPM reiškia galonus per minutę. Tai matas, kiek vandens (ar kito skysčio) per vieną minutę prateka vamzdžiu, vožtuvu arba santechnikos įrenginiu. GPM yra standartinis debito vienetas Jungtinių Valstijų vandentiekio, drėkinimo ir priešgaisrinėse sistemose.

GPM skiriasi nuo slėgio. Slėgis, matuojamas PSI (svarais kvadratiniam coliui), yra jėga, stumianti vandenį vamzdžiu. GPM yra faktiškai tiekiamas tūris. Vamzdyje gali būti didelis slėgis, bet mažas debitas, jei vamzdis siauras, arba didelis debitas esant nedideliam slėgiui, jei vamzdis platus.

GPM debito formulė

GPM debito formulė paverčia vamzdžio vidinį skersmenį ir vandens greitį debitu:

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

• GPM – debitas galonais per minutę
• D – vamzdžio vidinis skersmuo coliais
• V – vandens greitis pėdomis per sekundę
• 2,448 – vienetų perskaičiavimo koeficientas, suapvalintas iki keturių skaitmenų

Iš kur gaunama konstanta

Debitas visada lygus skerspjūvio plotui, padaugintam iš greičio: Q = A × V. Apvalaus vamzdžio plotas A = π × (D/2)², t. y. (π/4) × D² kvadratinių colių. Padauginus iš greičio coliais per sekundę (12 × V) ir iš 60 sekundžių per minutę, gaunami kubiniai coliai per minutę. Vienas JAV skystasis galonas yra lygiai 231 kubinio colio, todėl dalijant iš 231 gaunami galonai per minutę. Visi vienetų perskaičiavimo veiksmai susiveda į vieną koeficientą:

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

Žinynuose šis koeficientas suapvalinamas iki 2,448. Ši skaičiuoklė naudoja nesuapvalintą reikšmę, todėl atsakymas gali skirtis nuo rankiniu būdu apskaičiuoto paskutiniu rodomu skaitmeniu. 10 colių vamzdžiu, kuriuo vanduo teka 10 pėdų (3 m) per sekundę greičiu, čia gaunamas 2 447,99 GPM, o naudojant suapvalintą konstantą – 2 448,00.

Kaip apskaičiuoti GPM

Reikia dviejų matavimų.

Vidinis skersmuo. Išmatuokite vamzdžio vidinį, o ne išorinį skersmenį. Vardinis vamzdžio dydis ne visada sutampa su tikruoju vidiniu skersmeniu – vardinio 1 colis Schedule 40 plieninio vamzdžio vidinis skersmuo yra maždaug 1,05 colio (2,67 cm), o skirtingoms medžiagoms ir vamzdžių serijoms būdingi dar didesni skirtumai. Tikslią reikšmę patikrinkite gamintojo specifikacijų lape.

Greitis. Tai vandens greitis pėdomis per sekundę. Srauto matuoklis šį dydį parodo tiesiogiai. Jei jo nėra, debitą galima išmatuoti kitu būdu, naudojant toliau aprašytą kibiro metodą.

Įveskite abu skaičius į skaičiuoklę, kad gautumėte debitą GPM.

Skaičiavimo pavyzdys

2 coliai skersmens vamzdžiu vanduo teka 5 pėdų (1,5 m) per sekundę greičiu.

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

Debitas yra maždaug 49 galonai (185 L) per minutę.

Antrasis pavyzdys

3 coliai atšaldyto vandens vamzdynu vanduo teka 10 pėdų (3 m) per sekundę greičiu – tai įprastas komercinių ŠVOK vamzdynų greitis.

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

Tai yra maždaug 220 GPM. Komercinių aušinimo sistemų galia dažnai preliminariai parenkama pagal taisyklę – maždaug 2,4 galono per minutę kiekvienai aušinimo galios tonai. Esant tokiam debitui, 220 GPM užtikrina maždaug 90 tonų (82 t) aušinimo galią.

Debito matavimas be srauto matuoklio

Kibiro metodu debitas išmatuojamas tiesiogiai, atskirai nematuojant skersmens ir greičio.

1. Padėkite žinomo tūrio indą, pavyzdžiui, 5 galonai talpos kibirą, po srautu.
2. Išmatuokite, per kiek laiko jis prisipildo, minutėmis.
3. Padalykite tūrį iš laiko: GPM = tūris ÷ laikas.

Jei kibiras prisipildo per 45 sekundes (0,75 minutės), debitas yra 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Jei tūris ir laikas išmatuojami kruopščiai, šio metodo paklaida neviršija kelių procentų, tačiau jis tinka tik tada, kai galima surinkti visą srautą, pavyzdžiui, ties atviru vamzdžio galu arba žarna. Pertvarkius pagrindinę formulę, šį rezultatą galima paversti greičiu: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Kada formulė netaikoma

Formulė taikoma, kai vanduo teka pilnu apvaliu vamzdžiu pastoviomis sąlygomis.

• Nevisiškai užpildyti vamzdžiai. Vamzdis turi būti pilnas. Pusiau pilna nuotekų linija perneša gerokai mažiau, nei numato formulė, nes skystis užima tik dalį skerspjūvio.
• Neapvalūs vamzdžiai. Ovaliems, stačiakampiams ar netaisyklingiems kanalams reikia kitos ploto formulės.
• Nestacionarus srautas. Formulė daro prielaidą, kad greitis yra pastovus. Staigus vožtuvų uždarymas (hidraulinis smūgis) arba cikliškai veikiantis siurblys reikalauja kitos analizės.
• Šalia jungiamųjų detalių. Iškart už alkūnės, trišakio ar vožtuvo greitis nėra tolygus. Tiksliausi matavimai atliekami bent 10 vamzdžio skersmenų atstumu už bet kurios jungties, srauto kryptimi.

Tipiniai debitai pagal paskirtį

Rekomenduojamas vamzdžių greitis taip pat priklauso nuo paskirties: gyvenamųjų namų tiekimo linijos paprastai projektuojamos 4–7 pėdų per sekundę greičiui, o siurblių siurbimo linijos – 2–5 pėdų per sekundę greičiui. Gerokai didesnis nei 8 pėdų (2,4 m) per sekundę greitis didina hidraulinio smūgio, triukšmo ir vamzdžių erozijos riziką.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi GPM ir vandens slėgis?

GPM matuoja per minutę tiekiamo vandens tūrį. Slėgis (PSI) matuoja jėgą, stumiančią vandenį vamzdžiu. Vamzdyje gali būti didelis slėgis ir mažas GPM, jei jis siauras, arba didelis GPM ir nedidelis slėgis, jei jis platus.

Kaip konvertuoti GPM į kitus debito vienetus?

Padauginkite GPM iš 3,785, kad gautumėte litrus per minutę. Padalykite GPM iš 448,8, kad gautumėte kubines pėdas per sekundę. Padauginkite GPM iš 0,227, kad gautumėte kubinius metrus per valandą.

Kiek GPM paprastai reikia namui?

Sudėkite įrenginių, kurie tikėtina veiks vienu metu, debitus, o ne visų namo įrenginių debitus. Namui, kuriame vienas ar du žmonės prausiasi duše, veikia kriauklė ir indaplovė, gali reikėti 8–10 GPM. Dauguma namų, kuriuose yra du ar trys vonios kambariai, tiekiami linija, kurios projektinis debitas yra 8–12 GPM.

Kodėl vamzdžio medžiaga turi įtakos debitui?

Šiurkštūs vidiniai paviršiai sukelia trintį, kuri lėtina vandenį. Nauji PVC ir variniai vamzdžiai turi lygius vidinius paviršius ir mažą trintį. Cinkuoto plieno vamzdžių vidus laikui bėgant šiurkštėja dėl susikaupiančių mineralinių nuosėdų; po kelių dešimtmečių tai gali sumažinti debitą 30–50%, nors išorinis skersmuo nepasikeičia.

Kas nutinka, jei vamzdis yra per mažas reikiamam debitui?

Kad siauresniu vamzdžiu būtų tiekiamas toks pats tūris, vanduo turi tekėti greičiau. Didesnis greitis didina trinties nuostolius, staigiai užsidarant vožtuvams didina hidraulinio smūgio riziką ir gali sukelti triukšmą bei siurblio kavitaciją. Tiekimo linijose palaikant greitį, mažesnį nei maždaug 8 pėdų (2,4 m) per sekundę, daugumos šių problemų išvengiama.

Ar ši formulė tinka kitiems skysčiams, ne tik vandeniui?

Taip, tūrio debitui. Koeficientas yra tik colių, pėdų, sekundžių, minučių ir galonų perskaičiavimo koeficientas, todėl jis tinka bet kuriam skysčiui, užpildančiam apvalų vamzdį. Tankis nekeičia pro tam tikrą tašką pratekančio tūrio. Tačiau tankis keičia tekančią masę, jai stumti reikalingą slėgį ir siurblio galią, todėl alyvoms ir suspensijoms vis tiek reikia atskirai apskaičiuoti slėgio nuostolius.

Šaltiniai

1. American Water Works Association. Water Meters — Selection, Installation, Testing, and Maintenance (AWWA Manual M6).
2. Cengel, Y. A., ir Cimbala, J. M. (2017). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Uniform Plumbing Code.
4. U.S. Environmental Protection Agency. WaterSense programa.