Краткий ответ: диаметр магистрали сжатого воздуха выбирают по расходу и скорости потока: внутренний диаметр d = √(4·Qраб / (π·v)), где Qраб — расход при рабочем давлении, а скорость берут 6–7 м/с и не выше 9 м/с. Затем проверяют потерю давления: от компрессора до самой дальней точки она не должна превышать 0,1 бар.
Вступление полностью
В примере ниже десять цилиндров DSBC-63-200-PPV потребляют около 1 230 нл/мин, с запасом 30 % это 1 600 нл/мин, и магистраль длиной 60 м должна иметь внутренний диаметр не менее 32 мм. Последние метры до цилиндра считают отдельно: там скорость выше, и трубку берут по расходу самого цилиндра.
Товары из статьи
Поставка всех позиций — 3–5 недель.
Содержание статьи (6 разделов)
Почему скорость в магистрали ограничивают?
При слишком высокой скорости воздух несёт по трубе конденсат и окалину мимо точек слива прямо к потребителям. По данным Atlas Copco, ссылающейся на рекомендацию Британского общества сжатого воздуха (BCAS), при скорости 6 м/с и ниже влага и грязь не проходят мимо сливных отводов, а выше 9 м/с потока достаточно, чтобы унести любую воду и частицы. Поэтому для магистралей проектируют 6–7 м/с и не допускают превышения 9 м/с.
Вторая причина — потеря давления. Она растёт примерно со вторым порядком от скорости, а на изгибах, тройниках и клапанах добавляется ещё. Atlas Copco советует считать эти элементы эквивалентной длиной трубы и прибавлять её к прямой длине. Компенсировать потери повышением давления на компрессоре дорого: энергия уходит на то, чтобы прогонять воздух по узкой трубе.
Если скорость в магистрали выбрана по старой привычке 8–10 м/с, она формально «работает», но запаса на рост потребления нет, а влага уходит к приборам. Отраслевое руководство EPCland рекомендует для магистрали 6–10 м/с (предел 12 м/с), для ответвлений 8–12 м/с (предел 15 м/с). Мы берём более осторожные 6–7 м/с как расчётную величину и сверяем её с перепадом давления. Причины скачков давления на линии разобраны в статье перепады давления в пневмосистеме, а потери от утечек — в статье утечки воздуха в пневмосистеме.
Как перейти от расхода цилиндров к диаметру трубы?
Расход воздуха пневмоприводом считают в нормальных литрах (нл): объём, который при рабочем давлении занимает цилиндр, умножают на отношение абсолютного давления к атмосферному. Для цилиндра с диаметром поршня D, диаметром штока d и ходом S:
V = (π·D²/4 + π·(D²−d²)/4) · S · (P + 1,013) / 1,013 (нл за цикл, P — избыточное давление в барах, объём переводится в литры делением мм³ на 10⁶).
Затем:
- Суммируют расход всех потребителей, которые работают одновременно, в нл/мин. Это нормальные литры по DIN 1343, а производительность компрессора по ISO 1217 отнесена к условиям всасывания, поэтому небольшой дополнительный запас всегда нужен.
- Добавляют запас на утечки и развитие участка. В примере принят 30 % — это допущение примера, а не норматив.
- Делят расход на абсолютное давление в магистрали (P + 1,013 бар), получая расход рабочего воздуха.
- Подставляют в формулу диаметра при v = 6–7 м/с и округляют вверх до ближайшего внутреннего диаметра трубы выбранного материала.
- Проверяют потерю давления с учётом эквивалентной длины фитингов. Сумма на магистрали должна быть не более 0,1 бар по рекомендации Atlas Copco; потери в гибких шлангах, быстроразъёмах и других соединениях прибавляются отдельно, поскольку на таких стыках часто теряется больше всего.
Какой внутренний диаметр нужен для разных расходов?
Таблица посчитана по формуле выше для сети 7 бар (избыточное) при скорости 6, 7 и 9 м/с. Диаметр — внутренний, не условный проход: у стальной, алюминиевой и пластиковой труб одного условного размера внутренний диаметр разный, смотрите паспорт трубы.
листайте таблицу вбок →
| Расход, нл/мин | d при 6 м/с, мм | d при 7 м/с, мм | d при 9 м/с, мм |
|---|---|---|---|
| 500 | 14,9 | 13,8 | 12,1 |
| 1 000 | 21,0 | 19,5 | 17,2 |
| 1 600 | 26,6 | 24,6 | 21,7 |
| 3 000 | 36,4 | 33,7 | 29,7 |
| 6 000 | 51,5 | 47,6 | 42,0 |
Столбец «9 м/с» — предельный случай, а не рекомендация. Если длина магистрали больше нескольких десятков метров, диаметр обычно определяет не скорость, а допустимая потеря давления, как покажет пример.
Пример расчёта на реальных артикулах WAALPC
Исходные данные (допущения примера). Участок сборки: десять цилиндров DSBC-63-200-PPV (поршень Ø63, шток Ø20, ход 200 мм), цена 8 180 ₽. Каждый делает 15 циклов в минуту. Давление в сети 7 бар, на цилиндре после регулятора 6 бар. Магистраль длиной 60 м, температура воздуха 20 °C. Шток Ø20 у DSBC-63 принят по ISO 15552, порт цилиндра — G3/8 по нашей схеме серии.
Шаг 1. Расход одного цилиндра
Площадь поршня 3 117 мм², кольцевая площадь 2 803 мм². Объём за цикл (вперёд плюс назад): (3 117 + 2 803) · 200 = 1,184 л. Множитель давления (6 + 1,013) / 1,013 = 6,92. Расход на цикл: 1,184 · 6,92 ≈ 8,2 нл. Расчёт идёт «без утечек и мёртвых объёмов арматуры», то есть оценка снизу.
Шаг 2. Магистраль на 10 цилиндров
10 цилиндров · 15 циклов/мин · 8,2 нл ≈ 1 230 нл/мин. С запасом 30 % — 1 600 нл/мин. Расход рабочего воздуха при 7 бар (абс. 8,013 бар): 1 600 / 60 / 1000 / 8,013 = 3,32 л/с. По формуле диаметра: при 7 м/с d = 24,6 мм, при 6 м/с — 26,6 мм. Скоростной критерий даёт «не меньше 27 мм».
Теперь проверим потерю давления. Плотность воздуха при 8,013 бар абс. и 20 °C около 9,52 кг/м³. Для формулы Дарси–Вайсбаха Δp = λ·(L/d)·ρv²/2 примем λ = 0,02 (допущение гладкой трубы) и добавку 40 % на изгибы и тройники (тоже допущение, вместо таблиц эквивалентных длин):
листайте таблицу вбок →
| Внутренний диаметр, мм | Скорость, м/с | Δp на 60 м прямой трубы, бар | Δp с добавкой 40 %, бар |
|---|---|---|---|
| 27 | 5,8 | 0,071 | 0,100 |
| 32 | 4,1 | 0,031 | 0,043 |
| 40 | 2,7 | 0,010 | 0,014 |
Диаметр 27 мм формально проходит по скорости, но по перепаду уже упирается в 0,1 бар, а в сеть ещё придёт шланг, быстроразъёмы и подключение. Берём трубу с внутренним диаметром не менее 32 мм. Это оценочный расчёт, а не поверочный: для проекта точные потери берут по таблицам эквивалентных длин или методике поставщика трубы.
Шаг 3. Подготовка воздуха на узле из двух цилиндров
Пусть магистраль подводит воздух к узлу, где два цилиндра могут работать одновременно. Пиковый расход возьмём при ходе вперёд за 1 с: объём поршневой полости 3 117 мм² · 200 мм = 0,623 л, умножаем на 6,92, получаем 4,32 нл за секунду, то есть 259 нл/мин на цилиндр и 518 нл/мин на два.
Блок подготовки подбирают по номинальному расходу из заводского листа при входном давлении 0,7 МПа. У фильтра AF2000-02 (G1/4, 25 мкм без суффикса «W») он 750 л/мин, цена 560 ₽. У регулятора AR2000-02 номинальный расход 550 л/мин: при 518 нл/мин он работает на пределе, поэтому для узла берём AR3000-02 (2 500 л/мин, диапазон 0,05–0,85 МПа), цена 1 160 ₽. Для фильтра запас: 518 · 1,3 = 673 л/мин против 750 л/мин по листу.
Шаг 4. Распределитель и последний метр до цилиндра
Пневмораспределитель 4V210-08-DC24V (рабочие порты 1/4″ по листу серии, Cv 1,0 по листу) даёт по формуле Qn ≈ 1078·Kv при Kv = 0,865 около 930 нл/мин в стандартных условиях испытания, то есть пик 259 нл/мин цилиндра ему по силам. Цена 840 ₽.
От распределителя до цилиндра ставим короткий участок трубки. При пике 4,32 нл/с рабочий расход при 7,01 бар абс. составляет 0,615 л/с. Для внутренних диаметров получаем:
листайте таблицу вбок →
| Трубка PU | Внутренний Ø, мм | Скорость, м/с | Δp на 3 м, бар (оценка) |
|---|---|---|---|
| 10×6,5 (PU1065) | 6,5 | 18,5 | 0,13 |
| 12×8 (PU1280) | 8 | 12,2 | 0,05 |
Скорость 18,5 м/с в трубке 10×6,5 выше принятого ориентира 15 м/с для ответвлений, а потеря 0,13 бар на трёх метрах съедает заметную долю разности давлений на поршне. Для Ø63 с порта G3/8 берём трубку PU 12×8, цена 90 ₽ за метр. Обозначение трубки — наружный × внутренний диаметр. Для цилиндра с портом G3/8 нужен цанговый фитинг с наружной резьбой G под трубку Ø12, например PC-G-12-03G, цена 220 ₽. Суффикс G в коде означает цилиндрическую резьбу G, без него у наших PC резьба коническая R; порт цилиндра у нас внутренний G, так что пара «G к G» — самая спокойная по уплотнению.
Решение в каталоге:
Трубка PU, цанговые фитинги и блоки подготовки воздуха для ответвлений к цилиндрам. Качественно и по справедливой цене.
Типичные ошибки при выборе труб для сжатого воздуха
- Считать только скорость. Короткая магистраль проходит по скорости, длинная — по перепаду. Проверяйте оба критерия, как в примере выше.
- Брать расход компрессора как расход потребителей. Магистраль считают по реальному одновременному потреблению с запасом, а не по паспортной производительности источника.
- Забывать о стыках. По Atlas Copco наибольшие потери часто возникают в шлангах, муфтах и фитингах. Узкая трубка 10×6,5 на цилиндре Ø63 — типичный пример: потеря 0,13 бар на трёх метрах превышает потерю на 60 метрах магистрали нужного диаметра.
- Подбирать блок подготовки по резьбе, а не по расходу. Резьба порта G1/4 есть и у AR2000, и у AR3000, но номинальный расход различается в 4,5 раза (550 против 2 500 л/мин).
- Не оставлять запаса на рост. Atlas Copco отдельно отмечает, что более крупные трубы и фитинги при монтаже стоят недорого по сравнению с переделкой сети позже.
- Брать отвод снизу магистрали. Конденсат стекает по низу трубы, и отвод вниз прямо несёт воду в инструмент. Отвод делают сверху, с дугой («гусак»), а в низких точках ставят сливы.
Вопросы и ответы
Какая скорость воздуха допустима в магистрали сжатого воздуха?
Расчётная скорость 6–7 м/с, не выше 9 м/с по рекомендации Atlas Copco, сославшейся на BCAS. Выше 9 м/с воздух уносит влагу и частицы мимо сливов.
Какая допустимая потеря давления в трубопроводе?
Не более 0,1 бар от компрессора до самой дальней точки потребления по рекомендации Atlas Copco. Потери в шлангах, муфтах и других соединениях прибавляются к этой величине.
Как посчитать диаметр трубы для сжатого воздуха?
Переведите расход в рабочий (нл/мин разделить на абсолютное давление в барах), затем d = √(4·Q/(π·v)) при скорости 6–7 м/с. Результат округлите вверх до внутреннего диаметра трубы и проверьте перепад давления.
Какую трубку PU поставить от распределителя до цилиндра?
По расходу цилиндра: для Ø63 с портом G3/8 при ходе за 1 с в примере подходит 12×8, а 10×6,5 даёт скорость 18,5 м/с и большую потерю. Для небольших цилиндров достаточно меньших диаметров, но расчёт повторяют для каждого типоразмера.
Как выбрать блок подготовки воздуха по расходу?
По номинальному расходу из листа производителя при заданном входном давлении, с запасом. В примере AF2000-02 даёт 750 л/мин, AR2000-02 — 550, AR3000-02 — 2 500 л/мин; нагрузка 518 нл/мин сделала AR2000 пограничным.
Нужно ли учитывать фитинги в расчёте длины трубопровода?
Да. Atlas Copco рекомендует заменять изгибы, тройники и клапаны эквивалентной длиной трубы и добавлять её к прямой длине. В примере для оценки принята добавка 40 %.
Можно ли брать скорость выше, чем 9 м/с?
В магистрали нет: выше 9 м/с поток уносит воду и окалину к приборам. На коротком ответвлении к одному потребителю скорость выше допускают: руководство EPCland называет для ответвлений предел 15 м/с.
Готов выбрать? Найдём конкретный артикул за минуту
Прочитал статью — нужен товар или совместимый аналог европейских брендов? Перейди в наш каталог или подбор аналогов:
Калькуляторы и инструменты
или подбор аналога европейских брендов
Пришлите список позиций — вернём варианты с ценами
Вставьте список артикулов из таблицы и количество — подберём наши позиции WAALPC и вышлем счёт. Можно позвонить: 8 800 350-01-08.
Главный инженер CORNETA.TECH ответит за 1 рабочий день: подбор аналога европейских брендов, расчёт пневмосистемы, спецификация на WAALPC с ценами.
Звонок бесплатный по России. Или оставьте адрес электронной почты — ответим письмом за 1 рабочий день:
