- Коэффициент шероховатости для труб отопления
- Расчет трубопроводов с применением полиэтиленовых труб. Технологии работы с ПЭ-трубами
- Как определить коэффициент шероховатости труб
- Гидравлически гладкие и шероховатые трубы
- h t = λ(L/d)(v 2 /2g).
- Материал
- h м = ζ v 2 /2g.
- Параметры полипропиленовых труб: морозостойкость, срок службы, шероховатость
- 10.1. Абсолютная и относительная шероховатость
Коэффициент шероховатости для труб отопления
Рисунок 433. Шероховатость и зарастание трубопровода
Пропускная способность трубопроводов в период эксплуатации снижается, вследствие коррозии и образования отложений на трубах. При этом происходит изменение шероховатости трубопровода и его зарастание (уменьшение поперечного сечения). Увеличение шероховатости и зарастание приводит к уменьшению диаметра трубопровода и как следствие к увеличению потерь напора. Меньше всего этому явлению подвержены асбоцементные, стеклянные и пластмассовые трубы. Сложность физических, химических и биологических явлений, определяющих изменение шероховатости труб и их зарастание, приводит к необходимости ориентироваться на некоторые средние показатели, которые в первом приближении можно оценить по формуле [5]:
Рисунок 434. (19)
— коэффициент эквивалентной шероховатости для новых труб в начале эксплуатации, мм;
— коэффициент эквивалентной шероховатости через t лет эксплуатации, мм;
— ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год, зависящий от физико-химических свойств подаваемой по ним воды.
По А.Г. Камерштейну, природные воды разбиваются на пять групп, каждая из которых определяет характер и интенсивность снижения пропускной способности трубопровода:
Коррозионное
воздействие
Зарастание трубопровода можно измерять при выполнении реконструкции трубопроводов или ежегодных ремонтах при помощи обычной линейки (рисунок выше), а увеличение шероховатости определять по выше изложенной методике.
Значения коэффициента эквивалентной шероховатости для новых труб приведены в таблице ниже.
| Тип трубы | Состояние трубы | Коэффициент эквивалентной шероховатости трубы, мм | Среднее значение коэффициента эквивалентной шероховатости трубы, мм |
| Бесшовные стальные трубы | Новые и чистые | 0.01 – 0.02 | 0.014 |
| Стальные сварные трубы | Новые и чистые | 0.03 – 0.1 | 0.06 |
| Чугунные трубы | Новые асфальтированные | 0 – 0.16 | 0.12 |
| Чугунные трубы | Новые без покрытия | 0.2 – 0.5 | 0.3 |
| Асбестоцементные | Новые | 0.05 – 0.1 | 0.085 |
| Железобетонные | Новые виброгидропрессованные | 0 – 0.05 | 0.03 |
| Железобетонные | Новые центрифугированные | 0.15 – 0.3 | 0.2 |
| Пластмассовые | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
| Стеклянные | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
| Алюминиевые | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
Общие потери в трубопроводе, с учетом потерь в местных сопротивлениях могут быть определены по формуле:
Расчет трубопроводов с применением полиэтиленовых труб. Технологии работы с ПЭ-трубами
Как определить коэффициент шероховатости труб
Рисунок 415. Шероховатость и зарастание трубопровода
Пропускная способность трубопроводов в период эксплуатации снижается, вследствие коррозии и образования отложений на трубах. При этом происходит изменение шероховатости трубопровода и его зарастание (уменьшение поперечного сечения). Увеличение шероховатости и зарастание приводит к уменьшению диаметра трубопровода и как следствие к увеличению потерь напора. Меньше всего этому явлению подвержены асбоцементные, стеклянные и пластмассовые трубы. Сложность физических, химических и биологических явлений, определяющих изменение шероховатости труб и их зарастание, приводит к необходимости ориентироваться на некоторые средние показатели, которые в первом приближении можно оценить по формуле [5]:
Рисунок 416. (19)
— коэффициент эквивалентной шероховатости для новых труб в начале эксплуатации, мм; — коэффициент эквивалентной шероховатости через
t лет эксплуатации, мм; — ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год, зависящий от физико-химических свойств подаваемой по ним воды.
По А.Г. Камерштейну, природные воды разбиваются на пять групп, каждая из которых определяет характер и интенсивность снижения пропускной способности трубопровода:
Коррозионное
воздействие
Зарастание трубопровода можно измерять при выполнении реконструкции трубопроводов или ежегодных ремонтах при помощи обычной линейки (рисунок выше), а увеличение шероховатости определять по выше изложенной методике.
Значения коэффициента эквивалентной шероховатости для новых труб приведены в таблице ниже.
| Тип трубы | Состояние трубы | Коэффициент эквивалентной шероховатости трубы, мм | Среднее значение коэффициента эквивалентной шероховатости трубы, мм |
| Бесшовные стальные трубы | Новые и чистые | 0.01 – 0.02 | 0.014 |
| Стальные сварные трубы | Новые и чистые | 0.03 – 0.1 | 0.06 |
| Чугунные трубы | Новые асфальтированные | 0 – 0.16 | 0.12 |
| Чугунные трубы | Новые без покрытия | 0.2 – 0.5 | 0.3 |
| Асбестоцементные | Новые | 0.05 – 0.1 | 0.085 |
| Железобетонные | Новые виброгидропрессованные | 0 – 0.05 | 0.03 |
| Железобетонные | Новые центрифугированные | 0.15 – 0.3 | 0.2 |
| Пластмассовые | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
| Стеклянные | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
| Алюминиевые | Новые, технически гладкие | 0 – 0.002 | 0.001 |
Общие потери в трубопроводе, с учетом потерь в местных сопротивлениях могут быть определены по формуле:
Гидравлически гладкие и шероховатые трубы
В зависимости от соотношения абсолютной высоты выступов шероховатости Δ и толщины вязкого подслоя δ по-разному проявляется влияние вязкостного трения и сил инерции на касательные напряжения и потери энергии в потоке. Толщина вязкого подслоя определяется
Это значение δ следует сравнить с высотой выступов шероховатости. Так как фактическая высота всех выступов не является одинаковой, то вводится понятие эквивалентной шероховатости Δэкв, т.е. такой равномерной шероховатости, которая дает при подсчете одинаковую с заданной шероховатостью величину гидравлического коэффициента трения λ. (Некоторые значения эквивалентной шероховатости приведены в табл. 111.1).
Таблица – Значения эквивалентной шероховатости
| Трубы | Δэкв, мм |
| Стальные цельнотянутые новые | 0,02—0,05 |
| То же, неновые (бывшие в эксплуатации) | 0,15—0,3 |
| Стальные сварные новые | 0,04—0,1 |
| Чугунные новые | 0,25—1 |
| Чугунные и стальные сварные неновые | 0,8—1,5 |
| Асбестоцементные новые | 0,05-0,1 |
| То же, неновые | 0,6 |
| Бетонные и железобетонные | 0,3—0,8 |
Схематично можно рассматривать следующие три области гидравлических сопротивлений
1. Область гидравлически гладких труб: выступы шероховатости покрыты вязким подслоем (Δэкв ‹ δ) и не нарушают целостности последнего. Выступы обтекаются без отрывов и вихреобразований. В этом случае шероховатость не влияет на гидравлические сопротивления и гидравлический коэффициент трения, который зависит только от числа Рейнольдса. По данным А. Д. Альтшуля, эта область существует при
Для гидравлически гладких труб наибольшее распространение получила формула Блазиуса
С учетом зависимости и того, что, легко убедиться, что потери напора для гидравлически гладких труб пропорциональны скорости в степени 1,75.
kгл – коэффициент пропорциональности.
2. При > 500 имеет место область гидравлически шероховатых труб: выступы шероховатости выходят за пределы вязкого подслоя (Δэкв>δ). Отрывное обтекание выступов сводит сопротивление трения к сопротивлению обтекания тел с резким изменением конфигурации, которое не зависит от числа Рейнольдса и пропорционально скоростному напору потока и размерам выступов шероховатости. Именно эти факторы связаны с инерционными сопротивлениями перемешивающихся частиц жидкости.
В переходной области сопротивлений гидравлический коэффициент трения может быть определен по формуле А. Д. Альтшуля
3. При 10
Для гидравлически шероховатых труб формула превращается в формулу Шифринсона
Так как в последнем случае коэффициент гидравлического трения не зависит от скорости движения воды, то из формулы следует, что потери напора пропорциональны квадрату скорости
Гидравлический коэффициент трения (коэффициент Дарси)
Исходя из вышеизложенного, с учетом данных экспериментальных исследований, в общем виде гидравлический коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубы, т. е.
Одной из наиболее известных работ в этой области являются исследования И. Никурадзе, представленные в виде графика на рис.
На графике показано, что при ламинарном режиме λ зависит только от числа Рейнольдса. При значениях Re = 2320-4000 в зоне периодической смены режимов λ быстро растет. В области гидравлически гладких труб λ зависит только от числа Рейнольдса, уменьшаясь с увеличением последнего.
В переходной области на графике показано семейство кривых для разных относительных шероховатостей. В этой области значения λ в общем возрастают с ростом числа Рейнольдса Rе, но для малых шероховатостей на начальном участке имеет место спад. В области гидравлически шероховатых труб коэффициент λ представлен семейством горизонтальных прямых, разных для различных шероховатостей.
Необходимо отметить, что опыты И. Никурадзе проводились в трубах с искусственной равномерной шероховатостью, наклеенной на стенки трубы в виде песчинок одинаковой крупности. Для практических целей важны результаты опытов К. Кольбрука, Г. А. Мурина, Ф. А. Шевелева и других ученых, проведенные для промышленных труб с естественной неравномерной шероховатостью. Обобщенные результаты этих исследований представлены на графике (рис.), который в отличие от графика Никурадзе показывает, что в переходной области значения λ получаются больше, чем в области квадратичной.
Это важное положение необходимо учитывать при расчете труб, работающих в переходной области. Следует также отметить, что каждая труба не является однозначно гладкой или шероховатой. В зависимости от числа Рейнольдса одна и та же труба может работать в области гидравлически гладких, шероховатых труб или в переходной области. В трубах со сравнительно большой шероховатостью при переходе к турбулентному режиму вязкий подслой не покрывает выступы шероховатости, и область гидравлически гладких труб отсутствует. В зависимости от особенности каждой области имеются различные эмпирические формулы для определения гидравлического коэффициента трения.
Формула Альтшуля применима для всех областей сопротивлений. При малых числах Рейнольдса величина значительно меньше величины и ею можно пренебречь. В этом случае формула превращается в формулу Блазиуса. При больших числах Rе величиной можно пренебречь по сравнению и эта формула превращается в формулу Шифринсона.
Для ряда частных случаев движения жидкости имеются отдельные эмпирические формулы для гидравлического коэффициента трения. Асбестоцементные трубы обычно работают в переходной области сопротивления. Неновые стальные и чугунные трубы при скоростях движения воды V 1,2 м/с — в области гидравлически шероховатых труб. Ф. А. Шевелевым составлены таблицы по определению потерь напора в водопроводных трубах на основании эмпирических формул.
Для расчета движения сточных вод в водоотводных (канализационных) напорных и безнапорных трубах применяется формула Н. Ф. Федорова
D = 4R – гидравлический диаметр;
?2 и a2 – эквивалентная абсолютная шероховатость и безразмерный коэффициент, определяемые по таблице;
Re – число Рейнольдса, при определении которого кинематическая вязкость сточных вод принимается в зависимости от количества взвешенных частиц в них на 5-30% больше, чем вязкость чистой воды.
Таб Коэффициенты ?2 и a2 для формулы Н. Ф. Федорова
| Трубы | ?2 | a2 |
| Асбестоцементные | 0,6 | |
| Керамические | 1.35 | |
| Бетонные и железобетонные |
Значения гидравлического коэффициента трения для сточных вод получаются большими, чем при движении чистой воды в водопроводных трубах. Н. Ф. Федоровым составлены на основании формулы таблицы пропускной способности и скорости протекания жидкости в водоотводных трубах.
h t = λ(L/d)(v 2 /2g).
- где L –длина трубопровода.
- d -диаметр участка трубопровода.
- v — средняя скорость перемещения жидкости.
- λ -коэффициент гидравлического сопротивления, который в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).
Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности труб разных типов и видов указаны в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d указаны в таблице 3.
В случае, когда режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ находится по персональным для каждого отдельного случая формулам (табл. 4).
Если турбулентное течение развито и функционирует с достаточной степенью точности, то при определении λ можно использовать формулы для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока Rг (d=4Rг)
Материал
В наибольшей степени свойства любого предмета определяются тем, из чего он сделан. Полиэтиленовые трубы не исключение.
Полиэтиленовые трубы не боятся ни света, ни непогоды
А сделаны они из материала, который является самым распространенным из существующих пластиков.
Его физические свойства таковы:
- Полиэтилен не вступает в реакцию с кислотами, щелочами и спиртами. Зато его могут разрушить жидкие хлор и фтор. Впрочем, бдительному владельцу полиэтиленового водопровода это обычно не грозит: вероятность встретить фтор и хлор в свободном состоянии куда меньше, чем вероятность встретить в уборной автовокзала Жмеринки британскую королеву.
- Полиэтилен несколько легче воды. Его плотность примерно 0,94-0,96 г/см3. Заметьте: тот факт, что он не тонет в воде, не характеризует его с плохой стороны. Это всего лишь легкий пластик. Вес полиэтиленовой трубы малого и среднего диаметра покажется посильным даже человеку, далекому от мирового рекорда в силовом троеборье.
- Размягчаться и утрачивать начальную форму полиэтилен начинает при температуре 80 С.
- Он боится света. В естественных условиях полимеризованный этилен примерно за год превращается в пыль. Не спешите оплакивать свою новую канистру: чтобы этого не произошло, промышленность использует специальные модификаторы, делающие полиэтилен почти вечным. Экологи в этом месте рыдают.
Насколько было бы чище вокруг, если бы весь полиэтилен разлагался за год…
- Наконец, полиэтилен крайне эластичен. Его максимальное растяжение при разрыве достигает 600 процентов, а раз так — образовавшаяся ледяная пробка не разорвет полиэтиленовую трубу, лишь немного растянет. Это делает, кстати, полиэтиленовые трубы наряду с неармированным полипропиленом идеальным выбором для водопровода загородного дома.
ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Труба ПНД: что это за труба, назначение, ассортимент и технические характеристики, соответствие диаметров труб ПНД и стальных
Полиэтилену это не грозит
Совет: все-таки ввод в дом желательно заглубить ниже точки промерзания грунта. Если внутренний водопровод отогреется, едва температура в помещении поднимется выше нуля, то отогревать пластиковую трубу в сугробах при -30 на улице — удовольствие то еще.
Кроме того, на время зимнего отсутствия воду из труб желательно сбросить еще по одной причине: трубам лед не страшен, а вот смесители он порвет.
h м = ζ v 2 /2g.
- где ζ – коэффициент местного сопротивления, который зависит от конфигурации местного сопротивления и числа Рейнольдса.
При развитом турбулентном режиме ζ = const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв. т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого ht = hм. В данном случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к фактической длине трубопровода добавляется сумма их эквивалентных длин
- где Lпр – приведенная длина трубопровода.
Зависимость потерь напора h1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.
В случаях когда движение жидкости в трубопроводе обеспечивает центробежный насос, то для определения расхода в системе насос – трубопровод выстраивается характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h1-2 + ∆z при z1 z2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q), которая приведена в паспортных данных насоса (смотреть рисунок). Точка пересечения таких кривых указывает на максимально возможный расход в системе.
Параметры полипропиленовых труб: морозостойкость, срок службы, шероховатость
За последние десять лет полипропиленовые трубы стали пользоваться популярностью, как у профессиональных строителей, так и у тех людей, кто занимается обустройством своей квартиры или загородного дома. Отправляясь за покупкой, многие столкнулись с проблемой выбора изделия, так как труб из полипропилена на рынке предлагают очень много. Но, прежде всего, параметры полипропиленовых труб должны соответствовать параметрам вашей инженерной системы.
Срок службы
1. Срок службы полипропиленовых труб составляет 50 лет в системе холодного водоснабжения. В отопительной системе, а также в системе горячего водоснабжения они прослужат 25 лет, сохраняя при этом все свои изначальные характеристики.
2. Нужно знать, что максимальный срок эксплуатации труб из полипропилена зависит от правильной комбинации двух важных факторов: давления и температуры. При высокой температуре и маленьком давлении или же все наоборот, трубы могут служить долго. Это даже указывается в специальных таблицах. Но если и давление, и температура будут большими, то трубы прослужат недолго.
3. Что же сделать, чтобы трубы прослужили как можно дольше? Чтобы срок службы был максимальным, то есть, 50 лет должна быть температура не больше 60-75 градусов или же давление не больше 4-6 атмосфер. Вообще то, труба из полипропилена прослужит столько, сколько она сможет выдержать без разрушений с учетом коэффициента надежности воздействия постоянной на нее температуры и давления. И если соблюдать все эксплуатационные параметры, которые указываются в строительных нормах, трубы из полипропилена прослужат долго.
Полипропиленовые трубы и мороз
Полипропиленовые трубы могут использоваться при температуре до 40 градусов мороза. Морозостойкость у них высокая. При морозе они не потрескаются и зимой не разморозятся даже на небольшой глубине закапывания. Даже если в трубах замерзнет вода, они не разрушаются, а только немного увеличатся в размере, при оттаивании они становятся прежнего размера. Единственное, что нужно опасаться – это внешнего большого давление на трубу, так она может лопнуть. Несмотря на нормы температуры, температура горячей воды в отопительной системе может в некоторых регионах превысить указанные 95 градусов. В первую очередь это относится к регионам с резко континентальным климатом: Якутии, Дальнему Востоку и Сибири. Если температура будет 52 градуса мороза, то для обогрева зданий при такой высокой температуре воду в теплотрассах приходится нагревать намного выше точки кипения. И при этом полипропиленовые трубы могут пострадать. Поэтому вывод один: трубы из полипропилена можно смело использовать в отоплении и системе водоснабжения везде, кроме самых холодных регионов.
Также читайте: Установка полипропиленовых труб
Шероховатость и диаметр
1. При проектировании напорной трубопроводной системы важное значение имеют ее гидравлические расчеты. По ним вычисляют диаметр труб и подбирают насосное оборудование, обеспечивающее нужный режим работы вышеуказанной системы за весь срок эксплуатации.
2. У полипропиленовых труб довольно гладкая внутренняя поверхность и маленькие гидравлические потери. Это позволяет использовать в монтаже трубы из полипропилена меньшего диаметра, чем стальные. Монтаж оказывается более экономичным и компактным.
3. Коэффициент шероховатости эквивалентной у полипропиленовых труб составляет 0,003-0,005 мм. У новых стальных труб – 0,2 мм. Поэтому становится понятно, почему при замене стальной трубы на полипропиленовую выбирают трубу с меньшим диаметром.
10.1. Абсолютная и относительная шероховатость
На потери напора по длине при турбулентном режиме может оказывать влияние шероховатость стенок. Под шероховатостью будем понимать присутствие у любой поверхности неровностей (выступы и впадины). При заводском изготовлении труб шероховатость их внутренних стенок носит нерегулярный характер, как по высоте, так и по расположению, и поэтому одним параметром охарактеризована быть не может. Несмотря на это, в технических расчетах выбирают единственный параметр, а именно среднюю высоту выступов шероховатости; ее обозначают k
Абсолютной шероховатостью
kназывают среднюю высоту выступов шероховатости.
Опыты показали, что при одной и той же величине абсолютной шероховатости влияние ее на величину гидравлического сопротивления различно в зависимости от диаметра трубы. Поэтому вводится величина относительной шероховатости
.
Относительной шероховатостью называется отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы, т.е.
.
