OBLICZANIE STRAT HYDRAULICZNYCH W RUROCIĄGACH

(CIECZE)

STRATY CIŚNIENIA W RUROCIĄGACH

  • Straty liniowe są to straty ciśnienia na długości przewodu, wywołane tarciem wewnętrznym płynu oraz tarciem przepływającej cieczy o wewnętrzną stronę ściany przewodu. Dla przewodów rurowych uznawanych za chropowate, straty liniowe zależą od współczynnika oporów liniowych. Współczynnik oporów liniowych jest z kolei zależny od liczby Reynoldsa oraz chropowatości względnej.
  • Straty miejscowe są to straty ciśnienia wywołane przeszkodą w przewodzie i są uzależnione od jej typu. Na przykład, strata miejscowa może być związana ze zmianą kierunku przepływu(kolanka, odsadzki itp.), zmianą geometrii przewodu(redukcje, kryzy dyfuzory, armatura itp.), zmianą przepływu masowego cieczy(odgałęzienia przewodów typu trójniki itp.). Opory miejscowe zależą od współczynnika oporów miejscowych i prędkości przepływu cieczy. Współczynniki oporów miejscowych z wyznaczane są doświadczalnie. Dla typowych kształtek i armatury współczynniki oporów miejscowych występują w postaci stabelaryzowanej. Dla armatury będącej w handlu producenci wyznaczają indywidualnie zamiast współczynnika oporów miejscowych współczynnik Kv. Współczynnik przepływu Kv jest to strumień objętości wody o temperaturze od 5°C do 40°C płynącej przez zawór w [m3/h] przy spadku ciśnienia 1 [bar] dla określonego skoku zaworu. Współczynnik Kv charakteryzuje minimalny opór hydrauliczny zaworu.
STRATY LINIOWE NA DANYM ODCINKU RUROCIĄGU
  • Straty liniowe wyznacza się z poniższych zależności:

 

gdzie:

 ΔpL- jednostkowe straty liniowe ciśnienia na określonym odcinku, [Pa/m],

 λ- współczynnik oporów liniowych

  L- długość odcinka instalacji, [m]

  D – średnica wewnętrzna przewodu [m]

  r– gęstość czynnika [kg/m3]

  v – prędkość przepływu [m/s]

 

             WSPÓŁCZYNNIK OPORÓW LINIOWYCH

  • Współczynnik oporów liniowych wyznaczamy z poniższych zależności:

Dla Re ≤ 2320 -przepływ laminarny:

 

Dla Re > 2320 - przepływ turbulentny wg wzoru Waldena:

 

 

 

gdzie:

Re – liczba Reynoldsa,

ε- chropowatość względna,

D – średnica wewnętrzna rurociągu [m]

v – prędkość przepływu [m/s]

ν – współczynnik lepkości kinematycznej [m2/s]

k – chropowatość bezwzględna [m]

 

CHROPOWATOŚĆ BEZWZGLĘDNA k RUR (PN-76/M-34034)

  • wartości chropowatości bezwzględnej przedstawiono w poniższej tabeli:
 
Lp. MATERIAŁ I RODZAJ RURY STAN POWIERZCHNI I WARUNKI EKSPLOATACJI CHROPOWATOŚĆ BEZWZGLĘDNA K [mm]
1 Rury walcowane z miedzi, mosiądzu, brązu

Gładkie

0,0015 ÷ 0,010
Aluminium

Gładkie

0,015 ÷ 0,060
2 Rury stalowe walcowane

Nowe, nie używane

0,02 ÷ 0,10

Oczyszczone, eksploatowane kilka lat

do 0,04

Bitumizowane

do 0,04

Ciepłownicze przewody pary przegrzanej bądź wody chemicznie zmiękczonej odgazowanej

0,10

Gazociągi po roku eksploatacji

0,12

Gazociągi w przepompowni szybu wiertniczego w różnych warunkach po dłuższej eksploatacji

0,04÷0,20

Gazociągi w szybie wiertniczym w różnych warunkach po dłuższej eksploatacji

0,06÷0,022

Przewody pary nasyconej i wody gorącej przy nieznacznych ubytkach wody do 0,5% i przy odgazowaniu wody uzupełniającej

0,20

Przewody ciepłownicze bez uwzględnienia źródła uzupełniania

0,02

Przewody naftowe dla średnich warunków eksploatacji

0,02

Przewody nieznacznie skorodowane

0,4

Przewody z niedużymi osadami kamienia

0,4

Przewody pary okresowo eksploatowane i prze-wody kondensatu z otwartym systemem przetłaczania

0,5

Przewody powietrza do sprężarek

0,8

Przewody po kilku latach eksploatacji w różnych warunkach (skorodowane lub z niedużymi osadami)

0,15÷1,0

Przewody kondensatu periodycznie eksploatowane, przewody wody grzewczej przy braku odgazowania i chemicznego zmiękczenia wody uzupełniającej i przy znacznych ubytkach wody z sieci (1,5–3,0%)

1,0

Przewody wody w eksploatacji

1,2÷1,5

Przewody wody z większymi osadami kamienia

około 3,0

Przewody wody z powierzchnią w złym stanie z nierównomiernie ułożonymi połączeniami

powyżej 5,0
3 Rury stalowe spawane

Nowe  lub  stare  w  dobrym  stanie, połączenia spawane lub zgrzewane

0,04 ÷ 0,10

Nowe bituminizowane 

około 0,05

Będące  w  eksploatacji,  powłoka częściowo usunięta, skorodowane

około 0,10

Będące w eksploatacji, równomiernie skorodowane

około 0,15

Bez  wgłębień  w  miejscach  połączeń, pokryte  powłoką  o  grubości  około  10 mm, dobry stan powierzchni

0,3 ÷ 0,4

Magistralne przewody gazu po znacznej eksploatacji

około 0,5

Z pojedynczym lub podwójnym szwem,  z zewnątrz pokryte warstwą o grubości 10  mm  lub  bez  warstwy,  lecz  nie skorodowane

0,6 ÷ 0,7

Z  zewnątrz  pokryte  powłoką,  lecz  nie wolne  od  korozji,  zanieczyszczone w procesie eksploatacji z wodą, lecz nie skorodowane

0,95 ÷ 1,0 

Gazociąg  magistralny  po  20  latach eksploatacji, osady warstwowe

1,1

Z podwójnym poprzecznym szwem, nie skorodowane,  zanieczyszczone  przez eksploatację z wodą

1,2 ÷ 1,5

Małe osady 

1,5

Z  podwójnym  poprzecznym  szwem, silnie skorodowane

2,0

Znaczne osady 

2,0 ÷ 4,0

Gazociąg  miejski,  około  25  lat eksploatacji,  nierównomierne  osady smoły i naftalenu

2,4

Powierzchnia  rur  w  złym  stanie, nierównomiernie ułożone połączenia  powyżej

5,0
4 Rury stalowe nitowane

Nitowane  wzdłuż  i  w  poprzek,  z  jednym rzędem nitów, z zewnątrz pokryte powłok o  grubości  10  mm  lub  bez,  lecz  nie skorodowane

0,3 ÷ 0,4

Z  podwójnym  wzdłużnym  i  pojedynczym poprzecznym  nitowaniem,  z  zewnątrz pokryte powłoką o gruboci 10 mm lub bez, lecz nie skorodowane

0,6 ÷ 0,7

Z pojedynczym poprzecznym i podwójnym wzdłużnym  nitowaniem,  z  zewnątrz smołowane lub pokryte warstwą o grubości 10–20 mm 

1,2 ÷ 1,3

Z  czterema  lub  sześcioma  podłużnymi rzędami nitów, dłuższy czas w eksploatacji

2,0

Z  czterema  poprzecznymi  i  sześcioma podłużnymi  rzędami  nitów,  połączenia  z zewnątrz pokryte powłoką

4,0

Powierzchnia rur w złym stanie, nierównomiernie rozłożone połączenia

powyżej 5,0
5 Rury cienkościenne z blachy

Nie pokostowane 

0,02 ÷ 0,04

Pokostowane 

0,10 ÷ 0,15
6 Rury stalowe ocynkowane

Czysto ocynkowane, nowe 

0,07 ÷ 0,10

Zwyczajnie ocynkowane 

0,1   ÷ 0,15
7 Rury z blachy stalowej ocynkowane

Nowe 

0,15

Będące w eksploatacji na wodę 

0,18
8 Rury żeliwne

Nowe 

0,25 ÷ 1,0 

Nowe, bituminizowane 

0,10 ÷ 0,15

Asfaltowane

0,12 ÷ 0,30

Wodne będące w eksploatacji 

1,4

Będące w eksploatacji, skorodowane 

1,0 ÷ 1,5

Z osadami 

1,0 ÷ 1,5

Ze znacznymi osadami 

2,0 ÷ 4,0

Oczyszczone po kilku latach eksploatacji 

0,3 ÷ 1,5

Silnie skorodowane

do 3,0
9 Rury betonowe

Dobrze wygładzona powierzchnia 

0,3 ÷ 0,8

Średnie warunki gładkości 

2,5

Szorstka powierzchnia 

3 ÷ 9
10 Rury żelbetowe

– 

2,5
11 Rury azbestowo-cementowe

Nowe 

0,05 ÷ 0,10
12  

Używane  około

0,60

 

 

 STRATY MIEJSCOWE

  • Opory miejscowe na podstawie współczynnika oporów miejscowych wyznaczamy z poniższej zależności:


 

gdzie:

ΔpM - miejscowe straty ciśnienia, [Pa],

ζ- współczynnik oporów miejscowych

ρ– gęstość czynnika [kg/m3]

v – prędkość przepływu [m/s]

 

  • Opory miejscowe na podstawie współczynnika Kv:

 

gdzie:

ΔpM- miejscowe straty ciśnienia, [bar],

ρ1– gęstość względna płynu [kg/dm3] (dla wody t=50C ρ1=1)

Q – przepływ czynnika [m3/h]

Kv – współczynnik przepływu [m3/h]

 

LITERATURA

  1. M. Mitosek. Mechanika płynów w Inżynierii Środowiska
  2. PN-76/M-34034. Rurociągi – zasady obliczeń strat ciśnienia.