Шероховатость стальной трубы таблица

Шероховатость стальной трубы таблица

Рисунок 397. 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 398. (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

Группа Характеристика природных вод Ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год
Группа 1 Слабое Слабоминерализованные некоррозионные воды с показателем стабильности от – 0.2 до + 0.2; вода с незначительным содержанием органических веществ и растворенного железа. 0.005 – 0.05 (в среднем 0.025)
Группа 2 Умеренное Слабоминерализованные некоррозионные воды с показателем стабильности до – 1.0; воды, содержащие органические вещества и растворенное железо в количестве, меньшем 3 г/м 3 . 0.055 – 0.18 (в среднем 0.07)
Группа 3 Значительное Весьма коррозионные воды с показателем стабильности от – 1.0 до 2.5, но с малым содержанием хлоридов и сульфатов (меньше 100 – 150 г/м); воды с содержание железа больше 3 г/м 3 . 0.18 – 0.4 (в среднем 0.20)
Группа 4 Сильное Коррозионные воды с отрицательным показателем стабильности, но с большим содержанием сульфатов и хлоридов (больше 500 – 700 г/м); необработанные воды с большим содержанием органических веществ. 0.4 – 0.6 (в среднем 0.51)
Группа 5 Очень сильное Воды, характеризующиеся значительной карбонатной и малой постоянной плотностью с показателем стабильности более 0.8; сильноминерализованные и коррозионные воды с плотным осадком более 2000 г/м 3 . 0.6 – 3.0
Читайте также:  Клумба из кирпичей своими руками фотогалерея

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:

Типичные значения шероховатости (чистоты обработки) поверхности для основных материалов труб, теплообменников и насосов — мм и дюймы.

С точки зрения инженерных приложений главными являются следующие задачи: а) как определить потери напора (энергии); б) как распределены скорости по сечению трубы.

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 (или Δ).

Абсолютной шероховатостью k называют 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. .

Читайте также:  Датчик движения на ступени

10.2. Закономерности изменения коэффициента гидравлического трения

Потери напора по длине трубопровода обычно находят по формуле (9.14). При этом основной задачей является определение коэффициента

гидравлического трения . В общем случае коэффициент гидравлического трения может зависеть от двух безразмерных параметров – числа

Re = и k/d, т.е. .

На рис. 10.1 представлен экспериментальный график зависимости коэффициента от числа Рейнольдса, на нем изменение коэффициентапредставлено рядом кривых, каждая из которых соответствует определённой относительной шероховатости, т.е. отношениюk/d.

На графике можно выделить три области: I — область гидравлически гладких труб, соответствующую сравнительно малым числам Рейнольдса, II — область доквадратичного сопротивления, III — область квадратичного сопротивления. В области гидравлически гладких труб коэффициент зависит от числа Рейнольдса, в доквадратичной области коэффициентзависит от числаRe и от относительной шероховатости, а в области квадратичного сопротивления – только от относительной шероховатости.

Red

Рис. 10.1. График Мурина – Шевелёва

10.3. Зависимости для коэффициента гидравлического сопротивления и области их применения

Для определения потерь по длине применяется формула Дарси-Вейсбаха

h1 = λ.

Чтобы выбрать соответствующую зависимость для λ, предлагается простой алгоритм. Обычно заданы: расход Q, диаметр трубы d, кинематический коэффициент вязкости ν и величина эквивалентной шероховатости kэ (из таблиц) для данного материала. В табл. 10.1 приведены значения kэ для труб из разных материалов.

Трубы, их материалы и состояние стенок

Стальные цельнотянутые новые

Стальные цельнотянутые, находившиеся в эксплуатации

Стальные цельнотянутые после продолжительной эксплуатации, сильно заржавленные

Чугунные асфальтированные новые

Чугунные, находившиеся в эксплуатации

а) среднюю скорость V==;

б) число Рейнольдса Rе = ;

в) относительную шероховатость .

1. Если Rе 4000, то определяют величину параметра

Rе.

3. Если Rе 500, то имеет место квадратичная зона сопротивления и λ определяется по формуле Шифринсона

λ = 0,11 . (10.4)

Задача 10.1. Определить, какой степени средней скорости пропорциональны потери по длине в каждой из зон сопротивления.

Решение. Используется формула Дарси-Вейсбаха (9.14) и зависимость для в соответствующей зоне сопротивления.

1. Для ламинарного режима 64/Rе и потери hl выразятся так

или, сокращая числитель и знаменатель на V, .

В правой части последней формулы первый сомножитель не зависит от скорости и величина hl имеет вид hl = , т.е. потери в ламинарной зоне сопротивления пропорциональны первой степени скорости.

Читайте также:  Как клеить автовинил видео

2. В зоне квадратичного сопротивления λ определяется по формуле λ=0,11, а потери выразятся так hl=0,11.

Так как первый сомножитель в правой части не зависит от скорости, то потери hl пропорциональны скорости в квадрате, откуда и название зоны – квадратичная зона сопротивления.

Задача 10.2. Поток в трубе находится в квадратичной зоне сопротивления. Как изменятся потери по длине в этой трубе, если расход в ней увеличить в два раза?

Решение. Учитывая решение задачи 10.1, заключаем, что если расход увеличить в два раза, то и средняя скорость увеличится в два раза и поэтому (поскольку зона квадратичная) потери возрастут в 2 2 , т.е. в 4 раза.

Задача 10.3. Отрезок трубы внутренним диаметром d1=100 мм был заменен отрезком трубы такой же длины, но внутренним диаметром d2, в 2 раза меньшим: d2=50 мм.

Определить, как изменились потери на этом участке при такой замене. Расход воды остался таким же; считаем для упрощения решения, что в обоих случаях квадратичный режим, изменение λ не учитываем.

Решение. Для решения задачи достаточно определить отношение потерь h1 в трубе с d1=100 мм к h2 в трубе с d2=50 мм. Выражения для h1 и h2 по формуле Дарси-Вейсбаха (9.14)

и . Их отношение.(10.5)

Согласно уравнению неразрывности

или .

Если возведем обе части последнего равенства в квадрат, получим

. (10.6)

Подставляя (10.6) в (10.5), имеем окончательно .

Если , то

.

Таким образом, потери увеличились в 32 раза! Если учесть, что также зависит от диаметра, то получим несколько меньшее число.

Этот же результат возможно получить, оценивая порядок величин, а именно, потери выражаются зависимостью

или .(10.7)

Средняя скорость выражается так

т.е. при обратно пропорциональна квадрату диаметра, а средняя скорость в квадрате, соответственно, обратно пропорциональна четвертой степени диаметра, т.е.

Имея в виду (10.7) и (10.8), получаем в данном случае

т.е. потери обратно пропорциональны диаметру в пятой степени. Этот результат имеет большое значение при гидравлических расчетах водопроводных сетей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector