Коэффициент местных сопротивлений стальных трубопроводов
Обновлено: 27.04.2024
Гидравлическое сопротивление – это сопротивление движению потока рабочей среды, которое оказывается со стороны трубопроводной системы и оценивается количеством потерянной удельной энергии, безвозвратно расходуемой на работу сил трения. При этом гидропотери могут возникать в результате:
- Трения по длине. Даже на прямых отрезках трубопровода создаётся противодействие движущемуся потоку. Это возникает на фоне появления сил вязкого трения. Причём с увеличением длины прямолинейного участка повышается сопротивление внутри трубопровода на данном участке.
- Местных факторов. Это могут быть повороты, различные сужения, тройники, краны и прочее.
Расчет гидравлического сопротивления и его роль
Любая трубопроводная коммуникация имеет не только прямолинейные участки, но и повороты, ответвления, для создания которых используются различные фитинги. А для регулирования потока рабочей среды устанавливается запорная арматура. Всё это создаёт сопротивление, поэтому очень важно перед тем, как приступать к монтажу трубопровода, необходимо выполнить ряд расчётов, в том числе определить гидравлическое сопротивление. Это позволит в будущем сократить теплопотери и, соответственно, избежать лишних энергозатрат.
Гидравлический расчёт выполняется с целью:
- Вычисления потерь давления на конкретных отрезках системы отопления;
- Определения оптимального диаметра трубопровода с учётом рекомендованной скорости перемещения рабочего потока;
- Расчёта тепловых потерь и величины наименьшего давления в трубопроводе;
- Правильного выполнения увязки параллельно расположенных гидравлических ветвей и закреплённой на ней запорной арматуры.
Во время движения по замкнутому контуру рабочему потоку приходится преодолевать определённое гидравлическое сопротивление. Причём с увеличением его значения, должна увеличиваться мощность насоса. Только правильные расчёты помогут выбрать оптимальный вариант насоса. Нет смысла покупать слишком мощное оборудования для трубопроводов с низким гидравлическим сопротивлением, ведь, чем больше мощность, тем выше энергозатраты.
А если мощность будет, наоборот, недостаточной, то насосное оборудование не сможет обеспечить достаточный напор теплоносителя, что приведёт к увеличению тепловых потерь.
Коэффициент гидравлического сопротивления трубы
Это безмерная величина, показывающая, каковы потери удельной энергии.
Ламинарное перемещение рабочего потока
При ламинарном (равномерном) перемещении рабочей среды по трубопроводу круглого сечения потери давления по длине вычисляется по формуле Дарси-Вейсбаха:
v – скорость движения рабочей среды;
g – ускорение силы тяжести;
d – диаметр трубопроводной магистрали.
Практически определено, что на коэффициент гидравлического сопротивления непосредственное влияние оказывает число Рейнольдса (Re) – безмерная величина, которая характеризует поток жидкости и выражается отношением динамического давления к касательному напряжению.
Если Re меньше, чем 2300, то для расчёта применяется формула:
Для трубопроводов в форме круглого цилиндра:
Для трубопроводных коммуникаций с другим (не круглым) сечением:
Где А=57 – для квадратных труб.
Турбулентное течение рабочего потока
При турбулентном (неравномерном, беспорядочном) перемещении рабочего потока коэффициент сопротивления вычисляют опытным путём, как функцию от Re. Если необходимо определить коэффициент гидравлического сопротивления для магистрали круглого сечения с гладкими поверхностями при
В случае турбулентного перемещения рабочей среды на величину коэффициента трения влияет число Рейнольдса (характер течения) и насколько гладкая внутренняя поверхность трубопроводной коммуникации.
Коэффициент местного сопротивления
Это безмерная величина, которая устанавливается экспериментальным путём с помощью формулы:
При неизменной скорости перемещения рабочей среды по всему сечению применяется формула:
Коэффициент гидравлического сопротивления различных труб
Для фитингов из ППР:
| Деталь | Обозначение | Примечание | Коэффициент |
|---|---|---|---|
| Муфта | 0,25 | ||
| Муфта переходная | Уменьшение на 1 размер | 0,40 | |
| Уменьшение на 2 размер | 0,50 | ||
| Уменьшение на 3 размер | 0,60 | ||
| Уменьшение на 4 размер | 0,70 | ||
| Угольник 90° | 1,20 | ||
| Угольник 45° | 0,50 | ||
| Тройник | Разделение потока | 1,20 | |
| Соединение потока | 0,80 | ||
| Крестовина | Соединение потока | 2,10 | |
| Разделение потока | 3,70 | ||
| Муфта комб. вн. рез. | 0,50 | ||
| Муфта комб. нар. рез | 0,70 | ||
| Угольник комб. вн. рез. | 1,40 | ||
| Угольник комб. нар. рез. | 1,60 | ||
| Тройник комб. вн. рез. | 1,40 - 1,80 | ||
| Вентиль | 20 мм | 9,50 | |
| 25 мм | 8,50 | ||
| 32 мм | 7,60 | ||
| 40 мм | 5,70 |
Для полиэтиленовых труб
| Труба | Расход, м3/час | Скорость, м/с | Потери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м) |
|---|---|---|---|
| Сталь новая 133x5 | 60 | 1,4 | 3,6 |
| Сталь старая 133x5 | 60 | 1,4 | 6,84 |
| ПЭ 100 110x6,6 (5ЭР 17)/td> | 60 | 2,26 | 4,1 |
| ПЭ 80 110x8,1 (ЗйР 13,6) | 60 | 2,41 | 4,8 |
| Сталь новая 245x6 | 400 | 2,6 | 4,3 |
| Сталь старая 245x6 | 400 | 2,6 | 7,0 |
| ПЭ 100 225x13,4 (50 В 17) | 400 | 3,6 | 4,0 |
| ПЭ 80 225x16,6 (ЗЭК 13,6) | 400 | 3,85 | 4,8 |
| Сталь новая 630x10 | 3000 | 2,85 | 1,33 |
| Сталь старая 630x10 | 3000 | 2,85 | 1,98 |
| ПЭ 100 560x33,2 (ЗЭК 17) | 3000 | 4,35 | 1,96 |
| ПЭ 80 560x41,2 (ЗЭК 13,6) | 3000 | 4,65 | 2,3 |
| Сталь новая 820x12 | 4000 | 2,23 | 0,6 |
| Сталь старая 820x12 | 4000 | 2,23 | 0,87 |
| ПЭ100 800x47,4 (ЗЭК 17) | 4000 | 2,85 | 0,59 |
| ПЭ 80 800x58,8 (ЗЭР 13,6) | 4000 | 3,0 | 0,69 |
Для бесшовных стальных труб
| Режим движения | Число Рейнольдса | Определения λ | |
|---|---|---|---|
| Ламинарный | |||
| Переходный | Проектирование трубопроводов не рекомендуется | ||
| Турбулентный | 1-я область | ||
| 2-я область | |||
| 3-я область | |||
Для металлопластиковых труб
| Наименование | Символ | Коэффициент |
|---|---|---|
| Тройник разделения потока | 7,6 | |
| Тройник проходной | 4,2 | |
| Тройник противоположные потоки при разделении потока | 8,5 | |
| Тройник противоположные потоки при слиянии потока | 8,5 | |
| Угол 90° | 6,3 | |
| Дуга |  | 0,9 |
| Редукционный переход | 6,3 | |
| Установочный уголок | 5,4 |
Трубы с низким коэффициентом гидравлического сопротивления
С точки зрения гидравлического сопротивления, наиболее оптимальными являются трубопроводные системы с гладкой внутренней стенкой:
Расчет гидравлического сопротивления
Калькуляторы помогут быстро провести расчеты гидравлического сопротивления и определить потери давления на различных элементах. Помимо результата, калькуляторы выдают весь ход решения с пояснениями.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА
Калькулятор посчитает потери давления для воды в прямом трубопроводе и подробно распишет весь расчет.
ПОТЕРИ НАПОРА НА СУЖЕНИИ
Калькулятор посчитает потери давления для воды в сужении (конфузоре) с подробным пояснением.
ПОТЕРИ НАПОРА НА РАСШИРЕНИИ
Калькулятор определит потери давления для воды на расширении (диффузоре) с описанием методики расчета.
ПОТЕРИ НАПОРА НА ДИАФРАГМЕ
Калькулятор определит потери давления на диафрагме с описанием методики расчета.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАСХОДОМЕРА
Проводим гидравлический расчет расходомера, определяем суммарные потери давления на конфузоре, прямом участке и диффузоре.
ПОТЕРИ НАПОРА НА ВНЕЗАПНОМ СУЖЕНИИ
Расчет потерь давления на внезапном сужении и сравнение полученного результата с потерями давления при установки конфузора (вместо внезапного сужения).
ПОТЕРИ НА ВНЕЗАПНОМ РАСШИРЕНИИ
Расчет потерь давления на внезапном расширении.
ПОТЕРИ НА ПЛАВНОМ ПОВОРОТЕ
Расчет потерь давления на плавном повороте.
ПОТЕРИ НА МЕСТНОМ СОПРОТИВЛЕНИИ
Универсальный калькулятор потерь давления. Для расчета необходимо выбрать величину коэффициента местного сопротивления ξ из справочника.
Коэффициент местного сопротивления
Коэффициент местного сопротивления ξ (КМС) - безразмерный показатель который характеризует сопротивление оказываемое потоку на определенном элементе трубопровода (на сужении, на задвижки, повороте и пр.) Это вызывает потери удельной энергии потока (напора). Чем выше коэффициент сопротивления тем выше будут потери напора на этом участке.
Чем выше коэффициент сопротивления тем выше потери напора.
Степень влияния коэффициента местного сопротивления на потерю напора определяется формулой:
Конфузор - это суживающаяся труба. -->
где H - потери напора на участке, м
ξ - коэффициент местного сопротивления,
V - скорость потока воды, м/с
g - ускорение свободного падения = 9.8 м/c 2 .
На этой странице собрана информация по коэффициентам местного сопротивления для основных элементов инженерных сетей с краткими пояснениями и ссылками на калькуляторы, если вы не найдете нужный вам элемент посмотрите в этом справочнике.
Коэффициент местного сопротивления задвижки
ЗАДВИЖКА
Коэффициент сопротивления открытой задвижки ξ = 0,4 - 0,5 . Коэффициент сопротивления также напрямую зависит от степени закрытия, чем больше степень закрытия, тем выше ξ.
Коэффициент местного сопротивления шарового крана
ШАРОВОЙ КРАН
Коэффициент сопротивления открытого шарового крана ξ = 0,1 - 0,15 . Коэффициент сопротивления также напрямую зависит от степени закрытия, чем больше степень закрытия, тем выше ξ.
Коэффициент местного сопротивления вентиля
ВЕНТИЛЬ
Коэффициент сопротивления обыкновенного вентиля ξ = 7 - 20 , прямоточный вентиля ξ = 2 - 3 в зависимости от его диаметра. Чем больше диаметр тем меньше ξ. Коэффициент сопротивления также напрямую зависит от степени закрытия, чем больше степень закрытия, тем выше ξ.
Коэффициент местного сопротивления обратного клапана
ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
Для технических расчетов коэффициент сопротивления обратного клапана ξ = 1 - 5 в зависимости от диаметра.
Коэффициент местного сопротивления тройника
ТРОЙНИК
Зависит от типа тройника: тройник на проход ξ = 0,5
тройник на ответвление ξ = 1,5
тройник на разделение ξ = 3
тройник на слияние ξ = 1,5
Коэффициент местного сопротивления крестовины
КРЕСТОВИНА
Крестовина на проход - коэффициент сопротивления ξ = 2 , крестовина на ответвление - ξ = 3
Коэффициент местного сопротивления фильтра
ФИЛЬТР
Коэффициент сопротивления зависит от типа фильтра (косой или промывной) и его диаметра ξ = 5 - 12
Коэффициент местного сопротивления диафрагмы
ДИАФРАГМА
Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется расчетным путем и зависит от соотношения диаметра сужения к диаметру трубопровода. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на диафрагме поможет наш калькулятор:
Коэффициент местного сопротивления сужения
ПЛАВНОЕ СУЖЕНИЕ (КОНФУЗОР)
Коэффициент местного сопротивления плавного сужения определяется расчетным путем и зависит от соотношения диаметра до сужения к диаметру после сужения и угла раскрытия конфузора.. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на сужении поможет наш калькулятор:
ВНЕЗАПНОЕ СУЖЕНИЕ
Коэффициент местного сопротивления внезапного сужения определяется расчетным путем и зависит от отношения диаметра до сужения к диаметру после сужения. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на внезапном сужении поможет наш калькулятор:
Коэффициент местного сопротивления расширения
ПЛАВНОЕ РАСШИРЕНИЕ (ДИФФУЗОР)
Коэффициент местного сопротивления диффузора определяется расчетным путем и зависит от соотношения диаметра до расширения к диаметру после расширения и угла раскрытия диффузора. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на сужении поможет наш калькулятор:
ВНЕЗАПНОЕ РАСШИРЕНИЕ
Коэффициент местного сопротивления внезапного расширения определяется расчетным путем и зависит от отношения диаметра до расширения к диаметру после расширения. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на внезапном сужении поможет наш калькулятор:
Коэффициент местного сопротивления поворота
ПЛАВНЫЙ ПОВОРОТ
Коэффициент местного сопротивления поворота можно определить как по таблицам так и расчетным путем и зависит от радиуса и угла поворота. Рассчитать коэффициент сопротивления и потерю напора на на плавном повороте поможет наш калькулятор:
Значение коэффициента местного сопротивления для других элементов инженерных сетей можно посмотреть в этом справочнике.
Коэффициент местных сопротивлений стальных трубопроводов
Независимо от того как будет проводиться расчет следует занести:
L, Длина участка, м - задается длина участка трубопровода в плане с учетом длины П-образных компенсаторов. Данное поле можно заполнить автоматически, взяв длину участка с карты в масштабе. «Автоматическое занесение длины с карты»
Ke_con_pod, Шероховатость подающего трубопровода (конструкторский), мм- Задается шероховатость подающего трубопровода для конструкторского расчета;
Ke_con_obr , Шероховатость обратного трубопровода (конструкторский), мм- Задается шероховатость обратного трубопровода для конструкторского расчета;
Kz_pod , Коэффициент местного сопротивления подающего трубопровода- Задается коэффициент местного сопротивления для подающего трубопровода, например 1.1 или 1.2. В этом случае действительная длина участка трубопровода будет увеличена на 10 или 20 % соответственно. Если коэффициент местного сопротивления для подающего трубопровода будет задан равным 1.0, то действительная длина подающего трубопровода увеличена не будет;
Kz_obr , Коэффициент местного сопротивления обратного трубопровода- Задается коэффициент местного сопротивления для обратного трубопровода, например 1.1 или 1.2. В этом случае действительная длина участка трубопровода будет увеличена на 10 или 20 % соответственно. Если коэффициент местного сопротивления для обратного трубопровода будет задан равным 1.0, то действительная длина обратного трубопровода увеличена не будет.
Примечание
Если местные сопротивления неизвестны, то в этом случае пользователь может увеличить действительную длину трубопровода добавлением эквивалентной длины, характеризующей потери в местных сопротивлениях. Для этого следует задать для полей Коэффициент местного сопротивления под. тр-да . и Коэффициент местного сопротивления под. тр-да. значения от 1.05 до 1.2
Если вид местных сопротивлений и их количество известны, их следует указать с помощью справочника по местным сопротивлениям. Этот справочник заносится в поле Местные сопротивления под. (обр.) тр-да .
Zpod_str, Местные сопротивления под. тр-да – Задаются местные сопротивления, установленные на подающем трубопроводе. Как работать со справочником по местным сопротивлениям см. в разделе «Справочник по местным сопротивлениям». Сумма всех сопротивлений, автоматически записывается в поле Сумма коэф. местных сопротивлений под. тр-да. Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в таблице приложения Приложение E, Коэффициенты местных сопротивлений на участке трубопровода;
Zobr_str, Местные сопротивления обр. тр-да – Задаются местные сопротивления, установленные на обратном трубопроводе. Как работать со справочником по местным сопротивлениям см. в разделе «Справочник по местным сопротивлениям». Сумма всех сопротивлений, автоматически записывается в поле Сумма коэф. местных сопротивлений обр. тр-да. Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в таблице приложения Приложение E, Коэффициенты местных сопротивлений на участке трубопровода.
Как работать со справочником по местным сопротивлениям см. в разделе «Справочник по местным сопротивлениям». Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в таблице приложения Приложение E, Коэффициенты местных сопротивлений на участке трубопровода. Сумма всех сопротивлений, автоматически записывается в поле Сумма коэф. местных сопротивлений (под) обр. тр-да .
Указывая местные сопротивления, установленные на сети следует, чтобы значения полей Коэффициент местного сопротивления подающего трубопровода и Коэффициент местного сопротивления обратного трубопровода были равными 1.
В зависимости от того, по какому параметру будет делаться расчет, следует занести оптимальные скорости или удельные линейные потери:
Для выполнения расчета по оптимальной скорости:
Vopt_pod, Оптимальная скорость в подающем (конструкторский), м/с - Задается оптимальная скорость для подающего трубопровода данного участка;
Vopt_obr, Оптимальная скорость в обратном (конструкторский), м/с – Задается оптимальная скорость для обратного трубопровода данного участка.
Для выполнения расчета по удельным линейным потерям:
dHud_con_pod, Удельные линейные потери подающего (конструкторский), мм/м – задаются удельные линейные потери для подающего трубопровода;
dHud_con_obr, Удельные линейные потери обратного (конструкторский), мм/м – задаются удельные линейные потери для обратного трубопровода.
Что такое потери напора?
Третья статья в цикле статей по теоретическим основам гидравлики посвящена определению потерь напора.
Как рассказывалось ранее, при своем движении жидкость испытывает сопротивление, что выражается затратами ее энергии, т.е. затратами ее напора, что называют потерями напора.
Два вида потерь напора
Потери напора принципиально делятся на два типа:
Местные потери конкретно на данном рисунке: поворот, задвижка (условное обозначение по ГОСТ – «бантик»), еще один поворот и внезапное (т.е. не плавное) расширение.
Местные потери
Местные потери напора (говорят также “потери напора на местные сопротивления“) – это потери напора, которые происходят в основном из-за вихреобразования в конкретных местах трубопровода (потому и «местные»). Любое препятствие на пути движения потока жидкости является местным сопротивление. Чем сильнее деформируется поток, тем больше будет потеря напора. Например, на рисунке ниже показано внезапное сужение трубопровода. Хорошо видны 4 вихревые зоны до и после сужения.
Местное сопротивление — внезапное сужение
Местную потерю напора можно определить, зная коэффициент сопротивления для данного сопротивления (обозначается буквой дзэта ζ, не имеет размерности) и среднюю скорость потока в сопротивлении V.
(g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 , для быстрых подсчетов можно округлить до 10 м/с 2 )
Пример. Определить потерю напора в вентиле, установленном на трубе внутренним диаметром d = 51 мм, при расходе Q = 2 л/с.
Сначала по уравнению неразрывности (ссылка на статью 2) определим среднюю скорость движения жидкости.
V = Q / ω = 4 · Q / 3,14 · d² = 4 · 0,002 / 3,14 · 0,051² = 0,98 м/с
Теперь необходим коэффициент сопротивления вентиля. Такие данные берут из гидравлических справочников или у производителей конкретной арматуры. По справочным данным находим, что коэффициент местного сопротивления вентиля равен 6.
Тогда потеря напора на вентиле: hвент = ζ · V²/ 2 · g = 6 · 0,98² / 2 · 10 = 0,29 м.
Иллюстрация местных потерь напора
При расчете трубопроводных систем (внутренний водопровод здания, наружная водопроводная сеть и т.п.) обычно высчитывают не все сопротивления (так как их может быть очень много), а только самые существенные, создающие наибольшие сопротивления: например, счетчик воды. Потеря напора на остальных местных сопротивлениях учитывается коэффициентом, на который умножается значение потерь напора по длине (1,05 – 1,15 для наружных сетей, 1,1 – 1,3 для внутренних сетей здания).
Потери по длине
Потери напора по длине – потери напора на участках трубопровода. Возникают из-за работы сил трения. (сила трения возникает между слоями движущейся жидкости). Величина потерь напора, также, как и местных потерь, напрямую зависит от скорости движения жидкости. При достаточно высокой скорости усиливается влияние шероховатости стенок трубы.
Потерю напора по длине можно увидеть по разнице в уровнях воды между двумя пьезометрами
Точное определение потерь напора по длине является довольно сложной задачей, для этого необходимо устанавливать режим движения жидкости (бывает ламинарный и турбулентный), подбирать расчетную формулу для коэффициента гидравлического трения в зависимости от числа Рейнольдса Re, характеризующего степень турбулизации потока. Это изучается студентами в рамках курса механики жидкости.
При этом для быстрого расчета потерь напора были составлены специальные таблицы для инженеров, позволяющие, зная материал трубы и ее диаметр, а также расход воды, быстро определить так называемые удельные потери напора (сколько напора теряется на 1 м трубы). Эта величина называется 1000i, значение 1000i = 254 означает, что поток, проходя 1 м такой трубы теряет 254 мм (миллиметра) напора, т.е. 0,254 метра. Это значение также называется «гидравлический уклон», и это нельзя путать с геодезическим, т.е. просто с физическим уклоном (наклоном) самой трубы. Для расчета стальных труб используют таблицы Шевелева.
Таблицы Шевелева для определения потерь напора
Например, из данного фрагмента видно, что если вода с расходом 1,50 л/с пойдет по трубе диаметром 50 мм, то скорость в этой трубе будет 0,47 м/с, а 1000i составит 9,69 мм на метр (на каждом метре трубы теряется 9,69 миллиметров напора).
Чтобы определить, сколько метров напора будет потеряно на всем участке – нужно перемножить 1000i с длиной участка. Чтобы ответ получился в метрах, 1000i делят на 1000.
Итак, потери напора по длине: hl = 1000i·l / 1000 = i·l
Если наш участок трубы имеет длину, скажем, 25 метров, то потеря напора на нем:
hl = 9,69*25/1000 = 0,24 м.
Учтем и местные сопротивления, тогда полная потеря напора на данном участке:
Таблицы были переведены в электронный вид в виде программы, созданной Любчуком Ю.Е.
Загрузить программу “Таблицы Шевелева” можно с нашего сайта.
С помощью этой программы, можно легко посчитать потери напора в трубах из различных материалов. В следующей статье подробно опишем, как пользоваться данной программой на задаче из жизни.
Читайте также: