Расчеты потери давления в металлорукавах стандартных типоразмеров

Потеря давления из-за гидросопротивления рукава.

 Металлические рукава применяются для транспортировки веществ самой различной консистенции ( в твердом, жидком, газообразном состоянии ). Одним из важных факторов при выборе рукава является величина потери давления, вносимого в магистраль металлорукавом.

  При прочих равных условиях потери давления в металлорукавах выше, чем в жестких трубопроводах. Причина кроется в зависимости числа Рейнольдса(главной характеристики потока в рукаве)от внутреннего профиля рукава и его внешней геометрической формы при установке.

  В теоретической модели различают три различные состояния потока (характеризуемых числом Рейнольдса) выше зоны ламинарного потока:

  - зона турбулентности, когда в гофре образуются первичный и вторичный вихри;

  - переходная зона, когда вихреобразование "садится" на внутренние кромки гофр, что ведёт к уменьшению "эффективного сечения" рукава;

  - высокоскоростная зона, когда очаги вихреобразования (предыдущий пункт) начинают взаимодействовать вдоль потока между собой (интерферируют).

   Для наглядности ниже приведена фотография вихреобразования при течении жидкости в металлорукаве типа RS 331 (Witzenmann) с внутренним диаметром 25 мм и график изменения коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса. График разделён на упомянутые выше зоны режимов течения жидкости.

Учёт  гидросопротивления имеет смысл для чисел Рейнольдса (безразмерных) 10000 и выше.

При меньших значениях чисел Рейнольдса, заметного гидросопротивления металлорукав не вносит.

  На графике нанесены границы зон,упомянутых выше, с соответствующими эпюрами распределения скорости потока по сечению рукава.

Потери давления рассчитываются по формуле:

где:         ΔP   =   потери давления    ( Па =  Н / м кв= 0.1 кГ/ м кв )

              λ   =   коэффициент трения   (из графика. Безразмерный)

              I   =   фактическая длина рукава                    (  мм )

            d   =   внутренний диаметр рукава                    ( мм )

             ζb  =    коэффициент сопротивления в изогнутом состоянии (безразм)

              ρ  =      плотность (массовая) вещества          (кг/ м куб)

              V  =      скорость потока                        ( м/ сек )

 Коэффициент  трения  λ  рассчитывается экспериментальным путём для каждого типа металлорукава для  базовых значений ( из типоряда )  внутреннего диаметра и фиксированной длины .

   На графиках ниже коэффициеннт ( λ) представлен, как функция числа Рейнольдса (Re).

Такая характеристика описывает состояние потока через геометрию потока, его скорость и вида передаваемой жидкости.

   Число Рейнольдса можно рассчитать по следующей формуле:

 Где:         Re  =   число Рейнольдса                         ( безразм )

               ν  =   кинематическая вязкость               ( м кв / сек )

               V  =   скорость  потока                          (  м/сек )

               d  =   внутренний диаметр рукава                    (  мм )

 Коэффициент сопротивления формы ( ζ ) учитыват  увеличение гидросопротивления из за  изгибов рукава.  Изгиб характеризуется  отношением радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода и углом изгиба по окружности изгиба.

  Этот коэффициент рассчитан фирмой-изготовителем экспериментальным путём для:

 - рукавов с диаметрами из стандартного (для фирмы) типоряда;

 - для фиксированного угла изгиба в  180˚   ;

 - как функцию отношения ( d/R ).

Из графика находится значение  коэффициента (ζ) и корректируется в соответствии с реальным углом изгиба по формуле:

 Где:        ζb    =     искомый коэффициент сопротивления ;

              ζ    =    коэффициент сопротивления при изгибе в 180˚;

              α    =    угол изгиба рукава.

   Ниже приведены  графики для определения  значений коэффициентов (l) и (z) , входящих в правую часть выражения для (Dp) для металлорукавов конкретных типов и диаметров.

  Для поиска  значений (l), предварительно  определяется значение числа Рейнольдса (Re) и по величине диаметра рукава  выбирается соответствующая кривая. На вертикальной оси фиксируется искомое (l).

  Для поиска  значений  (z) , предварительно  определяется значение отношения (R/d) и из другого графика  определяется , так же с учетом диаметра рукава, искомое (z).

                Ниже приведены графики для рукава типа RS 331/330.

  Аналогичные графики для других типов рукавов ( что бы не загромождать основной текст) можно посмотреть по ссылкам

В грубом приближении можно допустить, что потеря давления в зонах турбулентности ( от вычисления числа Рейнольдса всё равно не отвертеться) гофрированных металлорукавов составляет, примерно, 150% потерь в новых стальных сварных трубопроводах. Т.е. , чтобы получить в рукавах такие же потери давления, как и в стальных трубах фиксированного диаметра, необходимо увеличить диаметр рукава  на 20%.