Меню

Гидравлические сопротивления запорной арматуры



Гидравлические сопротивления запорной арматуры

ВЫБОР ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

При выборе типа запорной арматуры прежде всего должны быть установлены условия работы конструкции в трубопроводной системе и ее допустимое гидравлическое сопротивление. Можно выделить два наиболее характерных случая, когда конструкция устанавливается на магистральной линии с большим расходом среды, необходимо иметь арматуру с малым гидравлическим сопротивлением во избежание больших энергетических затрат на транспортировку среды, особенно жидкой, но в тупиковых позициях, для целей отбора проб, сброса или слива среды, конденсата и т. д. вполне допустимо применять вентили, имеющие значительно большее гидравлическое сопротивление.

Энергетические затраты (в кВт) на компенсацию перепада давлений,

создаваемого гидравлическим сопротивлением арматуры, выражаются формулой

IV.3. Коэффициенты гидравлического сопротивления запорной арматуры, где — перепад давлений, кгс см2; — площадь поперечного сечения трубы по , см2;

Тип запорной арматуры.

Вентили проходные 4,5 — 11,0, Вентили диафрагмовые 1,5-7,0

Вентили прямоточные 0,3 — 2,5, где -коэффициент местного сопротивления; — плотность среды, г см3; =9,81 м с2 — ускорение силы тяжести.

Подставив значение в формулу для , имеем

Таким образом, энергетические затраты на преодоление местного гидравлического сопротивления, создаваемого арматурой, пропорциональны кубу скорости среды , квадрату диаметра прохода , коэффициенту гидравлического сопротивления и плотности среды . Отсюда следует, что наибольшие энергетические потери будут в магистральных или технологических трубопроводах, в которых жидкости перемещаются с большой скоростью. В этих условиях в качестве запорной арматуры необходимо использовать задвижки или краны, имеющие малые значения

В табл. IV.3 приводятся ориентировочные значения различных типов запорной арматуры.

Величина запорной арматуры, как правило, равна величине трубопровода. Способ присоединения к трубопроводу решается исходя из условий монтажа трубопровода. Выбрав тип запорной арматуры, уточняют способ управления (ручное, электропривод, пневмопривод). Уточняют материал корпусных деталей и уплотнительных колец, материал набивки сальника (или материал сильфона).

В случае необходимости уточняется также время срабатывания конструкции (открытие или закрытие). Выясняются и уточняются возможные дополнительные требования к конструкции.

В водопроводные и нефтепроводных магистралях, как правило, используются задвижки. В газопроводах находят применение краны, оснащенные пневмоприводом, поскольку крутящие моменты на пробке крана велики. Применение пневмоприводов позволяет автоматизировать управление кранами. Краны обладают тем достоинством, что имеют малые габаритные размеры, это особенно важно для подземных коммуникаций. В металлургии для топливного и коксового газов и во многих других случаях используются задвижки. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, как правило, в качестве запорной арматуры используются задвижки, но имеют применение и пробковые краны. Поворотные затворы (заслонки) используются в водоводах при сравнительно небольшом напоре и больших диаметрах прохода. В химической промышленности наряду с задвижками используются вентили, в том числе диафрагмовые, и шланговые затворы. Возрастает применение шаровых кранов в химической и других отраслях промышленности для труб вплоть до К достоинствам этого типа запорной арматуры относятся малые габариты, простота конструкции и процесса управления ею, возможность применения коррозионностойких материалов, хорошая герметизация затвора.

IV.3. Коэффициенты гидравлического сопротивления запорной арматуры

Источник

Гидравлическое сопротивление

Гидравлическое сопротивление или гидравлические потери – это суммарные потери при движении жидкости по водопроводящим каналам. Их условно можно разделить на две категории:

Потери трения – возникают при движении жидкости в трубах, каналах или проточной части насоса.

Потери на вихреобразование – возникают при обтекании потоком жидкости различных элементов. Например, внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п. Такие потери принято называть местными гидравлическими сопротивлениями.

Содержание статьи

Коэффициент гидравлического сопротивления

Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Δh в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления ΔP:

где ρ — плотность среды, g — ускорение свободного падения.

В производственной практике перемещение жидкости в потоках связано с необходимостью преодолеть гидравлическое сопротивление трубы по длине потока, а также различные местные сопротивления:
Поворотов
Диафрагм
Задвижек
Вентилей
Кранов
Различных ответвлений и тому подобного

На преодоление местных сопротивлений затрачивается определенная часть энергии потока, которую часто называют потерей напора на местные сопротивления. Обычно эти потери выражают в долях скоростного напора, соответствующего средней скорости жидкости в трубопроводе до или после местного сопротивления.

Аналитически потери напора на местные гидравлические сопротивления выражаются в виде.

Читайте также:  Запорная арматура для кондиционера

где ξ – коэффициент местного сопротивления (обычно определяется опытным путем).

Данные о значении коэффициентов различных местных сопротивлений приводятся в соответствующих справочниках, учебниках и различных пособиях по гидравлике в виде отдельных значений коэффициента гидравлического сопротивления, таблиц, эмпирических формул, диаграмм и т.д.

Исследование потерь энергии (потери напора насоса), обусловленных различными местными сопротивлениями, ведутся уже более ста лет. В результате экспериментальных исследований, проведенных в России и за рубежом в различное время, получено огромное количество данных, относящихся к разнообразнейшим местным сопротивлениям для конкретных задач. Что же касается теоретических исследований, то им пока поддаются только некоторые местные сопротивления.

В этой статье будут рассмотрены некоторые характерные местные сопротивления, часто встречающиеся на практике.

Местные гидравлические сопротивления

Как уже было написано выше, потери напора во многих случаях определяются опытным путем. При этом любое местное сопротивление похоже на сопротивление при внезапном расширении струи. Для этого имеется достаточно оснований, если учесть, что поведение потока в момент преодоления им любого местного сопротивления связано с расширением или сужением сечения.

Гидравлические потери на внезапное сужение трубы

Сопротивление при внезапном сужении трубы сопровождается образованием в месте сужения водоворотной области и уменьшения струи до размеров меньших, чем сечение малой трубы. Пройдя участок сужения, струя расширяется до размеров внутреннего сечения трубопровода. Значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении трубы можно определить по формуле.

Значение коэффициента ξвн. суж от значения отношения (F2/F1)) можно найти в соответствующем справочнике по гидравлике.

Гидравлические потери при изменении направления трубопровода под некоторым углом

В этом случае вначале происходит сжатие, а затем расширение струи вследствие того, что в месте поворота поток по инерции как бы отжимается от стенок трубопровода. Коэффициент местного сопротивления в этом случае определяется по справочным таблицам или по формуле

ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2.047sin(α/2) 2

где α – угол поворота трубопровода.

Местные гидравлические сопротивления при входе в трубу

В частном случае вход в трубу может иметь острую или закругленную кромку входа. Труба, в которую входит жидкость, может быть расположена под некоторым углом α к горизонтали. Наконец, в сечении входа может стоять диафрагма, сужающая сечение. Но для всех этих случаев характерно начальное сжатие струи, а затем её расширение. Таким образом и местное сопротивление при входе в трубу может быть сведено к внезапному расширению струи.

Если жидкость входит в цилиндрическую трубу с острой кромкой входа и труба наклонена к горизонту под углом α, то величину коэффициента местного сопротивления можно определить по формуле Вейсбаха:

ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223 sin α 2

Местные гидравлические сопротивления задвижки

На практике часто встречается задача расчета местных сопротивлений, создаваемых запорной арматурой, например, задвижками, вентилями, дросселями, кранами, клапанами и т.д. В этих случаях проточная часть, образуемая разными запорными приспособлениями, может иметь совершенно различные геометрические формы, но гидравлическая сущность течения при преодолении этих сопротивлений одинакова.

Гидравлическое сопротивление полностью открытой запорной арматуры равно

ξвентиля = от 2,9 до 4,5

Величины коэффициентов местных гидравлических сопротивлений для каждого вида запорной арматуры можно определить по справочникам.

Гидравлические потери диафрагмы

Процессы, происходящие в запорных устройствах, во многом похожи на процессы при истечении жидкости через диафрагмы, установленные в трубе. В этом случае также происходит сужение струи и последующее её расширение. Степень сужения и расширения струи зависит от ряда условий:
режима движения жидкости
отношения диаметров отверстия диафрагмы и трубы
конструктивных особенностей диафрагмы.

Для диафрагмы с острыми краями:

Местные гидравлические сопротивления при входе струи под уровень жидкости

Преодоление местного сопротивления при входе струи под уровень жидкости в достаточно большой резервуар или в среду, не заполненную жидкостью, связано с потерей кинетической энергии. Следовательно, коэффициент сопротивления в этом случае равен единице.

Видео о гидравлическом сопротивлении

На преодоление гидравлических потерь затрачивается работа различных устройств (насосов и гидравлических машин)

Для снижения влияния гидравлических потерь рекомендуется в конструкции трассы избегать использования узлов способствующих резким изменениям направления потока и стараться применять в конструкции тела обтекаемой формы.

Даже применяя абсолютно гладкие трубы приходится сталкиваться с потерями: при ламинарном режиме течения(по Рейнольдсу) шероховатость стенок не оказывает большого влияния, но при переходе к турбулентному режиму течения как правило возрастает и гидравлическое сопротивление трубы.

Читайте также:  Инженерные системы запорная арматура

Источник

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на трубопроводную арматуру, применяемую в технологических системах объектов, в т.ч. поднадзорных Ростехнадзору, а также объектов Министерства обороны РФ, и устанавливает методику экспериментального определения гидравлических характеристик арматуры в области квадратичного сопротивления на несжимаемых (ньютоновских) и сжимаемых средах (на воде и воздухе):

а) коэффициентов сопротивления (для запорной и обратной арматуры);

б) коэффициентов расхода при рабочих параметрах (для предохранительной арматуры);

в) пропускной способности при отсутствии кавитации и кавитационных характеристик (для регулирующей арматуры).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.568-97 Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

ГОСТ 12.2.085-2002 Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности

ГОСТ 12893-2005 Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Общие технические условия

ГОСТ 16504-81 Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 17433-80 Промышленная чистота. Сжатый воздух. Классы загрязненности

ГОСТ Р ИСО 8573-1-2005 Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты

ГОСТ Р 52720-2007 Арматура трубопроводная. Термины и определения

МУ 2.1.5.1183-03 Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий. Методические указания

СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения

МИ 2304-08 ГСОЕИ. Метрологический контроль и надзор, осуществляемый метрологическими службами юридических лиц. Основные положения

ПР 50.2.006-94 Государственная система обеспечения единства измерений. Порядок проведения поверки средств измерения

3 Определения, условные обозначения и сокращения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями и условными обозначениями

3.1.1.1 арматура трубопроводная, задвижка, затвор дисковый, затвор обратный, клапан, клапан запорный, клапан невозвратно-запорный, клапан невозвратно-управляемый, клапан обратный, клапан предохранительный, клапан регулирующий, кран: По ГОСТ Р 52720.

3.1.1.2 давление закрытия Рз: Избыточное давление на входе в ПК, при котором после сброса среды происходит посадка ЗЭл (золотника, диска) на седло с обеспечением заданной герметичности затвора.

3.1.1.3 давление настройки Рн: Избыточное давление на входе в ПК, при котором обеспечивается заданная степень герметичности в затворе.

3.1.1.4 давление полного открытия Рпо: Избыточное давление на входе в ПК, при котором совершается полный ход и достигается максимальная пропускная способность. При этом давлении следует проводить определение коэффициента расхода. Величина допустимого превышения давления полного открытия над давлением настройки приведена в 4.2 ГОСТ 12.2.085.

3.1.1.6 диапазон регулирования Д, пропускная способность Kv, пропускная способность относительная Kv/Kvy, пропускная способность условная Kvy, характеристика пропускная Kv = f( ), характеристика пропускная действительная, характеристика пропускная линейная Л, характеристика пропускная равнопроцентная Р, ход относительный , ход РЭл (текущий ход) hi, ход условный hy: По ГОСТ 12893.

3.1.1.7 задвижка полнопроходная: Задвижка, диаметр седла которой равен номинальному диаметру DN.

3.1.1.8 затвор: Узел арматуры, состоящий из седла и плунжера (золотника), при перемещении которого в проточной части арматуры реализуются различные проходные площади.

3.1.1.9 кавитационный перепад давления допустимый ΔРкав: Перепад давления, при котором наступает паровая кавитация и начинается отклонение функции Q = f ( ) от линейной зависимости.

3.1.1.10 кавитационный перепад давления критический ΔРкав max: Перепад давления, при котором наступает развитая кавитация и, начиная с которого при увеличении перепада давления на ИА, не происходит увеличения расхода.

3.1.1.11 коэффициент начала паровой кавитации Кс: Безразмерный параметр, обуславливающий при заданной температуре рабочей среды перепад давления на регулирующей арматуре, при котором начинается отклонение расходной характеристики Q = f ( ) от линейной зависимости.

3.1.1.12 коэффициент развитой кавитации Км: Безразмерный параметр, обуславливающий эффект «запирания», при котором увеличение перепада давления не ведет к увеличению расхода.

3.1.1.13 коэффициент расхода для газа α1 и для жидкости α2: По ГОСТ 12.2.085.

3.1.1.14 коэффициент сопротивления ζ: Безразмерный коэффициент, равный потере давления, деленной на скоростное давление.

3.1.1.15 область квадратичного сопротивления: Часть зоны турбулентного режима течения, при котором потери давления прямо пропорциональны коэффициенту сопротивления и средней скорости во второй степени [1].

3.1.1.16 образец для испытаний: По ГОСТ 16504.

3.1.1.17 скоростное давление : Давление, равное половине произведения квадрата скорости на плотность движущейся жидкости.

Читайте также:  Запорные арматуры для нефтяной промышленности

3.1.1.18 угол открытия φ: Угол между плоскостью седла и плоскостью уплотнительной поверхности ЗЭл (РЭл) арматуры поворотного типа.

3.1.1.19 ход h: Расстояние между уплотнительными поверхностями ЗЭл (РЭл) и седла.

3.1.2 Условные обозначения:

В — коэффициент, учитывающий отношение абсолютных давлений до и после ИА;

— отношение абсолютных давлений до и после ИА;

DN — номинальный диаметр;

Dmp — диаметр трубопровода, м;

FN — площадь условного прохода, м 2 ;

G — массовый расход, кг/с;

Q — объемный расход, м 3 /с;

K — коэффициент сжимаемости воздуха;

— фактическое среднеарифметическое значение пропускной способности, м 3 /ч;

ΔKv — допустимое отклонение действительного значения пропускной способности от теоретического (расчетного), %;

L — строительная длина арматуры, м;

L1, L2 — длина прямого участка трубопровода «до» и «после» ИА, м;

α1 и α2 — коэффициенты расхода соответственно по газу и по жидкости;

N — количество экспериментальных значений;

P1 — абсолютное давление до испытуемой арматуры, при котором начинается отклонение расходной характеристики от линейной зависимости, Па;

Р2 — абсолютное давление за ИА, Па;

Pнп — абсолютное давление насыщенных паров воды при температуре t на входе в регулирующую арматуру, Па;

Р * — критическое термодинамическое давление среды, Па;

ΔР — перепад (потери) давления на арматуре, Па;

Re — число Рейнольдса;

Reкв — число Рейнольдса, соответствующее началу области квадратичного сопротивления;

V — объем жидкости, л;

g — ускорение свободного падения, м/с 2 ;

l1, l2 — расстояние от уплотнительной поверхности фланцев испытуемой арматуры до мест измерений (отбора) давлений, м;

υ — средняя скорость, отнесенная к площади номинального прохода, м/с;

v — кинематическая вязкость, м 2 /с;

t — температура воды до испытуемой арматуры, °С;

ζс — коэффициент сопротивления системы в области квадратичного сопротивления;

ζпо — коэффициент сопротивления при полном открытии арматуры в области квадратичного сопротивления;

ζтр — коэффициент сопротивления участка трубопровода между местами отборов давлений в области квадратичного сопротивления;

— среднее арифметическое значение коэффициента сопротивления;

λкв — коэффициент трения в области квадратичного сопротивления;

λRe — коэффициент трения участка трубопровода между местами отбора давлений;

ρ — плотность среды, кг/м 3 ;

σ — среднее квадратичное отклонение;

φi — текущий угол открытия арматуры поворотного типа;

φmax — максимальный угол открытия арматуры поворотного типа.

3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ЗЭл — запирающий элемент;

ИА — испытуемая арматура;

ПК — предохранительный клапан;

РА — регулирующая арматура;

РЭл — регулирующий элемент;

ТД — техническая документация;

ТУ — технические условия.

4 Требования, предъявляемые к испытательному участку стенда для определения гидравлических и кавитационных характеристик

4.1 Коэффициент сопротивления ζ, пропускная способность Kv, коэффициент расхода α2 (α1) определяются на стенде, имеющем в качестве испытательной среды как воду — несжимаемую жидкость, (воздух — сжимаемую жидкость). Коэффициенты начала паровой кавитации и развитой кавитации определяются на стенде, имеющем в качестве испытательной среды воду.

4.2 Принципиальная схема испытательного участка гидравлического или пневматического стенда (места установки ИА), испытательной средой которого является или вода, или воздух, представлена на рисунке 1.

4.3 Принципиальная схема испытательного участка пневматического стенда для испытаний ПК представлена на рисунке 2. ПК устанавливаются на трубопровод либо на емкость. Сброс воздуха производится либо в глушитель, либо непосредственно в атмосферу.

а) участок стенда для установки проходной арматуры

б) участок стенда для установки угловой арматуры

Рисунок 1 — Принципиальная схема испытательного участка гидравлического
или пневматического стенда

а) участок стенда при установке ПК на трубопровод

б) участок стенда при установке ПК на емкость

Рисунок 2 — Принципиальная схема испытательного участка
пневматического стенда для испытаний ПК

4.4 Испытательный участок стенда должен состоять из двух прямых отрезков сменных трубопроводов без дополнительных местных сопротивлений.

Длина прямых отрезков сменных трубопроводов стенда должна быть не менее двадцати номинальных диаметров на входе арматуры (L1 ≥ 20DN) и не менее десяти номинальных диаметров на выходе (L2 ≥ 10DN) [2].

4.5 Значения расстояний от уплотнительной поверхности фланцев ИА до мест отбора давлений приведены в таблице 1 [2].

Номинальный диаметр DN

от 3 до 6 включ.

св. 6 до 32 включ.

Расстояние от уплотнительной поверхности фланцев до мест отбора давлений

Источник