Меню

Шероховатость труб что это такое

Шероховатость стенок трубопровода: типы и влияние

Твердые стенки, ограничивающие поток жидкости, всегда в той или иной степени обладают известной шероховатостью. Шероховатость стенок характеризуется величиной и формой различных, порой самых незначительных по размерам, выступов и неровностей, имеющихся на стенках, и зависит от материала стенок и их обработки.

Шероховатость — это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм).

Содержание статьи

Обычно с течением времени шероховатость изменяется от появления ржавчины, коррозии, отложения осадков и т.д.

Абсолютная шероховатость

В качестве основной характеристики шероховатости служит так называемая абсолютная шероховатость – κ, представляющая собой среднюю величину указанных выступов и неровностей, измеренную в линейных единицах.

Некоторые значения шероховатости стенок трубопровода приведены в таблице ниже

Чистые цельнотянутые из латуни, меди и свинца

Новые цельнотянутые стальные

Стальные с незначительной коррозией

В случае когда величина выступов шероховатости стенки трубы меньше, чем толщина вязкого (ламинарного) подслоя неровности стенки полностью погружены в этот слой.

При этом турбулентная часть потока не будет входить в непосредственное соприкосновение со стенками и движение жидкости, а следовательно, и потери энергии не будут зависеть от шероховатости стенок, а будут зависеть только от свойств самой жидкости.

Если величина выступов такова, что они превышают толщину вязкого подслоя, то неровности стенок будут выступать в турбулентную область, увеличивая беспорядочность движения и существенным образом влиять на величину потерь энергии.

В этом случае каждый отдельный выступ можно сравнить с плохо обтекаемой поверхностью, находящейся в окружающем её потоке жидкости и являющейся источников образования вихрей.

В соответствии с написанным выше поверхности условно разделяют на гидравлически гладкие (первый случай) и шероховатые (второй вариант).

На самом деле, толщина вязкого подслоя непостоянна и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса. У гидравлически гладких стенок с возрастанием числа Рейнольдса тоже начинает проявляться шероховатость, так как вязкий подслой становиться тоньше и выступы шероховатости, которые первоначально полностью располагались в этом слое, начинают выходить из него, выступая в турбулентную зону.

Следовательно, одна и та же стенка в зависимости от величины числа Рейнольдса может вести себя по разному:
в одном случае – как гладкая
в другом – как шероховатая.

Поэтому абсолютная шероховатость стенок трубопровода не может полностью характеризовать влияние стенок на движение жидкости. Естественно, что стенки с одной и той же абсолютной шероховатостью в потоках небольших поперечных размеров должны будут вносить большие возмущения в поток жидкости и оказывать большее сопротивление движению, чем в потоках большого сечения.

Читайте также:  Как правильно подсоединить в скважине трубы

Относительная шероховатость и относительная гладкость.

Для характеристики влияния шероховатости на величину гидравлических сопротивлений, а так же исходя из условий соблюдения подобия, в гидравлике вводится понятие относительная шероховатость – ε.

Под термином относительная шероховатость понимают безразмерное отношение абсолютной шероховатости к некоторому линейному размеру, характеризующему сечение потока(например, к радиусу трубы r, к глубине жидкости в открытом потоке h и т.п.).

В некоторых случаях вводят понятие относительной гладкости ε / как величины обратной относительной шероховатости

В действительно, как показали исследования, на величину гидравлических сопротивлений влияет не только абсолютное значение шероховатости (высота выступов), но также в значительной степени их форма и густота. Учесть влияние этих факторов непосредственными измерениями шероховатости практически невозможно.

Видео о шероховатости

В настоящее время для того, чтобы охарактеризовать шероховатость стенки трубы при гидравлических расчетах обычно пользуются понятием – эквивалентной шероховатости. Этот эквивалент представляет собой такую величину выступов однородной абсолютной шероховатости, которая дает при подсчетах одинаковую с действительной шероховатостью величину потерь напора.

Источник

Шероховатость труб что это такое

Рисунок 434. 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 435. (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:

Читайте также:  Шпалеры для винограда своими руками из пластиковых труб

Коррозионное

воздействие

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

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:

Источник

Коэффициент шероховатости трубы

Поверхность труб внутри, независимо от материала, из которого она изготовлена, не является абсолютно гладкой. Это вызвано наличием микро бугорков, литьем ППР, сваркой стальных труб, образующимися впадинами и прочими микродефектами, называемыми шероховатостью. Шероховатость может образовываться неравномерно, большими участками, либо иметь равномерное распределение по всей длине или большей части трубопровода.

Читайте также:  Как проводится лапароскопия маточных труб

Коэффициент шероховатости трубы – это численный показатель, описывающий сопротивление, оказываемое трубой протекающей жидкости. Получаемые значения – эмпирические данные, то есть получаемые в результате опытов, экспериментов, проведения лабораторных исследований. Применяется при проектировании трубопроводов, при строительстве гидротехнических сооружений, проектировании механизмов, систем охлаждения, водоснабжения, фильтрации и прочих.

Как получить коэффициент шероховатости?

Наиболее полный документ, описывающий шероховатость поверхности – ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхностей. Параметры, характеристики, обозначения». Данный стандарт применяется вне зависимости от вида продукции, типа материала, назначения изделий и способа их производства. В то же время, стандарт не описывает частные случаи применения, к примеру, для трубопроводов и прочих систем. Акцент в ГОСТ 2789-73 смещен в сторону описания параметров шероховатости, правил проведения исследований материалов, определения дефектов поверхностей.

Стандартизация современных труб ППР и из других материалов осуществляется по ГОСТ 9378-93, который описывает правила отбора образцов, алгоритм замеров, необходимые технические условия для замера коэффициента шероховатости.

В гидравлических расчетах применяют данные из таблиц для известных материалов. Если же требуется связать коэффициент шероховатости с параметрами объектов (труб, лотков, фитингов, кранов), применяется формула Штриклера:

, где

  • g – ускорение потока,
  • k – средняя плотность отложений или шероховатых участков.

Пропорционально увеличению диаметра трубопровода уменьшается и коэффициент шероховатости (чем больше объем проходит по трубе, тем меньше влияние шероховатости на гидравлическое сопротивление). Показатель К также называется средней высотой выступов шероховатой стенки, в гидравлике может также обозначаться как Д или ε.

Если говорить о формулах расчета коэффициента, их применение нецелесообразно ввиду наличия упрощенного варианта – проведения замеров на реальных объектах. Для расчета пропускной способности русел рек и прочих масштабных проектов, формула коэффициента шероховатости также не дает точных результатов, поскольку на его расчет влияет множество неизвестных.

Для удобства сравнения материалов между собой в гидравлике, касающейся трубопроводов и инженерных систем, вводится понятие коэффициент эквивалентной шероховатости. Он рассчитывается в миллиметрах и принимается только для материалов с равномерным образованием шероховатей на внутренней поверхности трубы. В природе такая шероховатость (эквивалентная, равномерная) существует крайне редко, однако для описания технических характеристик удобнее применять именно эквивалентную шероховатость.

Источник

Adblock
detector