Гидравлические сопротивления запорной арматуры

ГлавнаяСтатьи и материалыГидравлическое сопротивление труб

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.

  • 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:

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

  1. Где:
  2.  — потери давления по длине;
  3.  — коэффициент гидравлического сопротивления;
  4. v – скорость движения рабочей среды;
  5. g – ускорение силы тяжести;
  6. d – диаметр трубопроводной магистрали.
  7. 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.
  8. Если Re меньше, чем 2300, то для расчёта применяется формула:
  9. Для трубопроводов в форме круглого цилиндра:
  10. Для трубопроводных коммуникаций с другим (не круглым) сечением:
  11. Где А=57 – для квадратных труб.
  12. Турбулентное течение рабочего потока
  13. 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

Гидравлические сопротивления запорной арматурыГидравлические сопротивления запорной арматуры

  • 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:

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

  1. Где:
  2.  – коэффициент местного сопротивления;
  3.  – потеря напора;
  4.  – отношение скорости потока к ускорению силы тяжести – скоростной поток.
  5. При неизменной скорости перемещения рабочей среды по всему сечению применяется формула:

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

 – энергия торможения.

Для фитингов из ППР:

ДетальОбозначениеПримечаниеКоэффициент
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

ТрубаРасход, м3/часСкорость, м/сПотери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м)
Сталь новая 133×5 60 1,4 3,6
Сталь старая 133×5 60 1,4 6,84
ПЭ 100 110×6,6 (5ЭР 17)/td> 60 2,26 4,1
ПЭ 80 110×8,1 (ЗйР 13,6) 60 2,41 4,8
Сталь новая 245×6 400 2,6 4,3
Сталь старая 245×6 400 2,6 7,0
ПЭ 100 225×13,4 (50 В 17) 400 3,6 4,0
ПЭ 80 225×16,6 (ЗЭК 13,6) 400 3,85 4,8
Сталь новая 630×10 3000 2,85 1,33
Сталь старая 630×10 3000 2,85 1,98
ПЭ 100 560×33,2 (ЗЭК 17) 3000 4,35 1,96
ПЭ 80 560×41,2 (ЗЭК 13,6) 3000 4,65 2,3
Сталь новая 820×12 4000 2,23 0,6
Сталь старая 820×12 4000 2,23 0,87
ПЭ100 800×47,4 (ЗЭК 17) 4000 2,85 0,59
ПЭ 80 800×58,8 (ЗЭР 13,6) 4000 3,0 0,69

Для бесшовных стальных труб

Режим движенияЧисло РейнольдсаОпределения λ
Ламинарный  или 
Переходный Гидравлические сопротивления запорной арматуры Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный 1-я область  (ф-ла Блазиуса)Гидравлические сопротивления запорной арматуры Бф-ла Конакова)
2-я область Гидравлические сопротивления запорной арматуры Гидравлические сопротивления запорной арматуры (ф-ла Альтшуля)
3-я область Гидравлические сопротивления запорной арматуры (ф-ла Альтшуля) (ф-ла Никурадзе)

Для металлопластиковых труб

НаименованиеСимволКоэффициент
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

С точки зрения гидравлического сопротивления, наиболее оптимальными являются трубопроводные системы с гладкой внутренней стенкой:

Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для систем горячего и холодного водоснабжения и отопления, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

  • Пластиковые трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.
  • Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.
  • Имеет гладкую внутреннюю стенку, что обеспечивает низкий коэффициент гидравлического сопротивления.

Помогите рассчитать потерю давления на газопроводе с начальным диаметром dn80, через 0,1 м становиться dn32 и тянется 10 м Уважаемый Андрей! Информация направлена на вашу почту! Добрый день, помогите рассчитать сопротивление резиновых трубопроводов. Уважаемый Николай! Информация направлена на Вашу почту. Что такое м/100м (в потерях напора)? Уважаемый Павел! Данная колонка с данными отображает потери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м).

Гидравлическое сопротивление: виды и коэффициенты

Местные гидравлические сопротивления — зачастую причина кавитации. Как рассчитывать коэффициенты разных сопротивлений? Какова зависимость между сопротивлениями и кавитацией?

Оглавление:

Коэффициент гидравлического сопротивления;

Местные гидравлические сопротивления;

Одно из основных понятий в гидравлике — гидравлические потери (сопротивление). Речь идет о потерях, которые наблюдаются при движении жидкости по водопроводящим каналам.

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Условно гидравлические потери можно разделить на две группы:

  • потери трения. Представляют собой следствие движения жидкости в проточной части насоса, каналах или трубах;
  • потери на вихреобразовании. Обусловлены обтеканием потоком жидкости разнообразных деталей, конструкций, препятствий. Это может быть клапан, поворот или сужение трубы. Потери этого типа обычно называют местными гидравлическими сопротивлениями.

Исследования потерь энергии потока (потерь напора насосов), обусловленных местными сопротивлениями, проводятся уже не одно десятилетие.

В разное время в России и за рубежом проводились различные экспериментальные исследования, которые позволили получить множество данных относительно разных местных сопротивлений.

В теории ученые продвинулись не так далеко: до сих пор не удается создать универсальные формулы, которые можно было бы применять с любыми типами локальных сопротивлений, — пока речь идет о некоторых местных сопротивлениях.

Коэффициент гидравлического сопротивления: что это такое и как высчитывается

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

  • Выражаться гидравлические потери могут по-разному — в единицах давления или линейных единицах столба жидкости, потерях напора.
  • Общая формула потери напора выглядит так:
  • △H = △P/(pg),
  • где △P — потери в единицах давления,
  • p — плотность среды,
  • g — ускорение свободного падения.

В сфере промышленности, в производственной практике перемещение жидкостей в потоках неразрывно связано с необходимостью преодоления гидравлического сопротивления трубы по всему пути потока. Кроме этого, гидравлические потери обуславливаются местным сопротивлением встречающихся на пути ответвлений и кранов, задвижек и вентилей, поворотов и диафрагм.

Чтобы преодолевать местные сопротивления, поток затрачивает определенную часть энергии — в этом случае речь идет о потере напора на локальные сопротивления. Как правило, такие потери выражают в долях от скоростного напора, который соответствует средней скорости среды в трубах до местного сопротивления либо после него.

  1. Найти данные о коэффициентах разных местных сопротивлений можно в соответствующих учебниках, пособиях, справочниках по гидравлике — данные могут быть представлены в разном виде, например как отдельные значения коэффициента гидравлических потерь, в виде диаграмм, таблиц, эмпирических формул.
  2. При желании или необходимости потери напора на локальные гидравлические сопротивления можно рассчитать самостоятельно. Для этого используется формула:
  3. hr = ξ υ² / (2g),
  4. где ξ представляет собой коэффициент местного сопротивления. Как правило, его определяют опытным путем,
  5. g — ускорение свободного падения.
Читайте также:  Сварка трубы при текущей воде

Местные гидравлические сопротивления: свойства и характеристики

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Как мы уже упоминали, потери напора жидкости в случае с местными сопротивлениями определяются в большинстве случаев только опытным путем. Но и в теоретическом обосновании есть некоторые прорывы — так, местное сопротивление по своим свойствам и характеристикам аналогично сопротивлению, которое наблюдается при внезапном расширении струи. И это логично, если учитывать, что поведение потока жидкости при преодолении любого локального сопротивления сопровождается сужением или расширением сечения.

1. При внезапном сужении трубы сопротивление сопровождается появлением водоворотной области в месте сужения, при этом струя уменьшается до размеров меньших, чем сечение наименьшей трубы.

После того как поток проходит участок сужения, струя максимально расширяется, ограничиваясь внутренним сечением трубы. Коэффициент местного сопротивления при резком сужении трубы рассчитывается по формуле: ξвн.суж. = 0,5(1 — (F2/F1)).

Значение коэффициента от отношения F2/F1 несложно найти в соответствующих пособиях по гидравлике.

2. При изменении направления трубы под углом гидравлические потери рассчитываются по формуле: ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2,047sin(α/2)², где α — это угол поворота трубы. Поток ведет себя следующим образом: сначала струя сжимается, после чего расширяется, так как при повороте по инерции поток отжимается от стенок трубы.

3. При входе в трубу цилиндрической формы с острой кромкой, которая наклонена к горизонту под углом α, коэффициент местного сопротивления высчитывается по формуле Вейсбаха: ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223sin α².

Иногда труба имеет закругленную форму или в сечении входа стоит диафрагма, которая сужает сечение, — в любом случае сначала струя потока будет сжиматься, потом расширяться, то есть местное сопротивление при входе в водопровод можно свести к внезапному расширению струи потока.

4. В промышленности, в частности при работе с насосным оборудованием, часто приходится рассчитывать местные сопротивления, которые создаются запорной арматурой — вентилями и клапанами, кранами и задвижками и так далее.

Вне зависимости от того, какую геометрическую форму имеет проточная часть, ограниченная запорной арматурой, гидравлический характер течения при преодолении сопротивлений не меняется. Если мы говорим о полностью открытой запорной арматуре, гидравлическое сопротивление будет колебаться в диапазоне от 2,9 до 4,5.

Коэффициенты для определенного вида запорной арматуры можно найти в соответствующих справочниках.

5. Гидравлические потери диафрагмы определяются сужением струи потока и последующим ее расширением. Степень сужения потока и его последующего расширения определяется несколькими факторами — это особенности конструкции диафрагмы, отношение диаметров отверстия трубы и диафрагмы, режим движения жидкости и так далее.

6. Наконец, часто бывает необходимо рассчитать коэффициент местного сопротивления при входе струи потока под уровень жидкости. Впрочем, сложных расчетов проводить не потребуется, коэффициент сопротивления при входе струи в большой резервуар под уровень жидкости или в среду без жидкости связан с потерей кинетической энергии и равен 1.

О гидравлическом сопротивлении, насосах и кавитации 

Работа насосов и гидравлических машин направлена в том числе на преодоление гидравлических потерь. Чтобы снизить влияние таких потерь, при создании трассы стоит избегать узлов, которые будут резко менять направления потока.

Оптимальный вариант — конструкции обтекаемой формы.

Но нужно понимать, что даже максимально гладкие трубы не обеспечат отсутствие потерь: ламинарный режим течения не сопровождается большими потерями из-за шероховатых стенок, но турбулентный режим приводит и к росту гидравлического сопротивления трубы.

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Иногда при движении жидкости по закрытым руслам меняется ее агрегатное состояние — она превращается в пар, то есть из жидкости выделяются газы, в ней растворенные. Если скорость небольшая, видимых изменений в ее движении не будет. Но при увеличении скорости движения на узком участке трубы появится отчетливая зона с пузырьками газа.

Далее, когда жидкость подходит к широкой части трубы, пузырьки начинают резко уменьшаться в размерах, а затем исчезать — схлопываться. В месте схлопывания пузырьков резко увеличивается давление, которое затем передается на соседние объемы среды и далее на стенки трубы. Многочисленные местные повышения давлений приводят к вибрации.

Кавитация — нежелательное явление, которое может привести к очень быстрому износу определенных частей трубопроводного и насосного оборудования. Часто она возникает в местах локальных сопротивлений — в вентилях, кранах, задвижках и так далее. При этом кавитация снижает КПД, а в долгосрочной перспективе разрушает детали, стенки трубопроводов, уменьшая их пропускную способность.

#ФОРМА#

Гидравлическое сопротивление

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

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.

Коэффициент гидравлического сопротивления

  • Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Δh в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления ΔP:
  • Δh= ΔP/(ρg)
  • 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.

  1. Аналитически потери напора на местные гидравлические сопротивления выражаются в виде.
  2. hr = ξ υ2 / (2g)
  3. 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

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

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.

ξвн. суж = 0,5(1- (F2/F1))

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

Читайте также:  Утяжеленные бурильные трубы назначение конструкция

Гидравлические потери при изменении направления трубопровода под некоторым углом

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

  • 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

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

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.

  1. 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:
  2. ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223 sin α2
  3. 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.

  1. Для диафрагмы с острыми краями:
  2. ξдиафр = d02 / D02
  3. 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.

ξвхода = 1

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.

Вместе со статьей «Гидравлическое сопротивление» читают:

Как отличить вентиль от задвижки

Задвижки и вентили – наиболее популярные виды запорной арматуры, применяемые для оперативного перекрывания потока рабочей среды в технологических трубопроводах, инженерных коммуникациях и магистральных линиях.

Вентили и задвижки различаются по конструктивному исполнению запорного органа, а также по направлению его перемещения относительно потока транспортируемой среды.

Существенные конструктивные различия влияют на особенности режима эксплуатации, что учитывается при выборе оптимального оборудования для определенных условий применения. Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Рис. 1 Внешний вид вентиля

Запорный узел вентиля перемещается параллельно потоку рабочей среды. По этой причине корпус вентиля визуально отличается от аналогичного элемента чугунной или стальной задвижки.

Более сложная конфигурация металлического корпуса вентиля обусловлена необходимостью поворота потока рабочей среды.

Чугунные и стальные корпуса задвижек отличаются лаконичной простотой форм за счет простой конструкции запорного узла, перемещающегося перпендикулярно потоку рабочей среды.

Потребитель, задающийся вопросом как отличить вентиль от задвижки, прежде всего может обратить внимание на внешние особенности корпуса запорной арматуры.

Заметные внешние различия, основанные на особенностях перемещения запорного органа, дополняются специфическими характеристиками внутренних компонентов запорной арматуры. Задвижки могут использоваться для оборудования трубопроводов большого диаметра с высоким давлением транспортируемой среды.

Одностороннее давление на запорный орган задвижки способствует максимально плотному примыканию заслонки арматуры к седлу. При большом напоре вентилем легче перекрыть подачу, но сложнее ее открыть.

Особенности применения вентилей

Вентили, именуемые запорными клапанами, отличаются относительно небольшими размерами в сравнении с задвижками, предназначенными для оснащения трубопровода аналогичного диаметра. Перемещение запирающего органа параллельно оси потока рабочей среды производится с уменьшенными физическими усилиями.

Относительно небольшой ход шпинделя запорного клапана не превышает четверти диаметра трубопроводной магистрали.

Необходимость разворота потока среды внутри металлического корпуса приводит к заметному увеличению строительной длины вентилей.

Увеличение гидравлического сопротивления провоцируется конструктивным исполнением, изменяющим направление потока, а также относительно небольшим проходным сечением седла запорной арматуры. Преимущества вентилей:

  •          Высокая скорость выполнения технологических операций;
  •          Малый ход затвора, необходимый для полного открытия;
  •          Относительно небольшая масса и строительная высота;
  •          Для перекрытия потока требуется небольшое механическое усилие;
  •          Высокая герметичность за счет применения эластичных уплотнительных колец;
  •          Отсутствие трения затвора, обеспечивающее минимизацию износа запорного органа;
  •          Простое техническое обслуживание;
  •          Возможность ремонтного восстановления изношенного оборудования;
  •          Применение в трубопроводах с агрессивными рабочими средами;
  •          Эксплуатация при высоком давлении транспортируемой среды;
  •          Широкий диапазон рабочих температур.

Более высокое гидравлическое сопротивление вентилей, обусловленное особенностями конструктивного исполнения запорной арматуры, провоцирует значительные потери энергии за счет необходимости повышения рабочего давления в эксплуатируемой системе. В большинстве случаев увеличение гидравлического сопротивления системы за счет применения вентилей относительно невелико, но этот фактор необходимо учитывать при проектировании трубопроводных систем и планировании рабочих режимов.

При эксплуатации вентилей необходимо соблюдать определенное направление потока рабочей среды, указанное на корпусе запорной арматуры. Противоположная ориентация вентиля приводит к заметным затруднениям при открывании, а также может спровоцировать срыв тарелки со стального штока и полный выход оборудования из строя.

Запорные вентили обеспечивают высокий уровень герметизации при перекрытии потока рабочей среды, что позволяет использовать компактные устройства для оборудования трубопроводов, эксплуатируемых в сложных условиях.

Прочный стальной корпус выдерживает высокое давление и большие колебания температур. Запорные клапаны применяются на трубопроводах относительно небольшого диаметра.

Более сложная конфигурация корпуса сопряжена с потенциальным риском наличия застойных зон, накапливающих загрязнения, проникающие в систему.

Особенности применения задвижек

Стальные и чугунные задвижки различного конструктивного исполнения применяются для герметичного перекрывания технологических линий, инженерных коммуникаций и магистральных трубопроводов. Запорная арматура, отличающаяся простым конструктивным исполнением, оптимизирована для безаварийного применения в различных условиях технической эксплуатации.

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Рис. 2 Фланцевая чугунная задвижка

Малое гидравлическое сопротивление за счет полнопроходного исполнения корпуса позволяет применять задвижки для комплектации магистральных трубопроводов с высокой скоростью движения транспортируемой среды. Преимущества задвижек:

  •          Стабильная эксплуатация при любых характеристиках среды;
  •          Простота конструктивного исполнения;
  •          Герметичное перекрытие потока транспортируемой среды;
  •          Широкий диапазон предельно допустимых температурных показателей;
  •          Минимальное гидравлическое сопротивление;
  •          Надежная конструкция запорного механизма;
  •          Широкое разнообразие типоразмеров;
  •          Относительно небольшая строительная длина;
  •          Ремонтопригодность эксплуатируемого оборудования;
  •          Возможность выполнения операций при различном уровне давления в системе;
  •          Удобное техническое обслуживание.
Читайте также:  Технология резки профильных труб

Для минимизации физических усилий, при выполнении технологических операций открывания и перекрывания потока, задвижки могут оснащаться редукторными механизмами с прочным металлическим штурвалом.

Штурвалы маркированы указателями направления вращения для безошибочных действий персонала при открывании или закрывании запорного механизма.

Некоторые модели задвижек оснащаются дублирующими указателями направления на крышке.

Задвижки с выдвижным шпинделем отличаются относительно большой строительной высотой, ограничивающей потенциальную возможность применения запорного оборудования внутри малогабаритных помещений.

Сравнительно большое время открывания и закрывания задвижек исключает возможность применения популярной разновидности запорной арматуры на технологических линиях, где актуально высокоскоростное выполнение операций.

Возможность применения на трубопроводах, транспортирующих агрессивные жидкости, зависит от материала корпуса и запорного элемента задвижки.

Стабильно популярная чугунная запорная арматура оптимизирована для комплектации водопроводных, отопительных, противопожарных и канализационных систем, где рабочей средой является холодная, горячая, чистая или загрязненная вода.

Стальные задвижки могут применяться для комплектации нефтепроводов и технологических линий, транспортирующих агрессивные вещества и химически активные соединения. Применение коррозионностойких элементов в различных модификациях задвижек обеспечивает стабильно высокую прочность компонентов, регулярно подвергаемых высоким нагрузкам.

Правильное положение при монтаже

Оснащение различных типов запорной арматуры типовыми стальными фланцами обеспечивает простое выполнение монтажных операций. Фланцевые соединения позволяют оперативно заменять неисправную запорную арматуру без необходимости выполнения сложных подготовительных операций.

Замена арматуры, оснащенной фланцами, производится без демонтажа соседних участков и проведения сварочных операций.

Для герметизации соединений, стягиваемых стальными шпильками с гайками, применяются прокладки соответствующей конфигурации, размещаемые между ответными фланцами, идентичными по размеру.

При монтаже задвижек, нет необходимости учитывать направление потока рабочей среды. В задвижках рабочая среда может транспортироваться в обе стороны.

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Рис. 3 Типоразмеры задвижек

При установке задвижек допускается любая ориентация устройства независимо от потока рабочей среды. Конструктивное исполнение запорного элемента клиновых и параллельных задвижек обеспечивает гарантированную работоспособность оборудования при любом направлении потока транспортируемой жидкой или газообразной среды.

Выбор оптимального технического решения

При выборе оптимальной разновидности запорной арматуры учитываются индивидуальные особенности режима предстоящей эксплуатации. Кроме технических параметров на выбор оборудования влияют ценовые показатели, особо актуальные при необходимости приобретения большого количества запорной арматуры.

Сферы применения вентилей

Для комплектации трубопроводов относительно небольшого диаметра могут применяться запорные клапаны (вентили), отличающиеся простым конструктивным исполнением и низкой себестоимостью.

Вентили стабильно функционируют при скачках и перепадах давления в системе.

Компактные устройства с небольшой строительной высотой оптимальны для оборудования участков трубопроводов, пролегающих внутри тесных промышленных и подсобных помещений.

Конструктивное исполнение запорного механизма вентиля позволяет применять практичную арматуру для комплектации трубопроводов с различными характеристиками транспортируемой среды, обеспечивая стабильную работу технологического оборудования.

Ручное управление, исключающее необходимость стабильного электроснабжения для функционирования электропривода, обеспечивает гарантированную работоспособность вентиля при аварийных ситуациях, когда особо актуальна возможность оперативного перекрывания трубопровода. Малый ход маховика позволяет предельно ускорить выполнение операции перекрывания или открывания трубопровода.

Уплотнение затвора вентиля при перемещении не перетирается о седло, что позитивно отражается на периоде безаварийной эксплуатации арматуры.

Особенности применения задвижек

При оборудовании трубопроводных сетей диаметром более 300 мм целесообразно применение задвижек, адаптированных для бесперебойной работы в сложных технических условиях.

Небольшая строительная длина задвижек позволяет максимально плотно выполнять монтаж оборудования, что особо актуально в промышленных условиях при необходимости рациональной компоновки многочисленных устройств.

В зависимости от режима эксплуатации применяются задвижки с выдвижным или не выдвижным шпинделем, обладающие индивидуальными техническими преимуществами.

Выдвижной шпиндель

Арматура с выдвижным шпинделем, отличающаяся увеличенной строительной высотой, может устанавливаться исключительно в просторных помещениях при отсутствии физических ограничений. Свободный доступ к ходовому узлу задвижки обеспечивает удобное техническое обслуживание оборудования в процессе эксплуатации.

Отсутствие негативного воздействия рабочей среды помогает сохранить безупречную функциональность ходового узла для удобного управления и бесперебойной эксплуатации технологического оборудования. Основной недостаток применения задвижек с выдвижным шпинделем – необходимость планирования места для свободного хода рабочего узла при закрывании и открывании потока транспортируемой среды.

Не выдвижной шпиндель

Задвижки, оборудованные не выдвижным шпинделем, отличаются уменьшенной строительной высотой, оптимальной для монтажа оборудования в условиях ограниченного пространства.

Отсутствие технического обслуживания ходового узла, погруженного в рабочую среду, сокращает период безремонтной эксплуатации оборудования.

Задвижки с не выдвижным шпинделем не рекомендованы к применению на ответственных объектах.

Сфера применения необслуживаемых задвижек с не выдвижным шпинделем ограничена водой, и неагрессивными нефтепродуктами. Рабочая среда должна не иметь абразивных частиц, твердых примесей и коррозионных свойств. Компактные задвижки удобно размещаются в небольших помещениях, технологических колодцах, нефтяных скважинах и подземных коммуникациях.

Температурные режимы

Диапазон допустимых температур при эксплуатации запорной арматуры зависит от материала корпуса внутренних компонентов. Стальные вентили и различные модификации стальных задвижек способны безотказно функционировать при высокой температуре транспортируемой среды, достигающей несколько сотен градусов.

Применение термостойких компонентов, не подверженных коррозии, обеспечивает высокий уровень герметичности при транспортировке холодной воды, пара, нефтепродуктов и технологических жидкостей.

Шпиндель из углеродистой стали обладает высокой прочностью и неизменной функциональностью при работе в различных температурных режимах.

Недорогие чугунные модели задвижек оптимизированы для управления потоками рабочей среды температурой до +90 °С. Чугунные задвижки могут применяться для оборудования водопроводных, противопожарных, отопительных и канализационных сетей.

Арматура для трубопроводов большого диаметра оснащена редукторным механизмом, упрощающим выполнение операций закрывания и открывания запорного узла.

Применение высокопрочных полимерных уплотнителей обеспечивает гарантированную герметичность перекрывания потока независимо от температурных показателей.

Требования к запорной арматуре

Запорные устройства по распространенности составляют около 80% трубопроводной арматуры. Основное их назначение – полное перекрытие потока среды, однако, они могут выполнять защитную, распределительную и другие дополнительные функции.

В зависимости от сферы использования устройств и природы передаваемой жидкости или газа, к запорной арматуре предъявляются особые требования, особенно, это касается химически агрессивных, а также пожаро- и взрывоопасных сред.

Однако, чаще всего трубопроводную арматуру данного назначения применяют для обустройства систем тепло- и водоснабжения.

Общие требования

  • Класс герметичности запорной арматуры должен сохраняться по истечении не менее 2500 циклов.
  • Длительность эксплуатации – от 50 лет.
  • Привод механизма должен осуществляться при максимальном усилии не более 250 Н/м.
  • Герметичность приводов и соединительных патрубков.
  • Соответствие присоединительных размеров диаметру труб, резьбы или фланцевых соединений.
  • Надежность эксплуатации запорной арматуры сетей тепло- и водоснабжения при температуре от -10 до + 80 °С при подземном размещении, от -40 до +60 °С – при наземном.
  • Наличие графических обозначений граничных положений и направления перемещения.

Гидравлическое сопротивление

Одним из предъявляемых требований к запорной арматуре является экономичность, которая достигается за счет сведения к минимуму гидравлического сопротивления устройств, и, соответственно, экономии электрической энергии насосами, передающими рабочую среду. Гидравлические потери, в большей степени, имеют место в радиальном направлении сетей, поэтому особое внимание уделяется сопротивлению арматуры секций.

Гидравлические сопротивления запорной арматуры

Герметичность арматуры

Уровень герметичности запорных устройств определяется классом герметичности перекрытия потока. Если условный диаметр составляет 1000 мм допускаются следующие объемы протечки: для классов В, С и D – 18, 180 и 1800 см3/мин соответственно. Класс А подразумевает плотное прилегание деталей и отсутствие протечки.

К запорной арматуре системы водо- и теплоснабжения предъявляется следующее требование: отсутствие пропусков на таких элементах, как воздушники и спускники (класс А), минимальные протечки в секционных сетях и ответвлениях (класс В).

Конструктивная надежность

Рабочее давление систем тепло- и водоснабжения составляет 1, 1,6 и 2.5 МПа. Запорная арматура в процессе работы должна выдерживать значения данного показателя.

В процессе эксплуатационных испытаний в сеть подается давление в 1,5 раза, превышающее расчетное.

Когда устройства используются при повышенных значения данного параметра, к арматуре предъявляются особые требования: значительная конструктивная прочность, патрубки и корпус большей толщины. Расчетное давление устройств от 4,0 МПа.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector