افت فشار در خطوط لوله مستقيم
افت فشار در خطوط لوله مستقيم
افت فشار در خطوط لوله مستقيم
مقادير امنيت طبق مباني احتمالات تئوري اطمينان پذيري تحقيق مي گردد.لذا گسترش قابليت تحمل بار لوله و بارها در نظر گرفته مي شود. بر مبناي گسترش
مختلف استحكام، ابعاد، سفتي ها و روش هاي آزمون و توابع امنيتي مورد نياز مختلف بسترها، انواع مواد لوله با شكست ظاهري يكسان، انواع ضريب هاي اطمينان مختلف دارند.
با مقادير مربوطه براي لوله چدن نشكن كه در شكل ٦–١٤نشان داده شده است ارتباط توانايي كاري داده مي شود. در حال حاضر بازبيني مجدد برگه كار ATV DVWK, A127چاپ 3موجود است.
در محاسبات در آينده از ضريب امنيت جهاني ديگر استفاده نمي شود. از اطمينان جزئي لوله با مواد مختلف و بارها بيشتر استفاده مي شود.
شكل :6-14ضريب اطمينان ،γمربوط به ضريب سفتي در رابطه با كرنش نشان داده شده است.
محاسبات هيدروليكي
روش هاي محاسبه براي اتلاف فشار در خطوط لوله، اتصالات و شيرها، پر شدن جزئي،ضربه قوچ
كليات
در محدوده خطوط لوله آب مبنا مطابق با راهنمايي هاي ، EN545براي كانال هاي فاضلاب و خطوط لوله فاضلاب مطابق با EN598مي باشد .
محاسبات هيدروليكي خطوط لوله آب آشاميدني مطابق با ورقه كار W302از DVGW قاعده مند مي شود.
مطابق با ورقه كار ، ATV-DVWK,A110ابعاد هيدروليكي و شواهد (گواهي) توان(كارايي)كانال ها و خطوط لوله فاضلاب مشخص مي شود. آن در يك نسخه بازنگري شده
با چاپ سپتامبر ٢٠٠١تجديد شده است.
براي محاسبات اتلاف فشار در خطوط لوله گاز ورقه كار DVGW,G464موجود است. در سايت www. Gussrohrtechnik.deدر فصل” ابزارهاي محاسبه” يك برنامه طبق
ورقه كار W302از DVGWو ورقه كار A110از DWAجهت محاسبه هيدروليكي حالات كاربردي زير بدون پرداخت هزينه قابل پياده سازي مي باشند:
• خطوط لوله آب در محدوده DN80تا DN2000
• كانال هاي فاضلاب و خطوط لوله فاضلاب در محدوده سايز DN100تا DN2000
٢–١٥محاسبات اتلاف فشار
جريان حجم )جريان خروجي، جريان عبوري( Qبر حسب ، [m³/sec] قطر ديناميك(خالص) لوله بر حسب [m] و متوسط سرعت جريان vبر حسب [m/sec ] طبق معادله
زير نسبت به يكديگر پيوند خورده اند:(1-15 )
[Q =Лd²/4 . V [m³/s
با داشتن سرعت جريان براي يك سرويس معمول و افت فشار از پيش معلوم قطر ديناميك لوله در اولين تقريب تحقيق مي شود. مقادير سرعت براي سرويس هاي معمول به قرار زير است.
جدول :١–١٥سرعت هاي جريان معمول سرويس هاي مختلف در خط لوله
افت فشار در خطوط لوله مستقيم
راهنمايي هاي زير در حالت خطوط با سطح مقطع دايره اي شكل، مانند خطوط آب و فاضلاب مي باشد.
در جريان لوله به علت سايش سرويس بر جداره لوله، آشفتگي سرويس و سايش قسمت هاي مختلف مايع روي يكديگر اتلاف انرژي حاصل مي شود كه خودش را ب
صورت افت فشار نشان مي دهد.
افت فشار P1-P2جهت نسبت هاي جريان ايستگاهي به صورت زير محاسبه مي شوند:
(P1-P2= λγw. l/d . v²/2.g (2-15
[N/m]
در اينجا داريم:
افت فشار بر حسب [N/m²]
P1-P2
طول خط بر حسب [m]
ارتفاع افت فشار hبر حسب ] [mرا توصيف مي كند كه با تقسيم بر طول لوله در شيب خط انرژي Jحاصل مي شود. . J= λ/d
[v² /2g [m/km
جهت يك ديد اجمالي Jدر حالت طول خط 1kmبا افت فشار hبر حسب mستون آب اظهار مي شود.
فاكتور λضريب سايش لوله است كه بدون بعد است (ضريب مقاومت) كه ناشي از زبريجداره و عدد رينولد مي باشد.
عدد رينولد Reنسبت نيروي انتقال جرم و نيروي سايش داخلي است و به صورت =Rev .d/vمحاسبه مي شود.
در ايجا vچقرمگي كينماتيك بر حسب] [m²/sمي باشد.
جدول 2-15حاوي چقرمگي هاي كينماتيك آب در درجه حرارت هاي بين 0°Cو100°C در فشار عادي است.
در حالت معمول جداول افت فشار از درجه حرارت هاي 10°Cمي باشد كه از چقرمگي كينماتيك v=1.31. 10-6 m²/sمطرح مي شوند.
در جدول ٢–١٥مقادير موجود براي سرعت هاي جريان ، vجريان در لوله ها هميشه آشفته است.
جدول :٢–١٥وابستگي چقرمگي كينماتيك آب به درجه حرارت
در اين حالت براي ضريب مقاومت معادله زير بكار مي رود: 1/√ λ =– 2 . lg(2.51/Re √λ + k/3.71 .d) (( )طبق پراندتل–كلبروك(٧–١٥)
حد بالايي براي لوله هاي زبر هيدروليكي طبق نظر Nikvrodseمعادله زير بدست مي آيد:
| 1/[2 . lg d/k | (8-15) λ =+1.14]² |
در حاليكه حد پاييني ) (k=0طبق نظر kerman-prandhبراي لوله هاي صاف هيدروليكي اين معادله را بدست مي دهد:
1/√0.1Φ = 2 .lg Re √λ / 2.5 l
شكل 1-15رابطه ضريب زبري لوله λبا عدد رينولدز را نشان مي دهد. پارامتر نسبت قطر ديناميك لوله dو زبري مطلق kاست.
آن روشن مي سازد كه تعيين و مشخص كردن زبري مطلق kداراي معني ويژه اي است.
براي خطوط لوله آب آشاميدني و تجاري در ورقه كار w302از DVGWمقادير Kj زير تعريف شده اند.
•[Kj= 0.1[mm
خطوط لوله راه دور و انتقال دهنده با راهنماهاي خطوط گسترش يافته
•[Kj=0.4[mm
خطوط لوله اصلي با راهنماهاي خطوط گسترش دنباله دار
•[Kj=1.0[mm
• شبكه جديد، طبق انتقال از ] Kj=0.4[mmبه]Kj=1.0[mm
اثر شديدتر شبكه به صورت تقريبي در نظر گرفته مي شود.
(١–١٥)Shubertاين مقدار را براي يك خط لوله تهيه راه دور آب با طول 16kmاز لوله چدن نشكن پوشش داخلي ملات سيمان سايز ٤٠٠و سايز ٥٠٠تائيد مي كند.
براي محاسبه بعدي خطوط لوله و شبكه هاي لوله پيرتر ممكن نيست، مقادير عددي براي زبري توصيه شود. زبري موجود طبق قاعده بايد به وسيله اندازه گيري بدست آيد.
در اندازه گيري ها اتلاف همه اتصالات و شيرها در نظر گرفته مي شود، لذا با تعيين [Kj= 0.1[mmبراي خطوط لوله راه دور حالت امني ايجاد مي كند.
چاپ نسخه مجدد ورقه كار ،A110از ATV-DVWKدر سال ٢٠٠١صورت گرفته است. تغييرات حقيقي در مقايسه با چاپ آگوست ١٩٨٨عبارتند از:
• جدايش حالت پيش رونده در اندازه گيري و گواهي كارايي
• توصيفات جديد، بيشتر در رابطه با اتلاف جريان در ميله ها با و بدون بلوكه شدن(سد شدن)
• رفتار نوع جديد جريان در سازه هاي ميله اي شكل با خروجي جريان پرتابي در تغيير مسير جريان به صورت هم زمان
• كاركرد آناليتيكي جريان در پروفيل هاي غير دايره اي شكل و شرايط پر شدن جزئي
• عدم در نظر گرفتن ضريب شكل f
• كلي سازي رفتار جريان ناپيوسته به وسيله معرفي فاكتور m
• نسخه جديد كاربرد گسترش تخت و نشت
• محاسبه تبديل انرژي در محدوده خروجي جريان از گسترش شيب دار
• محاسبه مجدد (GERRINEلختي) باز با سطح مقطع پيوند(ساختماني)
با محاسبه خطوط سطح، گذر پر شدگي جزئي به پر شدگي كامل در افت فشار (سد شدگي)، با توجه به سد شدگي ميله، به صورت كامل ممكن مي شود.
با ساده كردن مدل محاسبه، تخمين مدل خاص ممكن مي شود، كه خارج از حوزه معتبر A110قرار دارد.
براي كانال هاي تخليه آب و خطوط تخليه آب زبري كار Kbدر راهنماي ورقه كار
A110از ATVمعين شده است.
براي لوله هاي غير استاندارد و كانال هاي بتني محلي بدون گواهي خاص، زبري ديواره موثر Kb=1.5mmمي باشد. تخمين PAUSCHALبراي مقدار Kbشامل قانون موارد ذيل مي باشد:
• زبري ديواره
• عدم دقت موقعيت(قرارگيري) و تغييرات
• ضربه به لوله
• سازگاري اتصالات و
• سازه استوانه اي
در چهارچوب اين تخمين – PAUSCHALزبري ديواره موثر براي لوله هاي استاندارد شده به صورت واحد با K=0.1مي باشد و اثر كار كانال روي زبري ديواره نسبت به ارزش لوله هاي جديد جمع بندي مي شود.
در اين تعريف كلي مقدار Kbاز موارد زير تاثير نمي پذيرد.
• تفاوت بين قطرهاي لوله ديناميك موجود و محاسبه شده
• سازه هاي تصفيه كننده
• سازه هاي ورودي و خروجي از دريچه كنترل منبسط شونده، خط لوله فشاري
• پايه ها
• اثر مانع شدن و بلوكه شدن در اين حالت اصول زير معتبر مي باشند:
• به صورت پايه با اندازه ديناميك متوسط موثر جهت محاسبه يا با اندازه ديناميك متوسط
• هنگام طراحي، تجاوز از چهارچوب DIN4263مجاز است و به وسيله تفسير 0.9 QVپوشانيده مي شود.
• هنگاميكه اندازه ديناميك موثر در حالت منفرد در نظر گرفته نمي شود توسط شواهد توان(محاسبه بعدي) به صورت پايه با %٩٥اندازه اسمي محاسبه مي شود كه در
آن كاهش سطح مقطع در ادامه نشت(رسوب) معمولي در نظر گرفته مي شود. اتلاف در سازه هاي تصفيه كننده در حالت منفرد گواهي مي شود. از اين شواهد مي توان
صرف نظر كرد، هنگاميكه در سازه هاي تصفيه كننده يك افزايش سطح ΔZ≥d/20موجود بوده يا پيش بيني مي شود.
از گواهي مي تواند صرف نظر شود، وقتي كه ظرفيت كانالهاي هدايت كننده با 0.85QV به جاي 0.9QVمحدود مي شود، مشروط بر آنكه اين كانال ها داراي هيچگونه گرفتگي نباشند.
در جدول ٣–١٥مقادير– كلي براي زبري كاري ] [mmداده شده است.
٢–٢–١٥پر شدن جزئی
هنگام تحقيق در رابطه با حالت هاي پر شدن جزئي اين فرض صورت مي گيرد كه خط سطح موازي با كف جريان مي يابد.(جريان خروجي نرمال)
لذا براي سرعت جريان VTدر پر شدن جزئي داريم:
| VT/VV=[rhy . T/rhy . v]^0.625 | (١٠–١٥) |
| و براي جريان خروجي QTداريم: |
| QT/QV=AT/AV [rhy . T/rhy . V] ^0.625 | (١٠–١٥) |
تحقيقات تئوري توسط (٢–١٥) Tiedtداراي بررسي عملي از (٣–١٥) Sauerbreyاين مسئله را تائيد مي كنند كه در جريان ورودي با سايش هوا از رفتار جريان خروجي لبه پر
كننده، در پروفيل بسته صرف نظر مي شود.
منحني هاي پر شدن جزئي داراي يك قسمت خمش برگشت مي باشند كه داراي حداكثر جريان خروجي در پر شدن جزئي است كه در آن بالاترين مقدار ممكن عمق آب طبيعي پايدار منظم مي شود.
در ادامه مشكل تهويه يا قفل شدن هوا در خطوط كانالي در پيوند با خطر ناشي از آن و ضربه در خط، منحني هاي پر شدن جزئي براي خروج جريان توسط QT/QV=1
شكسته مي شوند.
–٣–٢–١٥اتلاف فشار در اتصالات و شيرها
ارتفاع اتلاف فشار ‘ hدر اتصالات و شيرها مطابق فرمول زير محاسبه مي شود:
h’=ξi . (١٣–١٥)
v²/2g
جائيكه ξiعدد مقاومت باشد.
حالت ديگر ممكن جهت تعريف اتلاف فشار تعيين يك طول اتلاف معادل ‘ Lاست كه از
فرمول زير محاسبه مي شود:
| L’= ξi . λ | (١٤–١٥) d/ |
اتلاف فشار به وسيله طول اتلاف معادل ‘ Lيك خط با اندازه اسمي يكسان جابجا مي شود.
نتايج براي زانويي ها در شكل ٢–١٥و براي انشعابات در شكل ٣–١٥و ٤–١٥موجودند. آنها براي سرعت آشفتگي v=1m/sو چقرمگي كينماتيك γدر درجه حرارت آب
10°Cمعتبرند.
-4-2-15ضربه قوچ در خط لوله آشفته
بر خلاف محاسبات جريان ايستگاهي در خطوط لوله وجود دارد و حقيقتاً به وسيله انتقال جرم جريان ايجاد مي شود. به صورت اضافي اثر تراكم سرويس و الاسيسيته مواد لوله در نظر گرفته مي شود. لذا نوسانات فشار اعمالي به صورت كلي تحت نام ضربه قوچ – در خطوط شبكه آب با نام ضربه آب– مشهور است.
در ورقه كار W303از DVGWراهنمايي هاي طراحي و روش هاي محاسبه آمده است.
-16جوشكاري لوله چدن نشكن
توصيف روش هاي جوشكاري، تهيه جوش، مواد افزودني و عمليات حرارتي جوش در لوله هاي چدن نشكن و اتصالات مانند آزمون هاي جوش د ر اين فصل صورت مي گيرد.
–١–١٦كليات
مدت كوتاهي از گذشت قرن بيستم در حوزه توليد صنعتي توسعه جوشكاري مواد چدني صورت گرفت كه در آن زمان فقط چدن خاكستري در چدن با گرافيت لايه اي جوشكاري مي شد.سپس امكانات جهت جوشكاري چدن با توجه به اين موضوع در حوزه نصب خطوط لوله اغلب از چدن نشكن )چدن با گرافيت كروي( به كار رفت ولي مواد افزودني مناسب جوش و تكنولوژي هاي جوشكاري بهبود يافته و ارتقاء يافته نيز به كار مي رفت و با راهنمايي كلي DVS ،DVGWدر رابطه با توليد لوله ها و اتصالات چدن نشكن پايه گذاري شد.
با توجه به اين موضوع جوشكاري چدن نشكن در حوزه ساخت خطوط لوله داراي سه انتخاب زير است
• جوشكاري ساخت: جوشكاري در ساخت اجزاي چدني از اجزاي مجزا (مثلاً جوشكاري فلنج ها، انشعابات و غيره مربوط به لوله ها)
• جوشكاري توليد: مثال هاي ايجاد گرده هاي برآمده جوش در قسمت اسپيگات لوله جهت پيوند لوله هاي مهار كننده نيروي طولي(ضد زلزله)
• جوشكاري اورهال: بهبود دادن توسط جوشكاري و جوشكاري هاي تعميراتي مخارج لازم براي كيفيت پيوند معين مي تواند خيلي متفاوت باشد و از روش هاي جوشكاري زير تصميم گيري مي شود:
• جوشكاري با افزودني هاي جوش نوع يكسان تحت پيشگرم بالا: جوشكاري نوع يكسان( نام سابق: جوشكاري گرم)، جوشكاري بدون مواد افزودني
• جوشكاري با مواد افزودني جوش غير يكسان بدون پيشگرم يا پيشگرم كم: جوشكاري نوع غير يكسان(نام سابق: جوشكاري سرد) به صورت عملي بين دو مورد آخر تصميم گيري مي شود.
