Distribúcia prietoku a tlaková strata v rozvetvených spojoch priečne vs

Kedykoľvek sa potrubie rozdelí na dve časti, armatúra, ktorá rozdelí, rozhodne o tom, koľko tlaku sa stratí a ako rovnomerne sa rozdelí prietok. Aštandardné 90 stupňové tričkospôsobí, že tekutina zahne ostrým rohom. Bočná a pravá vidlica nahrádza tento roh miernejším uhlom. Tieto dva sú často zamieňané a niektoré katalógy používajú názvy zameniteľne, ale ich geometria a správanie sú odlišné.

Táto príručka vysvetľuje rozdiel, ukazuje stratu tlaku a rozdelenie prietoku pomocou metódy Crane TP-410 a poskytuje praktický spôsob, ako si medzi nimi vybrať. Každá časť uvádza najskôr záver, potom zdôvodnenie. Hodnoty sú ilustratívne skríningové výpočty; konečný návrh patrí vášmu potrubnému inžinierovi.

Kľúčové informácie

• Postranný má priamy chod s jednou vetvou asi 45 stupňov. Skutočná vidlica rozdeľuje vstup na dve symetrické nohy v tvare písmena Y. Obchodné využitie sa líši, preto vždy potvrďte geometriu na výkrese.
• Obe znižujú straty v porovnaní s 90 stupňovým odpalom. Pre potrubia rovnakej veľkosti s polovičným prietokom smerujúcim do odbočky dáva Craneova metóda koeficient straty odbočky asi 0,38 pre 45 stupňovú bočnú stranu oproti 1,16 pre 90 stupňovú T, čo je zhruba o 67 % menej.
• V príklade s vodou pri rýchlosti 2 m/s v potrubí NPS 4 je tento rozdiel 2,31 kPa pre odbočku T oproti 0,76 kPa pre bočnú odbočku pri 50 % delení.
• Skutočná vidlica je symetrická, takže rovnaké nohy zdieľajú tok rovnomerne. Bočná časť uprednostňuje priamy beh, takže rozdelenie je nerovnomerné, pokiaľ nohy po prúde nemajú výrazný odpor.
• Zlúčené toky tiež strácajú menej cez 45 stupňovú križovatku ako cez 90 stupňový odpalisko a 45 stupňový vstup znižuje možnosť, že bočný prúd naruší hlavný tok.
• V objednávke zadajte zahrnutý uhol, veľkosti, plán a štandard (napríklad ASME B16.9), pretože slová lateral, wye a true wye nepoužívajú všetci dodávatelia rovnakým spôsobom.

Aký je rozdiel medzi laterálnym a skutočným Wye?

Bočné je kovanie s priamym chodom a jednou vetvou spojenou pod uhlom, zvyčajne 45 stupňov; pravá vidlica je symetrická armatúra, v ktorej sa jeden vstup delí na dve ramená, ktoré sú rovnako pod uhlom od vstupnej osi a tvoria Y.

Názvy pochádzajú z rôznych odborov, a preto spôsobujú zmätok. Osoba z inštalatérskeho remesla môže požiadať o „wye“, zatiaľ čo parný montér žiada o „45 stupňový bočný“ a obe môžu znamenať rovnakú montáž. V katalógoch potrubí a armatúr je bočný priamy priechod s jednou 45-stupňovou vetvou a pravá vidlica rozdeľuje hlavný vstup symetricky na dva výstupy.

Zdroje opisujú ramená skutočnej vidlice vidlice viac ako jedným spôsobom: niektoré opisujú dve ramená, každú 22,5 stupňa od osi vstupu (45 stupňov medzi nimi), iné opisujú dva 45 stupňové výstupy. Z tohto dôvodu musí byť uhol pri objednávke výslovne uvedený.

Ako sa celkovo porovnávajú bočné a pravé Wye tvarovky?

Postranný je jednoduchší, zvyčajne sa ľahšie získava a funguje dobre, keď je jedna cesta jednoznačne hlavnou; skutočné wye poskytuje symetrické, rovnomerné rozloženie pre dve rovnaké nohy, s kompaktnejším symetrickým rozložením, ale menej bežnou dostupnosťou.

Praktickým pravidlom od dodávateľov armatúr je, že pre horizontálny prívod sa bočný dobre podopiera zospodu, zatiaľ čo pre vertikálny prívod poskytuje pravá vidlica vyvážené zaťaženie. Použite to ako pomôcku na rozloženie a potom skontrolujte svoj návrh podpory.

Ktorá armatúra má nižšiu tlakovú stratu?

45-stupňová bočná alebo rozdvojka má oveľa nižšiu stratu vetvy ako 90-stupňová T: pri rovnakom rozdelení potrubí rovnakej veľkosti dáva Craneova metóda K približne 0,38 pre 45-stupňovú odbočku oproti 1,16 pre 90-stupňovú odbočku T, čo predstavuje zníženie zhruba o 67 %.

Strata tlaku cez armatúru sa zapíše ako ΔP=K × ρ × V² / 2, kde K je stratový koeficient, ρ je hustota tekutiny a V je rýchlosť v kombinovanom (vtokovom) potrubí. Menšie K znamená menšiu stratu tlaku. Nižšie uvedená tabuľka používa metódu Crane Technical Paper 410 na divergentný tok s rovnakou veľkosťou chodu a vetvenia, ako je implementovaná v open source inžinierskej knižnici. Koeficient straty pri behu pri tejto metóde je rovnaký pre odpalisko a bočné odpalisko (v závislosti od rozdelenia sa pohybuje od cca -0,06 do 0,30), takže výhoda sa prejaví na vetve.

Tabuľka zobrazuje dva vzory. Po prvé, 45 stupňová vetva má nižšiu stratu pri každom rozdelení. Po druhé, 90-stupňové odpalisko je najťažšie na toku, keď väčšina z neho zatáča roh: na 100% k vetve je K asi 1,69 pre odpalisko, ale asi 0,35 pre 45-stupňové bočné.

Čo to znamená z hľadiska tlaku?

Pre vodu (1 000 kg/m³) pri 2 m/s v kombinovanom potrubí NPS 4 Schedule 40S je tlaková strata odbočky:

Pri 50% rozdelení odbočka T stráca 2,31 kPa a bočná vetva 0,76 kPa. Rozdiel asi 1,55 kPa na spoj vyzerá ako malý, ale znásobuje sa na mnohých križovatkách a rastie so štvorcom rýchlosti: zdvojnásobenie rýchlosti vynásobí stratu štyri. Vo vysokorýchlostných službách alebo službách s vysokou hustotou alebo v systémoch s mnohými vetvami sa úspory stávajú významnými a pre prúdenie kalu alebo častíc s miernejším uhlom sa tiež znižuje erózia.

Ako zmení uhol vetvy stratu?

Menšie uhly natočenia dávajú nižšie straty: pri použití Craneovej metódy pri rovnakom delení klesne K z približne 1,16 pri 90 stupňoch na 0,75 pri 60 stupňoch, 0,38 pri 45 stupňoch a 0,23 pri 22,5 stupňoch; pravá vidlica má výhody, pretože každá noha sa otočí len cez časť celého uhla.

Nižšie uvedená tabuľka mení uhol vetvenia rovnakým spôsobom. Popisuje jedinú vetvu, ktorá odchádza z priameho smeru, takže pre skutočné wye je to sprievodca trendom, nie presný súbor údajov. Pre symetrické Y použite údaje o strate od výrobcu, Idelchikovu príručku hydraulického odporu alebo štúdiu CFD.

Metóda zaobchádza s uhlami okolo 75 stupňov a viac ako s odpaliskom, takže prínos sa prejaví až vtedy, keď uhol vetvy klesne pod tento rozsah. Aj tak je trend jasný: čím menej sa tok musí otáčať, tým menej energie stráca.

Ako sa líši distribúcia toku medzi laterálnym a skutočným Wye?

Skutočné rozdvojenie rozdvojky prúdi rovnomerne medzi dve identické vetvy, pretože je symetrické, zatiaľ čo bočná časť posiela väčší podiel cez priamy chod; nerovnosti sa zmenšujú so zvyšujúcim sa odporom nôh po prúde.

Prietok sa rozdelí tak, že pokles tlaku pozdĺž každej dráhy je rovnaký. V bočnom smere majú dráha chodu a dráha odbočky rôzne straty na križovatkách, takže dokonale symetrický systém po prúde sa stále rozdeľuje nerovnomerne. Tabuľka ukazuje podiel prietoku smerujúceho do vetvy pre dve identické vetvy po prúde, každá s odporom K_leg meraným v rýchlostných hlavách. Ako približné vodidlo, K_leg 10 zodpovedá približne 500 priemerom potrubia priameho potrubia pri koeficiente trenia 0,02.

Keď sú nohy po prúde krátke a majú nízky odpor (K_leg 2), odpalisko posiela iba 23% prúdu do vetvy a bočné 36%, čo je ďaleko od rovnomerného rozdelenia. Keď má každá noha odpor 20 (dlhé chody, ventily alebo vybavenie), obe sa dostanú do niekoľkých percentuálnych bodov 50 %, ale bočná je stále bližšie. Ide o skríningové odhady podľa uvedených predpokladov. Ak záleží na rovnomernej distribúcii, ako je to v prípade paralelných výmenníkov tepla, reaktorov alebo horákov, použite symetrickú armatúru a tam, kde si to proces vyžaduje, použite vyvažovacie zariadenia.

Čo sa stane, keď sa toky zlúčia namiesto rozdelenia?

Pri zlučovaní tokov 45-stupňový spoj tiež stráca menej ako 90-stupňový T: pri zlúčení 50/50 v rovnako veľkých potrubiach dáva Craneova metóda vetvu K približne 0,22 pre bočné oproti 0,41 pre T-kus.

Zlúčenie pod malým uhlom umožňuje, aby sa bočný prúd spojil s hlavným prúdom v takmer rovnakom smere, čo znižuje turbulenciu miešania a možnosť, že sa bočný prúd vráti späť do chodu. Z toho profitujú hlavičky zberu, odtoky a vratné procesy. Hodnoty sa vzťahujú na kombinovanú výstupnú rýchlosť.

Čo ak je pobočka menšia ako beh?

Pri redukčnej vetve straty prudko stúpajú pre obe armatúry, ale 45-stupňová bočná zostáva hlboko pod 90-stupňovou T-kusom; v tomto príklade má vetva polovičnej veľkosti, ktorá odoberá polovičný prietok, K približne 1,85 pre bočnú časť oproti 5,00 pre odpalisko.

Tieto hodnoty sa vzťahujú na rýchlosť vo väčšom kombinovanom potrubí a vysoké čísla pochádzajú z vysokej rýchlosti v malej vetve. Použite ich na porovnanie armatúr, nie ako náhradu za úplný hydraulický výpočet s vlastným trením vetvy a armatúrami.

Ako sa líšia normy, rozmery a výroba?

Bočnice s tupým zvarom sú pokryté normou ASME B16.9 a sú široko vyrábané z nehrdzavejúcej ocele, napríklad ASTM A403 WP304 a WP316, zatiaľ čo pravé rozdvojky sú často dodávané ako vyrobené alebo špeciálne tvarovky s rozmermi dohodnutými s dodávateľom.

Normy: ASME B16.9 sa vzťahuje na továrenské kované tvarovky na tupo, vrátane bočných častí; rozmery, ako sú dĺžky od stredu po koniec, sú špecifikované podľa veľkosti. Kované hrdlové zvarové a závitové bočnice spadajú pod ASME B16.11.

Materiály: nehrdzavejúca oceľ (A403 WP304/304L, WP316/316L), duplex a zliatiny niklu sú bežné pre korozívne alebo vysokoteplotné služby.

Hrúbka steny: zhodujte sa s plánom pripojeného potrubia a potvrďte si menovitý tlak vyrobených alebo redukovaných verzií u dodávateľa.

Spracované spoje: rozkrok (ostrý priesečník odbočky a výbehu) je miestom s najvyšším namáhaním, takže vyrobené spojky potrebujú dobrú kvalitu zvaru, kontrolu a vystuženie v súlade s konštrukčným predpisom; kované a bezšvíkové tvarovky poskytujú rovnomernejšie rozloženie napätia.

Veľkosť: bočnice sú v porovnaní s tričkami fyzicky dlhé, takže počítajte s extra dĺžkou v rozložení.

Pre vystuženie odbočiek a pravidlá pre návrhový tlak sa riaďte riadiacim predpisom, ako je ASME B31.3 pre procesné potrubie, a konzultujte s výrobcom tlakové hodnoty neštandardných armatúr.

Kde sa zvyčajne používajú bočné a pravé Wyes?

Používajú sa tam, kde záleží na nižších stratách, menšej erózii alebo ľahšom čistení: potrubia s kalom a časticami, odtoky a odpadové potrubia, zberné zberné potrubia a technologické linky, kde jemnejšia vetva znižuje turbulencie.

• Kal a brúsne služby: jemný uhol znižuje dopad na stenu kovania a znižuje eróziu v porovnaní s 90-stupňovým odpalom.
• Odtoky, prieduchy a odpadové potrubia: 45-stupňový vstup udržuje tok v pohybe po prúde a uľahčuje čistenie.
• Zberné zberače: zlučovanie bočných tokov pod uhlom znižuje rušenie hlavného toku.
• Symetrické rozdelenia: skutočná vidlica rozdvojky napája dve rovnaké nohy, ako napríklad paralelné linky vybavenia.
• Tam, kde je málo miesta alebo je vetva krátka a s nízkym prietokom, štandardné odpalisko môže byť stále lepšou a ekonomickejšou voľbou.

Ako by ste si mali vybrať medzi bočným, pravým Wye a odpaliskom?

Vyberte si bočné, keď je jedna dráha hlavným chodom a na strate alebo erózii záleží, pravú vidlicu, keď sa dve rovnaké nohy musia deliť rovnomerne, a štandardné odpalisko, keď je priestor obmedzený a pridaná strata je prijateľná.

Čo by ste mali špecifikovať pri objednávaní laterálneho alebo pravého Wye?

Jasne uveďte typ a uhol spojky, veľkosti vedenia a odbočky, plán alebo stenové spoje, štandardné, materiálové a koncové spoje a pripojte nákres, aby nevznikla nejednoznačnosť medzi vidlicou, bočnou a pravou vidlicou.

• Typ a geometria: "45 stupňov laterálne" alebo "skutočné wye, X stupeň so zahrnutým uhlom" s náčrtom ukazujúcim, ktorá noha je dráha.
• Veľkosti: veľkosť chodu a veľkosť vetvy, všimnite si, či sa armatúra zmenšuje.
• Hrúbka steny alebo rozvrh pre každý koniec.
• Štandard a materiál: napríklad ASME B16.9 a ASTM A403 WP316L, s požadovanými certifikátmi.
• Koncové spoje: zvar na tupo, zvar s hrdlom alebo závitom a zodpovedajúca norma.
• Špeciálne požiadavky: kované vs vyrobené, kontrola a NDT, čistota a tlakové hodnotenie pre neštandardné konštrukcie.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi bočným a pravým rozdvojkou?

Laterál je rovný beh s jednou vetvou asi 45 stupňov. Skutočná vidlica rozdeľuje jeden vstup na dve symetrické nohy. Obchodné využitie sa líši a niektorí dodávatelia považujú „ye“ a „lateral“ za rovnakú armatúru, preto špecifikujte geometriu.

Ktorá má nižšiu tlakovú stratu, rozdvojka alebo odpalisko?

Wye alebo bočné. Pri rovnakom rozdelení potrubí rovnakej veľkosti poskytuje Craneova metóda koeficient straty vetvy asi 0,38 pre 45 stupňovú bočnú stranu v porovnaní s asi 1,16 pre 90 stupňovú T.

Poskytuje pravá rozdvojka rovnomerné rozdelenie toku?

Áno, pre dve rovnaké spodné nohy, pretože kovanie je symetrické. Bočná časť uprednostňuje priamy beh, takže jej rozdelenie je nerovnomerné, pokiaľ spodné nohy nemajú vysoký odpor.

Aká norma sa vzťahuje na bočné kovania?

ASME B16.9 pokrýva bočné zvary a ASME B16.11 pokrýva kované hrdlové a závitové spojky. Skutočné rozdvojky sú často dodávané ako špeciálne alebo vyrobené armatúry.

Je bočné rovnaké ako bočné odpalisko?

Nie presne. Bočné odpalisko je bočné kombinované so 45 stupňovým kolenom na vetve, takže vetva končí kolmo na dráhu.

Sú tvarovky wye lepšie pre kal?

Často áno. 45-stupňový uhol znižuje náraz a turbulencie v porovnaní s 90-stupňovým odpalom, čo znižuje eróziu a uľahčuje čistenie, hoci materiál a rýchlosť stále určujú životnosť erózie.

Ako vypočítam tlakovú stratu cez odbočnú armatúru?

Použite ΔP=K × ρ × V² / 2, kde K pochádza z metódy ako Crane TP-410 alebo Idelchik a V je rýchlosť v kombinovanom potrubí. K závisí od rozdelenia prietoku, veľkosti potrubia a uhla odbočenia.