Centrifugálszivattyú lexikon
A fejveszteségek minden típusú csővezetékben a falsúrlódás és a helyi áramlási ellenállás következményei, például a szelepek és szerelvények esetében (lásd még: nyomásveszteség).
Javasolt áramlási sebességek
- Hideg víz esetén:
Szívóvezeték 0.7-1,5 m/s
Kimenővezeték 1,0-2,0 m/s - Melegvízhez:
Szívóvezeték 0,5-1,0 m/s
Kimenővezeték 1,5-3,5 m/s
A kör keresztmetszetű, egyenes vonalú csővezetékben az áramlás nyomásveszteségének egyenlete:
λ Cső súrlódási tényező
L Cső hossza m-ben
d Cső belső átmérője m-ben
v Áramlási sebesség a keresztmetszetben m/s-ban
(= 4 Q / π d2, Q m3/s)
g A gravitáció miatti gyorsulás m/s2-ben
lásd 1. és 4. ábra Fejveszteség
A cső súrlódási tényezőjét kísérletileg állapították meg. Ez csak a kezelt folyadék áramlási állapotától és azon csövek relatív érdességétől (d/k) függ, amelyeken a folyadék áthalad. Nem kör alakú csőkeresztmetszetekre a folyadékmechanikai értelemben vett egyenértékű átmérő (d) érvényes:
A keresztmetszet m2-ben
U nedvesített keresztmetszet kerülete m-ben
(a nyitott csatorna szabad felületét nem vesszük figyelembe)
Az áramlási állapotot a Reynolds-szám (Re) határozza meg az affinitási törvények szerint. Kör alakú csövekre a következők vonatkoznak:
v áramlási sebesség a keresztmetszetben m/s-ban
(= 4 Q / π d2 Q-val m3/s-ban)
ν kinematikai viszkozitás m2/s-ban
(vízre 20 °C-on: 1.00 – 10 – 6 m2/s)
d Cső belső átmérője m-ben
Vö. 4. ábra Fejveszteség
Hidraulikailag sima csövek, például sima húzott fém- vagy műanyagcsövek (pl. PE vagy PVC) esetében, vagy lamináris áramlás esetén a cső súrlódási tényezője (λ) számítható. 2320-nál kisebb Reynolds-számú csőben lamináris áramlás esetén a csősúrlódási tényező független az érdességtől:
Ha az áramlás turbulens, vagy a Reynolds-szám nagyobb, mint 2320, a csősúrlódási tényező hidraulikailag sima csövekben az Eck szerinti empirikus egyenlet segítségével ábrázolható (mivel az eltérések 1 % alatt vannak, ha a Reynolds-szám kisebb, mint 108).
A csősúrlódási tényező (λ) egy további dimenziótlan paramétertől, azaz a cső belső felületének relatív érdességétől (d/k) is függ. Mindkettőt ugyanabban az egységben (pl. mm) kell megadni.
Vö. 1. ábra Fejveszteség
(k) a cső belső felületének átlagos abszolút érdessége, amelyre az anyagtól és a gyártási eljárástól függően közelítő értékek állnak rendelkezésre. Lásd a 2. ábrát Fejveszteség
2. ábra Fejveszteség: A csövek k (abszolút érdesség) átlagos csúcs-völgy magasságának becsült értékei
A határgörbe felett a cső súrlódási tényezője (λ) kizárólag a cső relatív érdességétől (d/k) függ. Lásd az 1. ábrát Fejveszteség
A következő Moody-féle empirikus egyenlet használható erre a tartományra:
A gyakorlati használatra a diagramon a 100 m egyenes acélcsőre jutó fejveszteség (HL) az áramlási sebesség (Q) és a cső belső átmérője (d) függvényében látható.
Vö. 3. ábra Fejveszteség
Az értékek csak hideg, tiszta vízre vagy azonos kinematikai viszkozitású folyadékokra, teljesen kitöltött csövekre és a cső belső felületének k = 0 abszolút érdessége esetén érvényesek.05 mm.
Méretek, tömegek, víztöltés új varrat nélküli vagy hosszirányban hegesztett acélcsövekhez
Lásd a mellékletet, Fejveszteség, 4. ábra
A következőkben a megnövelt k felületi érdesség hatását mutatjuk be egy gyakran használt paramétertartományra (DN = 50 és 300 közötti névleges átmérő, v = 0,8 és 3,0 m/s közötti áramlási sebesség). Lásd a 3. ábrát Fejveszteség
A világoskék tartomány megfelel a hasonlóan jelölt tartománynak k = 0,05 mm abszolút átlagos érdesség esetén.
Lásd az 1. ábrát Fejveszteség
A 6-szorosára növelt érdesség esetén (k = 0,30 = 300 μm-es, enyhén inkrusztált régi acélcső k = 0,30 = 300 μm (0.30 mm), a sötétkék tartományban a cső súrlódási tényezői (és a hozzá tartozó arányos nyomásveszteségek) csak 25-60 %-kal magasabbak, mint korábban.
Vö. 1. ábra Fejveszteség
A szennyvízcsövek esetében figyelembe kell venni a szennyeződések okozta megnövekedett érdességet. A szélsőséges rozsdásodásnak kitett csöveknél a tényleges nyomásveszteséget csak kísérletileg lehet meghatározni. A névleges átmérőtől való eltérések jelentősen megváltoztatják a nyomásveszteséget, mivel a cső belső átmérője az egyenletben 5. hatványon szerepel.
A belső átmérő 5 %-os csökkenése például a nyomásveszteség akár 30 %-os növekedéséhez vezet. Ezért fontos, hogy a belső átmérőt a számításokban ne egyszerűen a névleges átmérővel helyettesítsük.
A műanyag csövek vagy a sima húzott fémcsövek fejvesztesége a sima csőfelületeknek köszönhetően nagyon alacsony. A megállapított nyomásveszteségek 10 °C-os vízre érvényesek. Más hőmérsékleten a műanyag csövek veszteségét meg kell szorozni egy meghatározott hőmérsékleti korrekciós tényezővel, hogy figyelembe vegyük a nagyobb hőtágulásukat. Szennyvíz vagy más kezeletlen víz esetén további 20-30%-os nyomásveszteséget kell figyelembe venni az esetleges lerakódások miatt.
Műanyag és sima húzott fémcsövek nyomásvesztesége
Lásd a mellékletet, Fejveszteség, ábra. 5
Szelepek és szerelvények fejvesztesége
A szelepek és szerelvények fejvesztesége (HL) a következőképpen adódik:
ζ veszteségtényező
Sz. ábrák. 6-12. fejveszteség
v Áramlási sebesség egy jellemző A
keresztmetszeti területen (pl. a fúvókánál) m/s-ban
g A gravitáció miatti gyorsulás 9,81 m/s2
6. ábra Fejveszteség: Szelepkialakítások sematikus ábrája
11. ábra: Fejveszteség: A könyökívek belső és külső oldalának lekerekítésének hatása a ζ veszteségtényezőre négyszögletes csatornákban
12. ábra Fejveszteség: ζ veszteségtényezők pillangó-, csappantyú- és zsilipszelepeknél a nyitási foktól függően
A VDI/VDE 2173 irányelv szerint a veszteségtényezőkbe a szelep után 12 x DN-nek megfelelő csőhosszon az áramlási zavarok kiegyenesítéséből adódó veszteségek is beleszámítanak. Az értékek olyan szelepekre vonatkoznak, amelyek egyenletes közelítő áramlással rendelkeznek, teljesen nyitva vannak és hideg vízzel működnek. A be- és kimeneti áramlási viszonyoktól, a szeleptípusoktól és a fejlesztési céloktól (pl. olcsó vagy energiatakarékos szelepek) függően a veszteségértékek jelentősen eltérhetnek. Lásd a melléklet, Fejveszteség, 7. ábra
A szelepekben lévő víz nyomásveszteségének számításakor gyakran a veszteségtényező (ζ) helyett a kv értéket használják:
A kv érték az az áramlási sebesség m3/h-ban, amely a szelepen keresztül hideg víz esetén pv = 1 bar nyomásesésből adódna. A barban kifejezett nyomásveszteség (pL) és a m3/h-ban kifejezett áramlási sebesség (Q) közötti összefüggést írja le. Átváltás ζ áramlási együtthatóra hideg víz esetén:
d A szelep referencia (névleges) átmérője cm-ben
A szerelvények fejveszteségének kiszámításához az elágazó szerelvények és adapterek más megközelítést igényelnek. Lásd a 9. és 10. ábrát Fejveszteség
9. ábra Fejveszteség: Veszteség együtthatók ζ szerelvényekhez 
10. ábra: Fejveszteség:
Minden szerelvény esetében különbséget kell tenni a nyomásveszteség két formája között:
- visszafordítható nyomásveszteség (nyomáscsökkenés)
pv nyomásveszteség Pa-ban
ζ veszteség együttható
ρ sűrűség kg/m3-ben
v áramlási sebesség egy keresztirányú-keresztmetszet m/s-ban
- A súrlódásmentes áramlás visszafordítható nyomásváltozásai a Bernoulli-egyenlet szerint
A gyorsított áramlásoknál, például a csőátmérő csökkentésekor, (p2 – p1) mindig negatív; lassított áramlásoknál, mint például a cső tágulása, mindig pozitív. A nettó nyomásváltozás pL és (p2 – p1) számtani összegeként történő kiszámításakor az irreverzibilis nyomásveszteségeket mindig le kell vonni.
Nagyon viszkózus folyadékok hatása a rendszer jelleggörbéjére
Mivel a folyadékdinamika törvényei minden newtoni folyadékra érvényben maradnak, a szelepek csősúrlódási tényezőinek és veszteségtényezőinek kiszámítására szolgáló egyenletek és diagramok a víznél nagyobb viszkozitású viszkózus folyadékokra is alkalmazhatók.
A Reynolds-szám Re = v – d / ν kiszámításakor a víz νz viszkozitását egyszerűen a viszkózus folyadékok νz kinematikai viszkozitásával kell helyettesíteni.
Ez egy kisebb Re-számot és az 1. ábra szerinti fejveszteségnek megfelelően egy nagyobb λz csősúrlódási együtthatót eredményez (Megjegyzés: a fal érdességének hatása most már gyakran figyelmen kívül hagyható, mivel az áramlásban a határréteg vastagsága nagyobb).
A vízre számított összes nyomásveszteséget a csövekben és szelepekben a λz/λw arány segítségével kell extrapolálni.
A 13. ábra A fejveszteség általános gyakorlati felhasználásra is alkalmas: a λz csősúrlódási tényező gyorsan meghatározható a Q áramlási sebesség, a d cső belső átmérője és a νz kinematikai viszkozitás függvényében. Figyelembe kell azonban venni, hogy az ebben a diagramban szereplő λw együttható csak hidraulikailag sima csövekre érvényes (azaz durva csövekre nem)! A megfelelő λw a λz/λw arány kiszámításához használható.
Mivel a Hsys rendszerjellemző görbe statikus komponensét – lásd az 1. ábrát Rendszerjellemző görbe és a 2. ábrát Fej – nem befolyásolja a viszkozitás, a vízre vonatkozó rendszerjellemző görbe dinamikus komponensét egy viszkózus folyadék esetében meredekebb parabolaként lehet átrajzolni.
Nemnewtoni folyadékok hatása a rendszerjellemző görbére
Mivel az áramlási görbék nem egyenesek állandó lineáris viszkozitású egyenesekkel, a nyomásveszteségek számítása igen nehézkes. Ebben az esetben a veszteségszámítás az egyes folyadékokkal kapcsolatos tapasztalatokon alapul.