Leksikon om centrifugalpumper
Hovedtab er et resultat af vægfriktion i alle typer rørledninger og af lokal modstand mod strømning, f.eks. i ventiler og fittings (se også Tryktab).
Anbefalede strømningshastigheder
- For koldt vand:
Sugningsledning 0.7-1,5 m/s
Afgangsledning 1,0-2,0 m/s - Til varmt vand:
Sugledning 0,5-1,0 m/s
Afgangsledning 1,5-3,5 m/s
Sammenligningen for faldet i en strømning i en lige længde af en rørledning med cirkulært tværsnit er:
Sammenligningen for faldet i en strømning i en lige længde af en rørledning med cirkulært tværsnit er:
λ Rørfriktionsfaktor
L Rørlængde i m
d Rørindvendig diameter i m
v Strømningshastighed i et tværsnit i m/s
(= 4 Q / π d2 med Q i m3/s)
g Acceleration på grund af tyngdekraften i m/s2
Se fig. 1 og 4 Hovedtab
Rørfriktionsfaktoren blev fastlagt eksperimentelt. Den er kun afhængig af den behandlede væskes strømningstilstand og af den relative ruhed (d/k) af de rør, som væsken strømmer igennem. For ikke-cirkulære rørtværsnit gælder den ækvivalente diameter i fluidmekaniske termer (d):
A Tværsnit i m2
U Vådt tværsnitsomkreds i m
(der tages ikke hensyn til den frie overflade i en åben kanal)
Strømningstilstanden bestemmes af Reynoldstallet (Re) i henhold til affinitetslovene. For cirkulære rør gælder følgende:
v Strømningshastighed i et tværsnit i m/s
(= 4 Q / π d2 med Q i m3/s)
ν Kinematisk viskositet i m2/s
(for vand ved 20 °C: 1.00 – 10 – 6 m2/s)
d Rørets indvendige diameter i m
Se fig. 4 Hovedstigningstab
For hydraulisk glatte rør, f.eks. glat trukket metal- eller plastrør (f.eks. PE eller PVC), eller i tilfælde af laminar strømning, kan rørets friktionskoefficient (λ) beregnes. For laminar strømning i et rør med et Reynoldstal mindre end 2320 er rørfriktionsfaktoren uafhængig af ruhed:
Hvis strømningen er turbulent, eller Reynoldstallet er højere end 2320, kan rørfriktionsfaktoren i hydraulisk glatte rør repræsenteres ved en empirisk ligning i henhold til Eck (på grund af at afvigelserne er under 1 %, hvis Reynoldstallet er lavere end 108).
Rørfriktionsfaktoren (λ) afhænger også af endnu en dimensionsløs parameter, nemlig af den relative ruhed af rørets indre overflade (d/k). Begge skal angives i samme enhed (f.eks. mm).
Se fig. 1 Hovedtab
(k) er den gennemsnitlige absolutte ruhed af rørets indvendige overflade, for hvilken der findes omtrentlige værdier afhængigt af materiale og fremstillingsprocesser. Se fig. 2 Høretab
Fig. 2 Høretab: Skøn over den gennemsnitlige højde k (absolut ruhed) af rør
Over for grænsekurven afhænger rørets gnidningsfaktor (λ) udelukkende af rørets relative ruhed (d/k). Se fig. 1 Høretab
Følgende empiriske ligning af Moody kan anvendes for dette område:
Til praktisk brug er høretabet (HL) pr. 100 m lige stålrør vist i diagrammet som en funktion af flowhastigheden (Q) og rørets indvendige diameter (d).
Se fig. 3 Høretab
Værdierne gælder kun for koldt, rent vand eller for væsker med samme kinematiske viskositet, for fuldt fyldte rør og for en absolut ruhed af rørets indvendige overflade på k = 0.05 mm.
Dimensioner, vægte, vandfyldning for nye sømløse eller langsgående svejsede stålrør
Se bilag, Hovedstigningstab, fig. 4
Effekten af en øget overfladeruhed k vil blive demonstreret i det følgende for et hyppigt anvendt sæt af parameterområder (nominel diameter DN = 50 til 300, strømningshastighed v = 0,8 til 3,0 m/s). Se fig. 3 Høretab
Det lyseblå område svarer til det tilsvarende markerede område for en absolut gennemsnitlig ruhed k = 0,05 mm.
Se fig. 1 Høretab
For en øget ruhed med en faktor 6 (let inkrustet gammelt stålrør med k = 0,30 = 300 μm (0.30 mm), er rørets friktionskoefficienter (og det tilhørende proportionale vandspejlstab) i det mørkeblå område kun 25 – 60 % højere end tidligere.
Se fig. 1 Vandspejlstab
For spildevandsrør skal der tages hensyn til den øgede ruhed forårsaget af tilsmudsning. For rør, der er udsat for ekstrem inkrustation, kan det faktiske ledningstab kun bestemmes eksperimentelt. Afvigelser fra den nominelle diameter ændrer vandspejlet betydeligt, da rørets indvendige diameter indgår i ligningen i 5. potens.
En reduktion af den indvendige diameter på 5 % fører f.eks. til en forøgelse af vandspejlet med op til 30 %. Det er derfor vigtigt, at den indvendige diameter ikke blot erstattes med den nominelle diameter i beregningerne.
Der er meget lavt ledningstab i plastrør eller glat trukket metalrør takket være de glatte røroverflader. De fastsatte vandspejlstab er gældende for vand ved 10 °C. Ved andre temperaturer skal tabet for plastrør multipliceres med en specificeret temperaturkorrektionsfaktor for at tage højde for deres større termiske udvidelse. For spildevand eller andet ubehandlet vand skal der tages højde for yderligere 20-30 % vandspejlstab for potentielle aflejringer.
Højdetab for plastrør og glatte trukne metalrør
Se bilag, Vandspejlstab, fig. 5
Højdetab i ventiler og fittings
Højdetabet (HL) i ventiler og fittings er givet ved:
ζ Tabskoefficient
Se fig. 6 til 12 Høretab
v Strømningshastighed i et karakteristisk tværsnitsareal A
(f.eks. ved dysen) i m/s
g Tyngdeacceleration 9,81 m/s2
Fig. 6 Høretab: Skematisk diagram over ventilkonstruktioner
Fig. 11 Høretab: Indflydelse på tabskoefficienten ζ af afrunding af den indre og ydre side af buer i firkantede kanaler
Fig. 12 Hovedvandtab: Tabskoefficienter ζ for butterfly-, kugle- og skydeventiler afhængigt af åbningsgrad
Tabet, der kan henføres til udretning af strømningsforstyrrelser over en rørlængde svarende til 12 x DN nedstrøms ventilen, er inkluderet i tabskoefficienterne i overensstemmelse med VDI/VDE 2173-retningslinjen. Værdierne gælder for ventiler, der har en konstant tilgangsstrøm, er fuldt åbne og betjenes med koldt vand. Afhængigt af ind- og udgangsstrømningsforholdene, ventilmodellerne og udviklingsmålene (f.eks. billige eller energibesparende ventiler) kan tabsværdierne variere dramatisk. Se bilag, Head loss, fig. 7
Ofte anvendes kv-værdien i stedet for tabskoefficienten (ζ) ved beregning af tryktabet for vand i ventiler:
Kv-værdien er den gennemstrømningshastighed i m3/h, som ville fremkomme ved et trykfald pv = 1 bar gennem ventilen for koldt vand. Den beskriver sammenhængen mellem tryktabet (pL) i bar og gennemstrømningshastigheden (Q) i m3/h. Omregning til flowkoefficient ζ for koldt vand:
d Ventilens reference (nominelle) diameter i cm
Til beregning af tryktab i fittings kræver forgreningsfittings og adaptere en anden fremgangsmåde. Se fig. 9 og 10 Hovedtab
Fig. 9 Hovedtab: Tabskoefficienter ζ for fittings 
Fig. 10 Hovedtab: Tabskoefficienter ζ for adaptere
For alle fittings skal der skelnes mellem to former for tryktab:
- Irreversibelt tryktab (trykreduktion)
pv Tryktab i Pa
ζ Tabskoefficient
ρ Massefylde i kg/m3
v Strømningshastighed i et tværgåendesnit i m/s
- Reversible trykændringer i den gnidningsløse strømning i henhold til Bernoullis ligning
For accelererede strømninger som f.eks. reduktioner i rørdiameteren, (p2 – p1) er altid negativ; for decelererede strømninger som f.eks. rørudvidelser er den altid positiv. Ved beregning af nettotrykændringen som den aritmetiske sum af pL og (p2 – p1) skal de irreversible tryktab altid trækkes fra.
Indflydelse af højviskøse væsker på systemets karakteristiske kurve
Da de væskedynamiske love bevarer deres gyldighed for alle newtonske væsker, kan ligningerne og diagrammerne til beregning af rørfriktionskoefficienter og tabskoefficienter for ventiler også anvendes på viskose væsker med en højere viskositet end vand.
Ved beregning af Reynoldstallet Re = v – d / ν skal man blot erstatte de viskose væskers kinematiske viskositet νz med vandets viskositet νz.
Dette giver et lavere Re-tal og, i henhold til fig. 1 Hovedtab, en større rørfriktionskoefficient λz (Bemærk: Påvirkningen fra vægruhed kan nu ofte ignoreres på grund af den større grænselagstykkelse i strømningen).
Alle tryktab i rør og ventiler beregnet for vand skal ekstrapoleres ved hjælp af forholdet λz/λw.
Figur 13 Hovedtab er også velegnet til almindelig praktisk brug: Rørfriktionskoefficienten λz kan hurtigt bestemmes som en funktion af flowhastigheden Q, rørets indvendige diameter d og den kinematiske viskositet νz. Man skal dog være opmærksom på, at koefficienten λw i dette diagram kun gælder for hydraulisk glatte rør (dvs. ikke for ru rør)! Den tilsvarende λw kan bruges til at beregne forholdet λz/λw.
Da den statiske komponent af systemkarakteristikkurven Hsys , jf. fig. 1 Systemkarakteristikkurve og fig. 2 Hoved, ikke påvirkes af viskositeten, kan den dynamiske komponent af systemkarakteristikkurven for vand omtegnes som en stejlere parabel for en viskos væske.
Indflydelse af ikke-Newtonske væsker på den systemkarakteristiske kurve
Da strømningskurverne ikke er lige linjer med konstant lineær viskositet, er beregningen af løftehøjdetab meget besværlig. I dette tilfælde er tabsberegningen baseret på erfaring med bestemte væsker.