Розподіл потоку та втрата тиску у відгалуженнях у бічній та справжній зірці

Щоразу, коли труба ділиться на дві частини, фітинг, який виконує розщеплення, вирішує, скільки тиску втрачається та наскільки рівномірно розподіляється потік. Астандартний трійник 90 градусівзмушує рідину повертати гострий кут. Бічна та справжня зірочки замінюють цей кут більш плавним кутом. Їх часто плутають, і в деяких каталогах назви використовуються як синоніми, але їх геометрія та поведінка відрізняються.

У цьому посібнику пояснюється різниця, показуються значення втрати тиску та розподілу потоку за методом крана TP-410, а також надається практичний спосіб вибору між ними. У кожному розділі спочатку викладається висновок, а потім міркування. Значення є ілюстративними скринінговими розрахунками; остаточний проект належить вашому інженеру з трубопроводів.

Ключові висновки

• Бічний має прямий хід з однією гілкою приблизно під кутом 45 градусів. Справжня січка розділяє вхідний отвір на дві симетричні ноги у формі літери Y. Торгове використання різне, тому завжди перевіряйте геометрію на кресленні.
• Обидва зменшують втрати порівняно з трійником під кутом 90 градусів. Для труб однакового розміру з половиною потоку, що йде до гілки, метод крана дає коефіцієнт втрат у гілці приблизно 0,38 для бічного 45 градусів проти 1,16 для трійника 90 градусів, приблизно на 67% нижче.
• У прикладі з водою зі швидкістю 2 м/с у трубі NPS 4 ця різниця становить 2,31 кПа для трійника проти 0,76 кПа для бічного відгалуження при розрізі 50%.
• Справжня сітка є симетричною, тому однакові гілки однаково розподіляють потік. Бічна сторона надає перевагу прямому бігу, тому шпагат нерівномірний, якщо нижні ноги не мають значного опору.
• Об’єднані потоки також втрачають менше через з’єднання під кутом 45 градусів, ніж через трійник під кутом 90 градусів, а вхід під кутом 45 градусів зменшує ймовірність того, що бічний потік порушить основний потік.
• У замовленні на купівлю вкажіть включений кут, розміри, графік і стандарт (наприклад, ASME B16.9), оскільки слова lateral, wye і true wye не використовуються всіма постачальниками однаково.

Яка різниця між бічним і справжнім Wye?

Латеральний – це фітинг із прямим ходом і однією гілкою, з’єднаною під кутом, зазвичай 45 градусів; справжня січка — це симетричний фітинг, у якому один вхідний отвір ділиться на дві частини, розташовані під однаковим кутом від осі вхідного отвору, утворюючи Y.

Назви походять від різних професій, тому викликають плутанину. Людина з торгівлі сантехніками може попросити "вій", тоді як паровий монтажник попросить "45 градусів збоку", і обидва можуть означати той самий фітинг. У каталогах трубопроводів і арматури бічна труба — це прямий наскрізний канал з одним відгалуженням під кутом 45 градусів, а справжнє зірочко розділяє основний вхід симетрично на два випуски.

Джерела описують ноги справжньої сітки декількома способами: деякі описують дві ноги кожна на 22,5 градуса від осі входу (45 градусів між ними), інші описують два виходи на 45 градусів. Через це під час замовлення необхідно чітко вказувати кут.

Як загалом порівнюються бічні та справжні зірчасті фітинги?

Бічний шлях є простішим, його зазвичай легше знайти, і він добре працює, коли один шлях явно є основним; справжня сітка дає симетричний, рівномірний розподіл для двох рівних ніг, з більш компактним симетричним розташуванням, але менш поширеною доступністю.

Практичне правило від постачальників арматури полягає в тому, що для горизонтального входу бокова частина добре підтримує себе знизу, тоді як для вертикального входу справжня зірочка забезпечує збалансоване навантаження. Використовуйте це як підказку щодо макета, а потім перевірте свій дизайн підтримки.

Який фітинг має нижчу втрату тиску?

45-градусне бокове відгалуження має набагато менші втрати, ніж 90-градусний трійник: при рівному розрізі труб однакового розміру метод Крейна дає K приблизно 0,38 для 45-градусного відгалуження проти 1,16 для 90-градусного трійника, що становить приблизно 67%.

Втрата тиску через фітинг записується як ΔP=K × ρ × V² / 2, де K — коефіцієнт втрат, ρ — густина рідини, а V — швидкість у комбінованій (впускній) трубі. Менший K означає меншу втрату тиску. У наведеній нижче таблиці використовується метод Crane Technical Paper 410 для розбіжного потоку з однаковим розміром прогону та розгалуження, реалізований у інженерній бібліотеці з відкритим кодом. Коефіцієнт втрати ходу в цьому методі однаковий для трійника та бічного (він коливається приблизно від -0,06 до 0,30 залежно від розколу), тому перевага проявляється на гілці.

У таблиці показано дві моделі. По-перше, 45-градусне відгалуження має менші втрати при кожному розділенні. По-друге, трійник під кутом 90 градусів є найважчим для потоку, коли більша його частина повертає за кут: при 100% до відгалуження K становить приблизно 1,69 для трійника, але приблизно 0,35 для бічного 45 градусів.

Що це означає з точки зору тиску?

Для води (1000 кг/м³) зі швидкістю 2 м/с у комбінованій трубі NPS 4 Schedule 40S втрата тиску на гілці становить:

При розрізі 50% трійникова гілка втрачає 2,31 кПа, а бічна гілка втрачає 0,76 кПа. Різниця приблизно в 1,55 кПа на з’єднання виглядає невеликою, але вона збільшується на багатьох з’єднаннях і зростає разом із квадратом швидкості: подвоєння швидкості помножує втрати на чотири. У високошвидкісних або високощільних службах або в системах з багатьма розгалуженнями економія стає значною, а для суспензії або потоку, насиченого частинками, менший кут також зменшує ерозію.

Як кут розгалуження змінює втрати?

Менші кути повороту дають менші втрати: за допомогою методу Крейна при рівному розподілі K падає приблизно з 1,16 при 90 градусах до 0,75 при 60 градусах, 0,38 при 45 градусах і 0,23 при 22,5 градусах; справжня січка має переваги, тому що кожен катет повертається лише на частину повного кута.

У наведеній нижче таблиці змінюється кут гілки таким же методом. Він описує одну гілку, що залишає пряму лінію, тому для справжнього Wye це орієнтир щодо тенденції, а не точний набір даних. Для симетричного Y використовуйте дані про втрати виробника, довідник Ідельчика з гідравлічного опору або дослідження CFD.

Цей метод обробляє кути приблизно 75 градусів і більше як трійник, тому перевага з’являється лише тоді, коли кут розгалуження падає нижче цього діапазону. Незважаючи на це, тенденція очевидна: чим менше потік повинен обертатися, тим менше енергії він втрачає.

Як розподіл потоку відрізняється між боковою та справжньою зіркою?

Справжня січка розподіляє потік рівномірно між двома однаковими ногами, оскільки вона симетрична, тоді як бічна направляє більшу частку через пряму лінію; нерівність зменшується в міру збільшення опору нижніх ніг.

Потік поділяється так, що перепад тиску на кожному шляху є рівним. У латеральному шляху пробігу та шляху розгалуження мають різні втрати на з’єднанні, тому ідеально симетрична система вниз за течією все одно розділяється нерівномірно. У таблиці показано частку потоку, що йде до гілки для двох ідентичних нижніх гілок, кожна з яких має опір K_leg, виміряний у напорах швидкості. Приблизно K_leg 10 відповідає приблизно 500 діаметрам прямої труби з коефіцієнтом тертя 0,02.

Коли нижні гілки короткі та мають низький опір (K_leg 2), трійник спрямовує лише 23% потоку до гілки, а бічні направляють 36%, далеко не рівномірно. Коли кожна нога має опір 20 (довгі пробіги, клапани або обладнання), обидві знаходяться в межах кількох процентних пунктів 50%, але бічна все ще ближча. Це скринінгові оцінки за викладених припущень. Якщо рівномірний розподіл має значення, як це має місце для паралельних теплообмінників, реакторів або пальників, використовуйте симетричний фітинг і встановіть балансувальні пристрої там, де цього вимагає процес.

Що відбувається, коли потоки зливаються, а не розділяються?

Для об’єднаних потоків з’єднання під кутом 45 градусів також втрачає менше, ніж трійник під кутом 90 градусів: при злитті 50/50 у трубах однакового розміру метод Крейна дає розгалуження K приблизно 0,22 для бічної проти 0,41 для трійника.

Злиття під невеликим кутом дозволяє бічному потоку приєднатися до основного потоку майже в тому ж напрямку, що зменшує турбулентність змішування та ймовірність того, що бічний потік штовхне назад у рух. Колектори збору, дренажі та процеси повернення виграють від цього. Значення відносяться до сумарної швидкості на виході.

Що робити, якщо гілка менша за ділянку?

З редукційною гілкою втрати різко зростають для обох фітингів, але бічний кут 45 градусів залишається значно нижче трійника під кутом 90 градусів; у прикладі відгалуження половинного розміру, що приймає половину потоку, має K приблизно 1,85 для бічної проти 5,00 для трійника.

Ці значення відносяться до швидкості у більшій комбінованій трубі, а високі числа походять від високої швидкості в маленькій гілці. Використовуйте їх для порівняння фітингів, а не як заміну повного гідравлічного розрахунку з власними фрикційними та фітинговими частинами.

Чим відрізняються стандарти, розміри та виробництво?

Бічні частини, зварені встик, підпадають під дію стандарту ASME B16.9 і зазвичай виготовляються з нержавіючої сталі, наприклад, ASTM A403 WP304 і WP316, тоді як справжні зірочки часто постачаються у вигляді виготовлених або спеціальних фітингів із розмірами, узгодженими з постачальником.

Стандарти: ASME B16.9 поширюється на фабричні фабричні ковані зварювані встик фітинги, включаючи бічні; такі розміри, як довжина від центру до кінця, вказуються для кожного розміру. Ковані зварні та різьбові боковини підпадають під ASME B16.11.

Матеріали: нержавіюча сталь (A403 WP304/304L, WP316/316L), дуплекс і нікелеві сплави є звичайними для корозійних або високотемпературних робіт.

Товщина стінки: узгоджуйте з графіком під’єднаної труби та підтверджуйте номінальний тиск виготовленої або зменшеної версії з постачальником.

Виготовлені з’єднання: промежину (гострий перетин гілки та прогону) є місцем найвищого навантаження, тому виготовлені фітинги потребують високої якості зварювання, перевірки та посилення відповідно до коду проектування; ковані та безшовні фітинги забезпечують більш рівномірний розподіл напруги.

Розмір: бічні сторони фізично довгі порівняно з трійниками, тому враховуйте додаткову довжину в макеті.

Щодо правил зміцнення відгалужень і розрахункового тиску дотримуйтеся керівного коду, наприклад ASME B31.3 для технологічних трубопроводів, і проконсультуйтеся з виробником щодо номінального тиску нестандартних фітингів.

Де зазвичай використовуються латеральні та справжні дві?

Вони використовуються там, де важливі менші втрати, менша ерозія або легше очищення: лінії з шламом і частинками, дренажні та сміттєві лінії, збірні колектори та технологічні лінії, де м’які розгалуження зменшують турбулентність.

• Суспензія та абразивне обслуговування: плавний кут зменшує вплив на стінку фітинга та зменшує ерозію порівняно з трійником під кутом 90 градусів.
• Дренажі, вентиляційні отвори та каналізаційні лінії: вхід під кутом 45 градусів забезпечує рух потоку вниз за течією та полегшує очищення.
• Колектори: злиття бічних потоків під кутом зменшує порушення основного потоку.
• Симетричні поділки: справжня січка живить дві рівні ноги, наприклад, паралельні лінії обладнання.
• Там, де мало місця або гілка коротка та з низьким потоком, стандартний трійник може бути кращим і економнішим вибором.

Як вибрати між латеральним, справжнім Wye та Tee?

Виберіть бічний, коли один шлях є основним, і втрати або ерозія мають значення, справжню гільзу, коли дві рівні ноги повинні рівномірно розподіляти потік, і стандартний трійник, коли простір обмежений і додаткові втрати прийнятні.

Що потрібно вказати при замовленні бічної або справжньої зірочки?

Зрозуміло вкажіть тип кріплення та кут, розміри прогону та відгалуження, план або стіну, стандарт, матеріал і торцеві з’єднання, а також додайте креслення, щоб не було двозначності між зіркою, боковою та справжньою зіркою.

• Тип і геометрія: "45 градусів збоку" або "справжня зірочка, включений кут X градусів", з ескізом, що показує, яка нога є розбігом.
• Розміри: розмір серії та розмір гілки, зауваживши, чи зменшується розмір.
• Товщина стінки або графік для кожного торця.
• Стандарт і матеріал: наприклад, ASME B16.9 і ASTM A403 WP316L, з необхідними сертифікатами.
• Торцеві з'єднання: стикові, муфтові або різьбові та відповідного стандарту.
• Спеціальні вимоги: ковані чи виготовлені, перевірка та НК, чистота та номінальний тиск для нестандартних конструкцій.

Часті запитання

Яка різниця між латеральною та справжньою сіткою?

Латеральний — це пряма смуга з одним відгалуженням приблизно під кутом 45 градусів. Справжня сітка розділяє один вхідний отвір на дві симетричні гілки. Торгове використання різне, і деякі постачальники розглядають "зірочок" і "бічний" як той самий фітинг, тому вказуйте геометрію.

Що має нижчий перепад тиску, зірочка чи трійник?

Золотий або бічний. При рівному розрізі в трубах однакового розміру метод крана дає коефіцієнт втрат на відгалуженні приблизно 0,38 для бічного 45 градусів у порівнянні з приблизно 1,16 для трійника 90 градусів.

Чи справжня сітка забезпечує рівномірний розподіл потоку?

Так, для двох однакових нижніх катетів, тому що підгонка симетрична. Бічна сторона надає перевагу прямому бігу, тому її розділення нерівномірне, якщо тільки нижні ноги не мають високого опору.

Який стандарт охоплює бічні фітинги?

ASME B16.9 поширюється на бокові частини, зварені встик, а ASME B16.11 — на ковані зварні та різьбові фітинги. Справжні джойстики часто постачаються як спеціальні або виготовлені фітинги.

Латерал – це те саме, що бічний трійник?

Не точно. Латеральний трійник — це бокова сторона в поєднанні з коліном 45 градусів на гілці, так що гілка закінчується перпендикулярно до прогону.

Чи кращі фітинги для гною?

Часто так. Кут 45 градусів зменшує удари та турбулентність у порівнянні з трійником під кутом 90 градусів, що зменшує ерозію та полегшує очищення, хоча матеріал і швидкість все ще визначають термін служби ерозії.

Як розрахувати втрату тиску через фітинг?

Використовуйте ΔP=K × ρ × V² / 2, де K походить від такого методу, як Crane TP-410 або Idelchik, а V — це швидкість у комбінованій трубі. K залежить від розподілу потоку, розмірів труб і кута розгалуження.