Коэффициент шероховатости трубы

Коэффициент шероховатости трубы – это численный показатель, описывающий сопротивление, оказываемое трубой протекающей жидкости. Получаемые значения – эмпирические данные, то есть получаемые в результате опытов, экспериментов, проведения лабораторных исследований. Применяется при проектировании трубопроводов, при строительстве гидротехнических сооружений, проектировании механизмов, систем охлаждения, водоснабжения, фильтрации и прочих.

Как получить коэффициент шероховатости?

Наиболее полный документ, описывающий шероховатость поверхности – ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхностей. Параметры, характеристики, обозначения». Данный стандарт применяется вне зависимости от вида продукции, типа материала, назначения изделий и способа их производства. В то же время, стандарт не описывает частные случаи применения, к примеру, для трубопроводов и прочих систем. Акцент в ГОСТ 2789-73 смещен в сторону описания параметров шероховатости, правил проведения исследований материалов, определения дефектов поверхностей.

Стандартизация современных труб ППР и из других материалов осуществляется по ГОСТ 9378-93, который описывает правила отбора образцов, алгоритм замеров, необходимые технические условия для замера коэффициента шероховатости.

В гидравлических расчетах применяют данные из таблиц для известных материалов. Если же требуется связать коэффициент шероховатости с параметрами объектов (труб, лотков, фитингов, кранов), применяется формула Штриклера:

, где

• g – ускорение потока,
• k – средняя плотность отложений или шероховатых участков.

Пропорционально увеличению диаметра трубопровода уменьшается и коэффициент шероховатости (чем больше объем проходит по трубе, тем меньше влияние шероховатости на гидравлическое сопротивление). Показатель К также называется средней высотой выступов шероховатой стенки, в гидравлике может также обозначаться как Д или ε.

Если говорить о формулах расчета коэффициента, их применение нецелесообразно ввиду наличия упрощенного варианта – проведения замеров на реальных объектах. Для расчета пропускной способности русел рек и прочих масштабных проектов, формула коэффициента шероховатости также не дает точных результатов, поскольку на его расчет влияет множество неизвестных.

Для удобства сравнения материалов между собой в гидравлике, касающейся трубопроводов и инженерных систем, вводится понятие коэффициент эквивалентной шероховатости. Он рассчитывается в миллиметрах и принимается только для материалов с равномерным образованием шероховатей на внутренней поверхности трубы. В природе такая шероховатость (эквивалентная, равномерная) существует крайне редко, однако для описания технических характеристик удобнее применять именно эквивалентную шероховатость.

Какая шероховатость считается нормальной для труб?

Всё зависит от используемого материала и технологии производства. Наименьший коэффициент шероховатости у полипропиленовых труб, усредненные же значения можно считать следующими:

• Низкая шероховатость – 0,001 < К < 0,007 миллиметра – это медные трубы, нержавейка, металлопластик, пластик;
• Средняя шероховатость – 0,02 < К < 0,09 миллиметра – это стальные и оцинкованные трубы, новые чугунные трубы;
• Высокая шероховатость – 0,2 < К < 1,0 миллиметра – металлические трубы и прочие виды с отложениями, следами ржавчины, браком производства, повреждениями.

Поскольку технологическая шероховатость возникает также неравномерно, выступы и ложбины имеют разную высоту, принимается во внимание усредненное значение, которое и называется эквивалентной шероховатостью.

Коэффициент шероховатости и расчет гидравлических потерь

Гидравлические потери – это уменьшение напора (давления), возникающее в коммуникациях из-за поворотов, соединений, изменения диаметров и шероховатости внутренней поверхности трубы. Формула расчета удельной потери напора на трение – Дарси-Вейсбаха:  , где

•  – коэффициент сопротивления по длине трубопровода,
• v – скорость течения жидкости,
• g – ускорение свободного падения,
• d –внутренний ДУ трубопровода

Коэффициент сопротивления по длине трубы рассчитывается по формуле:

Как видно из формулы, Кэ имеет большой вес при определении сопротивления по длине, поскольку чем он больше, тем выше в конечном итоге оказывается потеря напора. Для простоты гидравлических расчетов, в случаях, когда Кэ неизвестная величина, принимают усредненное значение, равное 0,2 мм.

ГОСТы и сертификация

• СП 40-103–98 – содержит правила проектирования и сборки трубопроводов с использованием металлопластиковых труб;
• ГОСТ З52134–2003 – основной ГОСТ по работе с напорными трубами из пластика;
• ГОСТ 2789-73 – базовый стандарт определения шероховатости, параметров и характеристик материалов;
• ГОСТ 19300-86 – описывает средства и способы определения шероховатости.

Важно понимать, что коэффициент шероховатости определяется при сертификации продукции производителем. Позже, в процессе эксплуатации он может меняться, в зависимости от технических условий, возраста трубопровода, свойств транспортируемых жидкостей. Поэтому, для проведения точных расчетов необходимо внимательно подойти к получению коэффициента шероховатости, адекватного состоянию трубы.