Distribució del flux lateral i pèrdua de pressió d'ajustament en estrella real a les connexions de branques

Sempre que una canonada es divideix en dos, l'accessori que fa la divisió decideix quanta pressió es perd i com es reparteix el flux de manera uniforme. Acamiseta estàndard de 90 grausfa que el fluid giri una cantonada pronunciada. Un lateral i un veritable estrella substitueixen aquesta cantonada per un angle més suau. Sovint es confonen els dos, i alguns catàlegs utilitzen els noms de manera intercanviable, però la seva geometria i comportament són diferents.

Aquesta guia explica la diferència, mostra els números de pèrdua de pressió i de divisió de flux mitjançant el mètode Crane TP-410 i ofereix una manera pràctica de triar entre ells. Cada apartat exposa primer la conclusió, després el raonament. Els valors són càlculs de cribratge il·lustratius; El disseny final pertany al vostre enginyer de canonades.

Aportacions clau

• Un lateral té un recorregut recte amb una branca a uns 45 graus. Una estrella real divideix una entrada en dues potes simètriques amb forma de lletra Y. L'ús comercial varia, així que sempre confirmeu la geometria del dibuix.
• Tots dos redueixen la pèrdua en comparació amb una camiseta de 90 graus. Per a canonades d'igual mida amb la meitat del cabal que va cap a la branca, el mètode Crane proporciona un coeficient de pèrdua de branca d'uns 0,38 per a un lateral de 45 graus enfront d'1,16 per a un tee de 90 graus, aproximadament un 67% més baix.
• En un exemple amb aigua a 2 m/s a la canonada NPS 4, aquesta diferència és de 2,31 kPa per a la branca en T enfront de 0,76 kPa per a la branca lateral amb una divisió del 50%.
• Una estrella real és simètrica, de manera que les potes idèntiques comparteixen el flux per igual. Un lateral afavoreix el recorregut recte, de manera que la divisió és desigual tret que les cames aigües avall tinguin una resistència substancial.
• Els fluxos de fusió també perden menys a través d'una unió de 45 graus que a través d'una T de 90 graus, i una entrada de 45 graus redueix la possibilitat que un corrent lateral pertorbi el flux principal.
• Especifiqueu l'angle, les mides, la programació i l'estàndard inclosos (per exemple, ASME B16.9) a l'ordre de compra, perquè les paraules lateral, estrella i estrella veritable no s'utilitzen de la mateixa manera per tots els proveïdors.

Quina diferència hi ha entre una estrella lateral i una veritable?

Un lateral és un accessori amb un recorregut recte i una única branca unida en un angle, generalment de 45 graus; una estrella veritable és un ajust simètric en què una entrada es divideix en dues potes inclinades igualment lluny de l'eix d'entrada, formant una Y.

Els noms provenen de diferents oficis, per això provoquen confusió. Una persona del comerç de fontaneria pot demanar una "estrella" mentre que un instal·lador de vapor demana un "lateral de 45 graus", i tots dos poden significar el mateix ajust. Als catàlegs de canonades i accessoris, un lateral és un recorregut recte amb una branca de 45 graus, i una veritable estrella divideix una entrada principal simètricament en dues sortides.

Les fonts descriuen les potes d'un veritable estrella en més d'una manera: algunes descriuen dues potes cadascuna a 22,5 graus de l'eix d'entrada (45 graus entre elles), altres descriuen dues sortides de 45 graus. Per això, l'angle s'ha d'indicar explícitament en fer la comanda.

Com es comparen els accessoris laterals i els veritables en Y?

Un lateral és més senzill, normalment més fàcil d'obtenir, i funciona bé quan un camí és clarament el recorregut principal; una estrella real proporciona una distribució simètrica i uniforme per a dues potes iguals, amb un disseny simètric més compacte però una disponibilitat menys habitual.

Una regla pràctica dels proveïdors d'accessoris és que per a una entrada horitzontal, un lateral es recolza bé des de baix, mentre que per a una entrada vertical una veritable estrella proporciona càrregues equilibrades. Utilitzeu-ho com a pista de disseny i, a continuació, comproveu el vostre disseny de suport.

Quin accessori té menor pèrdua de pressió?

Un lateral de 45 graus o una estrella té una pèrdua de branca molt menor que un tee de 90 graus: a una divisió igual en canonades de la mateixa mida, el mètode Crane dóna K d'uns 0,38 per a la branca de 45 graus enfront d'1,16 per a la branca de tee de 90 graus, una reducció d'aproximadament el 67%.

La pèrdua de pressió a través d'un accessori s'escriu com a ΔP=K × ρ × V² / 2, on K és el coeficient de pèrdua, ρ és la densitat del fluid i V és la velocitat a la canonada combinada (d'entrada). Una K més petita significa menys pressió perduda. La taula següent utilitza el mètode Crane Technical Paper 410 per al flux divergent amb un recorregut i una branca de la mateixa mida, tal com s'implementa en una biblioteca d'enginyeria de codi obert. El coeficient de pèrdua de carrera en aquest mètode és el mateix per al tee i el lateral (oscil·la entre uns -0,06 i 0,30 segons la divisió), de manera que el benefici es mostra a la branca.

La taula mostra dos patrons. En primer lloc, la branca de 45 graus té una pèrdua menor a cada fracció. En segon lloc, un tee de 90 graus és el més dur en el flux quan la major part gira la cantonada: al 100% de la branca, K és d'uns 1,69 per al te, però d'uns 0,35 per al lateral de 45 graus.

Què vol dir això en termes de pressió?

Per a l'aigua (1.000 kg/m³) a 2 m/s a la canonada combinada NPS 4 Schedule 40S, la pèrdua de pressió de la branca és:

Amb una divisió del 50%, la branca en te perd 2,31 kPa i la branca lateral perd 0,76 kPa. Una diferència d'uns 1,55 kPa per unió sembla petita, però es multiplica en moltes unions i augmenta amb el quadrat de la velocitat: duplicar la velocitat multiplica la pèrdua per quatre. En serveis d'alta velocitat o densitat, o en sistemes amb moltes ramificacions, l'estalvi esdevé important, i en el flux de purins o de partícules un angle més suau també redueix l'erosió.

Com canvia l'angle de la branca la pèrdua?

Els angles de gir més petits donen menys pèrdues: utilitzant el mètode de la grua a una divisió igual, K cau d'aproximadament 1,16 a 90 graus a 0,75 a 60 graus, 0,38 a 45 graus i 0,23 a 22,5 graus; una veritable estrella en estrella es beneficia perquè cada cama gira només a través d'una part de l'angle complet.

La taula següent varia l'angle de la branca amb el mateix mètode. Descriu una única branca que deixa un recorregut recte, de manera que per a un veritable símbol és una guia de la tendència, no un conjunt de dades exactes. Per a una Y simètrica, utilitzeu les dades de pèrdua del fabricant, el manual de resistència hidràulica d'Idelchik o un estudi CFD.

El mètode tracta angles d'uns 75 graus o superiors com una camiseta, de manera que el benefici només apareix quan l'angle de la branca baixa per sota d'aquest rang. Tot i així, la tendència és clara: com menys ha de girar el flux, menys energia perd.

Com es diferencia la distribució del flux entre una estrella lateral i una veritable?

Una veritable estrella en estrella divideix el flux uniformement entre dues potes idèntiques perquè és simètrica, mentre que una lateral envia una part més gran a través del recorregut recte; el desnivell es redueix a mesura que augmenta la resistència de les potes aigües avall.

El flux es divideix de manera que la caiguda de pressió al llarg de cada camí sigui igual. En un lateral, el camí de carrera i el camí del ramal tenen pèrdues d'unió diferents, de manera que un sistema aigües avall perfectament simètric encara es divideix de manera desigual. La taula mostra la proporció de flux que va a la branca de dues potes aigües avall idèntiques, cadascuna amb una resistència K_leg mesurada en capçals de velocitat. Com a guia aproximada, un K_leg de 10 correspon a uns 500 diàmetres de canonada de canonada recta amb un factor de fricció de 0,02.

Quan les potes aigües avall són curtes i de poca resistència (K_leg de 2), el tee envia només el 23% del flux a la branca i el lateral envia el 36%, lluny d'una divisió uniforme. Quan cada cama té una resistència de 20 (carreras llargues, vàlvules o equipament), totes dues es troben a uns pocs punts percentuals del 50%, però el lateral encara està més a prop. Aquestes són estimacions de selecció sota les hipòtesis establertes. Si la distribució igual és important, com passa per als intercanviadors de calor, reactors o cremadors paral·lels, utilitzeu un accessori simètric i incloeu dispositius d'equilibri quan el procés ho requereixi.

Què passa quan els fluxos es fusionen en lloc de dividir-se?

Per a la fusió de fluxos, una unió de 45 graus també perd menys d'una tee de 90 graus: a una fusió 50/50 en canonades de la mateixa mida, el mètode Crane dóna una branca K d'uns 0,22 per al lateral enfront de 0,41 per al tee.

La fusió en un angle poc profund permet que el corrent lateral s'uneixi al flux principal gairebé en la mateixa direcció, la qual cosa redueix la turbulència de la mescla i la possibilitat que el corrent lateral torni a tirar endavant. Les capçaleres de col·lecció, els drenatges i les devolucions del procés se'n beneficien. Els valors es fan referència a la velocitat de sortida combinada.

Què passa si la branca és més petita que la carrera?

Amb una branca reductora, les pèrdues augmenten bruscament per a ambdós accessoris, però el lateral de 45 graus es manté molt per sota del te de 90 graus; a l'exemple, una branca de mida mitjana que pren la meitat del flux té un K d'aproximadament 1,85 per al lateral enfront de 5,00 per al tee.

Aquests valors es fan referència a la velocitat a la canonada combinada més gran, i els nombres alts provenen de l'alta velocitat a la branca petita. Utilitzeu-los per comparar accessoris, no com a substitut d'un càlcul hidràulic complet amb la fricció i els accessoris de la branca inclosos.

Com es diferencien els estàndards, les dimensions i la fabricació?

Els laterals de soldadura a tope estan coberts per ASME B16.9 i estan fabricats àmpliament en acer inoxidable, per exemple ASTM A403 WP304 i WP316, mentre que els veritables yes sovint es subministren com a accessoris fabricats o especials amb les dimensions acordades amb el proveïdor.

Estàndards: ASME B16.9 cobreix accessoris de soldadura a tope forjats de fàbrica, inclosos els laterals; Les dimensions com ara les longituds de centre a extrem s'especifiquen per mida. Els laterals roscats i forjats de soldadura per endoll estan subjectes a ASME B16.11.

Materials: acer inoxidable (A403 WP304/304L, WP316/316L), dúplex i aliatges de níquel són habituals per a serveis corrosius o d'alta temperatura.

Gruix de la paret: coincideixi amb el calendari de la canonada connectada i confirmi amb el proveïdor la classificació de pressió de les versions fabricades o reduïdes.

Unions fabricades: l'entrecuix (la intersecció nítida de la branca i el recorregut) és la ubicació amb més estrès, de manera que els accessoris fabricats necessiten una bona qualitat de soldadura, inspecció i reforç d'acord amb el codi de disseny; els accessoris forjats i sense costures proporcionen una distribució més uniforme de la tensió.

Mida: els laterals són físicament llargs en comparació amb les tees, així que permeteu una longitud addicional en el disseny.

Per a les regles de pressió de disseny i reforç de branques, seguiu el codi de govern, com ara ASME B31.3 per a les canonades de procés, i consulteu el fabricant per a les classificacions de pressió dels accessoris no estàndard.

On s'utilitzen normalment els laterals i els veritables Y?

S'utilitzen on hi ha menys pèrdues, menys erosió o una neteja més fàcil: línies de purins i partícules, línies de desguàs i residus, capçaleres de recollida i línies de procés on una branca més suau redueix la turbulència.

• Servei de purins i abrasius: l'angle suau redueix l'impacte a la paret de l'ajust i redueix l'erosió en comparació amb una tee de 90 graus.
• Desguàs, ventilacions i línies de residus: una entrada de 45 graus manté el flux aigües avall i facilita la neteja.
• Capçaleres de col·lecció: la fusió dels corrents laterals en un angle redueix les pertorbacions al flux principal.
• Divisió simètrica: una veritable estrella en estrella alimenta dues potes iguals, com ara línies d'equips paral·leles.
• Quan l'espai és reduït o la branca és curta i de baix cabal, una camiseta estàndard pot ser la millor opció més econòmica.

Com hauríeu de triar entre un lateral, un veritable Wye i un tee?

Trieu un lateral quan un camí és el recorregut principal i la pèrdua o l'erosió són importants, una veritable estrella quan dues potes iguals han de compartir el flux de manera uniforme i una tee estàndard quan l'espai és limitat i la pèrdua afegida és acceptable.

Què heu d'especificar quan demaneu una estrella lateral o veritable?

Indiqueu el tipus i l'angle d'ajust en termes senzills, les mides de la trama i la branca, la programació o la paret, les connexions estàndard, el material i els extrems, i adjunteu un dibuix, de manera que no hi hagi ambigüitat entre estrella, lateral i estrella real.

• Tipus i geometria: "lateral de 45 graus" o "estrella veritable, angle inclòs X grau", amb un esbós que mostra quina pota és la carrera.
• Mides: mida de tirada i mida de branca, observant si l'ajust es redueix.
• Gruix de paret o programació per a cada extrem.
• Estàndard i material: per exemple ASME B16.9 i ASTM A403 WP316L, amb els certificats requerits.
• Connexions finals: soldadura a tope, soldadura a socket o roscada, i la norma corresponent.
• Requisits especials: forjat vs fabricat, inspecció i NDT, neteja i classe de pressió per a dissenys no estàndard.

Preguntes freqüents

Quina diferència hi ha entre una estrella lateral i una veritable?

Un lateral és un recorregut recte amb una branca a uns 45 graus. Una veritable estrella en estrella divideix una entrada en dues potes simètriques. L'ús comercial varia, i alguns proveïdors tracten "en estrella" i "lateral" com el mateix ajust, així que especifiqueu la geometria.

Quin té una caiguda de pressió més baixa, una estrella o una te?

Una estrella o lateral. Amb una divisió igual en canonades d'igual mida, el mètode Crane dóna un coeficient de pèrdua de branca d'uns 0,38 per a un lateral de 45 graus en comparació amb uns 1,16 per a un te de 90 graus.

Una estrella vertadera dóna una divisió uniforme del flux?

Sí, per a dues potes aigües avall idèntiques, perquè l'ajust és simètric. Un lateral afavoreix el recorregut recte, de manera que el seu desdoblament és desigual tret que les potes aigües avall tinguin una gran resistència.

Quina norma cobreix els accessoris laterals?

L'ASME B16.9 cobreix els laterals de soldadura a tope i l'ASME B16.11 cobreix els accessoris roscats i de soldadura forjat. Els veritables yes sovint es subministren com a accessoris especials o fabricats.

És el mateix un lateral que un tee lateral?

No exactament. Un tee lateral és un lateral combinat amb un colze de 45 graus a la branca, de manera que la branca acaba perpendicular a la carrera.

Els accessoris en estrella són millors per a purins?

Sovint sí. L'angle de 45 graus redueix l'impacte i la turbulència en comparació amb un tee de 90 graus, que redueix l'erosió i facilita la neteja, tot i que el material i la velocitat encara regeixen la vida de l'erosió.

Com calculo la pèrdua de pressió a través d'un accessori de branca?

Utilitzeu ΔP=K × ρ × V² / 2, on K prové d'un mètode com ara Crane TP-410 o Idelchik, i V és la velocitat a la canonada combinada. K depèn de la divisió del flux, la mida de la canonada i l'angle de la branca.