ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РОСТА ШЕРОХОВАТОСТИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ В НАЧАЛЕ ПРОЦЕССА ЗАРАСТАНИЯ

Калякин А.М.¹, Сауткина Т.Н.², Чеснокова Е.В.³

¹Кандидат технических наук, доцент;

²кандидат технических наук;

³ассистент,

Саратовский государственный университет имени Гагарина Ю.А.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РОСТА ШЕРОХОВАТОСТИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОДОПРОВОДНЫХ ТРУБ В НАЧАЛЕ ПРОЦЕССА ЗАРАСТАНИЯ

Аннотация

В статье показана необходимость прогнозирования роста шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Сделан анализ зависимости процесса обрастания трубопроводов от шероховатости.

Ключевые слова: шероховатость, обрастание, трубопровод.

Kalyakin A.M.¹, Sautkina T.N.², Chesnokova E.V.³

¹Кандидат технических наук, доцент;

²кандидат технических наук;

³ассистент,

Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A.

GROWTH PREDICTION INNER SURFACE ROUGHNESS OF WATER PIPES AT THE BEGINNING OF OVERGROWING

Abstract

The article shows the need to anticipate growth roughness of the internal surface of pipelines. The analysis of process piping fouling roughness.

Keywords: roughness, fouling, pipeline.

Для точных гидравлических расчетов необходимо прогнозировать динамику роста шероховатости внутренней поверхности труб. Шероховатость – это совокупность неровностей; на рисунке 1 представлена приблизительная схема шероховатости поверхности.

Увеличение шероховатости в процессе эксплуатации (в самом ее начале) возможно определить по формуле А.Д. Альтшуля [1]:

,                           (1)

где  – абсолютная эквивалентная шероховатость, мм, для новых труб (в начале эксплуатации);  – то же, через t лет эксплуатации; α – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости, мм/год, который зависит от материала труб и физико-химических свойств воды.

Рис. 1 – Схема шероховатости поверхности

На рисунке 2 показана небольшая часть профиля поверхности, которая получена в сечении шероховатой поверхности плоскостью, перпендикулярной к ней.

Рис. 2 – Профиль поверхности

Среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии в пределах длины l определяется по формуле [2]:

                            (2)

Высота неровностей профиля, которая определяется как среднее расстояние между пятью высшими и пятью низшими точками профиля в пределах длины l, вычисляется по формуле [2]:

                       (3)

Техническая, т.е. существующая в действительности после изготовления труб шероховатость вследствие физических особенностей способов образования является нерегулярной. Она нерегулярна в том смысле, что нет повторяемости выступов как по высоте, так и по порядку расположения – поэтому для описания шероховатости естественно принять теоретико-вероятностные методы.

Но на этом пути слишком много трудностей, преодоление которых не принесет существенных результатов. Поэтому определение шероховатости принято проводить гидравлическими методами и получать при этом интегральную детерминированную составляющую, которая делает все расчеты точными.

Детерминированная составляющая с практической точки зрения является условной. Периодическая составляющая со случайной фазой определяется различными факторами. И детерминированная (в узком смысле) и случайная составляющая оказываются случайными функциями.

Однако несколько попыток определения коэффициента гидравлического сопротивления как функции параметров шероховатости.

Одна из таких зависимостей приведена в работе [3]:

                                    (4)

где  – средний тангенс угла наклона сторон неровностей;  – максимальная амплитуда неровностей;  – число Рейнольдса;  – внутренний диаметр трубы;  – показатели, определяемые экспериментально.

В процессе эксплуатации трубопроводы подвергаются обрастанию (обычно обрастание происходит тем быстрее, чем больше внутри шероховатости), которое приводит к уменьшению проходного сечения вплоть до его полной закупорки и прекращения подачи воды на точки водоразбора. В результате такого зарастания гидравлическое сопротивление увеличивается в 8-9 раз по сравнению с расчетным. Все это приводит к дополнительным капитальным затратам на ремонт, перекладке линий и дополнительных трубопроводов, перерасходу энергозатрат, к сокращению срока эксплуатации.

Поэтому, если считать (в действительности так оно и происходит), что обрастание начинается с роста шероховатости, то прогнозирование роста шероховатости имеет решающее значение.

Литература

1. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов. – М.: Стройиздат, 1987. – 414 с.
2. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход) / А.П. Хусу, Ю.Р. Витенберг, В.А. Пальмов. – М.: «Наука», 1975. – 344 с.
3. Дунин-Барковский, И.В. О шероховатости пластмассовых труб / И.В. Дунин-Барковский, М.Я. Рузин // Водоснабжение и сантехника. – 1964. – №2. – С. – 22 – 24.