مخطط فقدان الاحتكاك لأنابيب PPR: الفقد في الضغط لكل 100 م حسب SDR
مخطط فقدان الضغط لمواسير PPR بوحدة م لكل 100 م عند معدلات التدفق الفعلية، محسوب بمعادلة دارسي-فايسباخ عند k=0.007 مم ومُحدَّد حسب SDR والقطر الداخلي ودرجة حرارة الماء.
في أنبوب PP-R من نوع SDR 6 ينقل الماء عند 20 °C، تكلّف كل متر واحد في الثانية من السرعة حوالي 11.5 م من الفقد الهيدروليكي لكل 100 م عند DN20، و8.6 عند DN25، و6.3 عند DN32، و4.8 عند DN40، و3.6 عند DN50، و2.7 عند DN63. الجدول الكامل، مع معدلات التدفق والسرعات، أدناه.
يلي ذلك جدول ثانٍ لأن هذه الأرقام الستة لا قيمة لها بمفردها. الفقد الهيدروليكي يحدده القطر الداخلي، والقطر الداخلي تحدده سلسلة الجدار، وعلامة PN على عرض السعر لا تخبرك بشكل موثوق عن السلسلة. كل مخطط احتكاك PPR مجاني في الصفحة الأولى يحذف السلسلة ودرجة حرارة الماء والخشونة. هذه الصفحة تنشر الثلاثة جميعاً.
النقاط الرئيسية
- الجدول مبني على SDR، وليس على PN، لأن PN ليس بُعداً. عند القطر الخارجي 20 مم، يصنّف أحد الكتالوجات الجدار 2.8 مم كـ PN20 والجدار 3.4 مم كـ PN25؛ بينما يصنّف جدول المقاسات الخاص بنا الجدار 2.8 مم كـ PN16 والجدار 3.4 مم كـ PN20. تحقق من الجدار بالمليمتر.
- القطر الداخلي يحدد كل شيء. عند القطر الخارجي 25 مم يكون التجويف 16.6 مم في SDR 6 و20.4 مم في SDR 11، وعند نفس معدل التدفق يكون الفقد 8.6 مقابل 3.2 م لكل 100 م.
- الماء الساخن يفقد أقل، وليس أكثر: 0.86 ضعف قيمة 20 °C عند 60 °C، عند نفس معدل التدفق.
- حُسبت باستخدام Darcy-Weisbach وColebrook-White عند k = 0.007 مم. الأنبوب المستقيم فقط، بدون وصلات، بدون ارتفاع ضغط ساكن، والجدران تم التحقق منها حتى القطر الخارجي 63 مم.
مقطع واحد قبل الأرقام. يُمرّر Practical Engineering الماء عبر منصة اختبار فعلية ويصل إلى حد القطر عند الدقيقة 5:15 — راقب مقدار تحرّك انخفاض الضغط عند تغيير مقاس واحد، لأن هذا التأثير يمثل معظم ما يقيسه الجدول أدناه.
شرح التدفق والضغط في الأنابيب، Practical Engineering — قناة هندسية مستقلة، وليست مورّد أنابيب. عرضها التوضيحي يستخدم Hazen-Williams؛ بينما تحسب هذه الصفحة باستخدام Darcy-Weisbach، للسبب المذكور أدناه.
مخطط فقدان الضغط في أنابيب PPR: أنبوب SDR 6، ماء عند 20 °C
نقاط التدفق محددة عند 0.5 و1.0 و2.0 م/ث بدلاً من قيم مستديرة باللتر لكل ثانية، وبذلك يعمل الجدول أيضًا كأداة للتحقق من السرعة. عند DN25 بمعدل 0.216 لتر/ث تكون السرعة 1.0 م/ث والفقد 8.6 م لكل 100 م؛ وعند 0.433 لتر/ث تصل السرعة إلى 2.0 م/ث والفقد إلى 29.6 م لكل 100 م، وعند هذه النقطة يختار معظم المصممين مقاسًا أكبر.
| DN (mm) | التصريف (L/s، ×3.6 = m3/h) | السرعة (m/s) | فقد الضغط (m/100 m) | حكم التصميم |
|---|---|---|---|---|
| DN20 | 0.068 | 0.50 | 3.4 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN20 | 0.137 | 1.00 | 11.5 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN20 | 0.274 | 2.00 | 39.5 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
| DN25 | 0.108 | 0.50 | 2.5 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN25 | 0.216 | 1.00 | 8.6 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN25 | 0.433 | 2.00 | 29.6 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
| DN32 | 0.176 | 0.50 | 1.9 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN32 | 0.353 | 1.00 | 6.3 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN32 | 0.706 | 2.00 | 21.9 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
| DN40 | 0.278 | 0.50 | 1.4 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN40 | 0.556 | 1.00 | 4.8 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN40 | 1.111 | 2.00 | 16.5 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
| DN50 | 0.438 | 0.50 | 1.0 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN50 | 0.876 | 1.00 | 3.6 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN50 | 1.752 | 2.00 | 12.5 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
| DN63 | 0.693 | 0.50 | 0.8 | سرعة منخفضة، تشغيل هادئ، القطر أكبر من اللازم للتصريف |
| DN63 | 1.385 | 1.00 | 2.7 | نقطة التصميم الاعتيادية لخط توزيع رئيسي |
| DN63 | 2.771 | 2.00 | 9.4 | أعلى من الحد المعتاد 2 m/s المخصص للضجيج والتآكل |
اقرأ الجدول وفق SDR، لا وفق تصنيف PN المطبوع على الفاتورة
SDR 6 هو الأثقل بين سلاسل الضغط الثلاث الشائعة للمياه، ولذلك يعطي أصغر قطر داخلي لقطر خارجي محدد.
| OD (mm) | ID عند SDR 11 (mm) | ID عند SDR 7.4 (mm) | ID عند SDR 6 (mm) |
|---|---|---|---|
| DN20 | 16.2 | 14.4 | 13.2 |
| DN25 | 20.4 | 18.0 | 16.6 |
| DN32 | 26.2 | 23.2 | 21.2 |
| DN40 | 32.6 | 29.0 | 26.6 |
| DN50 | 40.8 | 36.2 | 33.4 |
| DN63 | 51.4 | 45.8 | 42.0 |
اعتمد على SDR في الجدول لأن PN ليس بُعدًا. فمعايير الأبعاد، DIN 8077 و EN ISO 15874-2، تدرج سماكة الجدار حسب سلسلة الأنبوب ولا تذكر أي تصنيف ضغط. ويحدد ISO 4065:2018 الهندسة في البند 3.6 وفق S = (SDR − 1) / 2، ثم يضع التصنيف في البند 4.2 وفق S = إجهاد التصميم / PN. الجدار موحّد؛ أما التصنيف الذي يستحقه فليس كذلك، لأن إجهاد التصميم يخص المركّب ودرجة حرارة التصميم والعمر التشغيلي. طبّق المعادلة: S 2.5، أي SDR 6، يعادل PN20 عند إجهاد تصميم 5.0 MPa و PN25 عند 6.25 MPa. الأنبوب نفسه، والقطر الداخلي نفسه، وتصنيفان صحيحان.
لهذا تختلف الجداول المنشورة، ولا شيء منها خاطئ. أحد كتالوجات PP-R يدرج PN25 = SDR 6، و PN20 = SDR 7.4، و PN16 = SDR 9، و PN10 = SDR 11، وجدول مورّد آخر يسرد السلّم نفسه. أما جدول مقاسات PP-R وتصنيفات الضغط لدينا فيسير بخطوة واحدة عبر: PN12.5، PN16، PN20، PN25 مقابل SDR 11، 7.4، 6، 5. لذا فإن خط PN20 عند قطر خارجي 20 mm يعني جدارًا بسماكة 2.8 mm وفق أحد الاصطلاحين و3.4 mm وفق الآخر، أي قطرًا داخليًا 14.4 مقابل 13.2 mm. وإذا قرأت صف SDR 6 معتمدًا على الجدار الأخف فستبالغ في فقدان الضغط بنحو 52%.
لذلك اطلب حسب سماكة الجدار بالمليمترات أو حسب سلسلة S، ولا تعتمد على رقم PN وحده. يغطي PN مقابل SDR مقابل schedule أنظمة التصنيف الثلاثة، وتعرض صفحة مورّد PP-R النطاق المتوفر لدينا.
كيف تم إنتاج الأرقام، وكيفية إعادة إنتاجها
باستخدام معادلة دارسي-فايسباخ مع معامل احتكاك كولبروك-وايت، وليس هازن-ويليامز، الذي تضع المصادر المنشورة قيمة C له بين 145 و150 للبلاستيك دون أن تحدد أي القيمتين صحيحة. تعتمد كولبروك على خشونة مطلقة بالمليمتر، وللـ PP-R قيمة منشورة: 0.007 مم، وهي القيمة التي تستخدمها جداول المصنّع الهيدروليكية، عند درجة حرارة معلنة 20 °C.
احسب خلية واحدة يدويًا. DN25 في SDR 6 له قطر داخلي 16.6 مم، لذا المساحة تساوي 2.1642 × 10-4 م². عند 0.25 لتر/ثانية تكون السرعة 1.155 م/ث ورقم رينولدز 1.155 × 0.0166 / 1.0035 × 10-6، أي 19,108. الخشونة النسبية 0.007 / 16.6، أي 4.217 × 10-4. حل كولبروك بالتكرار يعطي معامل احتكاك 0.02706، وفقدان الضغط 0.02706 × 1.155² / (2 × 9.81 × 0.0166)، أي 0.1108 م لكل متر، أو 11.1 م لكل 100 م. طبّق هذه الخطوات على أي خلية في الجدول ويجب أن تحصل على الرقم المطبوع.
التصحيح للمياه الساخنة وللجدار الأنحف
تصحيح درجة الحرارة يسير عكس الحدس. الماء الساخن يقلل اللزوجة، فيرتفع رقم رينولدز، وينخفض معامل الاحتكاك، وتكلف نفس معدلات التدفق فقداً أقل في الضغط. من 20 إلى 60 °C تنخفض اللزوجة الحركية من 1.0035 إلى 0.4740 × 10-6 m²/s وينخفض فقد الضغط إلى 0.86 من قيمة المخطط. الرايزر الساخن مسألة تصنيف ضغط، وهي التي يحكمها تخفيض الضغط حسب درجة حرارة الخدمة.
| التغيير | اضرب فقد الضغط في | السبب |
|---|---|---|
| ماء عند 40 °C بدلاً من 20 °C | × 0.91 | اللزوجة تنخفض أسرع مما يرتفع معامل الاحتكاك |
| ماء عند 60 °C بدلاً من 20 °C | × 0.86 | نفس التأثير، أكبر: الخط الساخن يفقد أقل من البارد |
| SDR 7.4 بدلاً من SDR 6، نفس DN | × 0.66 | القطر الداخلي يزداد 8.4% عند DN25، من 16.6 إلى 18.0 mm |
| SDR 11 بدلاً من SDR 6، نفس DN | × 0.37 | القطر الداخلي يزداد 22.9% عند DN25، من 16.6 إلى 20.4 mm |
تصحيح السلسلة أكبر. الجدار الأنحف يعني قطراً داخلياً أوسع، لذا عند نفس التدفق يفقد SDR 11 عند DN25 مقدار 3.2 m لكل 100 m مقابل 8.6 لـ SDR 6. هذا الكسب يُدفع ثمنه في تصنيف الضغط: اختيار SDR 11 لتوفير ضغط المضخة في دائرة 70 °C هو الطريق إلى فشل النظام مبكراً.
ما يغفله الجدول
الأنابيب المستقيمة فقط. الكوع والتفرعات والمحابس تضيف فاقدًا موضعيًا لا يُقدَّم له طول مكافئ هنا، لأن أياً منها لم يُتحقق منه مقابل معامل فاقد منشور لـ PP-R. الارتفاع الساكني غائب أيضًا: عمود الماء يضيف 1 m من الارتفاع، أي 0.098 bar، لكل متر ارتفاع، وهو ما يندرج ضمن حساب الرايزر.
لا يتطلب تجميع إجمالي النظام أي بيانات إضافية، بل التعريف فقط. الارتفاع الكلي = (J / 100) × الطول المستقيم بالأمتار، مضافًا إليه مجموع ζ × v² / 2g على كل وصلة ومحبس، مضافًا إليه الرفع الساكني. يُقرأ J وv من السطر الذي تقرأه؛ وg تساوي 9.81 m/s². الحد الوحيد الذي لا تستطيع هذه الصفحة تقديمه هو ζ: احصل عليه من مصنّع الوصلة للقالب المحدد، لأن كوع جلب PP-R وتفرع مصبوب ووصلة ضغط من مقاس اسمي واحد لا تشترك في معامل واحد. اطلبه كتابيًا بدلًا من استعارة جدول وصلات فولاذية.
تحذير واحد قبل مقارنة هذا الجدول بكتالوج. عبر ثلاثة صفوف مُنتقاة من جدول هيدروليكي منشور لـ PP-R عند نفس الخشونة ودرجة الحرارة المذكورتين، تطابقت السرعات حتى ثلاث منازل عشرية بينما جاء الفاقد المُدرج أعلى بنحو 1.10 مرة. لا يوضح الكتالوج السبب. لا تنشر IFAN أي تفاوت قطر داخلي مُقاس أو بيانات منصة اختبار تدفق لأنابيبها الخاصة، لذا فكل رقم هنا محسوب، وليس مُقاسًا.
الخلاصة
رقمان يحكمان حساب الفقد بالاحتكاك في أنابيب PPR، وواحد فقط منهما مذكور في عرض السعر. معدل التدفق معروف لديك؛ أما القطر الداخلي فعليك تحديده، لأن المقاس الاسمي نفسه يتراوح بين 16.6 و20.4 mm عند DN25، أي بفارق يعادل 2.7 مرة في الفقد بالضغط. أكّد سلسلة سماكة الجدار بالمليمتر، ثم اقرأ الصف المقابل.
الأسئلة الشائعة
كم يبلغ فقدان الضغط في أنابيب PPR لكل 100 م؟
في أنبوب SDR 6 عند 20 °C وسرعة 1 م/ث: 11.5 م لكل 100 م عند DN20، و8.6 عند DN25، و6.3 عند DN32، و4.8 عند DN40، و3.6 عند DN50، و2.7 عند DN63. وعند خفض السرعة إلى النصف ينخفض الفقد نحو 3.4 مرة.
أي معادلة أستخدم لحساب هبوط ضغط PPR؟
دارسي-فايسباخ مع معامل احتكاك كولبروك-وايت. فهي تعتمد على خشونة مطلقة، وهي منشورة لـ PP-R بقيمة 0.007 مم، وبذلك تكون النتيجة قابلة للتكرار. أما هازن-ويليامز فتحتاج قيمة C تختلف المصادر المنشورة حولها.
هل يزيد الماء الساخن فقدان الاحتكاك في أنابيب PPR؟
لا. عند نفس معدل التدفق الحجمي ينخفض فقدان الضغط نحو 14% عند الانتقال من 20 °C إلى 60 °C، أي بمعامل 0.86، لأن اللزوجة الحركية تنخفض من 1.0035 إلى 0.4740 × 10-6 م²/ث. خطوط الصعود الساخنة تفشل بسبب فئة الضغط والتمدد، لا بسبب الاحتكاك.
لماذا تغيّر سلسلة سماكة الجدار فقدان الاحتكاك؟
لأنها تغيّر القطر الداخلي. عند قطر خارجي 25 مم يكون القطر الداخلي 16.6 مم في SDR 6 و20.4 مم في SDR 11. وعند نفس التدفق يفقد الأنبوب الأسمك جداراً نحو 2.7 ضعف الضغط.
هل SDR 6 يعادل PN20؟
ليس بشكل موثوق. تحدد ISO 4065 العلاقة S = إجهاد التصميم / PN، لذا يحمل نفس الجدار تصنيف PN مختلفاً مع مركّب مختلف. أحد الكتالوجات يسمي SDR 6 بـ PN25؛ بينما جدول المقاسات لدينا يسميه PN20. اطلب حسب سماكة الجدار بالمليمتر أو حسب سلسلة S.
ما السرعة التي أصمم عليها أنابيب PPR؟
يبقي معظم المصممين خطوط التوزيع الرئيسية قرب 1 م/ث ويعتبرون 2 م/ث الحد الأعلى للضوضاء والتآكل. يطبع الجدول السرعة بجانب كل تدفق، فيكون الحد مرئياً.
هل يشمل هذا الجدول الأكواع والتفرعات والصمامات؟
لا، فهو للأنبوب المستقيم فقط. الفواقد الموضعية عند الوصلات والصمامات مستبعدة، ولا يُقدَّم أي طول مكافئ لعدم التحقق منه مقابل معامل فقدان PP-R منشور.
