Phân phối dòng chảy phù hợp bên và True Wye và tổn thất áp suất trong các kết nối chi nhánh - Kiến thức

Bất cứ khi nào một đường ống tách làm hai, khớp nối thực hiện việc phân chia sẽ quyết định mức độ áp suất bị mất và dòng chảy được chia đều như thế nào. MỘTáo thun 90 độ tiêu chuẩnlàm cho chất lỏng biến thành một góc nhọn. Một góc bên và một góc thật sự thay thế góc đó bằng một góc nhẹ nhàng hơn. Cả hai thường bị nhầm lẫn và một số danh mục sử dụng tên thay thế cho nhau, tuy nhiên hình dạng và hoạt động của chúng lại khác nhau.

Lateral vs True Wye Fitting Flow Distribution and Pressure Loss

Hướng dẫn này giải thích sự khác biệt, hiển thị các số liệu tổn thất áp suất và phân chia dòng chảy bằng phương pháp Crane TP-410 và đưa ra cách thực tế để lựa chọn giữa chúng. Mỗi phần nêu kết luận trước, sau đó là lý do. Các giá trị là các phép tính sàng lọc mang tính minh họa; thiết kế cuối cùng thuộc về kỹ sư đường ống của bạn.

Bài học chính

Một bên có đường chạy thẳng với một nhánh ở khoảng 45 độ. Một wye thực sự chia một cửa vào thành hai chân đối xứng có hình chữ Y. Cách sử dụng thương mại khác nhau, vì vậy hãy luôn xác nhận hình dạng trên bản vẽ.
Cả hai đều giảm thiểu tổn thất so với cú phát bóng 90 độ. Đối với các đường ống có kích thước bằng nhau với một nửa lưu lượng đi đến nhánh, phương pháp Crane cho hệ số tổn thất nhánh khoảng 0,38 đối với góc nghiêng 45 độ so với 1,16 đối với góc chữ T 90 độ, thấp hơn khoảng 67%.
Trong một ví dụ với nước ở tốc độ 2 m/s trong ống NPS 4, sự khác biệt đó là 2,31 kPa đối với nhánh chữ T so với 0,76 kPa đối với nhánh bên với tỷ lệ phân chia 50%.
Một chiếc wye thực sự có tính đối xứng nên các chân giống hệt nhau sẽ có dòng chảy như nhau. Bên nghiêng về phía chạy thẳng nên sự phân chia không đồng đều trừ khi các chân xuôi dòng có lực cản đáng kể.
Các luồng sáp nhập cũng bị thất thoát ít hơn qua điểm nối 45 độ so với qua điểm phát bóng 90 độ và lối vào 45 độ giúp giảm nguy cơ luồng phụ làm xáo trộn luồng chính.
Chỉ định góc, kích thước, lịch trình và tiêu chuẩn đi kèm (ví dụ: ASME B16.9) trong đơn đặt hàng, vì các từ bên, wye và true wye không được mọi nhà cung cấp sử dụng theo cùng một cách.

Một bên là một khớp nối có đường chạy thẳng và một nhánh được nối ở một góc, thường là 45 độ; wye thực sự là một khớp nối đối xứng trong đó một cửa vào chia thành hai chân có góc bằng nhau so với trục cửa vào, tạo thành chữ Y.

Những cái tên đến từ các ngành nghề khác nhau, đó là lý do tại sao chúng gây nhầm lẫn. Một người buôn bán hệ thống ống nước có thể yêu cầu "wye" trong khi thợ sửa hơi nước yêu cầu "bên 45 độ" và cả hai đều có thể có nghĩa là cùng một khớp nối. Trong các danh mục đường ống và phụ kiện, một bên là một đường chạy thẳng với một nhánh 45 độ và một đường dẫn thực sự chia cửa vào chính một cách đối xứng thành hai cửa ra.

Các nguồn mô tả chân của một con wye thực sự theo nhiều cách: một số mô tả hai chân, mỗi chân cách trục đầu vào 22,5 độ (giữa chúng là 45 độ), một số khác mô tả hai chân thoát ra 45 độ. Vì vậy, góc phải được nêu rõ ràng khi đặt hàng.

Thuật ngữ	Ý nghĩa điển hình	Ghi chú
Bên (bên 45 độ)	Chạy thẳng với một nhánh ở 45 độ	Không đối xứng; cuộc chạy tiếp tục thẳng; được bao phủ trong ASME B16.9 cho các phụ kiện hàn đối đầu
Wye (sử dụng hệ thống ống nước)	Thường giống như một bên	Việc sử dụng danh mục thay đổi tùy theo thương mại và vật liệu
True wye (đúng Y)	Cửa vào chia thành hai chân đối xứng	Đối xứng qua trục cửa vào; góc trên mỗi chân phải được chỉ định
Tee bên	Một bên có khuỷu tay trên cành sao cho đầu cành vuông góc với đường chạy	Kết hợp uốn ngang và uốn cong 45 độ
Latrolet (ổ cắm bên)	Một đầu nối nhánh được rèn được hàn vào đường chạy	Một kết nối nhánh, không phải là một cơ thể phù hợp đầy đủ

Đường bên đơn giản hơn, thường dễ tìm nguồn hơn và hoạt động tốt khi một đường dẫn rõ ràng là đường chạy chính; một wye thực sự mang lại sự phân bổ đối xứng, đồng đều cho hai chân bằng nhau, với bố cục đối xứng nhỏ gọn hơn nhưng tính khả dụng ít phổ biến hơn.

How Do Lateral and True Wye Fittings Compare Overall

Kích thước	Bên (45 độ)	Đúng vậy
Hình học	Chạy thẳng cộng với một nhánh 45 độ	Hai chân đối xứng từ một cửa vào
Dòng chảy phân chia giữa hai chân bằng nhau	Thích chạy; không đều trừ khi chân chống cự mạnh	Ngay cả bởi sự đối xứng
Giảm áp suất so với tee 90 độ	Giảm đáng kể tại chi nhánh	Thấp hơn; mỗi chân quay một góc nhỏ hơn
Luồng hợp nhất	Nhập cảnh suôn sẻ từ chi nhánh; chạy ít bị xáo trộn	Hợp nhất đối xứng của hai luồng bằng nhau
Cách trình bày	Phù hợp với một dòng chính với các kết nối bên	Phù hợp với một tiêu đề hoặc đa dạng đối xứng
Hỗ trợ và định hướng	Cửa vào ngang: hỗ trợ tốt từ mặt đất	Cửa vào thẳng đứng: lực đối xứng trên các giá đỡ
sẵn có	Có sẵn rộng rãi ở các kích cỡ mối hàn	Thường được thực hiện theo đơn đặt hàng hoặc chế tạo

Một quy tắc thực tế từ các nhà cung cấp phụ kiện là đối với cửa vào nằm ngang, một bên sẽ tự đỡ tốt từ bên dưới, trong khi đối với cửa vào thẳng đứng, đường wye thực sự sẽ mang lại tải trọng cân bằng. Sử dụng điều đó làm gợi ý bố cục, sau đó kiểm tra thiết kế hỗ trợ của bạn.

Một nhánh 45 độ bên hoặc wye có độ suy giảm nhánh thấp hơn nhiều so với nhánh tee 90 độ: ở mức phân chia bằng nhau trong các ống có kích thước bằng nhau, phương pháp Crane cho K khoảng 0,38 đối với nhánh 45 độ so với 1,16 đối với nhánh tee 90 độ, giảm khoảng 67%.

Tổn thất áp suất qua khớp nối được viết là ΔP=K × ρ × V² / 2, trong đó K là hệ số tổn thất, ρ là mật độ chất lỏng và V là vận tốc trong đường ống kết hợp (đầu vào). K nhỏ hơn có nghĩa là mất ít áp suất hơn. Bảng bên dưới sử dụng phương pháp Crane Digital Paper 410 để phân luồng với đường chạy và nhánh có kích thước bằng nhau, như được triển khai trong thư viện kỹ thuật nguồn mở. Hệ số tổn thất khi chạy trong phương pháp này là như nhau đối với điểm phát bóng và bên (nó nằm trong khoảng từ -0,06 đến 0,30 tùy thuộc vào phần phân chia), do đó lợi ích sẽ hiển thị trên nhánh.

Thị phần của nhánh	Nhánh tee 90 độ K	60 độ wye nhánh K	Nhánh bên 45 độ K	Bên vs tee
25% cho chi nhánh	1.04	0.87	0.60	-42%
50% cho chi nhánh	1.16	0.75	0.38	-67%
75% cho chi nhánh	1.37	0.70	0.30	-78%
100% đến chi nhánh	1.69	0.78	0.35	-79%

Bảng hiển thị hai mẫu. Đầu tiên, nhánh 45 độ có mức tổn thất thấp hơn ở mỗi lần chia. Thứ hai, cú phát bóng 90 độ là khó khăn nhất khi phần lớn nó rẽ vào góc: ở mức 100% đối với nhánh, K là khoảng 1,69 đối với điểm phát bóng nhưng khoảng 0,35 đối với góc phát bóng 45 độ.

Điều đó có nghĩa gì về mặt áp lực?

Đối với nước (1.000 kg/m³) ở tốc độ 2 m/s trong đường ống kết hợp NPS 4 Schedule 40S, tổn thất áp suất nhánh là:

Thị phần của nhánh	Góc nghiêng 90 độ (kPa)	nghiêng 45 độ (kPa)	Tiết kiệm (kPa)	Sự giảm bớt
25% cho chi nhánh	2.08	1.21	0.87	-42%
50% cho chi nhánh	2.31	0.76	1.55	-67%
75% cho chi nhánh	2.73	0.60	2.13	-78%
100% đến chi nhánh	3.38	0.70	2.68	-79%

Ở mức chia 50%, nhánh tee mất 2,31 kPa và nhánh bên mất 0,76 kPa. Sự chênh lệch khoảng 1,55 kPa trên mỗi điểm nối có vẻ nhỏ nhưng nó nhân lên trên nhiều điểm nối và tăng theo bình phương vận tốc: vận tốc tăng gấp đôi thì tổn thất nhân với bốn. Trong các dịch vụ tốc độ cao hoặc mật độ cao hoặc trong các hệ thống có nhiều nhánh, việc tiết kiệm sẽ trở nên đáng kể và đối với dòng chảy bùn hoặc hạt, góc nghiêng nhẹ nhàng hơn cũng làm giảm xói mòn.

Góc quay nhỏ hơn cho tổn thất thấp hơn: sử dụng phương pháp Crane ở mức phân chia bằng nhau, K giảm từ khoảng 1,16 ở góc 90 độ xuống 0,75 ở góc 60 độ, 0,38 ở góc 45 độ và 0,23 ở góc 22,5 độ; wye thực sự được hưởng lợi vì mỗi chân chỉ quay qua một phần của góc đầy đủ.

Bảng dưới đây thay đổi góc nhánh theo cùng một phương pháp. Nó mô tả một nhánh duy nhất để lại một đường chạy thẳng, do đó, đối với một wye thực sự, nó là hướng dẫn về xu hướng chứ không phải là một tập dữ liệu chính xác. Đối với Y đối xứng, hãy sử dụng dữ liệu tổn thất của nhà sản xuất, sổ tay về lực cản thủy lực của Idelchik hoặc nghiên cứu CFD.

Góc nhánh từ trục đầu vào	K chia 50%	K ở mức 100% tới chi nhánh	Ghi chú
90 độ	1.16	1.69	Áo phông tiêu chuẩn
75 độ	1.16	1.69
60 độ	0.75	0.78
45 độ	0.38	0.35	Nhánh bên / nhánh
30 độ	0.27	0.16
22,5 độ	0.23	0.09	Chân nhẹ nhàng của chữ Y hẹp

Phương pháp này xử lý các góc khoảng 75 độ trở lên giống như một điểm phát bóng, do đó, lợi ích chỉ xuất hiện khi góc nhánh giảm xuống dưới phạm vi đó. Mặc dù vậy, xu hướng vẫn rõ ràng: dòng chảy càng ít chuyển hướng thì càng mất ít năng lượng.

Một đường phân chia wye thực sự chảy đều giữa hai chân giống hệt nhau vì nó đối xứng, trong khi một bên gửi phần chia lớn hơn qua đường chạy thẳng; độ không bằng phẳng co lại khi sức cản của các chân hạ lưu tăng lên.

Dòng chảy tự phân chia sao cho độ sụt áp dọc theo mỗi đường dẫn bằng nhau. Ở một bên, đường chạy và đường nhánh có tổn thất ở điểm nối khác nhau, do đó, hệ thống hạ lưu đối xứng hoàn hảo vẫn phân chia không đều. Bảng này cho thấy phần lưu lượng đi đến nhánh của hai nhánh xuôi dòng giống hệt nhau, mỗi nhánh có điện trở K_leg được đo bằng cột vận tốc. Theo hướng dẫn sơ bộ, K_leg bằng 10 tương ứng với khoảng 500 đường kính ống của ống thẳng ở hệ số ma sát là 0,02.

Lực cản chân xuôi dòng K_leg	Tee 90 độ: chia sẻ tới chi nhánh	45 độ bên: chia sẻ với chi nhánh	Đúng wye (đối xứng)
2	23%	36%	50%
5	38%	46%	50%
10	44%	48%	50%
20	47%	49%	50%
50	49%	50%	50%

Khi các nhánh xuôi dòng ngắn và có điện trở thấp (K_leg bằng 2), nhánh tee chỉ gửi 23% lưu lượng đến nhánh và nhánh bên gửi 36%, còn lâu mới có được sự phân chia đồng đều. Khi mỗi chân có điện trở là 20 (đường chạy dài, van hoặc thiết bị), cả hai đều nằm trong khoảng 50% vài điểm phần trăm, nhưng bên bên vẫn gần hơn. Đây là những ước tính sàng lọc theo các giả định đã nêu. Nếu việc phân bổ bằng nhau có vấn đề, như đối với các bộ trao đổi nhiệt, lò phản ứng hoặc đầu đốt song song, hãy sử dụng khớp nối đối xứng và bao gồm các thiết bị cân bằng khi quy trình yêu cầu.

Đối với các luồng hợp nhất, một điểm nối 45 độ cũng mất ít hơn một điểm phát bóng 90 độ: ở mức hợp nhất 50/50 trong các ống có kích thước bằng nhau, phương pháp Crane đưa ra nhánh K khoảng 0,22 cho bên so với 0,41 cho điểm phát bóng.

What Happens When Flows Merge Instead of Split

Dòng chảy hợp nhất, kích thước ống bằng nhau	áo phông 90 độ	bên 45 độ
Mất luồng nhánh K (hợp nhất 50/50)	0.41	0.22
Chạy luồng mất K (hợp nhất 50/50)	0.53	0.40

Việc hợp nhất ở một góc nông cho phép dòng bên tham gia vào dòng chính theo cùng một hướng, điều này làm giảm sự hỗn loạn trộn lẫn và khả năng dòng bên bị đẩy lùi vào dòng chảy. Tiêu đề bộ sưu tập, cống và trả về quy trình được hưởng lợi từ việc này. Các giá trị được tham chiếu đến vận tốc đầu ra kết hợp.

Với một nhánh giảm, tổn thất tăng mạnh đối với cả hai phụ kiện, nhưng bên 45 độ vẫn thấp hơn nhiều so với điểm phát bóng 90 độ; trong ví dụ này, một nhánh có kích thước bằng một nửa chiếm một nửa dòng chảy có K khoảng 1,85 đối với nhánh bên so với 5,00 đối với nhánh phát bóng.

Nhánh giảm (đường kính nhánh=0.5 × chạy)	Tee giảm 90 độ K	K bên giảm 45 độ
25% lưu lượng tới một nhánh có kích thước bằng một nửa	2.00	0.54
50% lưu lượng tới một nhánh có kích thước bằng một nửa	5.00	1.85

Các giá trị này được tham chiếu đến vận tốc trong ống kết hợp lớn hơn và số cao đến từ vận tốc cao trong nhánh nhỏ. Sử dụng chúng để so sánh các phụ kiện, không thay thế cho tính toán thủy lực đầy đủ với ma sát riêng của nhánh và các phụ kiện đi kèm.

Các mặt bên hàn đối đầu được bao phủ bởi ASME B16.9 và được chế tạo rộng rãi bằng thép không gỉ, ví dụ như ASTM A403 WP304 và WP316, trong khi các loại dây thực sự thường được cung cấp dưới dạng phụ kiện chế tạo hoặc đặc biệt với kích thước đã thỏa thuận với nhà cung cấp.

Tiêu chuẩn: ASME B16.9 bao gồm các phụ kiện hàn đối đầu rèn do nhà máy sản xuất, bao gồm cả các mặt bên; các kích thước như chiều dài từ giữa đến cuối được chỉ định cho mỗi kích thước. Các mối hàn ổ cắm và các mặt bên có ren được rèn thuộc ASME B16.11.

Vật liệu: thép không gỉ (A403 WP304/304L, WP316/316L), hợp kim song công và niken thường dùng cho các dịch vụ ăn mòn hoặc nhiệt độ cao.

Độ dày thành: khớp với lịch trình của đường ống được kết nối và xác nhận mức áp suất của các phiên bản chế tạo hoặc giảm thiểu với nhà cung cấp.

Các mối nối gia công: phần háng (điểm giao nhau nhọn giữa nhánh và đường chạy) là vị trí chịu ứng suất cao nhất nên các phụ tùng chế tạo cần có chất lượng mối hàn tốt, được kiểm tra, gia cố phù hợp với quy chuẩn thiết kế; các phụ kiện được rèn và liền mạch giúp phân bổ ứng suất đồng đều hơn.

Kích thước: bên có chiều dài vật lý so với tees, vì vậy hãy cho phép chiều dài thêm trong bố cục.

Đối với các quy tắc về áp suất thiết kế và gia cố nhánh, hãy tuân theo mã quản lý, chẳng hạn như ASME B31.3 cho đường ống xử lý và tham khảo ý kiến nhà sản xuất để biết mức áp suất của các phụ kiện không chuẩn.

Chúng được sử dụng ở những nơi có tổn thất thấp hơn, ít xói mòn hơn hoặc các vấn đề làm sạch dễ dàng hơn: đường chứa bùn và hạt, đường cống và chất thải, đầu thu gom và đường xử lý trong đó nhánh nhẹ hơn làm giảm nhiễu loạn.

Dịch vụ chống mài mòn và bùn: góc nhẹ nhàng làm giảm tác động lên tường lắp và giảm xói mòn so với góc phát bóng 90 độ.
Ống thoát nước, lỗ thông hơi và đường thải: lối vào 45 độ giữ cho dòng chảy xuôi dòng và dễ dàng làm sạch.
Tiêu đề bộ sưu tập: hợp nhất các luồng bên theo một góc giúp giảm nhiễu cho luồng chính.
Sự phân chia đối xứng: một con wye thực sự cung cấp hai nhánh bằng nhau, chẳng hạn như các dây chuyền thiết bị song song.
Ở những nơi không gian chật hẹp hoặc nhánh ngắn và dòng chảy thấp, một chiếc tee tiêu chuẩn vẫn có thể là lựa chọn tốt hơn, tiết kiệm hơn.

Chọn đường bên khi một đường là đường chạy chính và vấn đề mất mát hoặc xói mòn, đường đi đúng khi hai nhánh bằng nhau phải chia sẻ dòng chảy đều và điểm phát bóng tiêu chuẩn khi không gian bị hạn chế và tổn thất tăng thêm có thể chấp nhận được.

Lateral a True Wye and a Tee

Tình huống	Đề nghị lắp	Lý do
Nhánh bên ngoài đường chạy chính, các vấn đề về mất mát hoặc xói mòn	bên 45 độ	Nhánh K khoảng một phần ba số tee được chia đều
Hai chân song song bằng nhau cần dòng chảy đều	Đúng wye (đối xứng)	Sự đối xứng mang lại sự phân chia đồng đều cho các chân giống hệt nhau
Hợp nhất luồng phụ vào dòng chính	bên 45 độ	Nhập cảnh mượt mà hơn, ít xáo trộn hơn
Dịch vụ xử lý bùn, mài mòn hoặc làm bẩn	Bên hoặc đúng wye	Góc nhẹ nhàng hơn làm giảm tác động và dễ dàng làm sạch
Không gian rất chật hẹp, dòng chảy thấp, vận tốc thấp	Áo thun 90 độ tiêu chuẩn	Nhỏ gọn; tổn thất nhỏ ở tốc độ thấp
Áp lực lớn lo ngại về ngân sách ở nhiều nút giao thông	Bên hoặc wye	Tiết kiệm cộng lại với vận tốc bình phương

Nêu rõ loại và góc phụ kiện bằng thuật ngữ đơn giản, kích thước của đường chạy và nhánh, bảng hoặc tường, tiêu chuẩn, vật liệu và các kết nối cuối, đồng thời đính kèm bản vẽ để không có sự mơ hồ giữa wye, side và true wye.

Loại và hình học: "45 độ bên" hoặc "true wye, bao gồm góc X", với một bản phác thảo cho biết chân nào đang chạy.
Kích thước: kích thước đường chạy và kích thước nhánh, lưu ý xem khớp nối có bị giảm hay không.
Độ dày của tường hoặc lịch trình cho mỗi đầu.
Tiêu chuẩn và vật liệu: ví dụ ASME B16.9 và ASTM A403 WP316L, có các chứng chỉ bắt buộc.
Các kết nối cuối: hàn đối đầu, hàn ổ cắm hoặc ren và tiêu chuẩn tương ứng.
Yêu cầu đặc biệt: rèn so với chế tạo, kiểm tra và NDT, độ sạch và định mức áp suất cho các thiết kế phi tiêu chuẩn.

Sự khác biệt giữa một bên và một wye thực sự là gì?

Đường bên là đường chạy thẳng với một nhánh ở khoảng 45 độ. Một wye thực sự chia một đầu vào thành hai chân đối xứng. Cách sử dụng thương mại khác nhau và một số nhà cung cấp coi "wye" và "bên" là khớp nối giống nhau, vì vậy hãy chỉ định hình dạng.

Cái nào có độ giảm áp suất thấp hơn, wye hay tee?

Một wye hoặc bên. Ở mức phân chia bằng nhau trong các ống có kích thước bằng nhau, phương pháp Crane cho hệ số tổn thất nhánh khoảng 0,38 đối với góc nghiêng 45 độ so với khoảng 1,16 đối với góc phát bóng 90 độ.

Liệu một wye thực sự có phân chia dòng chảy đồng đều không?

Có, đối với hai chân hạ lưu giống hệt nhau, vì khớp nối đối xứng. Một bên thiên về đường chạy thẳng nên sự phân chia của nó không đồng đều trừ khi các chân xuôi dòng có lực cản lớn.

Tiêu chuẩn nào bao gồm các phụ kiện bên?

ASME B16.9 bao gồm các mặt bên được hàn đối đầu và ASME B16.11 bao gồm các phụ kiện có ren và mối hàn ổ cắm được rèn. Wyes thực sự thường được cung cấp dưới dạng phụ kiện đặc biệt hoặc được chế tạo.

Tee bên có giống như tee bên không?

Không chính xác. Cú phát bóng bên là cú phát bóng bên kết hợp với khuỷu tay 45 độ trên cành sao cho cành kết thúc vuông góc với đường chạy.

Phụ kiện wye có tốt hơn cho bùn không?

Thường thì có. Góc 45 độ làm giảm tác động và nhiễu loạn so với góc phát bóng 90 độ, giúp giảm xói mòn và dễ dàng làm sạch, mặc dù vật liệu và vận tốc vẫn chi phối tuổi thọ xói mòn.

Làm cách nào để tính toán tổn thất áp suất thông qua khớp nối nhánh?

Sử dụng ΔP=K × ρ × V² / 2, trong đó K đến từ một phương pháp như Crane TP-410 hoặc Idelchik và V là vận tốc trong đường ống kết hợp. K phụ thuộc vào sự phân chia dòng chảy, kích thước ống và góc nhánh.