Расчет трубы: площади поверхности, толщины стенки, массы

Как рассчитать параметры труб

При строительстве и обустройстве дома трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов. Часто они выступают как строительный материал — для создания каркаса различных построек, опор для навесов и т.д. При определении параметров систем и сооружений необходимо высчитать разные характеристики ее составляющих. В данном случае сам процесс называют расчет трубы, а включает он в себя как измерения, так и вычисления.

Для чего нужны расчеты параметров труб

В современном строительстве используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже довольно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластк, гофрированная нержавейка. Они хороши тем, что имеют не такую большую массу, как стальные аналоги. Тем не менее, при транспортировке полимерных изделий в больших объемах знать их массу желательно — чтобы понять, какая машина нужна. Вес металлических труб еще важнее — доставку считают по тоннажу. Так что этот параметр желательно контролировать.

То, что нельзя измерить, можно рассчитать

Знать площадь наружной поверхности трубы надо для закупки краски и теплоизоляционных материалов. Красят только стальные изделия, ведь они подвержены коррозии в отличие от полимерных. Вот и приходится защищать поверхность от воздействия агрессивных сред. Используют их чаще для строительства заборов, каркасов для хозпостроек (гаражей, сараев, беседок, бытовок), так что условия эксплуатации — тяжелы, защита необходима, потому все каркасы требуют окраски. Вот тут и потребуется площадь окрашиваемой поверхности — наружная площадь трубы.

При сооружении системы водоснабжения частного дома или дачи, трубы прокладывают от источника воды (колодца или скважины) до дома — под землей. И все равно, чтобы они не замерзли, требуется утепление. Рассчитать количество утеплителя можно зная площадь наружной поверхности трубопровода. Только в этом случае надо брать материал с солидным запасом — стыки должны перекрываться с солидным запасом.

Сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — сможет ли данное изделие провести требуемое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто нужен при выборе диаметра труб для отопления и водопровода, расчета производительности насоса и т.д.

Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус

Трубы — специфический продукт. Они имеют внутренний и наружный диаметр, так как стенка у них толстая, ее толщина зависит от типа трубы и материала из которого она изготовлена. В технических характеристиках чаще указывают наружный диаметр и толщину стенки.

Внутренний и наружный диаметр трубы, толщина стенки

Имея эти два значения, легко высчитать внутренний диаметр — от наружного отнять удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Если у вас наружный диаметр 32 мм, толщина стенки 3 мм, то внутренний диаметр будет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.

Если же наоборот, имеется внутренний диаметр и толщина стенки, а нужен наружный — к имеющемуся значению добавляем удвоенную толщину стеки.

С радиусами (обозначаются буквой R) еще проще — это половина от диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто 32 делим на два, получаем 16 мм.

Измерения штангенциркулем более точные

Что делать, если технических данных трубы нет? Измерять. Если особая точность не нужна, подойдет и обычная линейка, для более точных измерений лучше использовать штангенциркуль.

Расчет площади поверхности трубы

Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

Формула расчета боковой поверхности трубы

Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.

Расчет веса

С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

Таблица веса круглых стальных труб

В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

Таблица веса профилированной трубы квадратного сечения

Как высчитать площадь поперечного сечения

Формула нахождения площади сечения круглой трубы

Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R 2 . Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.

Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см 2 , подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см 2 = 40,5 см 2 .

Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм 2 или 20 см 2 или 0,002 м 2 .

Как рассчитать объем воды в трубопроводе

При организации системы отопления бывает нужен такой параметр, как объем воды, которая поместится в трубе. Это необходимо при расчете количества теплоносителя в системе. Для данного случая нужна формула объема цилиндра.

Формула расчета объема воды в трубе

Тут есть два пути: сначала высчитать площадь сечения (описано выше) и ее умножить на длину трубопровода. Если считать все по формуле, нужен будет внутренний радиус и общая длинна трубопровода. Рассчитаем сколько воды поместится в системе из 32 миллиметровых труб длиной 30 метров.

Сначала переведем миллиметры в метры: 32 мм = 0,032 м, находим радиус (делим пополам) — 0,016 м. Подставляем в формулу V = 3,14 * 0,016 2 * 30 м = 0,0241 м 3 . Получилось = чуть больше двух сотых кубометра. Но мы привыкли объем системы измерять литрами. Чтобы кубометры перевести в литры, надо умножить полученную цифру на 1000. Получается 24,1 литра.

Как провести расчет различных параметров труб: базовые формулы и примеры вычислений

Водопроводные, отопительные, канализационные, дымоходные, обсадные, медные, стальные, пластиковые, металлопластиковые, узкие, широкие — трубы разного назначения из различных материалов окружают нас повсюду. Необходимость проложить новые коммуникации или заменить старые возникает и во время строительства дома, и при текущем ремонте. Составляя проект предстоящих работ, не помешает вооружиться калькулятором, чтобы провести расчет веса трубы, ее массы, объема и прочих параметров.

Зачем нужно рассчитывать параметры труб?

Предварительный расчет параметров труб необходим во многих случаях. Например, для правильной коммуникации трубопровода с другими элементами системы. Проектировщики и монтажники при работе с трубами используют такие показатели, как:

  • проходимость трубопровода;
  • потери тепла;
  • количество утеплителя;
  • количество материала для защиты от коррозии;
  • шероховатость внутренней поверхности трубы и т. п.

В результате можно определить точное количество труб, необходимых для конкретной системы, а также их оптимальные характеристики. Правильные расчеты избавляют от избыточных расходов на приобретение и транспортировку материала, позволяют веществам, которые находятся в трубопроводе, перемещаться с заданной скоростью для максимально эффективного использования системы.

В этой таблице приведены некоторые полезные сведения о характеристиках труб разного вида, которые помогут выбрать подходящие конструкции, необходимые для создания трубопровода

В отопительных системах диаметр труб существенно зависит от допустимой скорости. Пример такого рода расчетов представлен на видео:

Расчеты различных параметров трубы

Для того, чтобы правильно рассчитать основные параметры труб, следует определить следующие показатели:

  • материал, из которого изготовлена труба;
  • тип сечения трубы;
  • внутренний и внешний диаметр;
  • толщина стенок;
  • длина трубы и т. п.

Часть данных можно получить, просто измерив конструкцию. Множество полезных сведений содержится в сертификационных документах, а также в различных справочниках и ГОСТах.

Как узнать диаметр и объем трубы?

Некоторые формулы расчетов знакомы каждому школьнику. Например, если нужно уточнить диаметр конкретной трубы, следует измерить ее окружность. Для этого можно воспользоваться сантиметровой лентой, которой пользуются швеи. Или же следует обернуть трубу другой подходящей лентой, а затем измерить полученный отрезок с помощью линейки.

Далее используем формулу длины окружности:

  • L — длина окружности круга;
  • π — постоянное число «пи», равное примерно 3,14;
  • D — диаметр окружности круга.

Достаточно проделать несложное преобразование, чтобы вычислить с помощью этой формулы внешний диаметр трубы:

Измерив толщину стенок трубы, легко рассчитать также внутренний диаметр круга. Для этого от значения внешнего диаметра трубы следует отнять удвоенное значение толщины стенок трубы.

Расчет сечения трубы

Чтобы рассчитать сечение трубы, следует вычислить площадь круга. При этом учитывается разница между наружным диаметром трубы и толщиной ее стенок, проще говоря — внутренний диаметр трубы.

На этом рисунке наглядно представлены такие показатели как наружный диаметр трубы и толщина ее стенки. Разница между наружным диаметром и толщиной позволяет вычислить внутренний диаметр трубы

Формула площади круга выглядит так:

  • S — площадь круга;
  • π — число «пи»;
  • R — радиус круга, рассчитывается как половина диаметра.

Если используются сведения о наружном диаметре и толщине стенок трубы, то формула может выглядеть следующим образом:

  • S — площадь сечения;
  • π — число «пи»;
  • D — наружный диаметр трубы;
  • T — толщина стенок трубы.

Допустим, имеется труба, внешний диаметр которой составляет 1 метр, а толщина стенок равна 10 мм. Для начала следует согласовать все единицы измерения. Толщина стенок составит 0,01 метра. Согласно приведенной выше формуле рассчитаем сечение такой трубы:

Таким образом, сечение трубы с указанными параметрами будет равно 0,75 кв. м.

Как известно, точность вычислений с числом «пи» зависит от количества знаков после запятой, которые используются при применении этой константы. Однако в строительстве обычно нет нужды в сверхточных расчетах, и число «пи» принимается равным 3,14. Конечный результат также имеет смысл округлять до двух знаков после запятой.

Как рассчитать объем трубы?

На этой схеме наглядно отражено использование таких данных как радиус сечения трубы и ее длина для определения объема трубы

Выполнить расчет объема конкретного отрезка трубы также не сложно. Для этого нужно сначала найти площадь окружности трубы по ее внешнему диаметру по формуле, приведенной выше:

В этом случае D — это внешний диаметр трубы, а R – внешний радиус, т. е. половина диаметра. После этого полученное значение нужно умножить на длину отрезка трубы, получив объем, который выражается в кубических метрах. Формула расчета объема трубы может выглядеть так:

  • V — объем трубы, куб. м.
  • S — площадь внешнего сечения, кв.м.;
  • H — длина отрезка трубы, м.

Допустим, имеется труба с внешним диаметром 50 см и длиной 2 метра. Сначала следует согласовать все единицы измерения. D=50 см=0,5 м. Подставим это значение в формулу площади круга:

Теперь можно вычислить объем:

Все эти расчеты можно легко проделать с помощью обычного калькулятора, однако гораздо более удобно использовать соответствующую вычислительную машину, осуществляющую расчёт в режиме онлайн: https://calcsoft.ru/obyom-cilindra.

Калькулятор проводит вычисления в зависимости от начальных данных: р адиус основания и высота, диаметр основания и высота или площадь основания и высота.

Как рассчитать массу трубы?

Информация о весе конкретного количества труб необходима, чтобы спрогнозировать расходы на их транспортировку. Если используется большая конструкция, ее вес не помешает соотнести с несущей способностью фундамента знания.

В этой таблице указаны справочные данные о весе стальных труб различного вида с учетом их размеров и особенностей технологии производства

Ученикам средних классов хорошо известно, что найти массу объекта можно путем умножения его объема на плотность вещества, из которого этот объект состоит. Строители избавлены от утомительных вычислений массы конкретного отрезка трубы, поскольку в различных строительных справочниках содержится информация о весе погонного метра самых различных видов труб. Проще всего выполнить расчет массы трубы с помощью соответствующих ГОСТов, используя информацию о:

  • материале, из которого изготовлена труба;
  • ее внешнем диаметре;
  • толщине стенок;
  • внутреннем диаметре и т. п.

Выяснив вес одного погонного метра трубы, следует умножить полученное значение на общее количество погонных метров. Сложность задачи соответствует уровню четвертого-пятого класса общеобразовательной школы.

Читайте также:  Чердачная лестница с люком: размеры лаза на чердак, потолочный складной и выдвижной люк в потолок

Для выяснения веса труб предлагаем вам воспользоваться нашим онлайн-калькулятором. В соответствующие поля вводят необходимые сведения, после чего программа выдает значение веса заданного количества труб.

Как определить площадь внешней поверхности трубы?

При монтаже самых различных систем может потребоваться утепление трубопровода. Чтобы максимально точно определить необходимое количество теплоизолирующего материала или другого необходимого покрытия (антикоррозионного, гидроизоляционного и т.п.), рекомендуется вычислить площадь внешней поверхности трубы.

Чтобы правильно рассчитать количество материала, необходимого для утепления трубы, следует вычислить площадь ее наружной поверхности. Для этого длину окружности наружного сечения следует умножить на длину трубы

Любую трубу круглого сечения можно мысленно представить как прямоугольник, который свернули в трубочку. Площадь прямоугольника определяется как произведение его длины и ширины. В случае с трубой длине прямоугольника будет соответствовать длина трубы, а его ширине — длина ее внешней окружности.

Формула длины окружности уже упоминалась в начале, она выглядит как L=∏D. Обозначим длину отрезка трубы как H. Тогда площадь наружной поверхности трубы будет равна:

  • St — площадь внешней поверхности трубы, кв.м.;
  • π — постоянное число «пи», равное 3,14;
  • D — внешний диаметр трубы, м;
  • H — длина трубы, м.

Например, если имеется труба диаметром 30 см и длиной 5 метров, площадь ее поверхности будет равна:

Используя приведенные выше формулы, можно без труда сделать расчет объема внутреннего пространства трубы и площадь ее внутренней поверхности. Для этого в расчетах достаточно заменить значение внешнего диаметра трубы на величину ее внутреннего диаметра.

А если сечение трубы не круглое?

Все формулы и расчеты, описанные ранее, рассматривают исключительно трубы с круглым сечением. Действительно, в современном строительстве чаще всего используются именно такие конструкции. Однако существуют трубопроводы с:

  • прямоугольным;
  • овальным;
  • трапециевидным сечением и т. п.

Для расчета таких нестандартных труб рекомендуется использовать ряд простых формул. Так, площадь квадратного или прямоугольного сечения определяется как произведение длины и ширины. Умножив площадь на длину отрезка трубы, можно вычислить объем трубы. Чтобы найти площадь поверхности трубы прямоугольного сечения, следует перемножить длину отрезка трубы и периметр сечения. Периметр, как известно, это сумма всех сторон прямоугольника.

Трубы с прямоугольным или трапециевидным сечением чаще всего применяются при создании дымоходов и канализационных систем. Для расчета основных параметров таких труб используют несколько простых формул

Периметр трапеции также вычисляется как сумма всех ее сторон. Умножаем эти данные на длину отрезка трубы и получаем площадь поверхности трубы. Чтобы рассчитать объем трубы с трапециевидным сечением, нужно сначала найти площадь трапеции. Она рассчитывается как произведение полусуммы ее оснований и высоты:

  • А и В — длина оснований трапеции, т. е. ее параллельных сторон;
  • Н — высота трапеции, т. е. перпендикуляр, проведенный от одного основания к другому.

Умножив площадь трапециевидного сечения на длину отрезка трубы, получаем ее объем.

Чтобы рассчитать параметры трубы с овальным сечением, действуют примерно так же. Вычисляют длину окружности овала, а также его площадь. Умножив длину окружности на длину отрезка трубы, получим поверхности трубы. Произведение площади овального сечения и длины отрезка трубы даст значение объема трубы.

Овал имеет две оси: большую и малую. Длина окружности овала (или эллипса) рассчитывается как произведение числа «пи» на сумму длин его полуосей:

  • ∏ — постоянное число «пи», равное 3,14;
  • А и В — длина полуосей овала.

Площадь овала рассчитывается как произведение его полуосей и числа «пи»:

Чтобы избежать сложных расчетов, можно воспользоваться многочисленными он-лайн калькуляторами, которые позволяют рассчитать параметры труб самых разных конфигураций.

Как посчитать площадь трубы – способы и формулы расчета

Проектирование любого трубопровода – ответственное дело, от качественного проведения которого зависит скорость, дешевизна и даже сама возможность дальнейших работ. Краеугольный камень такого проектирования – расчёт геометрических параметров элементов системы: площади трубы (в сечении), площадей наружной поверхности трубы и внутренней. На этих параметрах строятся все дальнейшие расчёты, в том числе гидравлические, термодинамические и прочностные. Простейшим методам вычисления параметров труб посвящена эта статья.

Для чего нужны геометрические вычисления

Прежде чем начать замерять или узнавать исходные размеры, необходимо осознать, для каких целей послужат произведённые вычисления.

Таких целей несколько:

  1. Вычисление термодинамических параметров системы. Формула площади поверхности трубы необходима при расчёте теплоотдачи отдельной трубы, участка трубопровода или, к примеру, тёплого пола. Для того, чтобы узнать эти параметры, необходимо высчитать общую площадь изделия или системы, с которой в окружающую среду происходит теплоотдача.
  2. Расчёт теплопотерь по направлению «источник тепла-отопительный прибор». В этом случае наибольшая потеря тепловой энергии происходит на самом длинном участке с наибольшей площадью контакта с окружающей средой, то есть опять-таки в трубах. Поэтому, как и в предыдущем случае, узнав площадь поверхности теплоотдачи, можно, основываясь на этом значении и количестве выделяемого тепла в исходной точке, спланировать число и размер отопительных приборов в будущей системе. Читайте также: “Как рассчитать площадь поверхности трубы – примеры расчета внешней и внутренней площади”.
  3. Оценка необходимого количества теплоизоляционных материалов. При работе труб в условиях холодного климата или резких перепадов наружной температуры без использования утеплителя не обойтись, а чтобы рассчитать точное его количество, необходимо найти площадь труб (в данном случае наружную), которые нужно покрыть термоизоляционным слоем. Следует отметить, что в промышленных масштабах правильный расчёт количества утеплителя поможет значительно сэкономить средства предприятия, сократив затраты и на непредвиденный ремонт (если утеплителя закупили меньше и трубы промёрзли), и на ненужный материал. Впрочем, небольшой запас утеплителя при закупке всё же необходим.
  4. Расчёт количества денежных средств, необходимых для приобретения нужного количества смазок, антикоррозийных покрытий, красящих веществ и т.п. К примеру, способ, как посчитать площадь трубы под покраску, достаточно прост: необходимое значение рассчитывается с помощью двух параметров – длины трубы и наружного диаметра (о формуле расчёта ниже). Второй шаг – получение данных о расходе покрытия на квадратный метр поверхности (или приведение исходного значения к метрическим единицам). После этого можно вычислить необходимое количество краски на всю длину трубы или трубопровода. Как и в предыдущем случае, точный расчёт поможет сократить расходы на закупку красящих веществ. В случае же, когда расход материала значительно больше запланированного, следует или уменьшить неэффективную толщину покрытия, или задуматься о намеренных или случайных потерях в процессе производства, упаковки или использования продукции.
  5. Вычисление максимальной пропускной способности трубы. Давайте разберемся, как рассчитать пропускную способность трубы правильно. В этом случае необходим расчёт площади сечения трубы. Опираясь на полученное максимальное значение производительности, рассчитывают (в процентном соотношение) и рабочее, которое в итоге и используется в технологической схеме. Следует отметить, что и расчёт проходимости трубы важен для проектирования трубопроводов. Ошибка в меньшую сторону приведёт к угрозе частых засорений и, соответственно, необходимости внеплановых ремонтов. Отклонение в большую строну грозит недостаточным гидравлическим напором, ударяющим по производительности, и, в случае конструирования теплопередающих установок, излишними потерями тепла во время работы и простоя.

Формулы расчёта

Многие люди недолюбливают математические расчёты, однако, поскольку труба – простой полый цилиндр правильной формы, формулы площади сечения трубы и наружной и внутренней площадей поверхности просты, а вычисления производятся в одно действие.

Вычисление площади сечения

Сечение трубы – это, при условии правильной обрезки, когда торцы перпендикулярны продольной оси изделия, правильный круг.

Площадь круга рассчитывается по формуле:

где π=3,1415926, R – внешний радиус круга, D – его внешний диаметр.

Учитывая толщину стенок трубы, расчёт площади трубы производят по формуле:

где l – толщина стенки трубы.

Если в первой формуле принять R и D не внешними, а внутренними диаметрами, то учитывать толщину стенки не понадобится, и расчёт можно вести по первому уравнению.

Нужно понимать, что перед тем, как вычислить площадь трубы в сечении, все исходные параметры следует привести к одинаковым единицам измерения (детальнее: “Как рассчитать площадь сечения трубы – простые и проверенные способы”). В принципе, по желанию расчёты можно вести в любых единицах – миллиметрах, сантиметрах, метрах и т.д. главное при проведении дальнейших вычислительных операций привести значение площади к стандартному виду (квадратным метрам).

Следует ещё учитывать, что в напорных трубопроводах рабочая среда перемещается по всему объёму трубы, а в случае устройства самотёчной конструкции жидкость заполняет собой только часть объёма трубы – так называемое живое сечение (прочитайте также: “Как рассчитать объем трубы – советы из практики”). При гидравлических расчётах таких систем, соответственно, учитывается именно площадь живого сечения трубы, то есть площадь поперечного сечения перемещающегося в ней потока.

Вычисление площади наружной поверхности трубы

Как и в предыдущем случае, можно найти площадь трубы через диаметр. Формула расчёта также довольно проста, ведь развёртка площади цилиндра представляет собой прямоугольник, для которого длина одной стороны равна длине окружности наружного сечения, второй – длине отрезка трубы.

Соответственно, формула площади трубы имеет вид:

где R – наружный радиус изделия, D – наружный диаметр, L – продольная длина трубы.

Как и в предыдущем случае, расчёт необходимо вести в одинаковых единицах (например, если диаметр трубы равен 15 мм, а длина – 1,5 м, то при перерасчёте нужно использовать или значения 15 и 1500 мм, или 0,015 и 1,5 м).

Основываясь на величине площади внешней поверхности трубы, рассчитывают необходимое количество красящих материалов или теплоизоляционных веществ.

Вычисление площади внутренней поверхности трубы

Площадь вычисляют по той же формуле, заменяя значения R и D соответственно на внутренние радиус и диаметр.

Можно вычислить требуемое значение и с учётом наружных значений и толщины стенок изделия:

Вычисление внутренней площади изделия позволяет проводить гидродинамические расчёты, учитывающие внутреннюю шероховатость.

С этим параметром связано несколько закономерностей:

  • при увеличении диаметра трубы влияние шероховатости на движение потока ослабляется;
  • если внутренняя поверхность трубы имеет склонность к образованию отложений (например, в случае стальных труб), со временем площадь внутренней поверхности и внутреннего сечения изменяются, а пропускная способность изделия падает.

Как можно убедиться, формулы вычисления основных геометрических параметров труб достаточно просты и могут применяться в расчётах как профессионалами, так и новичками.

Масса стальной трубы: методики расчета

В статье мы постараемся разобраться, в каких случаях необходим расчет массы трубы и как это делается.

Эти трубы не отмеряют рулеткой. Их взвешивают

Зачем это нужно?

Расчет металлоконструкций

Прежде, чем начать изготавливать какую-либо металлоконструкцию — нужно выполнить расчет прочности.

  • Если речь идет о трубопроводе — необходимо знать, с какой частотой нужно ставить опоры, чтобы труба не провисала.
    Причем масса трубопровода — это не только вес транспортируемой жидкости, но и масса стальных труб, из которых он состоит.

Расчет прочности металлоконструкции должен учитывать и ее собственный вес

  • Когда мы говорим о несущем каркасе офисного зданий, спортивного комплекса или выставочного зала — нам опять-таки необходим расчет веса конструкции.
    Ведь на фундамент и опоры будут давить своим весом не только находящиеся в здании люди.
    Фактически, вес стального каркаса здания из сэнвич-панелей составляет большую часть полной массы здания вместе со всем содержимым.

Обратите внимание: в качестве основы для перекрытий куда чаще трубы (чаще всего квадратной или профильной) применяется швеллер или двутавровая балка. Они обеспечивают большую прочность при том же удельном весе.

Расчет количества труб при закупке

Предположим, вы составили проект трубопровода или металлоконструкции и рассчитали, что вам необходимо закупить 1200 метров трубы с толщиной стенок 4 миллиметра и с внешним диаметром 100 миллиметров.

Однако на металлобазе вас будет ожидать сюрприз: оптовые партии труб продаются не метрами, а тоннажем. Раз так, единственный выход — пересчитать необходимое вам количество труб из метров в тонны.

Это устройство поштучно взвешивает трубы большого диаметра

Вспоминаем геометрию

Расчет массы круглой трубы

  1. Рассчитываем длину окружности трубы. Она равна произведению наружного диаметра трубы на число пи.
  2. Рассчитываем площадь поверхности погонного метра трубы. Она равна произведению длины окружности на… тот самый один метр.
  3. Рассчитываем объем вещества в погонном метре трубы. С достаточной точностью его можно считать равным произведению площади на толщину стенки.
  4. Рассчитываем массу погонного метра трубы. Сталь имеет плотность 7850 кг/м3. Масса погонного метра будет равна произведению этого числа на рассчитанный нами объем вещества трубы.
  5. Умножаем получившуюся массу погонного метра на длину трубопровода. В метрах, разумеется. Празднуем победу.

Давайте в качестве примера рассчитаем массу тех самых тысячи двухсот метров трубы диаметром 100 мм и со стенками толщиной 4 мм.

  1. 0,1*3,14159265=0,314159265 м.
  2. 0,314159265*1=0,314159265 м2. Честно говоря, эту операцию можно было и пропустить
  3. 0,314159265*0,004=0,00125663706 м3.
  4. 0,00125663706*7850=9,864600921 кг.
  5. 9,864600921*1200=11837,5211052 кг.
Читайте также:  Деревянный пол в ванной (38 фото): как сделать деревянный, виниловый пол в частном доме

Итого с учетом погрешностей, отходов при обрезке и прочих несуразностей нам есть смысл закупить 12 тонн заветной трубы.

Подскажем: чем толще стенки трубы и чем меньше ее диаметр, тем большую погрешность дает эта формула

Расчет массы квадратной трубы

Здесь алгоритм расчета немного отличается.

Но именно немного.

  1. Рассчитываем длину периметра сечения трубы. Она равна произведению размера стенки квадратной трубы на четыре.
  2. Рассчитываем площадь погонного метра трубы. Как нетрудно догадаться, полученное на предыдущем этапе число умножается на один метр; в результате получается оно же, но уже не в погонных, а в квадратных метрах.
  3. Рассчитываем объем вещества трубы в погонном метре, опять-таки умножая площадь поверхности погонного метра трубы на толщину стенки.
  4. Умножаем этот объем на плотность стали (7850кг/м3, помните?).
  5. Рассчитываем вес необходимой нам трубы, умножая массу одного погонного метра на метраж.

Посчитаем массу тех же самых 1200 метров трубы с той же толщиной стенок в 4 мм и размером стенки 100 мм.

Заодно мы поймем, как соотносится масса круглой и квадратной трубы при столь близких размерах.

  1. 0,1*4=0,4 м.
  2. 0,4*1=0,4м2.
  3. 0,4*0,004=0,0016 м3.
  4. 0,0016*7850=12,56 кг.
  5. 12,56*1200=15072 кг, или чуть больше пятнадцати тонн.

Разумеется, никто не мешает просто измерять длину трубы и их количество в пакете и попросить погрузить определенное количество упаковок. Но их все равно взвесят

Расчет массы прямоугольной трубы

И здесь разница невелика:

  1. Периметр сечения трубы рассчитывается как удвоенная сумма ее сторон;
  2. Площадь поверхности погонного метра так же получается умножением периметра трубы на единицу;
  3. Объем вещества в погонном метре трубы по-прежнему равен произведению площади его поверхности на толщину стенки (приблизительно, разумеется);
  4. Массу погонного метра получаем умножением объема из предыдущего пункта на 7850;
  5. Результат в килограммах необходимо умножить на протяженность трубопровода, чтобы получить суммарный вес трубы.

Гулять так гулять: давайте рассчитаем, какой будет масса трубы стальной прямоугольной длиной 18 километров, размерами 180х145 миллиметров и с двадцатимиллиметровыми стенками.

Такой монстр реально производится и используется в качестве несущего элемента там, где нужны высокая прочность на изгиб.

  1. (0,180+0,145)*2=0,65 м.
  2. 0,65*1=0,65 м2.
  3. 0,65*0,02=0,013 м3.
  4. 0,013*7850=102,05 кг. Однако, метр такой трубы сможет оторвать от пола не всякий.
  5. 102,05*18000=1836900 кг, или 1836,9 тонны трубы.

Профильные трубы больших размеров часто используются в сложных несущих конструкциях. Здесь неточности расчетов могут быть фатальными. К счастью, запаса прочности не отменяли

Профильные трубы больших размеров часто используются в сложных несущих конструкциях. Здесь неточности расчетов могут быть фатальными. К счастью, запаса прочности не отменяли.

Пользуемся формулами

Разумеется, это не единственный способ расчета. У металлургов существуют специальные формулы, позволяющие с минимальными затратами времени рассчитать, какова масса труб стальных с заданными размерами.

Обратите внимание: наш геометрический способ несколько громоздок, однако он куда более универсален, чем специализированные формулы.

Подставьте вместо плотности стали плотность, скажем, полиэтилена или алюминия — и вы будете иметь возможность рассчитать массу труб из этих материалов.

Круглая труба

Формула в ее случае имеет вид:

Где Д — наружный диаметр в миллиметрах (обратите внимание, в миллиметрах!), а Т — толщина стенки.

Похоже, у нас есть прекрасная возможность сравнить разные методы расчета. Возьмем круглую трубу из нашего предыдущего примера:

1200*(100-4)*4*0,025=11520 кг. Разница с первым методом, как видите, есть, но весьма небольшая (разумеется, в процентном отношении к общей массе).

Чуть-чуть разные результаты

Квадратная труба

Для квадратной трубы масса погонного метра в килограммах рассчитывается по другой формуле:

Т — по-прежнему толщина стенки квадратной трубы, а Ш — ширина ее стороны. Оба значения в миллиметрах.

И снова посчитаем вес метра трубы из нашего предыдущего примера, чтобы сравнить результаты двух формул:

Разница с предыдущим методом вычислений снова есть и снова невелика.

Однако уже чуть больше

Прямоугольная труба

Для прямоугольных труб тоже своя формула:

(Ш1 + Ш2 — 2Т) * Т * 0,0158,

Где Ш1 и Ш2 — стороны трубы, а Т — толщина ее стенки.

Возьмем нашу трубу 180*145*20 мм протяженностью 18 километров:

18000*(180+145-2*20)*20*0,0158=1621080 кг или 1621,08 тонны.

В прошлый раз у нас получилось 1836,9 тонны. Разница становится достаточно весомой, чтобы озадачиться вопросом: какая формула врет?

Что-то не сходится

Лезем в стандарты

Признаться, есть способ избежать сколь-нибудь сложных расчетов в принципе. Дело в том, что масса погонного метра трубы прописана в таблице сортамента, которая, в свою очередь, является частью стандарта на каждый из видов труб.

Так, стальные прямоугольные трубы производятся по ГОСТ 8645-68. Заветная труба размерами 180х145х20 миллиметров находится в самом конце таблицы (она в приложении к статье), в разделе «специальные размеры». И что мы там видим?

Погонный метр трубы весит 84,1 кг. Соответственно, 18 километров трубы будут иметь массу 18000*84,1=1513800 кг, или 1513,8 тонны.

Налицо расхождение с обоими результатами. Рвем волосы на организме и бьемся головой об стену в отчаянии.

Он тоже посчитал массу трубы разными способами

Выводы

Их, собственно, несколько.

  • Разные методики расчета дают довольно заметный разброс результатов. Если при расчете прочности металлоконструкций запас прочности в любом случае покроет с избытком отклонения от расчетного веса, то при закупке большого количества труб реальны шансы ошибиться в большую или меньшую сторону, что приведет к повторной закупке или перерасходу бюджета;
  • При закупке труб разумнее опираться на цифры из ГОСТ. Исключительно потому, что в спорной ситуации ваша позиция будет более аргументированной: если согласно ГОСТ в тонне трубы должно быть 100 метров, а там оказалось 110 — значит, производитель трубы ради экономии отступил от стандартов.
  • Если докупить трубу не будет большой проблемой — лучше ориентироваться на минимальное из рассчитанных значений. Просто из соображений экономии.

Расчет толщины стенки трубопровода

МЕТОДИКА

расчета прочности стенки магистрального трубопровода по СНиП 2.05.06-85*

(составитель Ивлев Д.В.)

Расчет прочности (толщины) стенки магистрального трубопровода несложен, но при его выполнении впервые возникает ряд вопросов, откуда и какие берутся значения в формулах. Данный расчет прочности производится при условии воздействия на стенку трубопровода только одной нагрузки – внутреннего давления транспортируемого продукта. При учете воздействия других нагрузок должен проводиться проверочный расчет на устойчивость, который в данной методике не рассматривается.

Номинальная толщина стенки трубопровода определяется по формуле (12) СНиП 2.05.06-85*:

n – коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, принимаемый по табл.13* СНиП 2.05.06-85*:

Характер нагрузки и воздействияНагрузка и воздействиеСпособ прокладки трубопроводаКоэффициент надежности по нагрузке
подземный, наземный (в насыпи)надземный
Временные длительныеВнутреннее давление для газопроводов++1,10
Внутреннее давление для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов диаметром 700—1200 мм с промежуточными НПО без подключения емкостей++1,15
Внутреннее давление для нефтепроводов диаметром 700—1200 мм без промежуточных или с промежуточными НПС, работающими постоянно только с подключенной емкостью, а также для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов диаметром менее 700 мм++1,10

р – рабочее давление в трубопроводе, в МПа;

Dн – наружный диаметр трубопровода, в миллиметрах;

R1 – расчетное сопротивление растяжению, в Н/мм 2 . Определяется по формуле (4) СНиП 2.05.06-85*:

– временное сопротивление разрыву на поперечных образцах, численно равное пределу прочности σв металла трубопровода, в Н/мм 2 . Это значение определяется нормативными документами на сталь. Очень часто в исходный данных указывается только класс прочности металла. Это число примерно равно пределу прочности стали, переведенное в мегапаскали (пример: 412/9,81=42). Класс прочности конкретной марки стали определяется анализом в заводских условиях только для конкретной плавки (ковша) и указывается в сертификате на сталь. Класс прочности может в небольших пределах различаться от партии к партии (на пример, для стали 09Г2С – К52 или К54). Для справок можно пользоваться следующей таблицей:

Класс прочностиК42К52К54К55К56К60
Предел прочности σв, Н/мм 2
Предел текучести σт, Н/мм 2
Отношение предела прочности к пределу текучести σв/ σт0,590,710,720,700,710,81
Примерная марка стали с данным классом прочностиСталь 2009Г2С10Г2ФБЮ

m – коэффициент условий работы трубопровода в зависимости от категории участка трубопровода, принимаемый по таблице 1 СНиП 2.05.06-85*:

Категория трубопровода и его участкаКоэффициент условий работы трубопровода при расчете его на прочность, устойчивость и деформативность m
В0,60
І0,75
ІІ0,75
ІІІ0,90
IV0,90

Категория участка магистрального трубопровода определяется при проектировании согласно таблицы 3* СНиП 2.05.06-85*. При расчете труб, применяемых в условиях интенсивных вибраций, коэффициент m может быть принят равным 0,5.

k1 – коэффициент надежности по материалу, принимаемый по табл.9 СНиП 2.05.06-85*:

Характеристика трубЗначение коэффициента надежности по материалу к1
1. Сварные из малоперлитной и бейнитной стали контролируемой прокатки и термически упрочненные трубы, изготовленные двусторонней электродуговой сваркой под флюсом по сплошному технологическому шву, с минусовым допуском по толщине стенки не более 5% и прошедшие 100%-ный контроль на сплошность основного металла и сварных соединений неразрушающими методами1,34
2. Сварные из нормализованной, термически упрочненной стали и стали контролируемой прокатки, изготовленные двусторонней электродуговой сваркой под флюсом по сплошному технологическому шву и прошедшие 100%-ный контроль сварных соединений неразрушающими методами. Бесшовные из катаной или кованой заготовки, прошедшие 100 %-ный контроль неразрушающими методами1,40
3. Сварные из нормализованной и горячекатаной низколегированной стали, изготовленные двусторонней электродуговой сваркой и прошедшие 100%-ный контроль сварных соединений неразрушающими методами1,47
4. Сварные из горячекатаной низколегированной или углеродистой стали, изготовленные двусторонней электро-дуговой сваркой или токами высокой частоты. Остальные бесшовные трубы1,55
Примечание. Допускается применять коэффициенты 1,34 вместо 1,40; 1,4 вместо 1,47 и 1,47 вместо 1,55 для труб, изготовленных двухслойной сваркой под флюсам или электросваркой токами высокой частоты со стенками толщиной не болев 12 мм при использовании специальной технологии производства, позволяющей получить качество труб, соответствующее данному коэффициенту к1

Ориентировочно можно принимать коэффициент для стали К42 – 1,55, а для стали К60 – 1,34.

kн – коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимаемый по табл.11 СНиП 2.05.06-85*:

Условный диаметр трубопровода, ммЗначение коэффициента надежности по назначению трубопровода kн
для газопроводов в зависимости от внутреннего давления rдля нефтепроводов и нефтепродуктопроводов
r£ 5,4 МПа р£55 кгс/см 25,4 27,4 2
500 и менее1,001,001,001,00
600-10001,001,001,051,00
1,051,051,101,05
1,051,101,15

К получаемому по формуле (12) СНиП 2.05.06-85* значению толщины стенки бывает необходимо прибавить припуск на коррозионное поражение стенки за время эксплуатации трубопровода.

Расчетный срок эксплуатации магистрального трубопровода указывается в проекте и обычно составляет 25-30 лет.

Для учета наружного коррозионного поражения по трассе магистрального трубопровода проводится инженерно-геологическое обследование грунтов. Для учета внутреннего коррозионного поражения производится анализ перекачиваемой среды, наличия в нём агрессивных компонентов.

Характеристика воздействияСкорость коррозионного проникновения, мм/год
неагрессивноеменее 0,01
слабоагрессивное0,01 – 0,1
среднеагрессивное0,1 – 0,5
сильноагрессивноеболее 0,5

Для примера, природный газ, подготовленный к перекачке, относится к слабоагрессивной среде. Но наличие в нём сероводорода и (или) углекислого газа в присутствии паров воды может увеличит степень воздействия до среднеагрессивного или сильноагрессивного.

К получаемому по формуле (12) СНиП 2.05.06-85* значению толщины стенки прибавляем припуск на коррозионное поражение и получаем расчетное значение толщины стенки, которое необходимо округлить до ближайшего большего стандартного (смотреть, например, в ГОСТ 8732-78* «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент», в ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент», или в технических условиях трубопрокатных предприятий).

2. Проверка выбранной толщины стенки по испытательному давлению

После строительства магистрального трубопровода производится испытания как самого трубопровода, так и отдельных его участков. Параметры испытаний (испытательное давление и время испытания) указаны в таблице 17 СНиП III-42-80* «Магистральные трубопроводы». Проектировщику необходимо следить, что бы выбранные им трубы обеспечивали необходимую прочность при проведении испытаний.

На пример: производится гидравлическое испытание водой трубопровода Д1020х16,0 сталь К56. Заводское испытательное давление труб 11,4 МПа. Рабочее давление в трубопроводе 7,5 МПа. Геометрический перепад высот по трассе 35 метров.

Нормативное испытательное давление:

Давление от геометрического перепада высот:

Итого, давление в нижней точке трубопровода будет составлять , что больше заводского испытательного давления и целостность стенки не гарантируется .

Расчет испытательного давления трубы производится по формуле (66) СНиП 2.05.06 – 85*, идентичной формуле указанной в ГОСТ 3845-75* «Трубы металлические. Метод испытания гидравлическим давлением». Расчетная формула:

δ мин – минимальная толщина стенки трубы, равная разности номинальной толщины δ и минусового допуска δДМ, мм. Минусовой допуск – разрешенное изготовителю труб уменьшение номинальной толщины стенки трубы, которое не уменьшает общей прочности. Величина минусового допуска регламентируется нормативными документами. Для примера:

Читайте также:  Декоративная штукатурка короед – 50 фото интерьера и фасадов дома
Нормативный документНормируемый показатель минусового допуска
ГОСТ 8731-74 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия»Таблица 3

Наружный диаметр, ммТолщина стенки, ммПредельные отклонения по толщине стенки труб точности изготовления, %
повышеннойобычной
До 219До 15 включ.±12,5+12,5 -15,0
Св. 15 до 30+10,0 -12,5±12,5
30 и выше±10,0+10,0 -12,5
Св. 219До 15 включ.+12,5 -15,0
Св. 15 до 30±12,5
30 и выше+10,0 -12,5
ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные. Сортамент».6. Предельные отклонения по толщине стенки должны соответствовать: ±10% – при диаметре труб до 152 мм; По ГОСТ 19903 – при диаметре труб свыше 152 мм для максимальной ширины листа нормальной точности.
ТУ 1381-012-05757848-2005 на трубы DN500-DN1400 ОАО «Выксунский металлургический завод»Пункт 1.2.4 «Минусовой допуск не должен превышать: – 5% от номинальной толщины стенки труб с толщиной стенки менее 16 мм; – 0,8 мм для труб с толщиной стенки от 16 до 26 мм; – 1,0 мм для труб с толщиной стенки свыше 26 мм.»

Определяем минусовой допуск толщины стенки трубы по формуле

,

Определяем минимальную толщину стенки трубопровода:

.

R – допускаемое напряжение разрыву, МПа. Порядок определения этой величины регламентируется нормативными документами. Для примера:

Нормативный документПорядок определения допускаемого напряжения
ГОСТ 8731-74 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия»Пункт 1.9. Трубы всех видов, работающие под давлением (условия работы труб оговариваются в заказе), должны выдерживать испытательное гидравлическое давление, вычисляемое по формуле, приведенной в ГОСТ 3845, где R – допускаемое напряжение, равное 40% временного сопротивления разрыву (нормативного предела прочности) для данной марки стали.
ГОСТ 10705-80 «Трубы стальные электросварные. Технические условия.»Пункт 2.11. Трубы должны выдерживать испытательное гидравлическое давление. В зависимости от величины испытательного давления трубы подразделяют на два вида: I – трубы диаметром до 102 мм – испытательное давление 6,0 МПа (60 кгс/см 2 ) и трубы диаметром 102 мм и более – испытательное давление 3,0 МПа (30 кгс/см 2 ); II – трубы группы А и В, поставляемые по требованию потребителя с испытательным гидравлическим давлением, рассчитанным по ГОСТ 3845, при допускаемом напряжении, равном 90% от нормативного предела текучести для труб из данной марки стали, но не превышающее 20 МПа (200 кгс/см 2 ).
ТУ 1381-012-05757848-2005 на трубы DN500-DN1400 ОАО «Выксунский металлургический завод»С испытательным гидравлическим давлением, рассчитанным по ГОСТ 3845, при допускаемом напряжении, равном 95% от нормативного предела текучести (согласно п. 8.2 СНиП 2.05.06-85*)

DР – расчетный диаметр трубы, мм. Для труб диаметром менее 530 мм, расчетный диаметр равен среднему диаметру трубы, т.е. разности номинального диаметра D и минимальной толщины стенки δ мин:

Для труб диаметром 530 мм и более, расчетный диаметр равен внутреннему диаметру трубы, т.е. разности номинального диаметра D и удвоенной минимальной толщины стенки δ мин:

Дата добавления: 2015-06-27 ; Просмотров: 31541 ; Нарушение авторских прав? ;

Как выполняется расчет трубы на прочность и другие серьёзные

При монтаже бытовых трубопроводов расчет не делают, поскольку для этих целей используют стандартные трубы, прочности которых достаточно, дабы выдержать давление воды, газа и пр. А вот строить промышленные магистрали без определенного расчета как правило страшно, поскольку это может привести к стремительному выходу из строя системы и другим неприятным последствиям.

В данной статье мы рассмотрим базы того, как выполняется расчет прочности трубы, и некоторых других параметров, каковые нужно знать, перед тем как выстроить конструкцию.

Расчет прочности

Нужно заявить, что расчет прочности трубы нужен не только чтобы магистраль была надежной. Это кроме этого разрешит избежать перерасхода средств, поскольку излишняя прочность приведет к удорожанию строительства. Исходя из этого проектирование есть не меньше серьёзным этапом строительства трубопровода, чем его монтаж.

Итак, этот расчет подразумевает определение нескольких главных параметров:

  • Внутренний диаметр трубы в зависимости от скорости потока транспортируемой жидкости;
  • Внутренний диаметр в зависимости от гидравлического сопротивления;
  • Толщина стенок.

Любой параметр определяется по определенным формулам, с которыми мы ознакомимся ниже.

Расчет внутреннего диаметра

Выяснить оптимальный внутренний диаметр трубы при заданной скорости протекания жидкости в ее расходе и трубопроводе возможно своими руками по формуле – D=4Q3600v?y м, где:

  • Q – расход жидкости, измеряется в мг/ч.
  • v – скорость протекания жидкости в трубопроводе, измеряется в м/сек.
  • y – удельный вес жидкости при заданных параметрах, измеряется в кг/м3. Данное значение принимается по справочникам.

Скорость перемещения различных жидкостей и газов определенны расчетами, и обоснованы практическими опытами. Исходя из этого, при расчетах возможно воспользоваться следующими данными:

Для воды и всевозможных маловязких жидкостей (таких как ацетон, спирт, не сильный растворы кислот и щелочей, бензин и пр.)15 – 30 м/сек
Для газов большого давления и перегретого пара30-60 м/сек
Для насыщенного пара и сжатого воздуха20 – 40 м/сек

Из вышеприведенной формулы направляться, что диаметр сечения трубопровода зависит от скорости протекания жидкости. Чем она выше, тем проходное сечение должно быть меньше, соответственно, ниже будут и затраты на постройку конструкции.

Гидравлическое сопротивление

При перемещении жидкости либо газа по трубопроводу в обязательном порядке появляется сопротивление в следствии трения транспортируемого продукта о стены трубы и всевозможные преграды в системе. Это сопротивление именуют гидравлическим. Чем выше ее протекания плотность и скорость жидкости, тем больше гидравлическое сопротивление.

Диаметр трубопровода возможно выяснить по заданной утрата напора.

Инструкция по исполнению данного расчета выглядит следующим образом – D=?L?p•y•v2g кгс/см2, где:

  • ?p = P1-Р2 — заданная или допускаемая утрата давления между начальной и конечной точкой трубопровода, измеряется в кгс/см2.
  • L — протяженность магистрали.
  • ? — коэффициент гидравлического сопротивления, может составлять 0,02—0,04.
  • g — ускорение силы тяжести, которое равняется 9,81м/сек.

Само собой разумеется, этот расчет разрешает выяснить утрату давления в прямой трубе. Что касается определения этого фасонных частей и показателя арматуры, то его находят по утрата давления на прямом участке трубы соответствующего диаметра и с эквивалентной длиной.

Эквивалентной длиной именуют прямой участок трубы, гидравлическое сопротивление которого равняется сопротивлению фасонной части при равных других условиях.

К примеру, сопротивление секционного сварного отвода Ду=150 будет равняться сопротивлению в прямой трубе длиной 29 м. Сопротивление проходного вентиля Ду=150 равняется сопротивлению в трубе длиной 50 м.

Толщина стены

Главным параметром трубы, который воздействует на прочность, есть толщина стены.

Данный показатель зависит от нескольких факторов:

  • Внутреннего и наружного давления, оказываемого на трубу;
  • Диаметра трубопровода;
  • Материала, из которого выполнена труба и его коррозионной стойкости.

На большая часть трубопроводов воздействует только внутреннее давление. Внешнему же давлению подвержены вакуумные трубопроводы, и системы с рубахами, предназначенные для обогрева паром легко застывающих либо кристаллизирующихся продуктов.

Толщину стенок металлических труб, на каковые воздействует внутреннее избыточное давление, определяют расчетом на прочность и добавкой толщины, которая отводится на износ от коррозии.

Для этого употребляется следующая формула – S= Sp-C,

  • Sp — расчетная толщина, измеряемая в мм.
  • С — прибавка на коррозию. В большинстве случаев она образовывает 2-5 мм (для среднеагрессивных сред).

Расчетную толщину стены возможно взять по следующей формуле – Sp=pDн230?доп?+P мм, где:

  • p —избыточное внутреннее давление в трубе, кгс/см2.
  • Dн— наружный диаметр трубопровода.
  • ?доп — допустимое напряжение на разрыв, сгс/мм2. Этот показатель возможно выяснить по справочникам, в зависимости от температуры транспортируемой жидкости и марки стали.
  • ? — коэффициент прочности сварного шва. В случае если труба бесшовная, то коэффициент ?=1. Для сварных труб данный показатель может составлять 0,6—0,8, в зависимости от типа вида сварки и сварного шва.

Обратите внимание! При монтаже трубопровода, а также в случае его ремонта, нельзя устанавливать отдельные случайные подробности, выполненные из непроверенного либо малоизвестного материала, поскольку это может привести к аварии в системе.

Нужно заявить, что при расчете трубопроводов уделяют внимание не только толщине труб, но и самому материалу. К примеру, в случае если температура, при которой будет эксплуатироваться система, образовывает менее 450 градусов по шкале Цельсия, то применяют трубы, выполненные из стали марки 20.

В случае если температура транспортируемого продукта в системе будет высокой, то выбирают сталь 12Х1МФ. Это разрешает применять трубопровод с более узкими стенками. Соответственно, от толщины стенок сильно зависит и цена конструкции.

Устойчивость трубопровода

При расчете магистралей кроме прочности трубопровода ответственным параметром есть его устойчивость в продольном направлении.

Этот расчет делают из условия – S?mNкр, где

  • S – продольное эквивалентное осевое упрочнение в сечении системы.
  • m – коэффициент условий работы системы. Данное значение находится в справочниках.
  • Nкр – критическое продольное упрочнение, при котором трубопровод теряет продольную устойчивость. Данное значение нужно определять в соответствии с существующим правилам строительной механики, с учетом изначального искривления системы, наличия балласта, который закрепляет трубопровод, и черт грунта. На обводненных участках нужно кроме этого учитывать гидростатическое действие воды.

Обратите внимание! Продольную устойчивость нужно контролировать для криволинейных участков в плоскости изгиба магистрали. На прямолинейных участках продольную устойчивость подземных участков необходимо контролировать в вертикальной плоскости, радиус начальной кривизны наряду с этим принимается равным 5000 м.

Продольное эквивалентное осевое упрочнение направляться определять в зависимости от воздействий и расчётных нагрузок с учетом поперечных и продольных перемещений магистрали.

Выполняется расчет по следующей формуле –

  • ? – коэффициент линейного расширения материала трубы;
  • E – переменный параметр упругости;
  • ?t – температурный расчетный перепад;
  • ?кц – кольцевые напряжения от внутреннего расчетного давления;
  • F – площадь поперечного сечения трубопроводной магистрали.

Обратите внимание! При определении устойчивости надземных магистралей, нужно произвести расчет анкерных опор, арочных систем, анкерных висячих опор и других элементов конструкции на опрокидывания и возможность сдвига.

Классы прочности металлических труб

Дабы по окончании исполнения всех нужных расчетов прочности трубопровода легче было подобрать подходящие трубы, были введены классы прочности труб. В этом случае прочность изделий оценивается сопротивлением металла при растяжении.

Несколько прочности труб обозначается буквой «К» и нормативным значением в кгс/мм2 от 34 до 65. К примеру, газопроводы в районах средней полосы, с учетом средней температуры воздуха около 0 градусов по шкале Цельсия и рабочего давления в системе в 5,4 МПа, делают из труб класса прочности K52.

В условиях Крайнего Севера, где средняя температура образовывает -20 градусов по шкале Цельсия и рабочее давление в системе планируется в 7,4Мпа, делают газопроводы из труб класса прочности К55-К60.

Расчет массы трубы

Как правило при расчете системы может потребоваться значение массы труб, например, дабы соотнести его с несущей свойством опор либо затраты на транспортировку.

Действительно, для этого нет необходимости вычислять математическим способом, сколько весит конкретный отрезок той либо другой трубы, поскольку справочная информация содержит правильный вес погонного метра самых различных видов труб.

Достаточно только знать следующую данные:

  • Материал трубы;
  • Внешний диаметр;
  • Толщину стенок и пр.

По окончании того как вес одного погонного метра будет известен, это значение нужно умножить на количество погонных метров.

Площадь внешней поверхности

При монтаже различных магистралей может потребоваться их утепление, гидроизоляция, покраска и пр. Для этого нужно выяснить площадь трубопровода, что разрешит посчитать количество материала. Дабы выполнить этот расчет, нужно длину окружности наружного сечения умножить на длину трубы.

Формула определения окружности выглядит следующим образом – L=?D. Длину отрезка трубы обозначим как H.

При таких условиях площадь наружной окружности трубы будет выглядеть следующим образом – St=?DH м2, где:

  • St — площадь поверхности трубы, которая измеряется в метрах квадратных.
  • ? – Число «пи», которое постоянно равняется 3,14;
  • D — внешний диаметр;
  • H — как уже было сообщено выше, обозначает длину трубы в метрах.

К примеру, имеется труба длиной 5 метров и диаметров 30 см. Ее площадь поверхности равняется St=?DH=3,14*0,3*5=4,71 квадратных метров.

На базе приведенных выше формул кроме этого возможно выполнить площадь объема и расчёт трубопровода внутренних его стенок. Для этого нужно только поменять в расчетах величину внешнего диаметра на величину внутреннего. Все эти параметры смогут потребоваться при монтаже бытового трубопровода.

Вывод

Мы рассмотрели базы того, как выполняется расчет трубопроводов на устойчивость и прочность. Само собой разумеется, при монтаже промышленных магистралей выполняется значительно более сложное проектирование, которое подразумевает ряд других действий, исходя из этого данную работу делают только специалисты. Но, при устройстве бытовых системы, все нужные значения возможно определить и самостоятельно.

Из видео в данной статье возможно взять дополнительную данные по данной теме.

Ссылка на основную публикацию