Формулы расчета стенки трубы

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*R2. 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 см2, подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см2 = 40,5 см2.

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 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.

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 * 0,0162 * 30 м = 0,0241 м3. 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.

Расчет веса, массы, объема трубы (и других параметров): формулы и примеры

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=πD, где:

• 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:

D=L/π.

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=πR², где:

• 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=π(D/2-T)², где:

• 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:

S=3,14Х(1м/2-0,01м)²=0,75м²

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:

S=π(D/2)² или S=πR²

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=SH, где

• 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:

• S=π(D/2)²=3,14(0,5/2)²=0,0625 м²
• Теперь можно вычислить объем:
• V=SH=0,0625Х2=0,125 м³.

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: радиус 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.

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=πDH, где:

• 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:

St=πDH=3,14Х0,3Х5=4,71 кв.м.

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:

S=0,5(A+B)H, где:

• 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:

L=πХ(А+В), где:

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

1. Площадь овала рассчитывается как произведение его полуосей и числа «пи»:
2. S=πАВ.
3. Чтобы избежать сложных расчетов, можно воспользоваться многочисленными он-лайн калькуляторами, которые позволяют рассчитать параметры труб самых разных конфигураций.

Расчет труб: виды, инструкция правильного вычисления пошагово, примеры, советы от специалистов

Провести расчет трубы своими руками возможно. Для этого нужно знать некоторые формулы. Без расчета невозможно выполнить водопровод в доме. Как рассчитать диаметр, толщину, уклон – разбираем вместе.

Система водопровода – важная составляющая комфорта в современной жизни. Большинство людей обращают внимание на водопроводные трубы, только когда они начинают течь.

Чтобы избежать этого, важно еще на этапе создания системы подачи воды правильно рассчитать все параметры труб. Сделать это самому можно с помощью определенных формул.

Выясним, какие величины трубы нужно знать, и по каким правилам ведут вычисления.

Для чего нужны вычисления

Закон Бернулли, известный многим еще со школы, говорит, что скорость течения жидкости в трубе зависит от давления и диаметра. Соответственно, если диаметр трубы мал, то давление будет слишком велико, что может привести к разрыву трубы. А если давление понизить, то упадет и скорость движения жидкости, а как следствие – и напор, с которым вода течет из кранов.

Сегодня для создания водопровода используется несколько разновидностей труб:

• Металлические (из сплавов меди, чугуна, стали).
• Пластиковые (из полимеров термопластического типа — полиэтилена, ПВХ, полипропилена).
• Композитные, или армированные (в них слои полимера и металла взаимно усиливаю друг друга).

Прочностные характеристики этих материалов существенно отличаются, а потому и параметры труб, применяемых для создания водопроводной системы, отличаются между собой.

[warning]Не только прочностные характеристики влияют на параметры труб. К примеру, чугунные и стальные трубы склонны в процессе эксплуатации засоряться известковыми отложениями. Чтобы скомпенсировать падение диаметра, при монтаже он должен быть несколько больше, чем требуется.[/warning]

Отличается и вес. Поэтому брать трубу «с запасом» тоже может быть не оправданно: она будет дороже стоить, больше весить, затруднять монтажи требовать более надежных кронштейнов. При этом выигрыш в пропускной способности может и не оправдать все эти недостатки.

Поэтому чтобы трубы подходи для водопроводной системы оптимальным образом, нужно сделать расчет наружного и внутреннего диметра, длины и толщины стенок трубы.

 Для того чтобы узнать как выбрать правильно пластиковые трубы для канализации: выбор, размеры читайте в этой статье.

Диаметр наружный и внутренний, толщина стенки, радиус

Главной характеристикой водопроводной трубы является его диаметр. При этом он подразделяется на наружный и внутренний. Разница между этими величинами, поделенная пополам, составляет толщину стенки трубы.

Именно от диаметра зависит, с каким напором вода будет литься из кранов. Если диаметр слишком маленький, то при большом напоре вода будет «гудеть» в трубах. Кроме того, повышается риск разрушения трубы.

[important]Если же напор мал, а диаметр слишком велик, вода будет едва сочиться из кранов.[/important]

Подбор диаметра в зависимости от длины для водопровода коттеджа дает следующие результаты:

• На расстояниях меньше 10 м можно брать трубы, чей просвет составляет 10 мм.
• Для длины от 1 до 30 м берут внутренний диаметр в 20 мм.
• Если же трубы имеют длину более 30 м, диаметр должен быть в 32 мм и более.

Замерить диаметр можно с помощью штангенциркуля. Это расстояние между двумя точками, которые соединяются прямой, идущей через центр и расположенной по окружности трубы. Если точки на окружности, составляющей наружный край трубы – это внешний диаметр, на внутренней окружности – внутренний диаметр (или просвет трубы).

[warning]Радиус составляет половину диаметра.[/warning]

Диаметр может обозначаться в метрической системе (мм) или британской (в дюймах). Первая система используется для труб из меди, вторая – для стальных и полимерных изделий. Перевести их друг в друга легко: 1 дм составляет 2,54 мм. Увидеть соотношение наиболее распространенных значений в метрической и в британской системе вы можете в предлагаемой таблице:

Стоит указать, что диаметр в дюймах для полимерной трубы не будет точно соответствовать этим значениям. Дело в том, что толщина стенок у полимерной и стальной трубы отличается. А при создании водопровода наибольшее значение имеет совпадение внутренних радиусов. Вот почему внутренний радиус у полимерной трубы совпадает с таким же параметром металлической трубы, а наружный – отличается.

Как вычислить вес

При покупке стальной трубы очень важно заранее определить ее вес. Ведь от этого параметра зависят многие вопросы транспортировки и монтажа. Для определения веса трубы используют несколько способов.

Наиболее точно можно определить вес 1 погонного метра трубы, вооружившись таблицей, приведенной в ГОСТе. Однако этот способ требует определенных технических навыков, и умения пользоваться документацией.

Для приблизительного вычисления (такой точности обычно достаточно) можно применить правило: Вес = (Диаметр – Толщина стенок)*Толщина стенок*0,025. Последнее число – коэффициент, который применяют для вычисления веса округлых труб. У квадратного сечения берется коэффициент 0,0316, у прямоугольного – 0,0158.

[warning]Если труба покрыта защитным слоем цинка, нужно дополнительно увеличить значение на 0,3%.[/warning]

На основе формул многие производители труб предлагают трубные калькуляторы. Это специальные формы на страницах производителей в сети Интернет. В окошки нужно ввести параметры трубы, и программа сама определит вес.

[important]Полученное по формуле или с помощью калькулятора значение не будет соответствовать ГОСТу, но разницей можно пренебречь ввиду малых размеров. И конечно, нужно не забыть умножить полученное значение на длину трубы.[/important]

Как узнать площадь поперечного сечения

Для цилиндрической трубы рассчитать площадь сечения довольно просто. Для этого нужно вспомнить геометрию, а точнее – формулу расчета площади круга. Для расчета нам нужно взять внутренний радиус трубы (1/2 внутреннего диаметра) и возвести в квадрат. Помножив полученное число на 3,14 (число «Пи»), получим искомое значение.

Для квадратного или прямоугольного сечения провести расчеты также не составит труда. Нужно умножить ширину трубы на высоту, отняв предварительно от обоих значений двойное значение толщины стенки.

Для сложных форм понадобится более замысловатые вычисления. Но обычно можно отыскать онлайн-калькулятор, который может облегчить вычисление.

Объем воды в трубопроводе

Знать объем воды, который может находиться в трубе, полезно во многих ситуациях. Такой расчет может пригодиться при работах на отопительной системе, водопроводе, канализации. Формула для обычной трубы круглого сечения не представляет собой ничего сложного. Для проведения расчета нужно вооружиться штангенциркулем и рулеткой. Чтобы облегчить вычисления, не помешает калькулятор.

Для начала измеряем штангенциркулем диаметр трубы по внутренним краям. Делим полученное значение надвое, чтобы найти внутренний радиус. На основе радиуса находим площадь сечения трубы.

Далее нужно замерить рулеткой длину трубы.  Полученный параметр умножаем на рассчитанную ранее площадь сечения. Готово! Мы нашли объем воды, который может находиться в трубе. Выразить объем можно либо в куб. м, либо в л. Соотносятся эти единицы так: 1 куб. м = 1000 куб. дм = 1 000 л. Однако эта формула годится только при условии, что труба полностью заполнена водой.

Для неполного заполнения труб водой применяются гораздо более сложные геометрические построения и формулы для вычисления объема жидкости. Мы предлагаем для ознакомления рисунок, на котором показано, как делать такие расчеты:

Пропускная способность различных труб определяется по специальным таблицам. Так, труба с сечением в 25 мм за минуту пропускает до 30 л за 1 минуту. Если у трубы диаметр в 32 мм, она уже способна пропустить до 50 л/мин. Однако большинство смесителей способны пропустить через себя не более 5 л воды за 1 минуту.

Стоит также внести поправку на материал, из которого изготовлена труба. Дело в том, что полипропиленовые трубы обладают существенно более гладкими стенками, чем металлические.

Это значит, что их способность пропускать воду при одинаковом диаметре будет выше. Еще более сильно влиять на пропускную способность могут известковые осаждения, которые накапливаются в металлических трубах.

Поэтому любая таблица показывает пропускную способность лишь приблизительно.

Расчет трубы своими руками. Пошаговая инструкция и пример расчета

К примеру, мы имеем трубу из стали. Определим ее характеристики, рассчитаем все описанные величины. Для проведения замеров нам будет нужен следующий инструментарий:

• Штангенциркуль со шкалой Нониуса. С его помощью можно с точностью до 0,1 мм измерить наружный и внутренний диаметр трубы.
• Рулетка. Она пригодится для замеров длины трубы.

Итак, допустим, мы выяснили, что длина трубы – 3 м, наружный диаметр – 50 мм, а внутренний – 40,8. Имея эти величины, рассчитаем все остальные:

• Сначала найдем толщину стенок. Т = (50 – 40,8)/2 = 4,6 мм.
• Внутренний радиус = 40,8 /2 = 20,4 мм.
• Площадь сечения = 3,14 х 20,42 = 1306,7 кв. мм = 13,07 куб. см
• Объем воды в трубе = 13,07 куб. см х 300 см = 3921 куб см, чт приблизительно равно 3,9 л.
• Вес трубы = (50 – 4,6) х 4,6 х 0,025 = 5,2 кг (у 1 м!).

Вот так можно высчитать все параметры, необходимые для проектирования водопровода.

Советы профессионалов

Мы рекомендуем несколько обучающих видео, чтобы вы могли еще раз рассмотреть процесс выполнения вычислений различных параметров труб для водопровода. Изучите их внимательно перед началом работы:

Выполнить расчеты основных параметров водопроводных труб по готовым формулам не особенно сложно. Сегодня уже не требуется изучать огромные таблицы из сборников ГОСТов.

Достаточно воспользоваться удобным калькулятором в режиме он-лайн. Только помните, что все результаты, получаемые с помощью этих программ, являются теоретическими.

Реальные показатели могут несколько отличаться от полученных результатов.

Расчеты напряженно-деформированного состояния труб и оболочек от действия гидростатического давления

Skip to content

Проектирование и разработка конструкторской документации. Механическое промышленное оборудование, системы, металлоконструкции.

Комплексные расчеты на прочность. Гидро- и газодинамика. Тепловые расчеты.

При транспортировке и хранении жидких сред, организации технологического процесса, использовании систем гидропривода, теплообмена и во многих других случаях неизбежно возникает необходимость работы технических объектов под действием гидростатического давления.

Комплексный расчет трубопроводов и их элементов на прочность выполняется в соответствии с ГОСТ 32388-2013, расчет сосудов и аппаратов по ГОСТ 34233.1-2017.

Данные нормативные документы регламентируют, кроме всего прочего, номинальные допускаемые напряжения стенок трубопроводов и сосудов под давлением.

Здесь же мы ограничимся онлайн расчетом напряженно-деформированного состояния самых общих задач – трубопровода, толстостенной и составной трубы, а так же тонкостенной осесимметричной оболочки.

Расчет прочности трубопровода

Прочностной расчет трубопровода – наиболее распространенная задача, и здесь, кроме определения напряжений и деформаций по заданной толщине стенки и давлению, рассчитывается толщина стенки трубы с учетом заданной скорости коррозии и допускаемого номинального напряжения. Скорость коррозии в целом зависит от проводимой среды и скорости потока, и рассчитывается по отраслевым стандартам.

В местах приварки плоских фланцев, приварной арматуры и других жестких элементов наблюдается краевой эффект – возникновение изгибных напряжений вследствие ограничения свободного расширения трубопровода под действием давления. В алгоритме реализована возможность учета краевого эффекта при расчете напряжений.

Исходные данные:

• D – диаметр трубопровода, в миллиметрах;
• t – толщина стенки трубы, в миллиметрах;
• P – давление в трубопроводе, в паскалях;
• E – модуль упругости материала, в паскалях;
• ν – коэффициент Пуассона;
• s – скорость коррозии, в миллиметрах / год;

[σ] – допускаемые номинальные напряжения, в мегапаскалях.

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Эквивалентные напряжения стенки σ, МПа

Радиальные перемещения точек трубы Х, мм

Расчетная толщина стенки tрасч, мм

Эквивалентные напряжения:

σ = π×D/2t;

Радиальные перемещения точек трубы:

X = (D / 2E)×(P×D / 2t – (ν×P×D / 4t));

Расчетная толщина стенки:

tрасч = P×D / 2[σ] + T×S.

Выполнен расчет частного случая осесимметричной оболочки – сферы под внутренним давлением.

Исходные данные:

1. P – давление внутри сферы, в паскалях;
2. D – диаметр сферы, в миллиметрах;
3. t – толщина стенки, в миллиметрах;
4. E – модуль упругости материала, в паскалях;
5. ν – коэффициент Пуассона.

Эквивалентные напряжения:

σ = P×D/4t;

Радиальные перемещения стенки:

X = (D×σ / 2E)×(1 – ν).

В технике широко применяются такие конструкции, которые с точки зрения расчета на прочность и жесткость могут быть отнесены к тонкостенным осесимметричным оболочкам вращения. В основном это различного рода сосуды под давлением.

Оболочки такого типа рассчитываются по безмоментной теории и в них рассматриваются только нормальные напряжения в меридианальном направлении (вдоль образующей) и в окружном направлении (перпендикулярном меридианальному).

Ниже даны вычисления эквивалентных напряжений в заданной точке осесимметричных оболочек произвольной геометрии.

Исходные данные:

• P – давление внутри оболочки, в паскалях;
• r – внутренний радиус оболочки в исследуемой точке поверхности, в миллиметрах;
• R – меридианальный радиус оболочки в исследуемой точке поверхности, в миллиметрах;
• Н – расстояние по вертикали (вдоль оси оболочки) от центра радиуса R до исследуемой точки оболочки, в миллиметрах;
• t – толщина стенки, в миллиметрах;
• α – угол наклона образующей оболочки к оси (применяется только при прямолинейной образующей, в остальных случаях следует оставить поле пустым), в градусах;

1. Толщина стенки t, мм
2. Угол наклона α, град

Эквивалентные напряжения σ, МПа

Напряжения в меридианальном направлении:

σm = P×r / 2t×cosβ, где β – угол между касательной к образующей оболочки и ее осью.

Напряжения в окружном направлении:

σt×sinβ / r + σm / R = 1 – уравнение Лапласа.

В случае, если толщина стенки трубы превышает одну десятую среднего радиуса поперечного сечения, то труба считается толстостенной и расчет прочности не допускается проводить по методике расчета тонкостенных труб.

Причиной этому является изменение окружных напряжений по толщине стенки трубы (в тонкостенных трубах оно принято постоянным), а так же то, что в наружных слоях стенки трубы радиальные напряжения сравнимы по значению с окружными напряжениями и их действием пренебрегать уже нельзя.

Ниже рассчитываются напряжения толстостенной трубы в радиальном, окружном и осевом направлении, а так же эквивалентные напряжения по III теории прочности в произвольно взятой точке.

Исходные данные:

• R1 – внутренний радиус трубы, в миллиметрах;
• R2 – внешний радиус трубы, в миллиметрах;
• r – радиус исследуемой точки стенки трубы, в миллиметрах;
• P1 – внутреннее давление, в паскалях;
• P2 – внешнее давление, в паскалях;
• F – нагрузка в осевом направлении, в ньютонах;
• E – модуль упругости, в паскалях;
• ν – коэффициент Пуассона.

РАСЧЕТ ТОЛСТОСТЕННОЙ ТРУБЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

1. Напряжения в радиальном направлении σr, МПа
2. Напряжения в окружном направлении σt, МПа
3. Напряжения в осевом направлении σz, МПа
4. Эквивалентные напряжения в точке σэкв, МПа
5. Радиальные перемещения стенки Х, мм

Напряжения в радиальном направлении:

σr = ((P1×R12 – P2×R22) / (R22 – R12)) – ((P1 – P2)×R12×R22 / (R22 – R12))×(1/r 2);

Напряжения в окружном направлении:

σt = ((P1×R12 – P2×R22) / (R22 – R12)) + ((P1 – P2)×R12×R22 / (R22 – R12))×(1/r 2);

Напряжения в осевом направлении:

σz = F/(π×(R22 – R12)).

Минимально возможные максимальные напряжения в трубе, нагруженной внутренним давлением не могут быть меньше удвоенного значения давления нагрузки вне зависимости от толщины стенки трубы.

В случае, если номинальные допустимые напряжения лежат ниже этого значения, могут быть применены составные трубы.

В этом случае внешняя труба устанавливается на внутреннюю с натягом, тем самым разгружая ее внутренние слои и сама воспринимает часть приложенной нагрузки.

Ниже выполнен расчет натяга из условий равнопрочности внутренней и внешней трубы, расчет оптимального диаметра сопряжения, обеспечивающего минимальные напряжения, а так же расчет контактного давления между смежными стенками трубы. По результатам данного расчета можно вычислить напряжения в произвольной точке составной трубы, воспользовавшись выше приведенным расчетом толстостенных труб.

Исходные данные:

• D1 – внутренний диаметр трубы, в миллиметрах;
• D2 – номинальный смежный диаметр трубы, в миллиметрах;
• D3 – внешний диаметр трубы, в миллиметрах;
• Δ – натяг составной трубы, в миллиметрах;
• P – внутреннее давление в трубе, в паскалях;
• E – модуль упругости, в паскалях;

©ООО”Кайтек”, 2020. Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, может осуществляться лишь с разрешения автора (правообладателя) и только при наличии ссылки на сайт www.caetec.ru