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:
- P – давление внутри сферы, в паскалях;
- D – диаметр сферы, в миллиметрах;
- t – толщина стенки, в миллиметрах;
- E – модуль упругости материала, в паскалях;
- 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;
- Толщина стенки t, мм
- 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
- Напряжения в радиальном направлении σr, МПа
- Напряжения в окружном направлении σt, МПа
- Напряжения в осевом направлении σz, МПа
- Эквивалентные напряжения в точке σэкв, МПа
- 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
Какое давление выдерживает труба ПНД
Напорные трубы изготавливают из полиэтилена низкого давления марок ПЭ 32, 63, 80 и ПЭ 100. Их производство регламентирует ГОСТ 18599-2001. Этот комплексный документ даёт ответы на все вопросы:
- о том, какое давление выдерживает труба ПНД;
- о сортаменте продукции с учётом материала труб, их наружного диаметра и толщины стенок;
- о допусках;
- о качественных требованиях к готовой продукции и т. д.
ГОСТ 18599-2001 достаточно сложен для восприятия. Документ содержит несколько десятков страниц, таблиц, формул, отсылок к другим стандартам. Например, рабочее давление полиэтиленовых труб из ПЭ 32, равно как их сортамент, приведено в таблице 1.
Те же характеристики для труб из остальных марок ПНД указаны в таблице 3 этого ГОСТа. Обе таблицы имеют сложную структуру. Представленный в них сортамент труб ПНД высокого давления включает следующие виды продукции:
| Материал труб | Наружный диаметр, мм | Толщина стенок, мм | SDR, величина соотношения диаметра к толщине стенок | PN, рабочее (номинальное) давление, бар |
| ПЭ 32 | 10–160 | 2–20,8 | 21; 13,6; 9 и 6 | 2,5; 4; 6 и 10 |
| ПЭ 63 | 40 – 2 000 | 2–108,9 | 21; 17,6; 13,6 и 11 | 5; 6; 8 и 10 |
| ПЭ 80 | 10 – 2 000 | 2–108,9 | 26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9; 7,4 и 6 | 5; 6,3; 7,5; 8; 10; 12,5; 16; 20 и 25 |
| ПЭ 100 | 16 – 1 200 | 2–108,9 | 33; 26; 21; 17,6; 17; 13,6; 11; 9 и 7,4 | 5; 6,3; 8; 9,5; 10; 12,5; 16; 20 и 25 |
Рабочее давление трубы ПНД имеет прямую зависимость от толщины стенок и обратную – от величины SDR и, соответственно, диаметра изделий. Кроме того, при одинаковом показателе SDR рабочее давление зависит также от материала труб. Например, для изделий из ПЭ 32, 63, 80 и ПЭ 100 с маркировкой SDR 13,6 его величина составит 4, 8, 10 и 12,5 бар.
Определение максимального давления трубы ПНД
Для потребителя ответ на вопрос, какое давление для труб ПНД является допустимым, дан в последней графе представленной выше таблицы. Кстати, величина номинального (рабочего) давления полиэтиленовых труб указывается для транспортировки жидкостей и газов температурой до +20 °С. Верхний предел температурного диапазона для продукции из ПНД установлен на отметке +40 °С.
При достижении этой температуры прочностные характеристики труб из полиэтилена марки ПЭ 32 падают на 70 %, ПЭ 63 – на 38 %, ПЭ 80 и 100 – на 26 % с соответственным снижением допустимого уровня рабочего давления.
В числе требований ГОСТ 18599-2001, предъявляемых к готовой продукции, имеется также наличие у неё запаса прочности (коэффициент C) для разных условий эксплуатации. Например, для трубопроводов воды C равен 1,25.
Если вас интересуют допустимые потери давления для полиэтиленовых труб в разных температурных условиях более подробно, воспользуйтесь информацией из приложения А этого ГОСТа. Что касается значений критического давления на разрыв и разрушение труб, то они указываются в правилах испытаний готовой продукции, которые обязан проводить её производитель.
Эти правила установлены ГОСТ 24157, ГОСТ 27078 и рядом других нормативных документов. Результаты испытаний вносятся в сертификат соответствия, который подтверждает надлежащее качество готовой продукции. Потребитель должен доверять этим сведениям, поскольку провести аналогичные испытания собственными силами практически невозможно.
Расчёт давления для ПНД
При проектировании трубопроводных систем разного назначения обязательно выполняют расчёты рабочего давления. Верхний предел этого параметра вычисляют по формуле:
где MOP – максимально допустимое давление внутри трубы, MRS – минимальное значение прочности для неблагоприятных условий эксплуатации по ГОСТ 8032, C – коэффициент запаса прочности, SDR – значение соотношения диаметра к толщине стенок труб.
Полученный результат является определяющим фактором выбора марки труб, которая будет соответствовать эксплуатационным условиям.
Труба из ПНД низкого давления должна быть промаркирована надписью на её поверхности, содержащей следующую информацию:
- марка ПНД, из которой изготовлена труба;
- значение SDR;
- величина диаметра и толщины стенок труб в миллиметрах, которую записывают, например, так: 32х2 мм;
- назначение – для питьевой или технической воды.
Обратите внимание, что правилами маркировки указание рабочего давления PN труб не предусмотрено. Поэтому при выборе такой продукции следует руководствоваться всё тем же ГОСТ 18599-2001, чтобы убедиться, на какое давление рассчитано изделие.
Если вас интересует ответ на вопрос, какое давление выдерживает полипропиленовая труба, обратитесь к ГОСТ 32415-2013. Этот документ в разы сложнее и объёмнее, чем ГОСТ на трубы из ПНД.
Прежде всего для изготовления полипропиленовых труб используют 10 марок полимера. Эта продукция предназначена для систем отопления и горячего водоснабжения с рабочими температурами до +90 °С.
Кстати, рабочее давление для труб из полипропилена указывается в их маркировке.
18.04.2019
Таблица предельной нагрузки давления для нержавеющих труб
Таблица предельной нагрузки давления для нержавеющих труб 
11.02.2019
В таблице результаты тестирования нержавеющих труб следующих стандартов: DIN 17457-11850; NFA 49147-4924-49249; ASTM A 249 — A 269 — A 270.
| 15 | 1 | 116 | 96 | 60,3 | 3,2 | 92 | 77 |
| 16 | 1 | 109 | 90 | 60,3 | 3,6 | 104 | 86 |
| 16 | 1,5 | 163 | 135 | 70 | 1,5 | 37 | 31 |
| 17,2 | 1,65 | 167 | 139 | 70 | 2 | 50 | 41 |
| 17,2 | 2 | 203 | 168 | 76,1 | 1,65 | 38 | 31 |
| 18 | 1 | 97 | 80 | 76,1 | 2 | 46 | 38 |
| 18 | 1,5 | 145 | 120 | 76,1 | 2,6 | 60 | 49 |
| 19,05 | 1 | 91 | 76 | 76,1 | 2,9 | 66 | 55 |
| 19,05 | 1,25 | 114 | 95 | 76,1 | 3,2 | 73 | 61 |
| 19,05 | 1,65 | 151 | 125 | 76,1 | 3,6 | 82 | 68 |
| 20 | 1 | 87 | 72 | 83 | 1,5 | 31 | 26 |
| 20 | 1,5 | 131 | 108 | 84 | 2 | 41 | 34 |
| 21,3 | 1,65 | 135 | 112 | 88,9 | 1,65 | 32 | 27 |
| 21,3 | 2 | 164 | 136 | 88,9 | 2 | 39 | 33 |
| 21,3 | 2,6 | 213 | 176 | 88,9 | 2,6 | 51 | 42 |
| 22 | 1 | 79 | 66 | 88,9 | 2,9 | 57 | 47 |
| 22 | 1,5 | 119 | 99 | 88,9 | 3,2 | 63 | 52 |
| 25,4 | 1 | 69 | 57 | 88,9 | 3,6 | 71 | 59 |
| 25,4 | 1,25 | 86 | 71 | 88,9 | 4 | 78 | 65 |
| 25,4 | 1,65 | 113 | 94 | 101,6 | 1,65 | 28 | 23 |
| 26,9 | 1,65 | 107 | 89 | 101,6 | 2 | 34 | 28 |
| 26,9 | 2 | 130 | 107 | 101,6 | 3 | 51 | 43 |
| 26,9 | 2,6 | 168 | 140 | 103 | 1,5 | 25 | 21 |
| 28 | 1 | 62 | 52 | 104 | 2 | 34 | 28 |
| 28 | 1,5 | 93 | 77 | 114,3 | 1,65 | 25 | 21 |
| 30 | 1 | 58 | 48 | 114,3 | 2 | 30 | 25 |
| 30 | 1,5 | 87 | 72 | 114,3 | 2,6 | 40 | 33 |
| 32 | 1 | 54 | 45 | 114,3 | 2,9 | 44 | 37 |
| 32 | 1,5 | 82 | 68 | 114,3 | 3,2 | 49 | 40 |
| 33,7 | 1,65 | 85 | 71 | 114,3 | 3,6 | 55 | 46 |
| 33,7 | 2 | 103 | 86 | 114,3 | 4 | 61 | 51 |
| 33,7 | 2,9 | 150 | 124 | 129 | 2 | 27 | 22 |
| 33,7 | 3,2 | 165 | 137 | 139,7 | 2 | 25 | 21 |
| 34 | 1 | 51 | 43 | 139,7 | 2,6 | 32 | 27 |
| 34 | 1,5 | 77 | 64 | 139,7 | 3 | 37 | 31 |
| 38 | 1 | 46 | 38 | 139,7 | 4 | 50 | 41 |
| 38 | 1,5 | 69 | 57 | 154 | 2 | 23 | 19 |
| 40 | 1 | 44 | 36 | 156 | 3 | 34 | 28 |
| 40 | 1,5 | 66 | 54 | 168,3 | 2 | 21 | 17 |
| 42,4 | 1,65 | 68 | 56 | 168,3 | 2,6 | 27 | 22 |
| 42,4 | 2 | 82 | 68 | 168,3 | 3 | 31 | 26 |
| 42,4 | 2,6 | 107 | 89 | 168,3 | 3,6 | 37 | 31 |
| 42,4 | 2,9 | 119 | 99 | 168,3 | 4 | 41 | 34 |
| 42,4 | 3,2 | 132 | 109 | 204 | 2 | 17 | 14 |
| 44,5 | 1,5 | 59 | 49 | 205 | 2,5 | 21 | 18 |
| 44,5 | 2 | 78 | 65 | 206 | 3 | 25 | 21 |
| 48,3 | 1,65 | 60 | 49 | 219,1 | 2 | 16 | 13 |
| 48,3 | 2 | 72 | 60 | 219,1 | 2,6 | 21 | 17 |
| 48,3 | 2,6 | 94 | 78 | 219,1 | 3 | 24 | 20 |
| 48,3 | 2,9 | 105 | 87 | 219,1 | 3,6 | 29 | 24 |
| 48,3 | 3,2 | 115 | 96 | 219,1 | 4 | 32 | 26 |
| 50 | 1,5 | 52 | 43 | 254 | 2 | 14 | 11 |
| 50 | 2 | 70 | 58 | 256 | 3 | 20 | 17 |
| 53 | 1,5 | 49 | 41 | 273 | 2 | 13 | 11 |
| 54 | 2 | 65 | 54 | 273 | 2,6 | 17 | 14 |
| 60,3 | 1,65 | 48 | 40 | 273 | 3 | 19 | 16 |
| 60,3 | 2 | 58 | 48 | 273 | 3,6 | 23 | 19 |
| 60,3 | 2,6 | 75 | 62 | 273 | 4 | 26 | 21 |
| 60,3 | 2,9 | 84 | 69 |
Давление в трубопроводной системе — характеристика неоднозначная. Сантехники, гидравлики и прочие специалисты, деятельность которых связана с разного рода жидкостными трубопроводами, оперируют следующими понятиями давления:
Рабочее. Это максимальная величина давления в трубах, фиксируемая при стандартных условиях функционирования системы.
Пробное. Так же, как и рабочее, определяется путем замеров давления воды в трубах, только осуществляется в процессе испытания системы. Условное. Данный показатель применяется при производстве расчетов прочностных характеристик трубных систем, работающих при номинальном значении давления и температуре жидкости 20 градусов. Расчетное. Это избыточное максимальное значение, которое способны испытывать элементы трубных систем. Определяется с помощью формулы давления жидкости.
Как подбирать оптимальные трубы
Существует два вида трубных систем — высокого и низкого давления. Трубы низкого давления используются для организации канализационных схем, ливневок и прочих трубных самотечных систем.
Для этих целей сегодня выгоднее использовать полимерные материалы — элементы трубопроводов, выполненные из поливинилхлорида, полипропилена и прочих синтетических веществ. Трубы высокого давления предназначены для организации водопроводов и прочих трубных систем, испытывающих значительные внутренние нагрузки.
Используются такие трубопроводы на различных производственных и гражданских объектах. Существуют и полимерные изделия, способные выдерживать значительное давление, однако на сегодня равных нержавеющим трубам по прочности и другим потребительским характеристикам аналогов не существует, по крайней мере, используемых массово.
Чтобы трубопровод высокого давления функционировал эффективно, отсутствовала турбулентность жидкости, сопровождаемая характерным шумом, необходимо правильно рассчитывать диаметр нержавеющей трубы. Для этого надо применять формулу расчетного давления.
Только правильно рассчитав трубную систему, можно получить надежную, долговечную и работоспособную трубную систему, обеспечивающую эффективную подачу воды либо другой жидкости по разветвленной схеме с одновременным включением нескольких потребителей.
Какое давление выдерживают стальные трубы?
► Виды стальных труб
► Какое давление выдерживают стальные трубы
► Таблица максимального давления нержавеющих труб
► Как правильно подобрать трубы
При проектировании любой трубопроводной системы производят расчет ее номинального давления, предусматривают дополнительный запас прочности для ситуаций, в которых нагрузки могут повышаться, например: гидравлические удары или аварии. В зависимости от полученных величин подбирают трубный прокат и арматуру, которые могут эксплуатироваться в данных условиях на протяжении всего нормативного срока.
Для организации трубопроводов с небольшими гидравлическими нагрузками и самотечных систем подходят пластиковые трубы. Их применяют для ливневок, канализации, части внутридомовой разводки ХВС и ГВС в температурном режиме до 70 С⁰. Во всех остальных случаях самым надежным материалом является сталь.
Среди эксплуатационных характеристик стальных труб можно выделить основные:
- Высокая прочность;
- Стойкость к внутренним и внешним нагрузкам;
- Термостойкость;
- Невысокое тепловое расширение;
- Средний срок службы 10 лет, с использованием антикоррозийных покрытий — до 30;
- Широкий сортамент.
В различных трубопроводных системах устанавливают нормативы давления. В коммунальных сетях оно невысокое, но неправильный подбор трубы может привести к разрывам или протечкам. В промышленных и магистральных трубопроводах нагрузки гораздо выше, а транспортируемые вещества опаснее, каждая протечка наносит значительный финансовый и экологический ущерб.
Виды стальных труб
Способность выдерживать нагрузки зависит от вида трубного проката. Стальные трубы изготавливают по типовым параметрам с заданными свойствами, соответствующими их типу и классу. За исключением профильных изделий, которые применяют в строительстве, весь сортамент проходит гидравлические испытания. Максимальное давление, которое выдерживает стальная труба, зависит от ряда характеристик:
Способ изготовления:
- Сварные: прямошовные, спиралешовные, холоднокатаные, горячекатаные;
- Бесшовные: холоднокатаные, горячекатаные, цельнотянутые.
Диаметр:
- Малые — до 114 мм;
- Средние — 114-530 мм;
- Большие — более 530 мм.
Толщина стенки:
- Особотонкостенные;
- Токостенные;
- Толстостенные;
- Ососботолстостенные.
Качества сталей:
- Углеродистые — прочные трубы общего назначения и для промышленных систем;
- Легированные — трубопроводы специального назначения: коррозионностойкие, термостойкие, криогенные, радиоактивные.
Антикоррозийная обработка:
- Степень гладкости поверхности;
- Металлические покрытия: цинк, хром;
- Полимерные покрытия.
Механический запас прочности зависит от сочетания таких факторов как давление, температура и агрессивность транспортируемого вещества. Например, в тепловых сетях износ оборудования происходит быстрее.
Подбор изделий осуществляют с учетом действующих нагрузок, как правило, это толстостенные горячекатаные изделия. В газопроводах давление рассчитывают исходя из постоянного сжатия и расширения среды.
Какое давление выдерживают стальные трубы
Предельное давление стальной бесшовной трубы определяется по формуле: P = (2 х S хT)/(DхSF)
- P – давление жидкости;
- T – толщина стенки в дюймах;
- D – наружный диаметр трубы (дюйм);
- SF – коэффициент безопасности;
- S – запас прочности металла.
В зависимости от назначения изделий устанавливают нормативы допустимого давления, например для ВГП (ГОСТ 3262-75) предусмотрено три норматива Рр: 25 кгс/см², 32 кгс/см² и 50 кгс/см² по требованию потребителя. Этого достаточно для организации распределительных коммунальных сетей.
Допустимое давление складывается из нескольких величин:
- Рабочее давление среды на стенки трубопровода;
- Резкое увеличение при срабатывании предохранительных клапанов или других регулирующих устройств.
Параметры Рр, допустимого напряжения в слоях металла указывают в технической документации каждого вида изделий. Гидравлические испытания проводят согласно регламенту ГОСТ 3845-2017. Каждый экземпляр герметизируют, наполняют испытательной средой (водой или другой жидкостью) и выдерживают в течение установленного времени. При появлении протечек, продукция выбраковывается.
Сварной шов является наиболее уязвимым местом трубы, его прочность меньше показателей основного металла, кроме этого он быстрее подвергается коррозийный изменениям. Для сетей с высокими внутренними нагрузками выбирают бесшовные изделия.
Кроме этого, действует следующее правило:
- Чем больше диаметр, а значит объем среды, тем ниже запас прочности;
- Чем больше толщина стенки, тем выше стойкость к давлению.
В нормативных документах обычно указывают условные значения, например, действительные при температуре 20 С⁰. Но трубопроводы редко прокладывают в подобных условиях, поэтому дополнительно производят ряд вычислений.
Термические воздействия для трубопроводов с Рр 100-320 МПа вычисляют согласно ГОСТ 55600-2013 с учетом на износа, технологических погрешностей, минимальной толщины стенок согласно допускам по разностенности.
Со временем напор внутри сети падает. Это связано с увеличением сопротивления потоку. Новая и гладкая труба обладает высокой пропускной способностью, но по мере накопления осадочных отложений, формирования корродирующих слоев возрастает трение, а гидравлические потери растут. При увеличении давления среды, сопротивление растет в прогрессии.
Таблица максимального давления нержавеющих труб
| 15 | 1 | 116 | 96 | 60,3 | 3,2 | 92 | 77 |
| 16 | 1 | 109 | 90 | 60,3 | 3,6 | 104 | 86 |
| 16 | 1,5 | 163 | 135 | 70 | 1,5 | 37 | 31 |
| 17,2 | 1,65 | 167 | 139 | 70 | 2 | 50 | 41 |
| 17,2 | 2 | 203 | 168 | 76,1 | 1,65 | 38 | 31 |
| 18 | 1 | 97 | 80 | 76,1 | 2 | 46 | 38 |
| 18 | 1,5 | 145 | 120 | 76,1 | 2,6 | 60 | 49 |
| 19,05 | 1 | 91 | 76 | 76,1 | 2,9 | 66 | 55 |
| 19,05 | 1,25 | 114 | 95 | 76,1 | 3,2 | 73 | 61 |
| 19,05 | 1,65 | 151 | 125 | 76,1 | 3,6 | 82 | 68 |
| 20 | 1 | 87 | 72 | 83 | 1,5 | 31 | 26 |
| 20 | 1,5 | 131 | 108 | 84 | 2 | 41 | 34 |
| 21,3 | 1,65 | 135 | 112 | 88,9 | 1,65 | 32 | 27 |
| 21,3 | 2 | 164 | 136 | 88,9 | 2 | 39 | 33 |
| 21,3 | 2,6 | 213 | 176 | 88,9 | 2,6 | 51 | 42 |
| 22 | 1 | 79 | 66 | 88,9 | 2,9 | 57 | 47 |
| 22 | 1,5 | 119 | 99 | 88,9 | 3,2 | 63 | 52 |
| 25,4 | 1 | 69 | 57 | 88,9 | 3,6 | 71 | 59 |
| 25,4 | 1,25 | 86 | 71 | 88,9 | 4 | 78 | 65 |
| 25,4 | 1,65 | 113 | 94 | 101,6 | 1,65 | 28 | 23 |
| 26,9 | 1,65 | 107 | 89 | 101,6 | 2 | 34 | 28 |
| 26,9 | 2 | 130 | 107 | 101,6 | 3 | 51 | 43 |
| 26,9 | 2,6 | 168 | 140 | 103 | 1,5 | 25 | 21 |
| 28 | 1 | 62 | 52 | 104 | 2 | 34 | 28 |
| 28 | 1,5 | 93 | 77 | 114,3 | 1,65 | 25 | 21 |
| 30 | 1 | 58 | 48 | 114,3 | 2 | 30 | 25 |
| 30 | 1,5 | 87 | 72 | 114,3 | 2,6 | 40 | 33 |
| 32 | 1 | 54 | 45 | 114,3 | 2,9 | 44 | 37 |
| 32 | 1,5 | 82 | 68 | 114,3 | 3,2 | 49 | 40 |
| 33,7 | 1,65 | 85 | 71 | 114,3 | 3,6 | 55 | 46 |
| 33,7 | 2 | 103 | 86 | 114,3 | 4 | 61 | 51 |
| 33,7 | 2,9 | 150 | 124 | 129 | 2 | 27 | 22 |
| 33,7 | 3,2 | 165 | 137 | 139,7 | 2 | 25 | 21 |
| 34 | 1 | 51 | 43 | 139,7 | 2,6 | 32 | 27 |
| 34 | 1,5 | 77 | 64 | 139,7 | 3 | 37 | 31 |
| 38 | 1 | 46 | 38 | 139,7 | 4 | 50 | 41 |
| 38 | 1,5 | 69 | 57 | 154 | 2 | 23 | 19 |
| 40 | 1 | 44 | 36 | 156 | 3 | 34 | 28 |
| 40 | 1,5 | 66 | 54 | 168,3 | 2 | 21 | 17 |
| 42,4 | 1,65 | 68 | 56 | 168,3 | 2,6 | 27 | 22 |
| 42,4 | 2 | 82 | 68 | 168,3 | 3 | 31 | 26 |
| 42,4 | 2,6 | 107 | 89 | 168,3 | 3,6 | 37 | 31 |
| 42,4 | 2,9 | 119 | 99 | 168,3 | 4 | 41 | 34 |
| 42,4 | 3,2 | 132 | 109 | 204 | 2 | 17 | 14 |
| 44,5 | 1,5 | 59 | 49 | 205 | 2,5 | 21 | 18 |
| 44,5 | 2 | 78 | 65 | 206 | 3 | 25 | 21 |
| 48,3 | 1,65 | 60 | 49 | 219,1 | 2 | 16 | 13 |
| 48,3 | 2 | 72 | 60 | 219,1 | 2,6 | 21 | 17 |
| 48,3 | 2,6 | 94 | 78 | 219,1 | 3 | 24 | 20 |
| 48,3 | 2,9 | 105 | 87 | 219,1 | 3,6 | 29 | 24 |
| 48,3 | 3,2 | 115 | 96 | 219,1 | 4 | 32 | 26 |
| 50 | 1,5 | 52 | 43 | 254 | 2 | 14 | 11 |
| 50 | 2 | 70 | 58 | 256 | 3 | 20 | 17 |
| 53 | 1,5 | 49 | 41 | 273 | 2 | 13 | 11 |
| 54 | 2 | 65 | 54 | 273 | 2,6 | 17 | 14 |
| 60,3 | 1,65 | 48 | 40 | 273 | 3 | 19 | 16 |
| 60,3 | 2 | 58 | 48 | 273 | 3,6 | 23 | 19 |
| 60,3 | 2,6 | 75 | 62 | 273 | 4 | 26 | 21 |
| 60,3 | 2,9 | 84 | 69 |
Как правильно подобрать трубы
При выборе изделий следует учитывать давление, поддерживаемое в системе. Например для внутридомовых сетей ХВС действует норматив до 6 бар, ГВС — до 4,5 бар. В частных домах нормативы рассчитывают индивидуально, оно может достигать 10 бар, но большая часть оборудования предназначена для максимальных нагрузок не более 6,5.
В проекте инженерной сети учитывают ряд других показателей:
- Зависимость Рр от диаметра труб;
- Гидравлические потери при изгибах, установке запорных и регулирующих устройств;
- Количество точек разбора;
- Мощность насосного оборудования;
- Другие параметры условий эксплуатации.
Для повышения технических характеристик трубного проката применяют специальные сплавы, например легированные молибденом, антикоррозийные покрытия, предотвращающие формирование отложений. проектирование и подбор материалов согласно действующим стандартам обеспечивает максимальный срок службы и ремонтопригодность трубопроводных систем.
Оцените нашу статью
Какое давление выдерживают стальные трубы | Аякс-металл ✅
Ресурс стальной трубы по давлению определяет сферу применения металлопроката. Для водопровода этот показатель один, для газопроводной магистрали – другой.
Значение максимального давления определяется несколькими критериями, которые в основном зависят от конструктивных параметров изделия. Влияет на показатель качество используемого сырья и способ его обработки.
Какое максимальное давление выдерживают стальные бесшовные и водопроводные трубы и как определить этот параметр?
Максимальное давление для трубы стальной водопроводной
Сразу отметим, что стальные трубы изготавливаются типовыми по стандартам, предусмотренным нормативами ГОСТ. И для каждого изделия значение максимального давления определено очень точно, впрочем, как и другие расчётные параметры. Все эти данные сведены в таблицы, по которым можно легко определить не только запас прочности трубы, но и вес, теплопроводность и другие характеристики.
Применительно к водопроводным трубам из стали предельное давление определяется такими критериями, как:
- способ изготовления – сварная прямошовная, спиралешовная, гофрированная, бесшовная (холодное или горячее деформирование);
- наличие антикоррозионной обработки – оцинкованная, экструдированная, из чёрного металла (без нанесения антикоррозионного покрытия);
- толщина стенки – наиболее важный критерий, от которого напрямую зависит показатель предельного давления стальной трубы;
- качество стали;
- температура воды – тоже важный параметр, который напрямую влияет на ресурс по давлению водопроводной трубы.
В ГОСТ представлены таблицы максимального давления, которое выдерживают стальные водопроводные трубы, при температуре 20 градусов по шкале Цельсия. Чтобы определить расчётное значение на заданные параметры теплоносителя, необходимо применять стандартную формулу.
В типовой таблице для труб из нержавеющей стали приведены уже готовые значения максимального давления в зависимости от диаметра трубы и толщины её стенки.
Так, изделие из металла марки Aisi 304-321 316 с содержанием никеля и молибдена с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенки 1,5 мм выдерживает до 131 кг/см2, что составляет 12,8 МПа или 126,8 атмосферы.
При тех же физических параметрах для стали Aisi 304L-316L (содержит 2,5 % молибдена) максимальное давление ниже – 108 кг/см2 (10,6 МПа или 104,5 атмосферы).
Параметры водопроводной трубы влияют на показатели максимального давления следующим образом:
- чем больше диаметр сечения, тем ниже запас прочности по давлению;
- с увеличением толщины стенки показатель максимального давления возрастает.
То есть стальные трубы разного диаметра, но с одинаковым значением толщины стенки будут иметь разный запас прочности по давлению.
Какое давление выдерживает труба стальная бесшовная
Для устройства водопроводов и других магистралей широко используются бесшовные стальные трубы. Такая популярность обусловлена прежде всего высокими значениями давления, которое могут выдерживать эти изделия. Различают трубы горячекатаные и изготовленные способом холодной деформации.
Предельное давление стальной бесшовной трубы определяется по формуле: P = (2 х S хT)/(DхSF), где P – давление жидкости; T – толщина стенки в дюймах; D – наружный диаметр трубы (дюйм); SF – коэффициент безопасности; S – запас прочности металла.
Значение зависит от следующих критериев:
- толщины стенки, которая может быть от 2,5 до 75 мм;
- наружного диаметра (20–550 мм);
- способа производства;
- марки металла, а точнее – от допускаемого напряжения в стали при проведении гидравлического испытания.
По условиям ГОСТ 8731-74, каждую трубу подвергают гидравлическим испытаниям при давлении до 20 МПа (более 200 атмосфер).
Потери давления в стальных трубах
При выборе изделия для определённых нужд необходимо учитывать такое явление, как потери давления в стальных трубах. Это значение определяется по формуле, учитывающей шероховатость внутренней поверхности металла, плотность и температуру транспортируемой жидкости, скорость её перемещения, длину участка трубопровода и размер его внутреннего сечения.
Потеря напора (или давления) в трубе возникает под действием силы трения, когда мельчайшие частицы жидкости задерживаются шероховатостями, выступами на внутренней поверхности. Кроме того, на процесс влияет количество изгибов, поворотов магистрали, изменение диаметра либо геометрии сечения.
Например, новая труба из стали с относительно гладкой внутренней поверхностью создаёт меньшее сопротивление потоку, нежели старая с налётом ржавчины на стенках.
Результаты расчётов показывают, что в первом случае потери давления в два раза меньше при малом диаметре прохода. С увеличением размера трубы разница становится менее заметной.
Так, в магистралях с внутренним сечением свыше 800 мм показатели потерь в новой и старой трубе отличаются всего на 45 %.
При выборе трубы следует учитывать такую зависимость:
- если увеличить напор в три раза, то потери возрастут в 9 раз;
- если снизить напор в два раза, то потеря давления снизится ровно в 4 раза.
Расчёт допустимого давления в трубах круглого сечения
Допустимым называют такое давление, при котором не учитываются следующие параметры:
- гидростатическое давление жидкости;
- разовое увеличение значений давления при срабатывании предохранительного клапана или иных технических устройств в водопроводной системе.
В ГОСТах и других нормативных документах указывается условное рабочее давление, то есть значение при определённых условиях (например, при температуре 20 градусов). Для того чтобы определить допустимые значения, потребуется сложный гидравлический расчёт.
Для вычислений используют формулу из ГОСТ Р 55600-2013:
где At – коэффициент, учитывающий температуру жидкости (при 200 град. равен 1,0); δ20 – допустимое напряжение металла; С – суммарная прибавка, складывающаяся из допуска на износ и коррозию, из прибавки на технологические погрешности; t- толщина стенки рабочая; De – внутренний диаметр.
При выборе изделий для монтажа на конкретном объекте необходимо учитывать нормы рабочего давления стальной трубы при эксплуатации в разных системах:
- для частных домов этот параметр рассчитывается индивидуально;
- в городских квартирах предельное значение для холодной воды – до 6 бар, для горячей – до 4,5 бар;
В частных строениях при оборудовании дома паровым котлом отопления максимальное давление в стальных трубах может достигать 10 бар. Однако столь высокие значения приводят к удорожанию устанавливаемой системы подачи воды, к быстрому выходу из строя отдельных элементов системы. Поэтому рекомендуют не превышать значения давления в частных домах более 6,5 бар.
Таким образом, при проектировании водопроводной системы необходимо учитывать следующие факторы:
- какое давление держит стальная труба определённого сечения;
- каковы потери давления в трубах с учётом изгибов магистрали, изменений геометрии и других характеристик;
- не превышает ли расчётное давление допустимых параметров, учитывая условия эксплуатации.
Правильный подход к выбору материала для устройства водопровода заключается в проведении инженерного обследования объекта с выполнением последующего гидравлического расчёта и определения оптимальных значений трубы. Только так можно создать надёжную систему водоснабжения с хорошим запасом прочности и долговечности.
Загрузка...
