Как посчитать толщину 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.
Читайте также: Как размножить можжевельник семенами в домашних условиях
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.
Если расчет не проводится, значения допускаемых напряжений не вычисляются автоматически — попробуйте включить в браузере JavaScript. Инструкция здесь
Примечания:
1) Расчет толщины стенки трубы проводится по методике РД 10-249-98.
2) Значения полей, выделенных цветом заполняются автоматически из внутренней базы данных, при желании можно вводить свои значения.
3) Значения полей, выделенных цветом заполняются автоматически по результатам расчета.
4) Допускаемые напряжения определены согласно РД 10-249-98.
5) Для стали марки X10CrMoVNb9 и P265GH допускаемые напряжения приняты согласно данным EN. Допускаемые напряжения стали X10CrMoVNb9 определяются при значении температуры более 500 *С
6) Минусовой допуск на толщину стенки заполняется автоматически. До наружного диаметра 114 — 10% от толщины, более — 5% (ТУ 14-3Р-55).
7) Он-лайн программа работает в тестовом режиме! Просьба в отзывах оставлять свои комментарии и пожелания.
ВАЖНО:
8) Используя данный сервис Вы подтверждаете, что используете программу на свой страх и риск исключительно в ознакомительных целей. Администрация ресурса ответственности за результаты расчета не несет. Назначение программы — предварительные расчеты для последующего самостоятельного расчета но действующим Нормам расчетов прочности.
Количество посетителей, выполняющих расчеты On-line:
Читайте также:
- II Все задачи с расчетами и пояснениями, в комплекте с рабочими чертежами оформить в виде тетради и защитить каждую задачу.
- II РАСЧЕТ КОЛОННЫ
- II. Заполнение титульного листа формы Расчета
- II. Расчет коэффициентов
- IV Расчет обобщающих показателей конкурентного потенциала предприятия
- IV. ТИПОВОЙ ПРИМЕР РАСЧЕТОВ.
- O Для обеспечения охраны объектов по караульному расчету при наличии двух и более постов наряжаются караулы.
- R – расчетное сопротивление грунта основания, это такое давление, при котором глубина зон пластических деформаций (t) равна 1/4b.
- V. Виды выплат, учитываемых при расчете среднего заработка
- VI.8. ЦЕМЕНТНО-ПОЛИМЕРНЫЙ ГРУНТ ДЛЯ НАБОРА МОЗАИК (В РАСЧЕТЕ НА СЛОЖНЫЕ АТМОСФЕРНЫЕ УСЛОВИЯ) (74. С. 29)
- VII. ОКРАСКА И НАДПИСИ НА ТРУБОПРОВОДАХ
- VII. Окраска и надписи на трубопроводах
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*:
Читайте также: Как необычно упаковать деньги в подарок
| Характер нагрузки и воздействия | Нагрузка и воздействие | Способ прокладки трубопровода | Коэффициент надежности по нагрузке | |
| подземный, наземный (в насыпи) | надземный | |||
| Временные длительные | Внутреннее 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 прочности | К42 | К52 | К54 | К55 | К56 | К60 |
| Предел прочности σв, Н/мм 2 | ||||||
| Предел текучести σт, Н/мм 2 | ||||||
| Отношение предела прочности к пределу текучести σв/ σт | 0,59 | 0,71 | 0,72 | 0,70 | 0,71 | 0,81 |
| Примерная марка стали с данным классом прочности | Сталь 20 | 09Г2С | 10Г2ФБЮ |
m — коэффициент условий работы трубопровода в зависимости от категории участка трубопровода, принимаемый по таблице 1 СНиП 2.05.06-85*:
| Категория трубопровода и его участка | Коэффициент условий работы трубопровода при расчете его на прочность, устойчивость и деформативность m |
| В | 0,60 |
| І | 0,75 |
| ІІ | 0,75 |
| ІІІ | 0,90 |
| IV | 0,90 |
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 труб | Значение 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 методами | 1,34 |
| 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 методами | 1,40 |
| 3. Сварные из нормализованной и горячекатаной низколегированной стали, изготовленные двусторонней электродуговой сваркой и прошедшие 100%-ный контроль сварных соединений неразрушающими методами | 1,47 |
| 4. Сварные из горячекатаной низколегированной или углеродистой стали, изготовленные двусторонней электро-дуговой сваркой или токами высокой частоты. Остальные бесшовные трубы | 1,55 |
| 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, мм | Значение коэффициента надежности по назначению трубопровода kн | |||
| для газопроводов в зависимости от внутреннего давления r | для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов | |||
| r£ 5,4 МПа р£55 кгс/см 2 | 5,4 2 | 7,4 2 | ||
| 500 и менее | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| 600-1000 | 1,00 | 1,00 | 1,05 | 1,00 |
| 1,05 | 1,05 | 1,10 | 1,05 | |
| 1,05 | 1,10 | 1,15 | — |
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 воздействия | Скорость коррозионного проникновения, мм/год |
| неагрессивное | менее 0,01 |
| слабоагрессивное | 0,01 – 0,1 |
| среднеагрессивное | 0,1 – 0,5 |
| сильноагрессивное | более 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.
Читайте также: Как почистить новую сковороду
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:
| Нормативный документ | Нормируемый показатель минусового допуска |
| ГОСТ 8731-74 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия» | Таблица 3 |
| Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Предельные отклонения по толщине стенки труб точности изготовления, % | |
| повышенной | обычной | ||
| До 219 | До 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. 219 | До 15 включ. | +12,5 -15,0 | |
| Св. 15 до 30 | ±12,5 | ||
| 30 и выше | +10,0 -12,5 |
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 документ | Порядок 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: 30089 ; Нарушение авторских прав? ;
Похожие записи:
- Импульсные усилители назначение виды схемы принцип действия
- Как красиво оформить свечи
- Как определить мощность отдаваемую генератором напряжения
- Как почистить парогенератор кёрхер
Источник https://ingener-pto.ru/2019/12/12/kak-poschitat-tolshhinu-stenki-truby/