Як виконується розрахунок труби на міцність та інші важливі

При монтажі побутових трубопроводів розрахунок не виконують, так як для цих цілей застосовують стандартні труби, міцності яких цілком достатньо, щоб витримати тиск води, газу та ін. А ось будувати промислові магістралі без певного розрахунку в більшості випадків небезпечно, так як це може призвести до швидкого виходу з ладу системи та інших неприємних наслідків.

У даній статті ми розглянемо основи того, як виконується розрахунок міцності труби, а також деяких інших параметрів, які необхідно знати, перш ніж побудувати конструкцію.

розрахунок міцності

Треба сказати, що розрахунок міцності труби потрібен не тільки для того, щоб магістраль була надійною. Це також дозволить уникнути перевитрати коштів, адже зайва міцність призведе до подорожчання будівництва. Тому проектування є не менш важливим етапом будівництва трубопроводу, ніж його монтаж.

Отже, даний розрахунок передбачає визначення кількох основних параметрів:

• Внутрішній діаметр труби в залежності від швидкості потоку рідини, що транспортується;
• Внутрішній діаметр в залежності від гідравлічного опору;
• товщина стінок.

Кожен параметр визначається за певними формулами, з якими ми ознайомимося нижче.

Розрахунок внутрішнього діаметра

Визначити оптимальний внутрішній діаметр труби при заданій швидкості протікання рідини в трубопроводі і її витраті можна своїми руками за формулою - D = 4Q3600v? Y м, де:

• Q - витрата рідини, вимірюється в мг / год.
• v - швидкість протікання рідини в трубопроводі, вимірюється в м / сек.
• y - питома вага рідини при заданих параметрах, вимірюється в кг / м3. Дане значення приймається за довідниками.

Швидкість руху різних рідин і газів визначені розрахунками, а також підтверджені практичними дослідами. Тому, при розрахунках можна скористатися такими даними:

З наведеної вище формули випливає, що діаметр перетину трубопроводу залежить від швидкості протікання рідини. Чим вона вища, тим прохідний перетин повинно бути менше, відповідно, нижче будуть і витрати на будівництво конструкції.

гідравлічний опір

При русі рідини або газу по трубопроводу обов'язково виникає опір в результаті тертя, що транспортується об стінки труби і всілякі перепони в системі. Це опір називають гідравлічним. Чим вище швидкість протікання рідини і її щільність, тим більше гідравлічний опір.

Діаметр трубопроводу можна визначити по заданій втрати напору.

Інструкція по виконанню даного розрахунку виглядає наступним чином - D =? L? P • y • v2g кгс / см2, де:

• ?p = P1-Р2 - задана або допускається втрата тиску між початковою і кінцевою точкою трубопроводу, вимірюється в кгс / см2.
• L - довжина магістралі.
• ? - коефіцієнт гідравлічного опору, може становити 0,02-0,04.
• g - прискорення сили тяжіння, яке дорівнює 9,81м / сек.

Звичайно, даний розрахунок дозволяє визначити втрату тиску в прямій трубі. Що стосується визначення цього показника арматури і фасонних частин, то його знаходять по втраті тиску на прямій ділянці труби відповідного діаметру і з еквівалентної довжиною.

Еквівалентної довжиною називають пряму ділянку труби, гідравлічне опір якого дорівнює опору фасонної частини при рівних інших умовах.

Товщина стінки

Основним параметром труби, який впливає на міцність, є товщина стінки.

Цей показник залежить від декількох факторів:

• Внутрішнього і зовнішнього тиску, що чиниться на трубу;
• Діаметра трубопроводу;
• Матеріалу, з якого виконана труба і його корозійної стійкості.

На більшість трубопроводів впливає лише внутрішній тиск. Зовнішньому ж тиску піддаються вакуумні трубопроводи, а також системи з сорочками, призначені для обігріву парою легко застигають або кристалізується продуктів.

Товщину стінок сталевих труб, на які впливає внутрішнє надлишковий тиск, визначають розрахунком на міцність і добавкою товщини, яка відводиться на знос від корозії.

Для цього використовується наступна формула - S = Sp-C,

• Sp - розрахункова товщина, яка вимірюється в мм.
• С - надбавка на корозію. Як правило вона складає 2-5 мм (для середньоагресивних середовищ).

Розрахункову товщину стінки можна отримати за такою формулою - Sp = pDн230? Доп? + P мм, де:

• p -ізбиточное внутрішній тиск в трубі, кгс / см2.
• Dн- зовнішній діаметр трубопроводу.
• ?доп - допустима напруга на розрив, сгс / мм2. Даний показник можна визначити за довідниками, в залежності від температури рідини, що транспортується і марки стали.
• ? - коефіцієнт міцності зварного шва. Якщо труба безшовна, то коефіцієнт? = 1. Для зварних труб цей показник може становити 0,6-0,8, в залежності від типу зварного шва і виду зварювання.

Зверніть увагу! При монтажі трубопроводу, а також в разі його ремонту, не можна встановлювати окремі випадкові деталі, виконані з неперевіреного або невідомого матеріалу, так як це може призвести до аварії в системі.

Треба сказати, що при розрахунку трубопроводів приділяють увагу не тільки товщині труб, а й самому матеріалу. Наприклад, якщо температура, при якій буде експлуатуватися система, становить менше 450 градусів за Цельсієм, то використовують труби, виконані зі сталі марки 20.

Якщо температура продукту, що транспортується в системі буде високою, то вибирають сталь 12Х1МФ. Це дозволяє використовувати трубопровід з більш тонкими стінками. Відповідно, від товщини стінок багато в чому залежить і ціна конструкції.

стійкість трубопроводу

При розрахунку магістралей крім міцності трубопроводу важливим параметром є його стійкість в поздовжньому напрямку.

Даний розрахунок виконують з умови - S? MNкр, де

• S - поздовжнє еквівалентну осьове зусилля в перерізі системи.
• m - коефіцієнт умов роботи системи. Дане значення знаходиться в довідковій літературі.
• Nкр - критичне поздовжнє зусилля, при якому трубопровід втрачає поздовжню стійкість. Дане значення необхідно визначати згідно з існуючими правилами будівельної механіки, з урахуванням початкового викривлення системи, наявності баласту, який закріплює трубопровід, і характеристик грунту. На обводнених ділянках необхідно також враховувати гідростатичний вплив води.

Зверніть увагу! Поздовжню стійкість необхідно перевіряти для криволінійних ділянок в площині вигину магістралі. На прямолінійних ділянках поздовжню стійкість підземних ділянок потрібно перевіряти у вертикальній площині, радіус початкової кривизни при цьому приймається рівним 5000 м.

Поздовжнє еквівалентну осьове зусилля слід визначати в залежності від розрахункових навантажень і впливів з урахуванням поперечних і поздовжніх переміщень магістралі.

Виконується розрахунок за такою формулою -

S = 100 [(0,5-?)? Кц +? E? T] F

• ? - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труби;
• E - змінний параметр пружності;
• ?t - температурний розрахунковий перепад;
• ?КЦ - кільцеві напруги від внутрішнього розрахункового тиску;
• F - площа поперечного перерізу трубопровідної магістралі.

Зверніть увагу! При визначенні стійкості надземних магістралей, необхідно провести розрахунок анкерних опор, арочних систем, анкерних висячих опор та інших елементів конструкції на можливість зсуву і перекидання.

Класи міцності сталевих труб

Щоб після виконання всіх необхідних розрахунків міцності трубопроводу легше було підібрати відповідні труби, були введені класи міцності труб. В даному випадку міцність виробів оцінюється опором металу при розтягуванні.

Група міцності труб позначається буквою «К» і нормативним значенням в кгс / мм 2 від 34 до 65. Наприклад, газопроводи в районах середньої смуги, з урахуванням середньої температури навколишнього середовища близько 0 градусів за Цельсієм і робочого тиску в системі в 5,4 МПа , виконують з труб класу міцності K52.

В умовах Крайньої Півночі, де середня температура становить -20 градусів за Цельсієм і робочий тиск в системі планується в 7,4Мпа, виконують газопроводи з труб класу міцності К55-К60.

Розрахунок маси труби

У більшості випадків при розрахунку системи може бути потрібна маси труб, наприклад, щоб співвіднести його з несучою здатністю опор або просто спрогнозувати витрати на транспортування.

Правда, для цього немає необхідності обчислювати математичним методом, скільки важить конкретний відрізок тієї чи іншої труби, так як довідкова інформація містить точну вагу погонного метра самих різних видів труб.

Достатньо лише знати наступну інформацію:

• Матеріал труби;
• Зовнішній діаметр;
• Товщину стінок та ін.

Після того як вага одного погонного метра буде відомий, це значення треба помножити на кількість погонних метрів.

Площа зовнішньої поверхні

При монтажі різних магістралей може знадобитися їх утеплення, гідроізоляція, фарбування та ін. Для цього необхідно визначити площу трубопроводу, що дозволить порахувати кількість матеріалу. Щоб виконати цей розрахунок, треба довжину окружності зовнішнього перетину помножити на довжину труби.

Формула визначення кола виглядає наступним чином - L =? D. Довжину відрізка труби позначимо як H.

В такому випадку площа зовнішнього кола труби буде виглядати наступним чином - St =? DH м2, де:

• St - площа поверхні труби, яка вимірюється в метрах квадратних.
• ? - Число "пі", яке завжди дорівнює 3,14;
• D - зовнішній діаметр;
• H - як уже було сказано вище, позначає довжину труби в метрах.

Наприклад, є труба довжиною 5 метрів і діаметрів 30 см. Її площа поверхні дорівнює St =? DH = 3,14 * 0,3 * 5 = 4,71 квадратних метрів.

На основі вищенаведених формул також можна виконати розрахунок обсягу трубопроводу і площа внутрішніх його стінок. Для цього треба лише змінити в розрахунках величину зовнішнього діаметра на величину внутрішнього. Всі ці параметри можуть знадобитися при монтажі побутового трубопроводу.

висновок

Ми розглянули основи того, як виконується розрахунок трубопроводів на міцність і стійкість. Звичайно, при монтажі промислових магістралей виконується набагато складніше проектування, яке має на увазі ряд інших дій, тому дану роботу виконують виключно професіонали. Однак, при влаштуванні побутових системи, всі необхідні значення можна дізнатися і самостійно.

З відео в цій статті можна отримати додаткову інформацію з даної теми.