Расчет параметров трубы: как правильно рассчитать вес, массу и объем трубы

Как произвести расчет без калькулятора

Трубопроводный транспорт в условиях России играет очень важную роль. По нему перекачиваются огромные количества жидких продуктов. Кроме воды транспортируется сжиженный газ, нефть и продукты её переработки и другие жидкости, в ряде случаев агрессивные.

Вместимость такого изделия определяется диаметром внутреннего пространства, например для размера 820 х 10 миллиметров рабочий диаметр мы можем определить соотношением Д = 820 – 10 х 2 = 800 мм. Однако, лучше сразу перейти к общепринятой единице – метру. При внутреннем диаметре изделия 0,8 метра соотношение для расчёта выглядит следующим образом:

V = П*r2l

• V – объем;
• П – число пи, равное 3,14;
• r – радиус;
• l – её длина.

Однако высчитывать объем одиночного изделия не имеет смысла. Лучше сразу применить это соотношение для определения объёма всего трубопровода.

Этот показатель важен для того чтобы знать количества перекачиваемого продукта, которое останется в трубопроводе по окончании транспортировки нужного объема. Однако трубопроводы не используются в режиме разовой перекачки. Они предназначены для постоянной эксплуатации.

По такой же методике рассчитываются объёмы емкостей цилиндрической формы – цистерн, бочек и прочих подобных.

В трубопроводном транспорте для магистралей используются в основной массе электро сварные одно или двух шовные трубы с различной толщиной стенок. Для повышения производительности трубопровода продукты по нему перекачиваются под большим давлением – до 130 атмосфер.

Поэтому для производства используется листовой металл толщиной до 36 миллиметров. Основной способ соединения в трубопроводах – электросварка, поэтому в качестве материала изготовления используются  стали с низким содержанием углерода, такие, как 09Г2С, 09Г2ФБ и другие подобные.

Основным регламентирующим документом для производства электро сварных прямо шовных труб являются ГОСТы 10804 и 10805, однако применяются также множество технических параметров, предусматривающих определенные условия изготовления труб которые будут эксплуатироваться в агрессивной среде.

Важным направлением применения труб являются вентиляционные системы промышленного и бытового назначения. Для обеспечения прочностных показателей в них чаще всего используются прямоугольные короба, рассчитывать вместимость которых гораздо проще.

Коробчатые трубопроводы для вентиляции производятся, как правило, из оцинкованной стали, имеющей длительный срок эксплуатации. Но в последнее время наметилась тенденция применение для вентиляционных систем из пластиковых материалов, срок службы которых может превышать этот показатель для металлических аналогов.

Это же относится к использованию пластиков для водопроводных напорных и самотёчных систем.

Точное определение объёма труб и трубопроводов из них доступно всем пользователям сети Интернет и это позволяет избежать серьёзных ошибок при проектировании самых различных объектов народного хозяйства.

Геометрические параметры труб

Для определения объема трубы необходимо и достаточно знать всего два ее показателя: длину и внутренний (фактический) диаметр

Последний параметр важно не перепутать с внешним размером, который приводят для правильного подбора фитингов и соединительных элементов

Если значение толщины стенки неизвестно, то вместо расчетного внутреннего диаметра можно использовать DN (диаметр внутреннего прохода). Они приблизительно равны, а величина DN, как правило, указана на маркировке, которую размещают на внешней стороне изделия.

Стандартная номенклатура полипропиленовых труб содержит внешний диаметр и толщину стенки в миллиметрах. По этим двум параметрам можно высчитать внутренний диаметр

Перед тем как попробовать рассчитать объем любой трубы, необходимо не допустить распространенную ошибку и привести все параметры к единой системе измерения. Дело в том, что длину обычно выражают в метрах, а диаметр – в миллиметрах. Отношение этих двух единиц следующее: 1 м = 1000 мм.

На самом деле, можно привести параметры и к промежуточным значениям – сантиметрам или дециметрам. Иногда это даже удобно, учитывая, что в этом случае количество знаков после запятой или, наоборот, нулей, будет не очень большое.

Взаимосвязь единиц измерения объема. При переводе от одной величины к другой необходимо не допустить ошибку в количестве нулей или, наоборот, знаков после запятой

Для произведенных не в России (и не для России) труб диаметр может быть выражен в дюймах. В этом случае необходимо выполнить пересчет, учитывая, что 1″ = 25.4 мм.

Это интересно: Картофелесажалка для мотоблока своими руками: поясняем по пунктам

Внутренний объем

Существенно облегчает расчет расчет объема воды в 1 метре трубы таблица, приведенная ниже. Она содержит параметры трубопроводов и объемы 1 и 10 погонных метров. Значения приведены именно в литрах, поскольку большинство проблем возникает именно на стадии перевода кубометров в литры. Вместо того, чтобы мучиться с калькулятором и считать количество воды в 1 погонном метре, таблица сразу выдает нужное значение, необходимо лишь измерить внутренний диаметр. Если это сделать невозможно, система собрана и уже функционирует, то можно вычесть из имеющегося диаметра 2 или 4 мм и найти необходимое значение.

Из таблицы можно получить данные о всех существующих типоразмерах труб с внутренним диаметром от 4 до 1000 мм. Это самые распространенные варианты, а другие вряд ли могут понадобиться. Данные достаточно точны, и могут обеспечить вполне качественный подсчет параметров системы или отдельной трубы.

Определение площади поверхности трубы

Важно определять площадь поверхности, так как это позволяет рассчитать, какое количество грунта, краски или укрывного материала потребуется для той или иной трубы с учетом ее формы, материала и веса. Масса труб, изготовленных из ПВХ или пропилена, значительно меньше, чем стальных, хотя площадь их одинакова

Для вычисления площади трубы, потребуется выполнить следующие действия:

• Определить радиус трубы сначала в сантиметрах;
• После перевести полученный результат в метры;
• После следует высчитать длину трубы также в метрах;
• Умножить полученный результат на известный радиус, в результате чего можно узнать внешнюю площадь трубы.

Можно вычислить площадь и прямоугольной трубы с учетом веса, достаточно знать, сколько весит погонный метр, тоннаж можно определить по специальным таблицам, применяемым в строительстве. Данную величину следует умножить на длину трубы в метрах. Такие расчеты позволяют определить количество краски, грунта и теплоизоляционного материала, а также потери тепла при передаче последнего от такого теплового узла, как котельная.

Как узнать сечение провода по его диаметру для многожильного или сегментного кабеля

Если определение диаметра для одножильного проводника не вызывает никаких проблем, то измерение многожильного или сегментного может вызвать определенные сложности.

Измерение сечения многожильного провода

При определении диаметра жилы данного кабеля нельзя измерять этот размер сразу для всех проволочек жилы: значение получится неточным, так как между жилами имеется пространство. Поэтому данный кабель сначала необходимо зачистить от изоляции, затем распушить многожильный проводник и посчитать количество проволок в жиле. Далее любым способом (штангенциркуль, линейка, микрометр) измеряют диаметр одной жилы и определяют площадь поперечного сечения проволочки. После этого полученное значение умножают на количество проволочек в пучке и получают точный размер имеющегося проводника.

Измерение сегментного проводника

Определение размеров сегментного проводника несколько сложнее, чем измерения круглого одножильного или многожильного кабеля. Для того, чтобы правильно оценить площадь поперечного сечения такого проводника необходимо использовать специальные таблицы. Например, для расчёта площади сечения сегмента алюминиевого проводника определяют высоту и ширину сегмента и используют следующую таблицу:

Порядок проведения расчета объема системы отопления

Если Ваша система отопления состоит из труб диаметром 80-100 мм, как часто бывает в системе отопления открытого типа, то следует перейти к следующему пункту — расчет труб. Если в вашей системе отопления применяются стандартные радиаторы, то целесообразнее начать с них.

Расчет объема теплоносителя в радиаторах отопления

По мимо того, что радиаторы отопления бывают разного типа, они еще имеют различную высоту. Для определения объема теплоносителя в радиаторах отопления удобно сначала подсчитать количество одинаковых по размеру и типу секций и умножить их на внутренний объем одной секции.

Таблица 1.Внутренний объем 1 секции радиатора отопления в литрах, в зависимости от размера и материала радиатора.

Для упрощения расчетов данные по объему одной секции сведены в таблицу в зависимости от типа и высоты радиатора отопления.

Пример.

Имеется 5 алюминиевых радиаторов по 7 секций, межцентровое расстояние подключения 500мм. Необходимо найти объем.

Считаем. 5х7х0,44=15,4 л.

Расчет объема теплоносителя в трубах отопления

Для расчета объема теплоносителя в трубах отопления необходимо определить суммарную длину всех однотипных труб и умножить ее на внутренний объем 1 м.п. трубы соответствующего диаметра.

Следует учесть, что внутренний объем труб из полипропилена, металлопласта и стали отличаются . В таблице 2 приведены характеристики стальных труб отопления.

Таблица 2.Внутренний объем 1 метра стальной трубы.

Диаметр, дюймы

Считаем. 12х0,177+20х0,491=11,944 л. Теперь остается сложить объем теплоносителя в радиаторах, в трубах отопления, в котле (объем указан в паспорте), расширительного бачка и в результате объем системы отопления. Таким образом, объем системы отопления — это сумма объемов всех ее элементов. Зная объем системы отопления можно приступить к выбору расширительного бака или котла. Кроме того, расчет объема системы отопления необходим при приобретении и заливки теплоносителя. Однако в этом случае следует учесть еще объем расширительного бака и внутренний объем теплообменника котла. Вся эта информация присутствует в паспорте на котел.

В некоторых случаях важным расчетным параметром может стать показатель объема воды в трубе. Например, при проектировании системы отопления такой параметр будет актуальным для выбора оборудования, к примеру, расширительного бачка. Также объем будет необходимо знать и в случае использования антифриза. Это вещество, как правило, продается двух видов: в разбавленном и неразбавленном.

Первый характерен тем, что не замерзает до минус 65 градусов, а второй – до минус 30 градусов. Поэтому необходимое количество можно купить, зная объем теплоносителя. Это значит, к примеру, при объеме теплоносителя в 70 литров неразбавленного антифриза понадобится всего 35 литров. Ведь он разбавляется водой в пропорции 50 на 50.

Вопрос только состоит в том, как рассчитать этот параметр? Сделать это достаточно просто, нужно провести лишь небольшое количество математических действий. Труба представляет собой геометрическое тело – цилиндр. Эта фигура имеет две параллельные плоскости и цилиндрическую поверхность. И тогда расчет будет выполнятся так.

Для чего определяется пропускная способность?

При расчете водопровода стоит задача определить оптимальный диаметр трубы для обеспечения нормативного потребления воды.

Если сечение слишком мало, это приводит к недостаточному напору в трубах даже при большом давлении, в результате:

• насосное оборудование быстрее изнашивается,
• чаще происходят аварии на линии,
• увеличивается расход энергии.

Для ремонта систем требуются дополнительные траты, что повышает стоимость эксплуатации.

В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту. Часто трубопроводы сравнивают с электропроводкой, только по трубам бежит вода, а по проводам — электрический ток.

Вычисления сечения по СНИП 2.04.01-85

Прежде всего, необходимо понимать, что расчет диаметра водопропускной трубы является сложным инженерным процессом. Для этого потребуются специальные знания. Но, выполняя бытовую постройку водопропускной магистрали, часто гидравлический расчет по сечению проводят самостоятельно.

Данный вид конструкторского вычисления скорости потока для водопропускной конструкции можно провести двумя способами. Первый – табличные данные. Но, обращаясь к таблицам необходимо знать не только точное количество кранов, но и емкостей для набора воды (ванны, раковины) и прочего.

Только при наличии этих сведений о водопропускной системе, можно воспользоваться таблицами, которые предоставляет СНИП 2.04.01-85. По ним и определяют объем воды по обхвату трубы. Вот одна из таких таблиц:

Внешний объем трубного сортамента (мм)Примерное количество воды, которое получают в литрах за минутуПримерное количество воды, исчисляемое в м3 за час 20 15 0,9 25 30 1,8 32 50 3 40 80 4,8 50 120 7,2 63 190 11,4

Однозначно, эти данные по объему, показывающие потребление, интересны, как информация, но специалисту по трубопроводу понадобятся определение совершенно других данных – это объем (в мм) и внутреннее давление в магистрали. В таблице это можно найти не всегда. И более точно узнать эти сведениям помогают формулы.

Уже понятно, что размеры сечения системы влияют на гидравлический расчет потребления. Для домашних расчетов применяется формула расхода воды, которая помогает получить результат, имея данные давления и диаметра трубного изделия. Вот эта формула:

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = π×d²/4 ×V

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 – 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

Данная формула не единственная. Есть еще и многие другие. Их без труда можно найти в сети интернета.

В дополнение к представленной формуле нужно заметить, что огромное значение на функциональность системы оказывают внутренние стенки трубных изделий. Так, например, пластиковые изделия отличаются гладкой поверхностью, нежели аналоги из стали.

По этим причинам, коэффициент сопротивления у пластика существенно меньше. Плюс ко всему, эти материалы не подвергаются влиянию коррозийных образований, что также оказывает положительное действие на пропускные возможности сети водоснабжения.

Определение потери напора

Расчет прохода воды производят не только по диаметру трубы, он вычисляется по падению давления. Вычислить потери можно посредством специальных формул. Какие формулы использовать, каждый будет решать самостоятельно. Чтобы рассчитать нужные величины, можно использовать различные варианты. Единственного универсального решения этого вопроса нет.

Но прежде всего, необходимо помнить, что внутренний просвет прохода пластиковой и металлопластиковой конструкции не поменяется через двадцать лет службы. А внутренний просвет прохода металлической конструкции со временем станет меньше.

А это повлечет за собою потери некоторых параметров. Соответственно, скорость воды в трубе в таких конструкциях является разной, ведь по диаметру новая и старая сеть в некоторых ситуациях будут заметно отличаться. Так же будет отличаться и величина сопротивления в магистрали.

Так же перед тем, как рассчитать необходимые параметры прохода жидкости, нужно принять к сведению, что потери скорости потока водопровода связанны с количеством поворотов, фитингов, переходов объема, с наличием запорной арматуры и силой трения. Причем, все это при вычисления скорости потока должны проводиться  после тщательной подготовки и измерений.

Расчет расхода воды простыми методами провести нелегко. Но, при малейших затруднениях всегда можно обратиться за помощью к специалистам или воспользоваться онлайн калькулятором. Тогда можно рассчитывать на то, что проложенная сеть водопровода или отопления будет работать с максимальной эффективностью.