Гидравлический расчет трубопровода

Способы расчета

Чтобы получить круглое поперечное сечение, необходимо разрезать объёмную фигуру перпендикулярно оси вращения. В случае с цилиндром площади всех поперечных сечений будут равны между собой — как, например, кружки колбасы, нарезанные поперек батона, одинаковы.

Шар, по сути, представляет собой напластование блинчиков-кругов различного диаметра от точечного до заданного и обратно до точки. Чтобы найти S какого-либо из блинчиков, необходимо определить его радиус. Принцип его расчёта сводится к решению теоремы Пифагора, где гипотенузой выступает радиус шара, а искомый радиус становится одним из катетов.

При расчёте площади сечений конуса необходимо найти радиус или диаметр каждого из кругов, учитывая, что в продольном разрезе конус — это равнобедренный треугольник.

Цилиндр, конус и шар — базовые объемные фигуры. Однако существуют более сложные фигуры, например, тор. Тор, или тороид, при первом приближении являет собой не что иное, как бублик или баранку. Разломив его пополам, на торцах можно увидеть два одинаковых круга. Площадь такого поперечного сечения можно получить, удвоив имеющуюся (на рисунке серая область справа). Если взять нож и рассечь баранку вдоль, на срезе получится кольцо. В случае с такой фигурой необходимо найти площадь круга по внешней окружности и вычесть из нее «дырку от бублика» (показано серым на рисунке слева).

Площадь круглого поперечного сечения рассчитывается исходя из имеющихся характеристик. Она сводится к трем основным формулам. Их можно представить таким образом:

1. Самая популярная, легкая в применении и часто используемая формула. Чтобы узнать площадь фигуры, если известен её радиус, нужно возвести это значение в квадрат и умножить на число π. Для бытовых расчетов достаточно двух знаков после запятой, то есть π = 3,14.
2. Иногда оперируют диаметром, а не радиусом круга. В этом случае к вычислениям добавляется одна операция: диаметр умножают сам на себя, затем на число π, а произведение делят на 4.
3. Если известна длина окружности С и ее радиус R и нужно выяснить площадь круга, ограниченного этой окружностью, не понадобится даже π. Используют следующую формулу: значение С делят пополам и умножают на R. Полученное чисто и будет искомой величиной.

Области применения прямоугольных и квадратных профильных труб

Трубы, у которых в сечении находится прямоугольник или квадрат со скругленными краями, широко используются в промышленном, а в особенности в гражданском строительстве при возведении различных башен, колонн зданий, опор и вышек. Наличие плоских граней позволяет упростить установку конструкций, по какой бы технологии он не производился, включая работы по сварке. Именно поэтому профильные квадратные или прямоугольные трубы – отличная замена швеллеру, металлической балке или уголку.

Нередко трубы с прямоугольным сечением используют в сельском хозяйстве. В основном, из них делают каркасы для различных тепличных комплексов и помещений для животных.

При обустройстве частного приусадебного участка также трудно обойтись без применения квадратных труб, так как она может использоваться не только в качестве отдельного элемента забора или ограждения, но и легко стать основной для любого навеса, металлической двери в подсобном помещении, гаражных ворот и парника.

Успешно используют трубы с квадратным сечением в мебельной промышленности при производстве металлокаркасов садовой и медицинской мебели, стеллажей, компьютерных столов и всевозможных полок.

h t = λ(L/d)(v 2 /2g).

• где L –длина трубопровода.
• d -диаметр участка трубопровода.
• v — средняя скорость перемещения жидкости.
• λ -коэффициент гидравлического сопротивления, который в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности труб разных типов и видов указаны в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d указаны в таблице 3.

В случае, когда режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ находится по персональным для каждого отдельного случая формулам (табл. 4).

Если турбулентное течение развито и функционирует с достаточной степенью точности, то  при определении λ можно использовать формулы для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока R_г (d=4R_г)

Как это делается

Цилиндрические

Площадь цилиндрического изделия рассчитывается по такой формуле: S = 2 х π х R х L. Обозначенные в ней величины:

• π – число «пи»;
• R – внешний радиус трубы в миллиметрах;
• L – длина в метрах.

К примеру, если длина трубы – 10 м, а ее диаметр – 60 мм, площадь поверхности будет 1.88 м2. Расчеты по часто используемым диаметрам труб можно найти в соответствующих таблицах.

Зная площадь поверхности для окраски и свойства той или иной краски, можно легко определить ее расход.

Цилиндрические канализационные

Площадь таких изделий высчитывается по вышеприведенной формуле. Единственное отличие – большие размеры.
За основу вычислений берется высота 90 см. Именно такие кольца используются для обустройства канализации чаще всего. Внешний диаметр может меняться от 70 до 200 см. Вот несколько примеров:

1. При диаметре 70 см площадь будет 1.99 м2.
2. Если диаметр равен одному метру, площадь будет составлять 2.83 м2.
3. Для самых больших изделий (диаметр – два метра) площадь поверхности под окраску будет равна 5.65 м2.

Профильные

Чтобы определить необходимую для окраски площадь профильной трубы, нужно знать такие ее размеры:

• H – высота одной стороны;
• W – высота другой стороны;
• L – длина.

Для расчетов используется такая формула: S = 2 х H x L + 2 x W x L. Если длина изделия равна все тем же 10 метрам, а ее стороны – 5 и 10 см, общая площадь будет три квадратных метра.

В форме конуса

В большинстве своем такие конструкции представляют собой усеченный конус. Его площадь можно рассчитать по такой формуле: S = 2 x π x R1 x L + π x (R1 x R1 + R2 x R2). Она состоит из таких величин:

• R1 – диаметр меньшего круга;
• R2 – диаметр большего круга;
• L – длина конструкции.

Гофрированные

Итак, для начала необходимо определиться с такими размерами:

• радиус скругления – А;
• проекции прямых участков на длину и диаметр (B и D);
• шаг гофрированной части – C;
• угол скоса ровной части – Е;
• высота гофрированного участка – F;
• линия, по которой изделие может вытянуться, – G.

По сути, гофрированная труба – это тот же цилиндр, который можно вытянуть по линии G.

Расчеты выглядят приблизительно так.

1. Допустим, что величина A равна 3 мм. Скругленная часть вычисляется по формуле 2 x π x A. В данном случае она составит 18.84 мм.
2. Величину D необходимо удвоить. Пусть она будет равна 20 мм.
3. Если учесть вышеуказанные данные, можно определить, что гофра в растянутом виде будет равна 38.84 мм.
4. Если убрать угол скоса, можно вычислить величину E. Она равна удвоенному диаметру, или 12 мм.
5. Как и в предыдущих случаях, длина изделия равна 10 м. Зная это, можно подсчитать количество складок. Для этого длину необходимо разделить на шаг. Получается 866 шт.
6. Зная все эти размеры, можно посчитать длину изделия в растянутом виде. Для этого 866 необходимо умножить на 38.84 мм. Получается, что длина растянутой гофры будет 33.64 м.
7. Если диаметр гофры в растянутом виде будет равен, к примеру, 52 мм, площадь под покраску будет равна 54.92 м2.

Технология производства профильных труб

По сравнению с традиционной формой трубы, квадратные и прямоугольные изделия производить несколько сложнее.

Как правило, процесс изготовления профильных труб включает в себя следующие действия:

1. Подготавливается штрипс. Штрипс – металлическая лета, представляющая собой полуфабрикат будущей трубы. От размеров заготовки напрямую зависят размеры готового продукта.
2. На формовочном стане изготавливается круглый профиль.
3. Края заготовки свариваются. Чаще всего это производится с использованием высокочастотных токов. При изготовлении труб из «нержавейки» используют контактную или плазменную сварку под давлением.
4. Тестовая проверка шва на надежность. Забракованные изделия не подлежат реставрации и уходят на металлолом.
5. Формирование квадратного или прямоугольного изделия при помощи валец. Обычно в этом процессе производится постоянное охлаждения формируемого продукта.
6. Тестирование геометрических характеристик.
7. Температурная обработка трубы, чтобы снять внутренне напряжение металла после изменения формы.
8. Распиловка заготовок на отдельные части нужной длины от 4 до 12,5 метров.
9. Снятие заусениц, которые образуются после резки металла. Производится это по желанию заказчика, так как значительно влияет на стоимость конечного продукта.

По данной технологии можно получить шовную трубу прямоугольного или квадратного профиля.

Более высокими характеристиками обладают трубы, которые производят без шва, путем прессования на специальных станках или волочения. В таком случае бесшовная круглая заготовка из металла нагревается и поступает на прошивочный стан, где доводится до необходимого размера и нужной формы (квадратной или прямоугольной).

Нередко на рынке строительных изделий можно встретить достаточном дешевые трубы, произведенные по «кустарным» технологиям. В такой ситуации прямоугольное или квадратное сечение образуется обработкой традиционной круглой трубы на специальных вальцах. Стоит знать, что такая технология производства зачастую не позволяет выдержать правильные геометрические характеристики продукта, которые в точности достигаются на заводах полного цикла.

С чего начать

Расход краски зависит не только от размера трубы, но и от материала, который использован для ее изготовления, и от формы.

Чаще всего можно встретить трубы в форме цилиндра. Но есть и другие виды:

1. В форме прямоугольника. Внешне они похожи на обычный брус. По-другому называются профильными.
2. Конусовидные. Название говорит само за себя. Используются очень редко. Сфера их применения – системы нагнетания давления.
3. Гофрированные.
4. Для оборудования канализации. Представляют собой большие цементные кольца.

Размеры труб каждого вида соответствуют требованиям, заявленным для них в специальных документах.