Как провести расчет различных параметров труб: базовые формулы и примеры вычислений

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия

Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Расчет объема воды, находящейся во всей системе

Для определения такого параметра, необходимо в формулу подставить значение внутреннего радиуса. Однако сразу появляется проблема. А как рассчитать полный объем воды в трубе всей отопительной системы, в которую входят:

• Радиаторы;
• Расширительный бачок;
• Котел отопления.

Сначала рассчитывается объём радиатора. Для этого открывается его технический паспорт и выписывается значения объема одной секции. Этот параметр умножается на число секций в конкретной батарее. Например, одна равен 1,5 литрам.

Когда установлен биметаллический радиатор, это значение намного меньше. Количество воды в котле можно узнать из паспорта устройства.

Для определения объема расширительного бака, его заполняют измеренным заранее, количеством жидкости.

Очень просто определяется объём труб. Имеющиеся данные для одного метра, определенного диаметра, нужно просто умножить на длину всего трубопровода.

Заметим что в глобальной сети и справочной литературе, можно увидеть специальные таблицы. Они показывают ориентировочные данные изделия. Погрешность приведенных данных достаточно мала, поэтому приведенные в таблице значения, можно смело использовать для вычисления объема воды.

Надо сказать, что при расчете значений, нужно учитывать некоторые характерные отличия. Металлические трубы, имеющие большой диаметр, пропускают количество воды, значительно меньше, чем такие же полипропиленовые трубы.

Причина кроется в гладкости поверхности труб. У стальных изделий она выполнена с большой шероховатостью. ППР трубы не имеют шероховатости на внутренних стенках. Однако при этом стальные изделия имеют больший объем воды, чем в других трубах, одинакового сечения. Поэтому чтобы убедиться, что расчет объема воды в трубах произведен верно, нужно несколько раз перепроверить все данные и подкрепить результат онлайн-калькулятором.

Как связаны масса и качество?

По весу мерного отрезка можно понять: не схалтурил ли производитель этого изделия, не сэкономил ли он на производственном процессе, соответствует ли труба ГОСТу. Ведь плотность трубы – величина постоянная, а объем металла, израсходованного на изготовление изделия, определяется ГОСТом и совестью производителя.

И если масса мерного отрезка, определенная умножением объема материала на плотность, будет меньше, чем предусматривает таблица веса профильной трубы, то о качестве подобной продукции можно уже и не спрашивать: такое изделие годится лишь на переплавку.

Впрочем, возможно все не так уж и плохо. Ведь покупатель может просто ошибиться в расчете веса. Такая ситуация встречается достаточно часто. Поэтому, чтобы не обвинять честных производителей голословно, покупатель профильной трубы должен представлять себе методику расчета массы изделия. И в этой статье мы познакомим вас с несколькими методиками, позволяющими определить значение веса профильной трубы даже в полевых условиях.

Преимущества и недостатки стального трубопроката

Стальные изделия имеют множество преимуществ, на которые рекомендуется обратить внимание. В первую очередь стоит отметить, что детали из данного сплава отличаются высокими прочностными характеристиками

Именно этот факт обуславливает их широкое распространение в строительной сфере, где прочность изделий является одним из главных показателей. Широкий ассортимент деталей также считается важным достоинством, так как позволяет расширить их эксплуатационную сферу. На строительном рынке можно без труда выбрать подходящие по форме и техническим характеристикам детали.

Металлические трубы отличаются высокими прочностными характеристиками

Все стальные трубы можно разделить на три категории:

• круглые;
• профилированные (квадратные и прямоугольные);
• нестандартные (многогранные).

Серьезное преимущество, присущее данным изделиям, заключается в том, что они имеют высокую сопротивляемость к механическим воздействиям. Стальные трубы отлично переносят давление и удары. Стоит отметить, что они имеют приемлемую стоимость и относятся к среднему ценовому сегменту.

Широкое разнообразие типов деталей позволяет использовать их в различных сферах: строительной, хозяйственной и т. д. Стальные изделия имеют небольшой показатель линейного расширения

Это очень важное преимущество, так как многие трубы при нагреве расширяются, а если их размещают в стяжке, то это может привести к возникновению трещин

Для того чтобы ответить на вопрос о том, как рассчитать вес трубы, необходимо познакомиться ближе со всеми методами, позволяющими произвести это вычисление. Знание массы стальных изделий требуется на всех этапах, начиная от их приобретения и заканчивая монтажом.

Большое разнообразие стальных труб позволяет применять их в различных сферах жизнедеятельности

Расчёт объёма трубы

Для расчёта объёма трубы нужно воспользоваться школьными знаниями по геометрии. Есть несколько способов: 1. Умножив площадь поперечного сечения фигуры на её длину в метрах, полученный результат будет метры в кубе. 2. Возможно, узнать величину водопровода и в литрах. Для этого объём умножается на 1000 — это количество литров воды в 1 кубометре. 3. Третий вариант — сразу считать в литрах. Понадобится измерения делать в дециметрах — длину и площадь фигуры. Этот более сложный и неудобный способ.

Чтобы вычислить в ручную – без калькулятора, потребуется штангенциркуль, линейка и калькулятор. Для облегчения процесса по определению размера объёма трубы можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Определим площадь сечения трубы

Чтобы узнать точное
значение, необходимо сначала рассчитать площадь поперечного сечения. Для этого,
следует воспользоваться формулой:

S = R2 х Пи

Где R является радиусом трубы, а число Пи равно 3,14. Так как ёмкости для жидкости,как правило, имеют круглую форму, то R возводится в квадрат.

Рассмотрим, как можно
сделать вычисления, имея диаметр изделия 90 мм:

1. Определяем радиус — 90 / 2 = 45 мм, в
   пересчёте на сантиметры 4,5.
2. Возводим 4,5 в квадрат, получается 2,025 см2.
3. Подставляем данные в формулу — S = 2 х 20,25
   = 40, 5 см2.

Если изделие
профилированное, то нужно считать по формуле прямоугольника — S = а х b, где а
и b — размер сторон (длина). При определении размера сечения профиля с длиной
сторон 40 и 50, необходимо 40 мм х 50 мм = 2000 мм2 или 20 см2.

Для вычисления сечения,
необходимо знать внутренний диаметр трубы, который измеряется штангенциркулем,
но это не всегда возможно. Если известен только наружный диаметр, и не знаем
толщину стен, то потребуются более сложные вычисления. Стандартная толщина
бывает 1 или 2 мм, у изделий большого диаметра может достигать 5 мм.

Важно!
Приступать к расчёту лучше при наличии точных показателей о толщине стен и
внутреннем радиусе

Формула
расчёта объёма трубы

Рассчитать объём трубы в м3,
можно воспользовавшись формулой:

 V = S х L

То есть, требуется знать
всего два значения: площадь сечения (которая была определена заранее) (S) и
длина (L).

К примеру, длина
трубопровода 2 метра, а площадь сечения пол метра. Для вычисления необходимо
взять формулу, по которой определяется площадь круга, и вставить внешний размер
поперечины металла:

S = 3,14 х (0,5 / 2) =
0,0625 кв.м.

Итоговый результат будет следующим:

V = HS = 2 х 0,0625 = 0,125
метра куб.

H — толщина стенки

Производя расчёт, важно
чтобы во всех показателях была одна единица измерения, иначе результат
получится неправильным. Проще брать данные в см2

Объём водопровода в литрах

Легко посчитать объём жидкости в трубе без калькулятора, если знать внутренний её диаметр, но это не всегда
можно сделать, когда радиаторы или отопительные котлы для воды имеют сложную
форму. Сегодня такие изделия не редко применяются в строительной сфере, при
обустройстве тёплых полов. Поэтому, следует изначально выяснить параметры
конструкции, эту информацию можно найти в техпаспорте или сопроводительной
документации. Чтобы посчитать размер не стандартной емкости, необходимо залить
в неё воду, которая заранее измерена.

Кроме того, кубатура воды будут зависеть
и от материала, из которого изготовлен водопровод. К примеру, изделие из стали
пропустит на порядок меньше воды, чем равное по размеру полипропиленовое или
пластиковое. На это влияет поверхность изнутри, железная более шероховатая, что
сказывается на проходимости.

Поэтому, необходимо делать
вычисления на каждую ёмкость, если она изготовлена из другого материала, и
затем сложить все показатели. Можно воспользоваться специальными
сервис-программами или калькуляторами, сегодня их много в интернете, они
существенно облегчат процесс установления количества воды в системе.

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.

Упрощенная методика расчета веса труб

Ну, и в самом конце мы откроем вам страшную тайну: существует упрощенная формула расчета веса профильной трубы длиной в 1м! И это даже не формула, а так – табличный набор данных.

Более подробную информацию можно найти в ГОСТ 8639-82, где содержится значение массы метрового отрезка, вычисленное для каждой единицы сортамента профильных труб. То есть, для упрощенного расчета мы должны взять значение массы метрового обрезка трубы и умножить эту величину на длину мерного отрезка изделия. Вот и все. И никаких сложностей!

Впрочем, если под руками нет ГОСТ 8639-82, тогда нам пригодятся методики, описанные в предыдущих абзацах этой статьи. Так что, либо учитесь вычислять вес по плотности и объему, либо обзаведитесь справочником. Выбор за вами.

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.

4 Расчет веса профильной трубы по формуле

Расчет профильной трубы по формуле основан на вычислении объема металла стенок отрезка изделия длиной 1 м. При умножении этой величины на плотность используемого для изготовления проката сплава получают теоретический вес 1 м трубы. Умножением этого веса на общую длину изделия определяют его массу. Формула расчета 1 м профильной трубной продукции следующая:

m = 2*h*(A+B)*q, где

m – масса 1 м трубы, в кг;

h – толщина стенки профильного изделия, в м;

A и B – длины сторон (высота, ширина) профиля, в м;

q – плотность металла (стали 7850 кг/м3).

Пример расчета теоретического веса профильной трубной продукции. Определим массу стальных изделий 120x120x7 мм длиной 200 м. Для этого сначала переведем все размеры в метры. Тогда A и B будут равняться 0,12 м, а h – 0,007 м.

m = 2*0,007*(0,12+0,12)*7850 = 26,376 кг – вес 1 погонного метра трубы 120x120x7.

Определяем общую массу для 200 метров:

26,376*200 = 5275,2 кг

Полученный по формуле теоретический вес 1 м отличается от табличного значения, взятого из ГОСТа – 24,18 кг. Такое несоответствие обусловлено тем, что предложенная формула для расчета не учитывает наружные и внутренние закругления по углам профиля реальной трубы. Вычисления велись для изделия правильной геометрической формы (с прямыми углами), но такая продукция на самом деле не выпускается. А теоретические величины для таблиц ГОСТа рассчитывались с учетом реальной геометрии профиля трубной продукции, поэтому они более точные. Так как используемые при этих вычислениях формулы гораздо сложнее приведенной выше и требуют значительного большего времени для расчетов, то мы их не приводим. В условиях, когда под рукой не окажется интернета и справочников будет достаточно упрощенного быстрого подсчета, чтобы определить приблизительный вес трубы. А точную массу лучше выяснять посредством взвешивания продукции.

Зачем может понадобиться расчет воды в трубе

В водопроводной системе частного дома находятся магистраль из труб, радиаторы, запасник для жидкости – мембранный бак, а также бойлеры, котел и другие приборы. Теплый пол представляет собой систему из выложенной металлопластиковой магистрали, содержащей теплоноситель в определенном объеме. Чтобы полностью заполнить систему и знать, сколько купить дистиллированной воды, нужно заранее посчитать ее общий объем.

При заполнении отопительной системы антифризом или другой незамерзающей жидкостью в целях экономии необходимо знать объем трубы. При покупке концентрированного антифриза его нужно будет разбавить наполовину, поэтому большее количество жидкости обойдется дороже, да и концентрация будет рассчитана неправильно.

При расчете объема используется:

• внутренний диаметр стенок труб;
• длина участка или всей магистрали.

В случае разницы во внутреннем сечении каждый участок рассчитывается отдельно и потом числа суммируются.

Кроме магистрали необходимо учитывать внутренний объем следующих приборов:

• Мембранного бака. Эту информацию можно прочитать в техническом паспорте либо проверить самостоятельно, залив в него определенное количество жидкости.
• Радиаторов. Эти данные также находятся в паспорте изделия. Объем одной секции умножают на их количество по всему дому.
• Различные узлы, сложные разводки, коллекторы также содержат некоторый объем жидкости, который трудно посчитать из-за большого количества арматуры, переходников, кранов.

Для канализации

Важно посчитать объем воды в трубе и потенциальные возможности магистрали при обустройстве септика, так как недостаток диаметра может привести к плохому оттоку жидкости из дома и засорению канализации. Если количество бытовых приборов в доме по расходу воды превышает возможности канализационных труб, жидкость будет заполнять магистраль полностью

Если они при этом не утеплены, зимой возможно замерзание стоков внутри и блокировка магистрали. Ледяная пробка также может спровоцировать разрыв трубы в слабом месте, например, на стыках или резких поворотах. Объем чугунных канализационных труб должен быть больше, так как чугунная поверхность шершавая изнутри и постепенно в ней накапливается ил – слой органики, который сужает просвет и влияет на пропускную способность магистрали. Пластиковые трубы в этом отношении лучше – они идеально гладкие внутри, органические частицы не могут прикрепиться к стенкам, поэтому расчетный объем можно дополнительно не увеличивать.

Объем внутренних канализационных труб не должен быть больше, чем наружная магистраль. Это приводит к возникновению засоров на участке, где стыкуются внутренняя и внешняя канализационная труба. Тот же принцип применяется для внутренней разводки – объем жидкости от бытовых приборов не должен превышать объем, который способен вместить главный стояк в доме.

Объём клина и обелиска

Клин в технике часто является пятигранником, в основании которого лежит прямоугольник, а боковые грани являются равнобедренными треугольниками или трапециями. Формула для расчёта объёма клина имеет вид:

• а – сторона основания подножия клина;
• а₁ – ширина верхушки клина;
• b – толщина клина;
• h –  высота клина.

Обелиск – это шестигранник, основанием которого являются прямоугольники, которые расположены в параллельных плоскостях. Противоположные грани при этом симметрично наклонены к основанию обелиска. Объём данного геометрического тела:

• а и b – размеры длины и ширины большего основания обелиска;
• а а₁ и b₁ – меньшего основания обелиска;
• h – высота обелиска.

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – D_N;
• давление номинальное – P_N;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Как вам статья?