Как вычислить толщину стенки трубы?
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Как вычислить толщину стенки трубы?

Как рассчитать параметры труб

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.

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.

Задача 1. Определение толщины стенки трубы

Постановка задачи:Определить толщину стенки трубы участка магистрального трубопровода с наружным диаметром Dн. Исходные данные для расчета: категория участка, внутреннее давление – р, марка стали, температура стенки трубы при эксплуатации – tэ, температура фиксации расчетной схемы трубопровода – tф, коэффициент надежности по материалу трубы – k1. Рассчитать нагрузки на трубопровод: от веса трубы, веса продукта (нефть и газ), напряжения от упругого изгиба (радиус упругого изгиба R=1000 Dн). Плотность нефти принять равной r. Исходные данные приведены в табл. 3.1.

Расчетную толщину стенки трубопровода δ, мм, следует определять по формуле (3.1)

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия

(3.2)

где n – коэффициент надежности по нагруз­ке – внутреннему рабочему давле­нию в трубопроводе, принимаемый: для газопроводов — 1.1, для нефтепроводов — 1.15; p – рабочее давление, МПа; Dн – наружный диаметр трубы, мм; R1 – расчетное сопротивление растяжению металла труб, МПа; ψ1 – коэффициент, учитывающий двух­осное напряженное состояние труб

(3.3)

где нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимается равным пределу прочности sвр по прил. 5, МПа; m – коэффициент условий работы трубопровода принимаемый по прил. 2; k1 , kн – коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода, принимаемые k1 — табл. 3.1, kн по прил. 3.

(3.4)

где σпр.N – продольное осевое сжимающее нап­ряжение, МПа.

Читать еще:  Лучшая тепловая завеса для дачи

(3.5)

где α, Е, μ – физические характеристики стали, принимаемые по прил. 6; Δt – температурный перепад, 0 С, Δt= tэ – tф ; Dвн – диаметр внутренний, мм, с толщиной стенки δн, принятой в первом приближении, Dвн = Dн –2 δн.

Увеличение толщины стенки при наличии продоль­ных осевых сжимающих напряжений по сравнению с величиной, полученной по первой формуле, должно быть обосновано технико-экономическим расчетом, учитывающим конструктивные решения и темпера­туру транспортируемого продукта.

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего бóльшего значе­ния, предусмотренного государственными стандар­тами или техническими условиями на трубы.

Пример 1. Определить толщину стенки трубы участка магистрального газопровода диаметром Dн = 1220 мм. Иходные данные для расчета: категория участка – III, внутреннее давление – р = 5,5 МПа, марка стали – 17Г1С-У (Волжский трубный завод), температура стенки трубы при эксплуатации – tэ = 8 0 С, температура фиксации расчетной схемы трубопровода – tф = -40 0 С, коэффициент надежности по материалу трубы – k1 = 1,4. Рассчитать нагрузки на трубопровод: от веса трубы, веса продукта (нефть и газ), напряжения от упругого изгиба (радиус упругого изгиба R=1000 Dн). Плотность нефти принять равной r. Исходные данные приведены в табл. 3.1.

Расчет толщины стенки

Нормативное сопротивления растяжению (сжатию) металла труб (для стали 17Г1С-У) равно sвр =588 МПа (прил. 5); коэффициент условий работы трубопровода принимаемый m = 0,9 (прил. 2); коэффициент надежности по назначению трубопровода kн = 1,05 (прил. 3), тогда расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб

(МПа)

Коэффициент надежности по нагруз­ке – внутреннему рабочему давле­нию в трубопроводе n = 1,1.

Расчетная толщина стенки трубопровода

(мм)

Физические характеристики стали α = 1,2·10 -5 , Е = 2,1·10 5 , μ = 0,3

Продольное осевое сжимающее нап­ряжение, МПа

Коэффициент, учитывающий двух­осное напряженное состояние труб

Толщина стенки с учетом продольных осевых сжимающих напряжений

(мм)

Диаметры труб и как они зависят от способа изготовления + таблица и примеры

Отправим материал на почту

Диаметр трубы – её главный параметр, полагаясь на который можно определить её сферу применения, длину, характеристики. Все параметры должны соответствовать единым нормам, установленным действующим законодательствам. Всю информацию об оптимальном размере труб можно узнать в ГОСТе. В случае несоответствия продукции нормам, производитель понесёт наказание, а система будет нуждаться в замене. Нормы прописывались не просто так, в случае их нарушения повышается риск возникновения опасных ситуаций или поломок. Разумеется, нельзя грести всех под одну гребёнку, ведь существует несколько видов труб, каждый из которых пригоден для отдельной сферы применения.

Виды стальных труб

Диаметры стальных труб немаловажный, но не единственный критерий. Большую роль в возможности дальнейшей эксплуатации отыгрывает способ изготовления. Существует несколько типов:

  • Прямошовные. Для изготовления электросварных труб приходиться использовать листовую сталь. Суть производства проста: материал сгибают до необходимого диаметра, после чего фиксируют конструкцию в таком виде. Для соединения краёв используется обычная сварка. Благодаря этому, ширина шва снижается до минимума. Для контроля качества выпускаемой продукции производитель сверяет соответствие характеристик с регламентированными нормами, установленными в соответствующих разделах: ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80 ГОСТ 10706-76.
  • Соответствие трубы 10706-26 – отличный показатель, способен немало рассказать о продукте. Как показывает практика, это одно из самых выгодных предложений на рынке, если полагаться на критерий цены/качества. Подобные трубы укрепляются дважды изнутри и снаружи, благодаря чему могут похвастаться долгим эксплуатационным сроком. Размер составляет от 10 до 1420 миллиметров.
  • При использовании стали в рулонах получаются спиральношовные трубы. Их шов значительно больше предшественников, что негативно сказывается на характеристиках. Например, такая труба будет в разы хуже справляться с высоким внутренним давлением.
  • Бесшовные представители оправданно считаются лучшими. Процесс их изготовления в разы сложнее, но может быть произведён даже без использования высоких температур. Благодаря отсутствию шва, давление распределяется равномерно, отсутствуют слабые места.

Чтобы понять, какой вид лучше всего закупать, необходимо определиться с поставленными задачами. Если оказываемая нагрузка будет небольшой, подойдёт и спиральношовный вариант. Если же системе предстоит справляться с действительно тяжёлыми задачами, лучше отдать предпочтение бесшовному аналогу. Экономить не стоит, как говориться: «Скупой заплатит дважды». Лучше сразу сделать всё качественно, нежели потом совершать многочисленные доработки.

Какие бывают диаметры (+ таблица с размерами)

Важно ориентироваться не только в видах труб, но и в типах диаметра. Если взять для расчёта не те данные, из строя может выйти вся система. Чтобы не допустить распространённых ошибок, важно ознакомиться со всеми нормами и понятиями.

Крайне непрофессионально использовать исключительно теоретический диаметр трубы для проведения расчётов. Да, это удобно, быстро, но ненадёжно. Чтобы понять, как измерить диаметр, нужно определиться с тем, какой именно параметр необходимо определить. Существует несколько значений, необходимых для корректных расчётов:

  • Условный проход. Это размер трубы от стенки к стенке, измеряемый в миллиметрах. При использовании дюймовой измерительной системы необходимо округление, что может негативно сказаться на точности результатов. Понятие необходимо при соединении нескольких элементов, например, трубы и фитинга.
  • Толщина стенок отыгрывает далеко не последнюю роль в точности расчётов. Благодаря понятию можно легко определить прочность и надёжность системы, рассчитать максимальные нагрузки и определить пригодность трубы для той или иной сферы применения.
  • Наружный диаметр – внутренний диаметр, к которому прибавлена толщина стенок.
  • Номинальный диаметр – аналог условного прохода, просчитанный более точными методиками.

Измерение диаметра трубы

Важно определить, в какой единице измерения должен быть результат. Это могут быть как дюймы, так и миллиметры. Намного удобнее использование метрической системы. Подобный подход позволяет более точно определить конечные характеристики полученной системы. Несмотря на это, чаще всего используются именно дюймы. Благодаря им результат можно легко округлить, что упрощает задачу, но снижает точность показателей. Стоит отметить, что разница совершенно незначительна. Для более чёткого понимания, рекомендуется ознакомиться с размерами труб в дюймах и миллиметрах. Таблица позволит легко адаптироваться, научиться понимать незнакомые размеры. Таблица диаметров стальных труб:

Условный диаметр Дюймы
150 6
200 8
250 10
300 12
350 14
400 16
500 20

Таблица размеров диаметров стальных труб разрабатывалась таким образом, чтобы пропускная способность увеличивалась до 50 процентов во время увеличения индекса. В целом же, 1 дюйм составляет 25,4 миллиметра. Например, 86,36 миллиметров – размер трубы в 3,4 дюйма. Диаметр трубы в 1-2 дюйма – 25,4 – 50,8 миллиметров.

Нередко можно прочесть о том, что в данной ситуации отлично подойдёт средний размер. Порой, не совсем понятно, какой размер относиться к большому, какой к маленькому. Первым делом требуется определить, какой именно диаметр указан в рекомендациях. Если речь идёт о внешних диаметрах, следует полагаться на следующие параметры:

  • менее 102 – маленькие;
  • 102 – 246 – средние;
  • 425 и более – большие.

Внутренний диаметр зачастую не сильно отличается от внешнего, он это не означает, что его измерением можно пренебречь.

Расчёт внутреннего диаметра трубы

Чтобы определить внутренние размеры, необходимо узнать внешние данные. Для этого следует взять рулетку и обвести её вокруг трубы. После полученное число следует умножить на 3,1415 (число П).

Для определения внутреннего диаметра необходимо знать толщину стенок. Данное значение необходимо умножить на 2, после чего отнять результат от внешнего диаметра.

Перед закупкой труб необходимо определить задачи, которые будет выполнять установленная система. В случае, если требуется высокая устойчивость к внутреннему давлению, лучше всего использовать бесшовный вариант. Если же нагрузки будут минимальными, выбор значительно увеличивается, шов может быть как маленьким, так и огромным. Это слабое место, которое может не выдержать серьёзного напряжения. Полагаясь на данные, полученные временем, лучше не использовать самые дешёвые варианты.

Диаметр труб также отыгрывает большую роль в дальнейшей эксплуатации. Для измерения следует воспользоваться простой формулой: длинна умноженная на число П. Если же речь о внутреннем диаметре, достаточно отнять от полученных результатов толщину стенки, умноженную на 2.

Перед приобретением трубы важно определить конкретные задачи. Если это небольшая или нерегулярная нагрузка, подойдут бюджетные варианты. В противном случае нужны исключительно бесшовные модели. Благодаря надёжной структуре такая труба не будет нуждаться в ремонте максимально длительный период.

Читать еще:  Что делают из профильной трубы?

Видео описание

Подробнее, как разобраться с диаметрами труб в видео:

Заключение

Расчёт диаметра следует начать с определения необходимых параметров. Диаметр может быть внутренним, внешним, номинальным. Для расчётов чаще всего используется внутренний. Если человек знает внешний диаметр, можно легко определить толщину стенки (и наоборот). Благодаря этому можно рассчитать прочность системы. Пожалуй, это главное, что должно интересовать заказчика, ведь некачественное выполнение работы может доставить дискомфорт тем или иным людям.

Как вычислить толщину стенки трубы?

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИК БЕЛАРУСЬ

«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

к выполнению курсового проекта

«СООРУЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

для студентов специальности 70 05 01 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

очной и заочной форм обучения

Одобрены и рекомендованы к изданию

Методической комиссией инженерно-технологического факультета

Кафедра «Трубопроводного транспорта, водоснабжения и гидравлики»

Л.М. СПИРИДЁНОК, доцент кафедры ТТВиГ, кандидат технических наук

А.И. БОНДАРЧУК, старший преподаватель кафедры ТТВиГ

В.К. ЛИПСКИЙ, заведующий кафедрыТТВиГ доктор технических наук, профессор

А.Г.КУЛЬБЕЙ, доцент кафедры ТТВиГ кандидат технических наук

В первой части методических указанийосвещены вопросы о проведении расчетов по сооружению переходов через препятствия: приведены расчеты на прочность (для кожуха), расчеты по подбору балластирующих устройств, по методам строительства переходов на выбор студента, с целью анализа профиля и геологических параметров участка.

Вторая частьметодических указаний направлена на проектирование площадочных объектов строительства – сооружение вертикальных стальных резервуаров. В этой части освещены вопросы о проведении расчетов на прочность и герметичность стенки, проектирование днища и выбор типа крыши с учетом заданных параметров.

©Полоцкий государственный университет, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ЧАСТЬ 1. СООРУЖЕНИЕ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ……………………………………………………….. 3
РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ………. 5
1.1 Определение толщины стенки трубы……………………………… 5
1.2 Расчет напряжений, действующих на трубопровод………………. 7
1.3 Проверка прочности трубопровода………………………………… 8
РАЗДЕЛ 2. СТРОИТЕЛЬСТВО ПЕРЕХОДА ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ…………………………………. 10
2.1 Расчет подводного перехода…………………………………………. 10
2.1.1 Расчет устойчивости подводного трубопровода………………… 10
2.1.2 Расчет объема земляных работ в русловой и береговой части перехода…………………………………………………………………… 14
2.2 Расчеты по методу строительства…………………………………… 15
2.2.1 Протаскивание……………………………………………………. 15
2.2.1.1 Расчет тягового усилия при протаскивании трубопровода…… 15
2.2.1.2 Расчет тягового троса……………………………………………. 17
2.2.1.3 Расчет скорости протаскивания…………………………………. 18
2.2.2 Погружение трубопровода с поверхности воды………………….. 19
2.2.3 Пример расчета погружения с поверхности воды……………….. 22
РАЗДЕЛ 3. СТРОИТЕЛЬСТВО ПЕРЕХОДА ЧЕРЕЗ ИСКУССТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ……………………………… 25
3.1 Расчет футляра трубопровода………………………………………. 25
3.1.1 Расчет перехода через автодорогу……………………………….. 25
3.1.2 Примера расчета перехода под автодорогой……………………. 31
3.1.3 Расчет трубопровода через железнодорожный переезд…………………………………………………………………….. 34
3.2 Расчеты по методу строительства…………………………………… 35
3.2.1 Продавливание……………………………………………………… 35
3.2.2 Горизонтальное бурение…………………………………………… 36
3.2.3 Пример расчет кожуха методом горизонтального бурения…….. 45
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ на курсовое проектирование на тему «Сооружение переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия»………………………………………….. 49
ЧАСТЬ 2. «СООРУЖЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА»…………………………………………………………. 50
РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ КРЫШИ СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА…….. 50
1.1 Стационарная крыша…………………………………………………. 50
1.1.1 Расчет конической самонесущей крыши…………………………. 50
1.1.2 Пример расчета самонесущей крыши стального резервуара……. 53
1.1.3 Расчет конической каркасной крыши…………………………….. 54
1.1.3.1 Коническая крыша с центральной стойкой…………………….. 56
1.1.3.2 Пример расчета конической крыши с центральной стойкой…. 59
1.1.3.3. Коническая крыша без центральной стойки…………………… 62
1.1.3.4 Пример расчета конической крыши без центральной стойки… 66
1.1.4 Расчет сферической крыши………………………………………. 69
1.1.4.1 Характеристика купола…………………………………………. 69
1.1.4.2 Нагрузка на купол………………………………………………… 70
1.1.4.3 Расчет радиальных балок сферы………………………………… 71
1.1.4.4 Расчет кольцевых элементов…………………………………….. 73
1.1.5 Пример расчета сферической крыши……………………………. 77
РАЗДЕЛ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНКИ СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА……………………………………………………………. 89
2.1 Расчет стенки резервуара на прочность…………………………….. 89
2.2 Пример расчета толщины стенки пояса резервуара……………….. 93
2.3 Расчет стенки резервуара на устойчивость…………………………. 94
2.4 Пример расчета редуцированной высоты………………………….. 99
2.5 Пример расчета стенки резервуара на устойчивость………………. 100
РАЗДЕЛ 3. РАСЧЕТ ОКРАЙКИ ДНИЩА РЕЗЕРВУАРА………… 103
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ на курсовое проектирование на тему «Сооружение вертикального стального резервуара» 104
Список использованнойлитературы.…………………………………… 105
Приложение А – Перечень газовых месторождений и состав газа…… 106

ЧАСТЬ 1. СООРУЖЕНИЕ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ

ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ

РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ

Определение толщины стенки трубы

Расчет трубопровода на прочность ведется в соответствии с [1].

Зная диаметр проектируемого трубопровода и его рабочее давление, выбираем класс прочности стали, из которой эти трубы изготавливают согласно [2] или [3] (для газопроводов).

Определяем расчетную толщину стенки по следующей формуле:

(1.1)

– коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему рабочему давлению в трубопроводе), выбирается в соответствии по таблице 1.

Расчет толщины стенки трубопровода

Расчет толщины стенки трубопровода

Пример расчета.

Исходные данные:
Трубы стальные прямошовные электросварные ГОСТ 20295-85, из стали 17Г1С по ГОСТ 192811-89* в ППУ изоляции, Дн=530х9мм;
Расчетное давление Р=1,6МПа;
Расчетная температура Т=150С°;
Срок службы теплосети tс=30лет.

В соответствии с РД 153-34.1-17.465-00 принимаем агрессивность сетевой воды (трубопроводы тепловых сетей) как допустимую скорость коррозии V1=0,085мм/год.

Расчет.

Номинальная толщина стенки прямой трубы должна быть не менее определяемой по формуле:

где Sr — расчетная толщина стенки трубопровода по заданным значениям расчетного давления и номинального допускаемого напряжения.
Sr = P*Da/(2φ*+P) , мм

где Р — расчетное давление — 1,6МПа;
Da — наружный диаметр трубы, мм;
φ — коэффициент прочности продольного сварного соединения. В соответствии с п.4.2.1.1 РД-10-249-98 принимается φ=1;
— номинальное допустимое напряжение для стали 17Г1С и температуры Т=150С° принимается равным 171МПа (табл. 2.2 РД-10-249-98).
С — суммарная прибавка к расчетной толщине стенки трубопровода.
С = С1+С2 , мм
где С1 — минимальное отклонение толщины стенки трубы принимается по ГОСТ 19903-74;
С2 — эксплуатационная прибавка на коррозию.
С2 = С21+С22

Sr = P*Da/(2φ*+P) = 1,6*530/(2*1*171+1,6) = 848/343,6 = 2,47мм

С1 = -0,8мм для диапазона толщиной 7,5-10мм (ГОСТ 19903-74 табл.3)
В соответствии с СТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА 10.001-2009 при сроке службы 30 лет прибавка на коррозию составит

С22 = tc*V1 = 30*0,085 = 2,55мм

Учитывая п.5.4.9 СТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗА 10.001-2009 принимается V2=0.

С22 = tc*V2 = 30*0 =0мм ;

С2 = 2,55 + 0 = 2,55мм .

Для Дн=530 из стали 17Г1С.

Sr = 2,47мм; С1 = 0,8мм; С2 = 2,55мм.

Sтреб. = 2,47 + 0,8+ 2,55 = 5,82мм .

Расчет толщины стенок трубопровода

При проектировании трубопровода всегда возникает необходимость учета его эксплуатационных качеств и себестоимости всей системы. Важный элемент момент — это себестоимость его главного элемента — труб. Трубы должны быть, с одной стороны, достаточно прочными, чтобы перекачивать по ним нефть или нефтепродукты с расчетным давлением. Но при этом они не должны быть слишком дорогими. Поэтому еще на стадии проектирования трубопровода встает задача расчета прочности и, как следствие, толщины стенок магистрального трубопровода.

На трубу, по которой двигается нефть, влияют разные факторы, но принципиальное значение для оценки необходимой толщины стенок имеет внутреннее давление. Вместе с тем, необходимо учитывать и свойства материала, из которого сделана труба, в частности, расчетное сопротивление растяжению. Все эти параметры на стадии проектирования рассчитываются согласно соответствующим Строительным Нормам и Правилам (СНиП).

Расчетное сопротивление растяжению неразрывно связано со свойствами самого металла, из которого делалась труба. Еще на стадии выплавки стали в заводских условиях делаются соответствующие необходимые анализы и их результат указывается в соответствующем сертификате на сталь. Специалисты также говорят о классе прочности стали.

Однако стальная труба будет эксплуатироваться в условиях, которые будут далекими от идеальных, и прежде всего необходимо учитывать коррозию, как с внешней стороны, так и внутри самой трубы. Для оценки агрессивности среды, в которой будет работать трубопровод, производятся специальные анализы в ходе инженерно-геологического изучения грунтов по проектируемой трассе нефтепровода.

Также изучается агрессивность перекачиваемого продукта по отношению к стали. Продукт может быть слабоагрессивным, поражая сталь на глубину менее 0,01 мм в год, а может быть очень агрессивным, тогда скорость поражения будет превышать 0,5 мм в год, то есть быстрее в 50 раз.

Большое значение может иметь поведение стали при переменных термических нагрузках, например, при нагревании и охлаждении, а также в случае, если в трубе перекачивается горячая жидкость, а ее внешняя поверхность находится в низкотемпературной среде.

Читать еще:  Сантехника как соединять трубы?

Все эти исследования проводятся на чистой стали, без учета наносимых изолирующих покрытий, то есть в самых тяжелых для трубы условиях. В зависимости от результатов исследований, инженеры приходят к необходимости добавления в расчеты толщины стенки специальных коррелирующих коэффициентов. Учитывается также и такой важный параметр, как расчетное время эксплуатации трубопровода, которое может измеряться десятилетиями.

Все указанные параметры в итоге позволяют рассчитать толщину стенки трубопровода, с учетом выбранного внешнего диаметра труб и рабочего давления в системе. Следует учесть, что все данные расчеты служат для оценки параметров проектируемого трубопровода. До начала строительства должны пройти тестовые испытания конкретных труб, возможно, какие-то решения будут изменены или вместо одних технических решений будут реализованы другие.

Расчет трубы на прочность

. огромных колонн зданий и сооружений, корпусов самых разнообразных установок и резервуаров.

Труба, имея замкнутый контур, обладает одним очень важным преимуществом: она имеет значительно большую жесткость, чем открытые сечения швеллеров, уголков, С-профилей при одинаковых габаритных размерах. Это означает, что из труб конструкции получаются легче – их масса меньше!

Выполнить расчет трубы на прочность при приложенной осевой сжимающей нагрузке (довольно часто встречающаяся на практике схема) на первый взгляд довольно просто – поделил нагрузку на площадь сечения и сравнил полученные напряжения с допускаемыми. При растягивающей трубу силе этого будет достаточно. Но не в случае сжатия!

Есть понятие — «потеря общей устойчивости». Эту «потерю» следует проверить, чтобы избежать позднее серьезных потерь иного характера. Подробнее об общей устойчивости можете при желании почитать здесь. Специалисты – проектировщики и конструкторы об этом моменте хорошо осведомлены.

Но есть еще одна форма потери устойчивости, которую не многие проверяют – местная. Это когда жесткость стенки трубы «заканчивается» при приложении нагрузок раньше общей жесткости обечайки. Стенка как бы «подламывается» внутрь, при этом кольцевое сечение в этом месте локально значительно деформируется относительно исходных круговых форм.

Предложенная далее программа выполняет комплексный проверочный расчет трубы на прочность и устойчивость в Excel при воздействии внешних нагрузок и давлений на круглую обечайку.

Для справки: круглая обечайка – это лист, свернутый в цилиндр, кусок трубы без дна и крышки.

Расчет в Excel основан на материалах ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. (Издание (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97, 4-2005)).

Цилиндрическая обечайка. Расчет в Excel.

Значения для первых 5-и исходных параметров следует взять в ГОСТ 14249-89. По примечаниям к ячейкам их легко найти в документе.

В ячейки D8 – D10 записываются размеры трубы.

В ячейки D11– D15 пользователем задаются нагрузки, действующие на трубу.

При приложении избыточного давления изнутри обечайки значение наружного избыточного давления следует задать равным нулю.

Аналогично, при задании избыточного давления снаружи трубы значение внутреннего избыточного давления следует принять равным нулю.

В рассматриваемом примере к трубе приложена только центральная осевая сжимающая сила.

Внимание. В примечаниях к ячейкам столбца «Значения» содержатся ссылки на соответствующие номера приложений, таблиц, чертежей, пунктов, формул ГОСТ 14249-89.

Программа вычисляет коэффициенты нагрузок – отношения действующих нагрузок к допускаемым. Если полученное значение коэффициента больше единицы, то это означает, что труба перегружена.

В принципе, пользователю достаточно видеть только последнюю строку расчетов – суммарный коэффициент общей нагрузки, который учитывает совместное влияние всех сил, момента и давления.

По нормам примененного ГОСТа труба ø57×3,5 из Ст3 длиной 3 метра при указанной схеме закрепления концов «способна нести» 4700 Н или 479,1 кг центрально приложенной вертикальной нагрузки с запасом

Но стоит сместить нагрузку от оси на край сечения трубы – на 28,5 мм (что на практике может реально произойти), появится момент:

М =4700*0,0285=134 Нм

И программа выдаст результат превышения допустимых нагрузок на 10%:

Не стоит пренебрегать запасом прочности и устойчивости!

Всё — расчет в Excel трубы на прочность и устойчивость закончен.

Заключение

Конечно, примененный стандарт устанавливает нормы и методы именно для элементов сосудов и аппаратов, но что нам мешает распространить эту методику на другие области? Если вы разобрались в теме, и запас, заложенный в ГОСТе, считаете чрезмерно большим для вашего случая – замените значение коэффициента запаса устойчивости ny с 2,4 на 1,0. Программа выполнит расчет вообще без учета какого-либо запаса.

Значение 2,4, применяемое для рабочих условий сосудов, может служить в иных ситуациях просто ориентиром.

С другой стороны — очевидно, что, рассчитанные по нормативам для сосудов и аппаратов, стойки из трубы будут работать сверхнадежно!

Предложенный расчет трубы на прочность в Excel отличается простотой и универсальностью. С помощью программы можно выполнить проверку и трубопровода, и сосуда, и стойки, и опоры – любой детали, изготовленной из стальной круглой трубы (обечайки).

Уважающих труд автора прошу скачать файл с программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в конце статьи!

Онлайн калькулятор по расчету исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним давлением.

Калькулятор онлайн рассчитывает минимальную расчетную толщину стенки и исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки согласно ГОСТ-52857.2-2007 [1].

Расчетная температура стенки T, °С

Внутренний диаметр обечайки D, мм

сталь аустенитного класса

сталь аустенито-ферритного класса

алюминий и его сплавы

медь и ее сплавы

титан и его сплавы

определение допускаемого напряжения – стандарное значение

[σ] = – пользовательское значение

идет расчет суммы прибавок к расчетной толщине

идет определение расчетной толщины стенки обечайки

идет расчет исполнительной толщины стенки обечайки

идет расчет числа для проверки условий применимости

идет проверка условия применения расчетных формул

Спасибо, что не прошели мимо!

I. Порядок действий при расчете минимальной толщины стенки обечайки:

  1. Для проведения расчета требуется ввести расчетное давление p, расчетную температуру T, внутренний диаметр D, соответствующие прибавки к толщине стенки c1, c2, c3 и коэффициент прочности продольного сварного шва, который как правило равен единице. Также необходимо выбрать марку материала, из которого будет изготовлена обечайка.
  2. По введенным данным программа автоматически вычисляет допускаемые напряжения для выбранного материала при расчетной температуре, согласно ГОСТ-52857.1-2007 или можно ввести свое значение. выбрав соответствующую опцию.
  3. В результате расчета программа в режиме онлайн выдает исполнительную и расчетную толщину стенки, а также проверяет условия применимости формул.
  4. На рисунке справа приведены необходимые размеры.
  1. Использование данного онлайн калькулятора позволяет рассчитать необходимую минимальную толщину стенки обечайки под действием внутреннего давления согласно ГОСТ-52857.2-2007 по известным величинам расчетного давления, расчетной температуры, внутреннего диаметра и марки материала.
  2. Допускаемые напряжения определены согласно ГОСТ-52857.1-2007.

ПроСопромат.ру

Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания

Пример расчета трубопровода

Расчет стальных труб наружных сетей водоснабжения и водоотведения. Расчет трубопровода.

Требуется: выбрать марку, группу и категорию стали и определить толщину стенки стального водовода диаметром 900 мм (de=0,92м) для следующих условий строительства и эксплуатации:

расчетное внутреннее давление р=2,5 МПа,

глубина заложения (до верха трубы) h=3 м,

— по степени ответственности водовод относится к 1 классу,

— прокладка в траншее с откосами 1:1,5 с шириной по дну 1,4 м на плоском грунтовом основании с нормальной степенью уплотнения грунтов засыпки,

— грунты: гравелистые пески средней крупности (Гэ- I) с нормативным удельным весом γn=16,7 кн/м 3 и модулем деформации Е=7 МПа,

расчетная транспортная нагрузка НГ-60,

— расчетная температура наружного воздуха в районе строительства

— на водоводе установлена противовакуумная аппаратура.

1.Определение внешних нагрузок

где: b=1,4+2∙1,5∙0,92=4,16 м,

B=0,125E=0,125∙7=0,875 МПа,

k=1,

Нагрузки от НГ-60 и веса жидкости принимаем:

F=9,5 кН/м и F=3,55 кН/м.

Ограничимся вариантом стали ВСт3пс2 с Ry= 223 МПа.

Из условия прочности:

Удовлетворяет уравнению t1 =6 мм.

Из расчета по деформации:

Удовлетворяет уравнению t2 ≥7 мм.

Расчет на внутреннее давление требует меньшей толщины стенки, а условие устойчивости удовлетворяется.

Значит, принимаем трубу Ø920 толщиной стенки t=7 мм из стали ВСт3пс2.

Таким образом, укладка в узкую прорезь позволяет снизить толщину стенки на 1мм, что дает экономию стали 22,4 тонны на 1км трубопровода.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector