W jaki sposób oblicza się siłę rury i inne ważne parametry?

Podczas instalowania rurociągów domowych, obliczenia nie są przeprowadzane, ponieważ do tych celów stosuje się rury standardowe, których wytrzymałość wystarcza, aby wytrzymać ciśnienie wody, gazu itp. Jednak w większości przypadków budowanie rurociągów przemysłowych bez konkretnych obliczeń jest niebezpieczne, ponieważ może to prowadzić do szybka awaria systemu i inne nieprzyjemne konsekwencje.

W tym artykule przyjrzymy się podstawom obliczania siły rury, a także kilku innych parametrów, które należy znać przed zbudowaniem struktury.

Obliczenia wytrzymałościowe

Muszę powiedzieć, że obliczenie wytrzymałości rury jest potrzebne nie tylko w celu zapewnienia niezawodności linii. Pozwoli to również uniknąć nadmiernych wydatków, ponieważ nadmierna wytrzymałość doprowadzi do wyższych kosztów budowy. Dlatego też projekt nie jest mniej ważnym etapem budowy rurociągu niż jego instalacja.

Tak więc obliczenia te obejmują definicję kilku podstawowych parametrów:

• Wewnętrzna średnica rury w zależności od natężenia przepływu transportowanej cieczy;
• Średnica wewnętrzna zależna od oporu hydraulicznego;
• Grubość ściany.

Każdy parametr jest określony przez pewne formuły, które przeanalizujemy poniżej.

Obliczanie średnicy wewnętrznej

Określić optymalną wewnętrzną średnicę rury przy danej prędkości przepływu płynu w rurociągu, a jej przepływ można wykonać ręcznie za pomocą wzoru - D = 4Q3600v? Y m, gdzie:

• Q - przepływ płynu, mierzony w mg / h.
• v - szybkość przepływu płynu w rurociągu, mierzona wm / s.
• y oznacza ciężar właściwy płynu o podanych parametrach, mierzony w kg / m3. Wartość ta jest brana w książkach referencyjnych.

Szybkość ruchu różnych cieczy i gazów określana jest na podstawie obliczeń, a także potwierdzona praktycznymi eksperymentami. Dlatego w obliczeniach możesz użyć następujących danych:

Z powyższego wzoru wynika, że ​​średnica przekroju rurociągu zależy od szybkości przepływu płynu. Im jest on wyższy, tym mniejsza powinna być powierzchnia przepływu, a koszty konstrukcji będą również niższe.

Opór hydrauliczny

Kiedy ciecz lub gaz przemieszczają się przez rurociąg, opór musi koniecznie powstać w wyniku tarcia transportowanego produktu o ściany rury i różnych przeszkód w systemie. Ten opór nazywa się hydraulicznym. Im wyższe natężenie przepływu i gęstość płynu, tym większy opór hydrauliczny.

Średnicę rurociągu można określić przez określoną stratę ciśnienia.

Instrukcje wykonywania tych obliczeń są następujące: D =? L? P • y • v2g kgf / cm2, gdzie:

• ?p = P1-P2 to określona lub dopuszczalna strata ciśnienia między początkowym i końcowym punktem rurociągu, mierzona w kgf / cm2.
• L to długość pnia.
• ? - współczynnik oporu hydraulicznego może wynosić 0,02-0,04.
• g - przyspieszenie ziemskie, które wynosi 9,81 m / s.

Oczywiście obliczenia te pozwalają nam określić straty ciśnienia w prostej rurze. Jeśli chodzi o wyznaczanie tego wskaźnika zbrojenia i kształtek, można stwierdzić spadek ciśnienia w prostej sekcji rury o odpowiedniej średnicy i o równoważnej długości.

Równoważna długość nazywana jest prostą sekcją rury, której oporność hydrauliczna jest równa oporowi kształtki w równych innych warunkach.

Grubość ściany

Głównym parametrem rury, która wpływa na wytrzymałość, jest grubość ścianki.

Ten wskaźnik zależy od kilku czynników:

• Wewnętrzne i zewnętrzne ciśnienie wywierane na rurę;
• Średnica rurociągu;
• Materiał, z którego wykonana jest rura i jej odporność na korozję.

Na większość rurociągów wpływa tylko ciśnienie wewnętrzne. Rurociągi próżniowe, a także systemy z płaszczem przeznaczone do podgrzewania parowego produktów łatwo hartujących lub krystalizujących, podlegają ciśnieniu zewnętrznemu.

Grubość ścian rur stalowych, na które wpływa wewnętrzne nadciśnienie, określa się obliczając wytrzymałość i dodając grubość, która jest przeznaczona na zużycie w wyniku korozji.

Aby to zrobić, użyj następującej formuły - S = Sp-C,

• Sp jest obliczoną grubością, mierzoną w mm.
• C - wzrost korozji. Z reguły jest to 2-5 mm (dla średnich agresywnych mediów).

Obliczoną grubość ścianki można uzyskać za pomocą następującego wzoru: Sp = pDn230? Dodatkowe? + P mm, gdzie:

• p - nadciśnienie wewnętrzne w rurze, kgf / cm2.
• Dn - zewnętrzna średnica rurociągu.
• ?Dop - dopuszczalne naprężenie przy zerwaniu, sgc / mm2. Wskaźnik ten można określić za pomocą podręczników, w zależności od temperatury transportowanego płynu i gatunku stali.
• ? - współczynnik wytrzymałości spoiny. Jeśli rura jest bezszwowa, to współczynnik? = 1. W przypadku rur spawanych liczba ta może wynosić 0,6-0,8, w zależności od rodzaju spoiny i rodzaju spawania.

Zwróć uwagę! Podczas instalacji rurociągu, jak również w przypadku jego naprawy, niemożliwe jest zainstalowanie oddzielnych części losowych wykonanych z niesprawdzonego lub nieznanego materiału, ponieważ może to doprowadzić do wypadku w systemie.

Trzeba powiedzieć, że przy obliczaniu rurociągów zwraca się uwagę nie tylko na grubość rur, ale także na sam materiał. Na przykład, jeśli temperatura, w której system będzie pracował, jest mniejsza niż 450 stopni Celsjusza, wówczas użyj rur wykonanych ze stali o klasie 20.

Jeśli temperatura transportowanego produktu w systemie jest wysoka, wybierz stal 12H1MF. Pozwala to na wykorzystanie rurociągów o cieńszych ściankach. W związku z tym koszt budowy zależy od grubości ścian.

Stabilność rurociągu

Przy obliczaniu autostrad oprócz wytrzymałości rurociągu ważnym parametrem jest jego stabilność w kierunku wzdłużnym.

Obliczenia te wykonywane są z warunku - S? MNcr, gdzie

• S jest podłużną równoważną siłą osiową w przekroju układu.
• m jest współczynnikiem warunków działania systemu. Ta wartość znajduje się w literaturze przedmiotu.
• Ncr - krytyczna siła wzdłużna, przy której rurociąg traci stabilność podłużną. Wartość tę należy określić zgodnie z obowiązującymi zasadami mechaniki budowli, biorąc pod uwagę początkową krzywiznę systemu, obecność balastu, który unieruchamia rurociąg i charakterystykę gleby. W obszarach mokrych należy również wziąć pod uwagę hydrostatyczne działanie wody.

Zwróć uwagę! Stabilność podłużną należy sprawdzić pod kątem zakrzywionych odcinków w płaszczyźnie zagięcia pnia. Na odcinkach prostych stabilność podłużną przekrojów podziemnych należy sprawdzić w płaszczyźnie pionowej, przyjmując założenie, że promień początkowej krzywizny wynosi 5000 m.

Podłużna równoważna siła osiowa powinna być określona w zależności od obciążeń obliczeniowych i uderzeń, biorąc pod uwagę poprzeczne i wzdłużne ruchy głównej linii.

Obliczenia przeprowadza się zgodnie z następującym wzorem:

S = 100 [(0,5-a) ~ Kc + AE3T] F

• ? - współczynnik rozszerzalności liniowej materiału rury;
• E - zmienny parametr elastyczności;
• ?t jest różnicą w projektowaniu temperatury;
• ?kc - naprężenia pierścieniowe z wewnętrznego ciśnienia obliczeniowego;
• F to przekrój poprzeczny rurociągu.

Zwróć uwagę! Podczas określania stabilności naziemnych autostrad konieczne jest obliczenie podpór kotwiących, systemów łukowych, wsporników wiszących i innych elementów konstrukcyjnych pod kątem możliwości ścinania i przechylania.

Klasy wytrzymałości rur stalowych

Aby po przeprowadzeniu wszystkich niezbędnych obliczeń wytrzymałości rurociągu łatwiej było dobrać odpowiednie rury, wprowadzono klasy wytrzymałości rur. W tym przypadku wytrzymałość produktów jest oceniana na podstawie wytrzymałości na rozciąganie metalu.

Grupa wytrzymałości rur jest oznaczona literą "K", a standardowa wartość w kgf / mm2 z 34 do 65. Na przykład, gazociągi w środkowych obszarach pasa, biorąc pod uwagę średnią temperaturę otoczenia około 0 stopni Celsjusza i ciśnienie robocze układu 5,4 MPa , wykonane są z rur o klasie wytrzymałości K52.

W warunkach Dalekiej Północy, gdzie średnia temperatura wynosi -20 stopni Celsjusza, a ciśnienie robocze w układzie ma wynosić 7,4 MPa, rurociągi gazowe są wykonane z rur o klasie wytrzymałości K55-K60.

Obliczanie masy rury

W większości przypadków, przy obliczaniu systemu może być konieczne oszacowanie masy rur, na przykład, aby skorelować ją z nośnością podpór lub po prostu przewidzieć koszty transportu.

Jednak w tym przypadku nie ma potrzeby obliczania metodą matematyczną, ile waży konkretny odcinek rury, ponieważ informacja referencyjna zawiera dokładną masę bieżącego metra różnych typów rur.

Wystarczy znać następujące informacje:

• Materiał rury;
• Średnica zewnętrzna;
• Grubość ścianki itp.

Po poznaniu masy jednego metra bieżącego wartość ta powinna być pomnożona przez liczbę metrów bieżących.

Powierzchnia

Podczas instalowania różnych autostrad, mogą wymagać izolacji, impregnacji, malowania itp. W tym celu należy określić obszar rurociągu, który pozwoli obliczyć ilość materiału. Aby wykonać to obliczenie, konieczne jest pomnożenie obwodu sekcji zewnętrznej przez długość rury.

Wzór na określenie okręgu jest następujący: L =? D. Długość odcinka rury jest oznaczona jako H.

W tym przypadku obszar zewnętrznego obwodu rury będzie wyglądać następująco - St = DH DH m2, gdzie:

• St jest powierzchnią rury, która jest mierzona w metrach kwadratowych.
• ? - Liczba "pi", która jest zawsze równa 3,14;
• D jest średnicą zewnętrzną;
• H - jak wspomniano powyżej, wskazuje długość rury w metrach.

Na przykład, istnieje rura o długości 5 metrów i średnicy 30 cm, której powierzchnia wynosi St = DH = 3,14 * 0,3 * 5 = 4,71 metra kwadratowego.

W oparciu o powyższe formuły możliwe jest również obliczenie objętości rurociągu i obszaru jego ścian wewnętrznych. Aby to zrobić, należy jedynie zmienić w obliczeniach wartość średnicy zewnętrznej o wartość wartości wewnętrznej. Wszystkie te parametry mogą być wymagane podczas instalacji krajowego rurociągu.

Wniosek

Przyjrzeliśmy się podstawom obliczania rurociągów pod względem siły i stabilności. Oczywiście podczas instalacji autostrad przemysłowych realizowany jest o wiele bardziej skomplikowany projekt, który wiąże się z szeregiem innych działań, więc ta praca jest wykonywana wyłącznie przez profesjonalistów. Jednak przy budowaniu systemu gospodarstwa domowego wszystkie niezbędne wartości można nauczyć się samodzielnie.

Z filmu w tym artykule możesz uzyskać więcej informacji na ten temat.