Как видите, для различных используемых параметров труб принято рассчитывать поперечное сечение, внешнюю и внутреннюю поверхность трубы.
Как рассчитать параметры труб
Трубы не всегда используются для транспортировки жидкостей или газов в строительстве зданий и сооружений. Они часто используются как строительный материал — в качестве каркасов для различных зданий, опор для навесов и т.д. При проектировании систем и конструкций необходимо рассчитывать различные свойства их компонентов. В этом случае процедура называется расчетом трубопровода и включает в себя как измерения, так и расчеты.
В современных конструкциях используются не только стальные или оцинкованные трубы. Выбор уже достаточно широк — ПВХ, полиэтилен (ПНД и ПВД), полипропилен, металлопластик, гофрированная нержавеющая сталь. Они хороши тем, что весят не так много, как их стальные аналоги. Однако при транспортировке полимерных изделий в больших количествах желательно знать их вес, чтобы понять, какая машина требуется. Вес металлических труб имеет еще большее значение — доставка осуществляется в зависимости от грузоподъемности. Поэтому рекомендуется контролировать этот параметр.
То, что вы не можете измерить, вы можете рассчитать.
Знание поверхности трубы необходимо для приобретения красок и изоляционных материалов. Окрашиваются только стальные изделия, так как они, в отличие от полимеров, подвержены коррозии. Поэтому необходимо защитить поверхность от воздействия агрессивных сред. Часто их используют для строительства заборов, каркасов для хозяйственных построек (гаражей, сараев, павильонов, бытовок), поэтому условия эксплуатации — жесткие, защита необходима, так как все каркасы требуют покраски. Здесь необходима окрашиваемая область — внешняя сторона трубы.
При строительстве системы водоснабжения для частного дома или дачи трубы прокладываются под землей от источника воды (колодца или скважины) до дома. Тем не менее, их необходимо изолировать, чтобы они не замерзли. Вы можете рассчитать количество изоляции, зная площадь внешней поверхности трубы. Только в этом случае необходимо использовать материал со значительным запасом — швы должны быть покрыты со значительным запасом.
Поперечное сечение трубы необходимо для определения пропускной способности — может ли изделие транспортировать необходимое количество жидкости или газа. Этот же параметр часто необходим при подборе диаметров труб отопления и сантехники, расчете производительности насосов и т.д.
Внутренний и наружный диаметр, толщина стенки, радиус
Трубы — это специальные изделия. Они имеют внутренний и внешний диаметр, а толщина их стенок зависит от типа трубы и материала, из которого она изготовлена. Наружный диаметр и толщина стенки обычно указываются в спецификациях.
Внутренний и внешний диаметр трубы и толщина стенки
Имея эти два значения, вы можете легко рассчитать внутренний диаметр, вычитая из внешнего диаметра удвоенную толщину стенки: d = D — 2*S. Для наружного диаметра 32 мм и толщины стенки 3 мм внутренний диаметр составляет: 32 мм — 2 * 3 мм = 26 мм.
Если у вас есть внутренний диаметр и толщина стенки, а вам нужен наружный диаметр, добавьте к имеющемуся значению удвоенную толщину штабеля.
Для радиусов (обозначаемых буквой R) все еще проще — они равны половине диаметра: R = 1/2 D. Например, найдем радиус трубы диаметром 32 мм. Просто разделите 32 на два и получите 16 мм.
Измерение с помощью толщиномера является более точным
Что делать, если у вас нет технических данных трубы? Измерить. Если точность не нужна, можно использовать обычную линейку, а для более точных измерений лучше воспользоваться толщиномером.
Расчет площади поверхности трубы
Труба представляет собой очень длинный цилиндр, а поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для расчетов необходим радиус (внутренний или внешний радиус — в зависимости от площади, которую необходимо рассчитать) и длина требуемого участка.
Формула для расчета боковой площади трубы
Чтобы найти площадь боковой поверхности цилиндра, умножьте радиус на длину, умножьте это значение на два, а затем умножьте его на «пи», чтобы получить искомое значение. При желании можно рассчитать площадь одного метра, которую затем можно умножить на нужную длину.
Например, рассчитаем внешнюю поверхность трубы длиной 5 м и диаметром 12 см. Сначала вычислим диаметр: разделите диаметр на 2 и получите 6 см. Теперь все значения должны быть переведены в одни и те же единицы. Поскольку площадь указана в квадратных метрах, сантиметры переводятся в метры. 6 см = 0,06 м. Затем внесите все в формулу. Если округлить, то получится 1,9 м2.
Чтобы найти площадь боковой поверхности цилиндра, умножьте радиус на длину, умножьте это значение на два, а затем умножьте его на «пи», чтобы получить искомое значение. При желании можно рассчитать площадь одного метра, которую затем можно умножить на нужную длину.
Для чего нужны геометрические вычисления
Прежде чем приступить к измерениям или поиску исходных размеров, необходимо четко определить, какой цели будут служить производимые вами расчеты.
Существует несколько таких целей:
- Вычисление термодинамических параметров системы. Формула для площади поверхности трубы необходима для расчета тепловой эффективности отдельной трубы, участка трубы или, например, напольного отопления. Для определения этих значений необходимо рассчитать общую площадь поверхности продукта или системы, через которую тепло передается в окружающую среду.
- Рассчитайте потери тепла в направлении «источник тепла — радиатор». В этом случае наибольшие потери тепла происходят в той части, которая имеет наибольшую площадь контакта с окружающей средой, опять же трубы. Поэтому, узнав площадь теплообмена, вы можете использовать это значение и количество отдаваемого тепла в начальной точке для планирования количества и размера радиаторов в будущей системе. Читайте также «Как рассчитать площадь поверхности трубы — примеры расчета площади внешней и внутренней поверхности».
- Рассчитайте необходимое количество изоляционного материала. При эксплуатации труб в холодном климате или при резких изменениях наружной температуры невозможно обойтись без изоляции. Чтобы рассчитать точную сумму, необходимо определить площадь поверхности трубы (в данном случае наружной), которую нужно покрыть слоем теплоизоляции. Следует отметить, что правильный расчет стоимости изоляции в промышленных масштабах поможет сэкономить деньги компании за счет сокращения расходов на непредвиденный ремонт (когда закупается меньше изоляции и трубы замерзают) и ненужные материалы. Тем не менее, на момент покупки требуется небольшой запас изоляции.
- Расчет количества денег, необходимых для покупки нужного количества смазок, антикоррозийных покрытий, красок и т.д. Например, рассчитать площадь поверхности окрашиваемой трубы довольно просто: необходимое значение рассчитывается по двум параметрам — длине трубы и внешнему диаметру (формулу расчета см. ниже). Второй шаг — определение расхода краски на квадратный метр поверхности (или перевод исходного значения в метрические единицы). Затем можно рассчитать количество краски, необходимое на всю длину трубы или воздуховода. Как и в предыдущем случае, точный расчет поможет снизить стоимость поставки краски. Если расход материала значительно превышает ожидаемый, следует либо уменьшить неэффективную толщину слоя, либо учесть преднамеренные или случайные потери при производстве, упаковке или использовании продукта.
- Расчет максимальной производительности трубы. Давайте разберемся, как правильно рассчитать мощность трубы. В этом случае необходимо рассчитать площадь поперечного сечения трубы. На основе полученного значения максимальной мощности рассчитывается работа (в процентах), которая в итоге будет использована в технологической системе. Следует отметить, что расчет проницаемости трубы также важен для проектирования трубопровода. Ошибка в меньшую сторону приводит к частым засорам и, следовательно, к незапланированному ремонту. Отклонения в большую сторону чреваты недостаточным гидравлическим напором, что влияет на производительность, а в системах теплообмена — чрезмерными потерями тепла во время работы и остановки.
Формулы расчёта
Многие люди не любят математические расчеты, но поскольку труба представляет собой простой полый цилиндр правильной формы, формулы для площади поперечного сечения трубы и площадей внешней и внутренней поверхностей просты, и расчеты выполняются в один прием.
Поперечное сечение трубы, когда она правильно разрезана и ее концы перпендикулярны продольной оси изделия, представляет собой правильный круг.
Площадь круга вычисляется по формуле:
Где π = 3,1415926, R — внешний радиус круга, а D — его внешний диаметр.
С учетом толщины стенки трубы площадь трубы рассчитывается по следующей формуле.
где l — толщина стенки трубы.
Если в первой формуле R и D приняты за внутренний диаметр, а не за наружный, то толщину стенки учитывать не нужно, и расчет может быть произведен в соответствии с первым уравнением.
Само собой разумеется, что перед расчетом площади поперечного сечения трубы все входные параметры должны быть переведены в одинаковые единицы измерения (см. подробнее: «Как рассчитать площадь поперечного сечения трубы — простые и проверенные методы»). В принципе, расчет может быть выполнен в любых единицах измерения — миллиметрах, сантиметрах, метрах и т.д. Главное, чтобы значение площади было переведено в стандартную единицу измерения (квадратный метр) при дальнейших расчетах.
Следует также отметить, что в напорных трубопроводах весь объем трубы обтекается рабочей жидкостью, тогда как в гравитационных системах жидкость заполняет только часть объема трубы, так называемую живую часть (читайте также: «Как рассчитать объем трубы — советы из практики»). При гидравлических расчетах таких систем учитывается площадь поперечного сечения трубы, т.е. площадь поперечного сечения протекающей по ней жидкости.
Вычисление площади наружной поверхности трубы
Как и в предыдущем случае, площадь трубы можно определить по ее диаметру. Формула для вычисления площади цилиндра также довольно проста, поскольку конфигурация площади цилиндра представляет собой прямоугольник, длина одной стороны которого равна длине окружности внешней части, а другая сторона — длине трубчатой части.
Поэтому формула для площади трубы выглядит следующим образом:
Где R — внешний радиус изделия, D — внешний диаметр, а L — продольная длина трубы.
Как и в предыдущем случае, расчет должен производиться в тех же единицах измерения (например, если диаметр трубы 15 мм, а ее длина 1,5 м, то при перерасчете следует использовать либо 15 и 1500 мм, либо 0,015 и 1,5 м).
Исходя из размера наружной поверхности трубы, рассчитайте необходимое количество краски или изоляции.
