Площадь сечения
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*R2. Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.
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 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.
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 * 0,0162 * 30 м = 0,0241 м3. 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.
Важность выбора необходимого диаметра
Какие металлические трубы применять для водоснабжения в квартире или доме, чтобы исключить лишние потери при транспортировке водяного потока, необходимо определить на стадии подготовки к строительству.
Как внутренний диаметр стальных труб влияет на работу трубопровода:
- использовании малой величины при высоком давлении в сети приводит к тому, что в трубопроводе появляется шум, возможно протекание в местах стыка и установки фитингов;
- превышенный размер потребует более высокого давления в системе, лишний расход электроэнергии;
- сечение трубопровода зависит от его протяженности, на длинных участках потребуются изделия большего сечения;
- влияет на размер количество мест соединения, поворотов, разветвлений, точек потребления.
Недостаточный внутренний проход водопровода приведет к нарушению равномерности распределения потока воды. При открытом кране в одном месте, напор в других точках будет низким или его не будет совсем. Это вызывает неудобство и остановку работы бытовой техники – стиральной и посудомоечной машины, бойлера.
Уменьшенное сечение трубопровода приводит к постоянному повышенному давлению в системе, она будет работать в напряженном режиме, что влечет к поломкам и снижению ее надежности. Правильный предварительный расчет с учетом законов гидродинамики позволит сконструировать работоспособную водопроводную сеть, выбрать нужные размеры труб и запорной сантехнической арматуры.
Определение диаметра в бытовых условиях
Диаметр не является единственной характеристикой, по коей различаются стальные трубы, не менее важным параметром является метод их производства, что также является ключевым моментов при их выборе.
- Прямошовные (электросварные). Для их производства применяется листовая сталь (штрипс), которую, при помощи специального оборудования изгибают до требуемого диаметра, после этого края соединяются при помощи сварки. Сварочные работы гарантируют минимальную ширину шва, что позволяет использовать данную продукцию для сооружения водопроводных и газовых магистралей. Чаще всего материалом служит углеродистая или низколегированная сталь. Показатели готовой продукции регламентируются следующими документами: ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80 ГОСТ 10706-76.
- Нужно обратить внимание на то, что труба которую изготовили в соответствии со стандартом 10706-26, обладает повышенной прочностью среди себе подобных – после того как был сделан первый соединительный шов, он укрепляется дополнительно еще двумя изнутри и двумя снаружи. Нормативные акты указывают диаметры продукции, изготовленной при помощи электросварки. Их размер составляет от 10 до 1420 мм.
- Спиральношовные. Для изготовления такого вида продукции используют сталь в рулонах. У данных изделий также есть шов, но по сравнению с предыдущим видом изделия он шире, соответственно и способность выдерживать внутреннее давление у таких труб ниже. Данную продукцию применяют при сооружении систем газопровода. Данный вид труб регламентируется ГОСТом 8696-74.
- Бесшовные. Изготовление продукции такого типа заключается в деформации специальных стальных заготовок. Деформация выполняется как с воздействием высоких температур, так и холодным методом (ГОСТ 8732-78, 8731-74 и ГОСТ 8734-75 соответственно). Отсутствие шва является положительным отражением на прочности – внутреннее давление равномерно распределяется по стенкам (не имеет «ослабленных» мест).
Касательно диаметров, то стоит заметить, что нормативные акты контролируют их производство до значения в 250 мм. При приобретении изделий, чей диаметр больше указанного, приходится только довериться добросовестности производителя.
Важно знать! Если вам нужны максимально прочные трубы, оптимальным вариантом будет приобретение бесшовной продукции колодной формовки. Первоначальные характеристики металла не изменяются из-за воздействия температур, что положительно отражается на прочности.
Также если ключевым требованием является способность выдерживать внутренние давления, наиболее подходящей на эту роль подойдут изделия круглой формы. Профильные трубы более устойчивы к механическим нагрузкам (они хорошо подходят для изготовления различного рода каркасов, несущих конструкций).
При правильном понимании обозначений этого параметра можно определить назначение и длину трубопровода, состав и общие характеристики материала, из которого изготовлен этот тип труб. В таблице международного стандарта все параметры указаны в дюймах, но проводить расчёты в метрической системе также не будет ошибкой.
Наружный диаметр
Определяет диаметр стальной трубы и в документации отмечается как Dн. Согласно этому параметру трубы делятся на три категории:
- размеры с максимальным размером 108 мм (4,25 дюймов) относят в категорию малых. Трубы таких размеров используют для установки в частных домах, квартирах и других непромышленных помещениях;
- размеры труб средних размеров варьируются в пределах 114-530 мм (4,48-20,8 дюймов) монтируют в здания промышленного назначения, а также для строительства городского водопровода;
- самая крупная категория с максимальным размером 1420 миллиметров применяется в магистралях нефте- и газопроводов.
Величина фактической пропускной способности. Обозначается как Dвн и напрямую зависит от толщины стенок S. Величина этого параметра равна значению Dн — S*2. Соответственно, внутреннее значение может и должно отличаться в наружного.
Условный диаметр
Условный проход или диаметр просвета трубы, как он называется в более редких случаях. обозначается буквосочетнием Dвн. Представляет собой значение Dвн, округленное до большего значения. Логику можно понять на следующем примере. Если внешний диаметр равняется 159 мм, а толщина стенок — 5 мм, то внутренний диаметр по факту будет 149 мм. Условный проход, в свою очередь, округлятся до 150 мм. Может рассматриваться для выбора арматуры или фитингов.
Номинальный диаметр
Это значение соответствует условному диаметру с разницей в том, что измеряется в дюймах. Главной целью введения этого параметра является потребность в стандартизации маркировок труб, состоящих из разных материалов. Так как изделия из полимеров принято подсчитывать с помощью метрической системы в миллиметрах, а стальные — имперской в дюймах, расчёты занимали слишком много времени, и, соответственно, их монтаж в одну конструкцию сопровождался большими неудобствами.
Диаметр резьбы
В силу того, что во время монтажа нужно подбирать соответствующие друг другу части именно по диаметру крепления, а не по номинальному или фактическому диаметру, зачастую, эта величина используется вместо настоящего размера.
Сегодня различают несколько наиболее популярных видов:
- с прямым швом;
- спиральношовные;
- горячедеформированные безформенные;
- бесшовные;
- холоднодеформированные бесшовные;
- водогазопроводные.
С прямым швом. Это одни из самых востребованных труб в сферах промышленности и строительства. Они используются для автомобильной, мебельной и тракторной отраслей. Очень популярны для прокладки водопроводов. Основным материалом для их изготовления используются листы из стали. Согласно стандартам наружный диаметр может быть от 10 до 1420 мм, а толщина стенок — от 1 до 32 мм. В особых случаях рассматриваются трубы с усиленным швом, что регламентируется другим ГОСТом.
Спиральношовные. Этот вид разрешен для использования в строительстве теплотрасс, магистральных водо- и нефтегазопроводов. Минимальный внешний диаметр равен 159 мм, а максимальный — 2520 мм. Толщина стенок варьируется в значениях 3.5—25 мм. При этом длина труб может быть от 10 до 12 м.
Горячедеформированные безформенные. Они отличаются толстыми стенками от 2.5 до 75 мм. Для изготовления этих моделей предусмотрена возможность нечеткого следования стандартам. Заказ на изготовление может быть изменен в соответствии с требованиями заказчика. Главным образом это касается возможности изменить толщину стенок до максимально возможной. В случаях, когда стенки получаются особо толстенными, трубы изготовляются простым способом сверлением заготовки по продольной оси.
Бесшовные. Есть два случая, когда нужны такие трубы. Первый из них — недопустимость малейшей утечки высокотоксичных материалов негазообразного вида. Так, основная отрасль их применения — химическая промышленность. Второй — установка трубопровода для переработки нефти или газа. В этом случае изделия подвержены огромному давлению изнутри, поэтому в дополнение трубы обеспечены большой толщиной стенок.
Холоднодеформированные бесшовные. По ГОСТу такой вид труб имеет наружный диаметр от 5 до 250 мм и толщиной стенок — от 0.3 до 24 мм. Стенки могут быть абсолютно разными: толсто- и тонкостенные, а также особо толстостенные и особо тонкостенные. Как и другие трубы с отсутствием швов, они используются в случаях, когда требуется максимальная надежность без утечек. Однако холоднокатанный тип популярен в авиа- и автомобилестроении, химпромышленности.
Водогазопроводные. Выделены в стандарт сугубо по назначению их применения. Их относят к прямошовному типажу, они работают с умеренным давлением. Наружный диаметр — от 10.2 до 165 мм, толщина стенок — от 1.8 мм до 5.5 мм.
Такими могут быть диаметры стальных труб
Стандартные диаметры стальных труб значительно облегчают работу проектировщиков при выборе ими для сборки того или иного типа трубопровода.
Перед тем, как говорить о том, какими бывают диаметры труб и для какого вида трубопроводной системы их можно использовать, нужно рассмотреть их основные размерные характеристики.
Итак, какие бывают диаметры стальных труб.
- Условный диаметр (Ду, Dy) – это номинальный размер (в миллиметрах) внутреннего диаметра трубы или его округленная величина, в дюймах.
- Номинальный диаметр труб (Дн Dn,).
- Наружный диаметр стальных труб. Они классифицируются именно по этому признаку: малые размеры – от 5 мм и до 102, средние размеры – от 102 мм и до 426, большие размеры — 426 мм и больше.
- Толщина стенок труб – важный сопутствующий параметр.
- Внутренний диаметр стальных труб – также их главная габаритная характеристика. Это касается и соединительных элементов — фитингов системы.
Наряду с обширным ассортиментом металлических аналогов, почти во всех сферах строительства используются сейчас и трубы из разных видов пластика. Вследствие этого и были разработаны нормативные документы, например — таблица диаметров стальных труб и их соответствия полимерным.
Они дают возможность точно осуществлять выбор труб при проектировании той или иной транспортной сети.
Условный проход(Dy) трубы, в мм
Диаметр ее резьбы (G),в дюймах
Наружный диаметр(Dh), трубы, в мм
Стальная шовная труба, водо- и газопроводная
Бесшовная стальная труба
https://si-3.ru/ploshhad-secheniya/
