Як порахувати площу труби – способи та формули розрахунку

Зміст:

Для чого потрібні геометричні обчислення
Формули розрахунку
Обчислення площі перерізу
Обчислення площі зовнішньої поверхні труби
Обчислення площі внутрішньої поверхні труби

Проєктування будь-якого трубопроводу - відповідальна справа, від якісного проведення якої залежить швидкість, дешевизна та навіть сама можливість подальших робіт. Основна частина такого проєктування - розрахунок геометричних параметрів елементів системи: площі труби (в перерізі), площ зовнішньої поверхні труби та внутрішньої. На цих параметрах будуються всі подальші розрахунки, в тому числі гідравлічні, термодинамічні та міцнісні. Найпростішим методам обчислення параметрів труб присвячена ця стаття.

Для чого потрібні геометричні обчислення

Перш ніж почати заміряти або дізнаватися вихідні розміри, необхідно усвідомити, для яких цілей послужать вироблені обчислення.

Таких цілей кілька:

1. Обчислення термодинамічних параметрів системи. Формула площі поверхні труби необхідна при розрахунку тепловіддачі окремої труби, ділянки трубопроводу або, приміром, теплої підлоги. Для того щоб дізнатися ці параметри, необхідно вирахувати загальну площу виробу або системи, з якої в навколишнє середовище відбувається тепловіддача.
2. Розрахунок тепловтрат за напрямом «джерело тепла - опалювальний прилад». У цьому випадку найбільша втрата теплової енергії відбувається на найдовшій ділянці з найбільшою площею контакту з навколишнім середовищем, тобто знову-таки в трубах. Тому, як і в попередньому випадку, дізнавшись площу поверхні тепловіддачі, можна, базуючись на цьому значенні та кількості тепла, що виділяється у вихідній точці, спланувати число і розмір опалювальних приладів у майбутній системі. Читайте також: "Як розрахувати площу поверхні труби – приклади розрахунку зовнішньої та внутрішньої площі".
3. Оцінка необхідної кількості теплоізоляційних матеріалів. При роботі труб в умовах холодного клімату або різких перепадів зовнішньої температури без використання утеплювача не обійтися, а щоб розрахувати точну його кількість, необхідно знайти площу труб (в цьому випадку зовнішню), які потрібно покрити термоізоляційним шаром. Слід зазначити, що в промислових масштабах правильний розрахунок кількості утеплювача допоможе значно заощадити кошти підприємства, скоротивши витрати на непередбачений ремонт (якщо утеплювача закупили менше і труби промерзли), і на непотрібний матеріал. Втім, невеликий запас утеплювача при закупівлі все ж таки необхідний.
4. Розрахунок кількості грошових коштів, необхідних для придбання потрібної кількості матеріалів, антикорозійних покриттів, барвників і т. п. наприклад, спосіб, як порахувати площу труби під фарбування, досить простий: необхідне значення розраховується за допомогою двох параметрів – довжини труби та зовнішнього діаметра (про формулу розрахунку нижче). Другий крок – отримання даних про витрату покриття на квадратний метр поверхні (або приведення вихідного значення до метричних одиниць). Після цього можна обчислити необхідну кількість фарби на всю довжину труби або трубопроводу. Як і в попередньому випадку, точний розрахунок допоможе скоротити витрати на закупівлю фарбувальних речовин. У разі ж, коли витрата матеріалу значно більше запланованого, слід або зменшити неефективну товщину покриття, або задуматися про навмисні або випадкові втрати у процесі виробництва, пакування або використання продукції.
5. Обчислення максимальної пропускної здатності труби. Розберімося, як розрахувати пропускну здатність труби правильно. У цьому випадку необхідний розрахунок площі перерізу труби. Спираючись на отримане максимальне значення продуктивності, розраховують (у відсотковому співвідношенні) і робоче, яке в підсумку і використовується в технологічній схемі. Слід зазначити, що і розрахунок прохідності труби важливий для проєктування трубопроводів. Помилка в меншу сторону призведе до загрози частих засмічень і, відповідно, до необхідності позапланових ремонтів. Відхилення в більшу сторону загрожує недостатнім гідравлічним тиском, що вдаряє по продуктивності, і, в разі конструювання теплопередаючих установок, надмірними втратами тепла під час роботи та простою.

Формули розрахунку

Багато людей недолюблюють математичні розрахунки, однак, оскільки труба – простий порожнистий циліндр правильної форми, формули площі перерізу труби та зовнішньої та внутрішньої площ поверхні прості, а обчислення проводяться в одну дію.

Обчислення площі перерізу

Перетин труби – це правильне коло, за умови вірної обрізки, коли торці перпендикулярні до поздовжньої осі виробу.

Площа кола розраховується за формулою:

S=πR^2=π D^2/4,

де π=3,1415926, R – зовнішній радіус кола, D – зовнішній діаметр.

Враховуючи товщину стінок труби, розрахунок площі труби проводять за формулою:

S=〖π(R-l)〗^2=〖π(D/2-l)〗^2,

де l – товщина стінки труби.

Якщо в першій формулі прийняти R і D не зовнішніми, а внутрішніми діаметрами, то враховувати товщину стінки не знадобиться, і розрахунок можна вести по першому рівнянню.

Потрібно розуміти, що перед тим, як обчислити площу труби в перерізі, всі вихідні параметри слід привести до однакових одиниць вимірювання (детальніше: "Як розрахувати площу перерізу труби – прості та перевірені способи"). В принципі, за бажанням розрахунки можна вести в будь-яких одиницях – міліметрах, сантиметрах, метрах і т. д., головне при проведенні подальших обчислювальних операцій призвести значення площі до стандартного вигляду (квадратних метрів).

Слід ще враховувати, що в напірних трубопроводах робоче середовище переміщається по всьому об'єму труби, а в разі влаштування самопливної конструкції рідина заповнює собою лише частину об'єму труби – так званий живий перетин (прочитайте також: Як розрахувати об'єм труби – поради з практики"). При гідравлічних розрахунках таких систем, відповідно, враховується саме площа живого перерізу труби, тобто площа поперечного перерізу потоку, що переміщається в ній.

Обчислення площі зовнішньої поверхні труби

Порада: Використовуйте наші будівельні калькулятори онлайн, і ви виконаєте розрахунки будівельних матеріалів або конструкцій швидко та точно.

Як і в попередньому випадку, можна знайти площу труби через діаметр. Формула розрахунку також досить проста, адже розгортка площі циліндра являє собою прямокутник, для якого довжина однієї сторони дорівнює довжині окружності зовнішнього перерізу, другий – довжині відрізка труби.

Відповідно, формула площі труби має вигляд:

S=2πRL=πDL,

де R – зовнішній радіус виробу, D – зовнішній діаметр, L – поздовжня довжина труби.

Як і в попередньому випадку, розрахунок необхідно вести в однакових одиницях (наприклад, якщо діаметр труби дорівнює 15 мм, а довжина – 1,5 м, то при перерахунку потрібно використовувати або значення 15 і 1500 мм, або 0,015 і 1,5 м).

Ґрунтуючись на величині площі зовнішньої поверхні труби, розраховують необхідну кількість фарбувальних теплоізоляційних матеріалів або речовин.

Обчислення площі внутрішньої поверхні труби

Площу обчислюють за тією ж формулою, замінюючи значення R і D відповідно на внутрішні радіус і діаметр.

Можна обчислити необхідне значення і з урахуванням зовнішніх значень і товщини стінок виробу:

S=2π(R-l)∙L=2π(D/2-l)∙L

Обчислення внутрішньої площі виробу дозволяє проводити гідродинамічні розрахунки, що враховують внутрішню шорсткість.

З цим параметром пов'язано кілька закономірностей:

• при збільшенні діаметра труби вплив шорсткості на рух потоку послаблюється;
• якщо внутрішня поверхня труби має схильність до утворення відкладень (наприклад, у разі сталевих труб), з часом площа внутрішньої поверхні та внутрішнього перерізу змінюються, а пропускна здатність виробу падає.

Як можна переконатися, формули обчислення основних геометричних параметрів труб досить прості та можуть застосовуватися в розрахунках як спеціалістами, так і новачками.