Как определить площадь поперечного сечения трубы

Для чего это нужно знать

Ниже рассмотрим ситуации, когда данные параметры обычно всегда необходимо учитывать в работе:

1. Знание формулы площади будет полезным, когда рассчитывается теплоотдача теплого пола или регистра отопления.Данные можно получить, исходя из общей площади, которая отдает воздуху в помещении тепло от рабочей жидкости определенной температуры.
2. Второй вариант – обратная ситуация, которая встречается также часто. Особенно, если необходимо подсчитать потери тепла по всей протяженности трубопровода к отопительному прибору. При расчете количества и размеров конвекторов, радиаторов и других приборов инструкция требует знать точно, какое количество калорий они смогут выдавать. Данные определяются с учетом площади поверхности трубопровода, транспортирующего воду.

На фото – расчет отопления 1 кв. м площади, исходя от диаметра трубопровода

1. Если вы будете знать, как посчитать площадь поверхности трубы, вы сможете закупить правильное количество теплоизоляции. Очень часто протяженность теплотрассы составляет десятки километров, поэтому точные данные помогут компаниям сохранить внушительные средства.

Калькулятор площади поверхности трубыиз стали для покрасочных работ

1. Еще один момент – затраты на покраску или антикоррозионное покрытие, цена которых иногда внушительна. В данном случае знания позволят точно рассчитать необходимый объем материала. Кроме того, так можно косвенными методами определить нерадивость исполнителей работ, если расходы на 1 м2 поверхности будут существенно возрастать.
2. Расчет площади трубы (сечение) позволит узнать максимальную проходимость изделия. Конечно, можно просто установить сразу заведомо больший диаметр, однако при больших капиталовложениях в строительные объекты данный показатель играет существенную роль в перерасходе средств.

Не стоит также забывать, что когда открывается кран горячего водоснабжения, объем жидкости в водопроводе бесцельно остывает. Большой диаметр трубы аккумулирует большое количество воды, которая в ней будет стоять, поэтому вы потратите больше тепла на нагрев помещения.

Как рассчитать сечение

1. Необходимо высчитать площадь круга и отнять толщину стенок.
2. Формула следующая: S = π(D/2-N)2.D – диаметр, N – толщина стенок.

Для гидравлических расчетов последней и ввели понятие – живое сечение.

Диаметр водопровода должен соответствовать его задачам

Расчет поверхности

Геометрическая задача, с которой вы не раз встречались на уроках, когда нужно было узнать площадь поверхности цилиндра, а, труба – это он и есть. Чтобы узнать нужную цифру необходимо знать длину окружности и высоту цилиндра (в нашем случае длину трубопровода).

Формула длины окружности – Lокр = πD, поверхности – S = πDL, где L–длина трубопровода, а D–его диаметр.

Для окрашивания можно использовать данную формулу напрямую, если же необходимо проводить теплоизоляционные работы, материала понадобиться несколько больше, так как он имеет толщину. К тому же во время процесса минеральная вата укладывается с некоторым перехлестом полотен.

Утепление стальных изделий своими руками

Рассчитываем внутреннюю поверхность

Не специалисты обязательно зададут вопрос – для чего нужно знать данный параметр? Специалисты же ответят – для гидродинамических расчетов, чтобы знать, какая площадь имеет контакт с водой во время движения по трубам.

Внутренняя поверхность пластиковых изделий не зарастает минеральными отложениями

С этим параметром есть несколько связанных нюансов:

Коррозия на внутренней поверхности уменьшает проход для рабочей жидкости

Формула расчета при этом будет такой – S=π(D-2N)L, где N–толщина стенки, L–длина трубопровода, D–его диаметр.

Расчет диаметра труб отопления

Определившись с количеством радиаторов и их тепловой мощностью, можно переходить к подбору размеров подводящих труб.

Прежде чем переходить к расчету диаметра труб, стоит затронуть тему выбора нужного материала. В системах с высоким давлением придется отказаться от применения пластиковых труб. Для систем отопления с максимальной температурой выше 90 °C предпочтительнее стальная или медная труба. Для систем с температурой теплоносителя ниже 80 °C можно выбрать металлопластиковую или полимерную трубу.

Чтобы нужное количество теплоты пришло в радиатор без задержки, следует подобрать диаметры подводящих труб радиаторов так, чтобы они соответствовали расходу воды, необходимому каждой отдельно взятой зоне.

Расчет диаметра труб отопления проводится по следующей формуле:

D = √(354 × (0,86 × Q ⁄ Δt°) ⁄ V), где:

D — диаметр трубопровода, мм.

Q — нагрузка на данный участок трубопровода, кВт.

Δt° — разница температур подачи и обратки, °C.

V — скорость теплоносителя, м⁄с.

Разница температур (Δt°) десятисекционного радиатора отопления между подачей и обраткой в зависимости от скорости потока обычно варьирует в пределах 10 — 20 °C.

Минимальным значением скорости теплоносителя (V) рекомендуется считать 0,2 — 0,25 м⁄с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха, содержащегося в теплоносителе. Верхний порог скорости теплоносителя 0,6 — 1,5 м⁄с. Такие скорости позволяют избежать возникновения гидравлических шумов в трубопроводах. Оптимальным значением скорости движения теплоносителя считается диапазон 0,3 — 0,7 м⁄с.

Пример расчета диаметра труб отопления по заданным параметрам

Исходные данные:

• Комната площадью 20 м², с высотой потолков 2,8 м.
• Дом кирпичный неутепленный. Коэффициент тепловых потерь строения примем 1,5.
• В комнате есть одно окно ПВХ с двойным стеклопакетом.
• На улице -18 °C, внутри планируется +20 °С. Разница 38 °С.

Решение:

В первую очередь определяем минимально необходимую тепловую мощность по ранее рассмотренной формуле Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860.

Получаем Qт = (20 м² × 2,8 м) × 38 °С × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 кВт×ч = 3710 Вт×ч.

Теперь можно переходить к формуле D = √(354 × (0,86 × Q ⁄Δt°) ⁄ V). Δt° — разницу температур подачи и обратки примем 20°С. V — скорость теплоносителя примем 0,5 м⁄с.

Получаем D = √(354 × (0,86 × 3,71 кВт ⁄ 20 °С) ⁄ 0,5 м⁄с) = 10,6 мм. В данном случае рекомендуется выбрать трубу с внутренним диаметром 12 мм.

Таблица диаметров труб для отопления дома

Таблица расчета диаметра трубы для двухтрубной системы отопления с расчетными параметрами (Δt° = 20 °С, плотность воды 971 кг ⁄ м³, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж ⁄ (кг × °С)):

На основании предыдущего примера и данной таблицы выберем диаметр трубы отопления. Нам известно, что минимально необходимая тепловая мощность для комнаты площадью 20 м² равна 3710 Вт × час. Смотрим таблицу и ищем ближайшее значение, которое соответствует рассчитанному тепловому потоку и оптимальной скорости движения жидкости. Получаем внутренний диаметр трубы 12 мм, который при скорости движения теплоносителя 0,5 м ⁄ с обеспечит расход 198 кг ⁄ час.

Площадь поперечного сечения трубы: формула расчета

Трубы разного вида и рода настолько привычный элемент нашего быта, что замена их кажется самым простым делом. Нужно всего лишь выбрать материал – полипропилен, сталь, чугун, и подобрать диаметр, соответствующий выбранной сантехнике, например. На деле любой трубопровод – система сложная, и даже при совсем небольших отклонениях функционировать не станет.

Труба квадратного сечения

Геометрические параметры

Изготовители предлагают, конечно, продукцию не произвольных размеров, а вполне типовых – иначе замена поврежденных участков была бы невозможна, а система оказалась не ремонтоспособной. К параметрам, которые необходимо учитывать в расчетах, относятся:

• внешний диаметр – требуется при вычислении реального объема, который занимает трубопровод и расчета площади поверхности;
• внутренний диаметр – решающая характеристика, определяющая физическое рабочее сечение или площадь;
• толщина стенки – при стыковке фрагментов с одинаковой площадью поперечного сечения трубы и из того же материала должна быть одинаковой. При соединении водоводов из разных материалов – нет;
• живое сечение – площадь окружности, но отличная от физического поперечного сечения трубы, так как учитывает давление воды. Она носит несколько условный характер, но значительно облегчает дело при расчетах пропускной способности всей системы;
• длина – как величина отрезков, предлагаемых производителем, так и общая протяженность коммуникации.

Часть такого рода данных можно почерпнуть в таблицах сортамента. Но такой вариант возможен лишь в том случае, если продукция выпускается в полном соответствии с ГОСТ. При других обстоятельствах замерять порой приходится самостоятельно и самостоятельно же производить расчет площади сечения трубы.

Зачем нужны расчеты

Проходимость трубопровода – основополагающий показатель рабочего состояния системы. Вода – горячая или холодная, перемещается по стальной трубе под давлением или самотеком. Если исходить из чисто геометрических параметров, то при одинаковом поперечном сечении трубы пропускная способность будет одинаковой.

На практике полученная величина будет условной, так как вода под давлением перемещается с куда большей скоростью. Однако при этом оказывает и большее давление на внутреннюю поверхность трубопровода. Поэтому для напорных и безнапорных систем выбираются изделия с одинаковым рабочим объемом, но разной толщиной стенок, а, значит, с разным внешним диаметром.

• Расчет теплоотдачи – особенно актуален при установке системы теплого пола, например. Здесь потребуется высчитать общую поверхность трубопровода. На фото – система отопления.
• Теплоизоляция – стальной трубопровод горячего водоснабжения и отопления должен быть изолирован, чтобы тепло не терялось при передаче от котла к радиаторам. Не меньше в теплоизоляции нуждается система холодного водоснабжения – из-за угрозы образования конденсата. Для вычислений поверхности по формуле потребуется величина поперечного сечения трубы.

Расчет площади поперечного сечения трубы

Производятся вычисления с помощью простых школьных формул. Так как речь идет о круглой стальной трубе, то сечение представляет собой окружность. Для расчетов используется величина внутреннего диаметра.

Площадь поперечного сечения трубы находят по следующей формуле:

• S – искомая величина;
• π – 3,14. Если требуется более точный расчет, увеличивают число знаков после запятой;

Если зачнете внутреннего диаметра неизвестно, но есть значение толщины стенки, используется несколько видоизмененная формула:

S= π*(D/2-h)2, где h – толщина стенки.

В параметрах изделия обычно указывается именно внешний диаметр и толщина, так как эти величины считаются определяющими.

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.

Диаметры стальных труб

Диаметр трубы по способу измерения разделяется на два вида — внутренний (условный диаметр (Ду, Dy) номинальный размер (в миллиметрах) и внешний (наружный диаметр). По внутреннему диаметру измеряются трубы водогазопроводные, по внешнему электросварные круглые и бесшовные.

Применение труб различных диаметров

В различных отраслях промышленности сегодня широко используются стальные трубы. К ним можно отнести:

• бытовую;
• химическую;
• автомобильную;
• пищевую;
• сельскохозяйственную;
• строительную и другие отрасли.

Прежде всего, такая популярность данного вида трубного проката обусловлена экономической выгодой. Основным отличием стальных труб друг от друга это способы производства, стали из которых изготавливают трубы, а так же диаметры и сечение.

Большое значение для любых работ связанных с использованием труб из стали имеет как внешний, так и внутренний диаметр. Главное принципиальное отличие между измерениями диаметра трубы, это то что внешний диаметр не зависит от толщины стенок, а внутренний зависит к примеры труба 108х3 имеет внешний диаметр 108 мм, а внутренний 102 мм, расчет 108 — (3*2) = 102 мм. Так же есть трубы водогазопроводные, которые измеряются по внутреннему диаметру и имеют следующие размеры ду 15х2,8, в данном случае все наоборот внутренний остается неизменным 15 мм, а внешний будет 20,6 мм, расчет 15 + (2,8*2) = 20,6 мм. Такие трубы изготавливаются по ГОСТу 3262-75 и имеют обозначение ДУ — диаметр условного прохода.

Диаметр труб считается важным, так как показатель служит опорой для проведения классификации изделий. Зная диаметры и толщину стальных труб можно, например, заранее просчитать их необходимое количество, для транспортировки какого – либо вещества по магистрали. И как следствие можно расчитать нагрузку на проектируемую систему, а также выявить слабые места и возможности их устранение.

Разновидности диаметров можно посмотреть в таблице стальных труб

Существующая стандартизация стальных труб необходима для осуществления стыковых соединений с использованием трубопроводной арматуры и четкого определения аналогов данной продукции, изготовленной из других материалов. Ведь соединение деталей из разного материала позволило расширить сферу применения трубопроводов в различных видах промышленности. Именно поэтому всегда значение диаметра металлической трубы должно совпадать, быть тоньше или толще с его соединительным элементом или ее полимерным аналогом, формируя при этом сложную систему. Это, например, дало возможность при масштабном проектировании разнообразнейших магистралей подбирать специалистами различные соединительные узлы.

Ведь если известны значения наружного и внутреннего диаметра, то подобрать необходимые элементы для соединения достаточно легко.

Диаметры стальных труб могут быть:

• трубы с особо тонкими стенками -тонкостенные;
• нормальные, усредненные конструкции — обычные;
• изделия с тонкими стенками — тонкостенные;
• элементы с толстыми стенками — толстостенные;
• трубы с особо толстыми стенками — толстостенные.

Также диаметр и толщина стальной трубы заранее может предопределить сферу ее использования.

Стандартное обозначение диаметра труб

Труба электро сварная прямошовнfя 108х3,5 дл12м (Труба э/с пш 108х3,5 дл12м) 108мм-внешний диаметр, 3,5мм-толщина стенки, 12м-длина хлыста.

Труба водогазопроводная 50х3,5 дл6м (Труба вгп ду 50х3,5 дл6м) 50мм-внутренний диаметр, 3,5мм-толщина стенки, 6м-длина хлыста.

Труба бесшовная холоднодеформированная 35х3 н/д (Труба бш хд 35х3 н/д) 35мм-внешний диаметр, 3мм-толщина стенки, н/д- немерной длины(от 4м до 12м)

Труба бесшовная горячедеформированная 60х5 н/д (Труба бш гд 60х5 н/д) 60мм-внешний диаметр, 5мм-толщина стенки, н/д- немерной длины(от 4м до 12м).

Источник

Особенности труб с различными сечениями.

Трубы круглого сечения очень просто очищаются от образовавшегося осадка гидравлическим способом с использованием шаров и цилиндров

По мере того увеличения диаметра трубы круглого сечения, давление грунта и временной внешней нагрузки стремительно увеличиваются. Для уменьшения усилия в стенках труб, своду придают полуэллиптическое сечение.

Иногда может использоваться яйцевидная форма сечения, труба такого сечения способна высокие статические и динамические нагрузки, но такая трубы имеет и недостатки: для монтажа труб с таким сечением необходима большая высота канала и глубина заложения, чем для труб круглого сечения при одинаковой пропускной способности.

Кроме этого, в трубах эллиптического сечения намного быстрее образуется осадок, который отлаживается на стенках. В тех местах, где присутствуют плывуны и грунт очень влажный, могут использоваться трубы лотковой формы. Это позволяет прокладывать канализационные сети на меньшей глубине.

Источник

Определение величины

Площадь — это величина, характеризующая размер геометрической фигуры. Её определение — одна из древнейших практических задач. Древние греки умели находить площадь многоугольников: так, каменщикам, чтобы узнать размер стены, приходилось умножать её длину на высоту.

По прошествии долгих лет трудом многих мыслителей был выработан математический аппарат для расчета этой величины практически для любой фигуры.

На Руси существовали особые единицы измерения: копна, соха, короб, верёвка, десятина, четь и другие, так или иначе связанные с пахотой. Две последних получили наибольшее распространение. Однако от древнерусских землемеров нам досталось только само слово — «площадь».

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя.

Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – DN;
• давление номинальное – PN;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода.

Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

ламинарный поток (Re