Труба представляет собой длинное пустотелое изделие, имеющее постоянное сечение и используемое в промышленности для передачи жидкостей или газов. Сечение трубы — это форма, которая образуется при разрезе трубы плоскостью в поперечном направлении.
Формула для расчета площади поперечного сечения трубы:
S = π * (Dн 2 – Dв 2 ) / 4
, где
Dн – наружный диаметр трубы; Dв – внутренний диаметр трубы.
Быстро выполнить эту математическую операцию можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.
На этой странице представлен самый простой онлайн калькулятор расчета площади поперечного сечения трубы, если известны наружный и внутренний диаметр трубы. С помощью этого калькулятора вы в один клик сможете рассчитать площадь поперечного сечения трубы.
В наше время объединение стран в одно мировое сообщество значительно усиливает взаимозависимость экономики разных стран друг от друга. Это ведет к глобальному перемещению во времени и в пространстве людей, услуг, товаров, сырья. Отсюда и значительное повышение роли транспорта в разных его формах и видах.
Одним из узкоспециализированных видов транспорта являются трубопроводы, преимущества которых бесспорны и очевидны. Например, если посчитать пропускную способность, то стоимость трубопровода в два с лишним раза меньше железной или автомобильной дороги. При транспортировке жидкостей или газов потери в трубопроводах меньше в 2-3 раза по сравнению с другими видами транспорта. А уж в системах отопления, канализации, водоснабжения и вентиляции трубопроводам принадлежит главенствующая роль. Вот почему правильно рассчитать площадь трубы и всего трубопровода в целом становится актуальной задачей и для экономии материала и средств, и для максимального использования всех функциональных возможностей трубопроводной сети. Тем более что промышленная индустрия через торговую сеть и онлайн-магазины предоставляет широчайший ассортимент всего необходимого для этого вида транспорта.
Характеристики трубопроводов
Содержание
Правильный расчет характеристик трубопроводов поможет вам сэкономить и получить максимум возможностей при проведении как магистрального, так и обычного водопроводного или теплового трубопровода.
На чем же можно сэкономить или получить максимум возможностей, если грамотно рассчитать трубу, как магистральную, так и обычную домашнюю, водопроводную или тепловую? Знание таких выигрышных возможностей и их использование — формула успеха! Остановимся на них поподробнее:
- Проходимость трубопровода — этот показатель влияет и на расход транспортируемого материала, и на стоимость самого сооружения. Здесь главный показатель — площадь поперечного сечения. Чтобы посчитать ее, необходимо знать наружный диаметр и толщину стенки трубы.
- Потери тепла — важный параметр трубопровода при транспортировке теплоносителя (воды) от теплового пункта к отопительным приборам. В формулу расчета теплопотерь, наряду со многими физическими величинами, входит диаметр и длина трубы.
- Количество теплоизолирующего материала — требуется точный расчет площади поверхности трубопровода для максимальной экономии материала и средств.
- Антикоррозийное покрытие трубопровода — правильный расчет покрываемой площади ведет к экономии краски или битумного лака.
- Шероховатость внутренней поверхности — показатель, влияющий на скорость потока в трубе. Чем ниже шероховатость, тем меньше сопротивление стенок трубопровода и выше скорость потока. Переменный показатель, зависящий и от геометрических размеров трубы, и от процесса зарастания ее поперечного просвета ржавчиной и минеральными отложениями.
Вычисляем площадь сечения
Очевидно, формула площади поперечного сечения трубы будет зависеть от того, какова форма этого сечения. Какие варианты возможны?
Круглая
Площадь круга имеет вид S = Pi R^2, где:
- S – искомое значение;
- Pi – число “пи”, которое обычно округляют до 3,14;
- R – радиус круга (применительно к трубе – половина ее внутреннего диаметра).
В качестве примера давайте выполним расчет площади внутреннего сечения круглого трубопровода с внутренним диаметром, равным 100 миллиметрам.
- Радиус, очевидно, будет равным 50 мм, или 0,05 метра.
- Площадь будет равна 3,14 х 0,05^2 = 0,00785 м2.
Обратите внимание: при расчете проходимости самотечных трубопроводов (например, бытовой канализации) актуально не полное, а так называемое живое сечение потока, ограниченное средним уровнем воды.
А – полное сечение, б – живое сечение потока в частично заполненной трубе, в – живое сечение потока в лотке.
Где взять данные о внутреннем диаметре ВГП труб, использующихся при монтаже внутренних коммуникаций зданий? Продавцами обычно указывается лишь ДУ (условный проход) и тип – легкая, обыкновенная или усиленная.
Вся нужная информация найдется в ГОСТ 3262-75, по которому эти изделия производятся.
| ДУ, мм | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки труб, мм | ||
| Легких | Обыкновенных | Усиленных | ||
| 15 | 21,3 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 20 | 26,8 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 25 | 33,6 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 32 | 42,3 | 2,8 | 3,2 | 4,0 |
| 40 | 48,0 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| 50 | 60,0 | 3,0 | 3,5 | 4,5 |
| 65 | 75,5 | 3,2 | 4,0 | 4,5 |
| 80 | 88,5 | 3,5 | 4,0 | 4,5 |
| 90 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | |
| 100 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | |
| 125 | 4,0 | 4,5 | 5,5 | |
| 150 | 4,0 | 4,5 | 5,5 |
Как на основе этой таблицы своими руками вычислить фактический внутренний диаметр?
Инструкция проста и, в общем-то, очевидна.
- Выбираем соответствующие интересующей вас продукции ДУ и тип.
- Вычитаем из наружного диаметра удвоенную толщину стенок.
Подсказка: онлайн-калькулятор площади поперечного сечения трубы любого типа зачастую можно найти на сайте производителя или дилеров.
Квадратная
Профильные трубы сравнительно редко используются для транспортировки жидкостей: это области приоритетного применения трубопроводов круглого сечения.
Почему?
- Круг обладает минимальной длиной стенок при максимальной площади из всех геометрических фигур. Отсюда – практическое следствие: при постоянной толщине стенок именно круглая труба будет обладать максимальной пропускной способностью. Или, иначе говоря, при фиксированной пропускной способности цена погонного метра круглой трубы будет минимальной.
- В силу этой же особенности круглая труба имеет максимальную прочность на разрыв. Давление недаром измеряется в килограммах на квадратный сантиметр: чем больше площадь стенок трубы – тем большее усилие воздействует на них при фиксированном давлении внутри трубопровода.
Тем не менее, в ряде случаев приходится рассчитывать и внутреннее сечение профтруб. В случае квадратной трубы оно равно квадрату разности наружного размера трубы и удвоенной толщины ее стенок. Так, для изделия размером 100х100 мм со стенками толщиной 4 мм расчет приобретет вид (100 – (4 х 2)) ^2 = 8464 мм2.
Приведенная схема расчета будет иметь небольшую погрешность за счет скругления углов.
Важно! В большинстве формул используется площадь, выраженная в квадратных метрах. Коэффициент пересчета мм2 в м2 – 1:1000000, то есть в приведенном выше случае мы получим 0,008464 м2.
Прямоугольная
Схема расчетов практически идентична описанной для квадратных профтруб. Разница лишь в том, что стенки неодинаковы; соответственно, мы перемножаем их размеры за вычетом… да-да, опять-таки удвоенной толщины стенок.
Так, для прямоугольной профтрубы размером 150х180 мм при толщине стенки 6 мм искомое значение будет равным (150 – (6 х 2)) х (180 – (6 х 2)) = 23184 мм2, или 0,023184 м2.
Для расчета нужны три параметра: оба размера и толщина стенки.
Расчет параметров трубы
Как видим, при различных используемых параметрах трубопровода общими является расчет поперечного сечения, внешней и внутренней площадей поверхности трубы.
Остановимся на методиках вычисления этих величин (самостоятельный расчет требует знаний в рамках средней школы). Отметим, что все параметры можно рассчитать как с помощью обычного калькулятора, так и применяя специальные онлайн-программы.
Расчет сечения
Задача из геометрии средних классов. Необходимо вычислить площадь круга с диаметром, равным наружному диаметру трубы, вычитая толщину ее стенок.
Площадь круга рассчитывается по формуле S = Pi*(R^2) (или Pi*R*R), где R — радиус круга, равный половине диаметра.
Все параметры можно рассчитать как с помощью обычного калькулятора, так и применяя специальные онлайн-программы.
Таким образом, площадь сечения трубы выглядит так: S=Pi*(D/2-N)^2, где S — площадь поперечного сечения, Pi — число “пи”(=3,14159…), D и N- наружный диаметр и толщина стенки трубы. Точность результата зависит от количества десятичных знаков в числе “пи”.
Приведем пример расчета внутреннего сечения с внешним диаметром 1 м и со стенками толщиной 10 мм (0,01м). Если мы возьмем для упрощения вычислений в числе “пи” 2 десятичных знака, то формула будет выглядеть так:
S=3.14*(1/2-0,01)^2=0,753914 м 2
Площадь внешней поверхности трубы
Поверхность цилиндра — это прямоугольник, одна сторона которого является длиной окружности цилиндра, а вторая сторона есть длина самого цилиндра. А чтобы узнать площадь прямоугольника, надо рассчитать произведение двух его сторон (т.е. произведение длины на ширину).
Задача сугубо геометрическая. Площадь поверхности снаружи есть не что иное, как площадь поверхности цилиндра. А поверхность цилиндра — это прямоугольник, одна сторона которого является длиной окружности цилиндра, а вторая сторона есть длина самого цилиндра. А чтобы узнать площадь прямоугольника, надо рассчитать произведение двух его сторон (т.е. произведение длины на ширину).
Первоначальные данные и вычисления
Для начала необходимо сказать о том, что сама конструкция изделий подобного типа фактически является цилиндром. Учитывая это, и следует подбирать специальные формулы, которые известны из начального курса геометрии.
Однако стоит отметить, что сортамент труб круглого сечения по ГОСТу довольно разнообразен и при работе с данными это необходимо учитывать.
Графическое изображение изделия с указанием всех необходимых габаритов и вариантом формул, которые необходимо использовать при расчетах
Формулы
- Обычно площадь круга находится с использованием формулы S= π•R2.
Таблица соответствия труб различного диаметра
- В данном случае под литерой R подразумевают радиус самой трубы, а буква π является константой, равной числу 3.14.
- Однако такая формула площади сечения трубы позволяет получить данные с учетом самих стенок, что может пригодиться только для пробоя отверстий прохождения. Для оценки пропускной способности нужны совершенно другие расчеты.
Знать данные параметры порой очень важно, поскольку по закону Бернулли от них зависят скорости течения жидкости или газа по трубе
- Учитывая все особенности применяемых материалов, следует получить площадь живого сечения трубы, где во внимание принимается и толщина стенок. Выглядит такая формула так: S= π•(D/2-N) 2
- В данной ситуации литера D указывает на внешний диаметр изделия, который легко измерить при помощи линейки или посмотрев в спецификацию. Буква же N означает толщину стенки трубы. Именно ее часто определяет сортамент стальных труб круглого сечения, а получить эту величину можно также из спецификации или же при помощи линейки.
Совет! Некоторые проектировщики для получения более точных данных используют число π с большим количеством цифр после запятой. Однако даже для особо ответственных систем применяют в качестве него значение равное 3.1415926.
Показатели скорости и давления жидкости или газа в системе напрямую зависят от данного параметра, а значит, при проектировании ему нужно уделить особое внимание
Программы
В современном строительстве расчет площади трубы круглого сечения выполняют с использованием специального программного обеспечения. Обычно мастера применяют полноценные калькуляторы, позволяющие получать самые разнообразные данные, где трубам отводится целая система. Однако существуют и программы, разработанные только для получения этих данных.
Интерфейс программы, которая разработана для просчета сечения арматуры, но ее можно использовать и для труб
Большинство таких калькуляторов разработаны для использования на любых платформах, поэтому их можно установить даже на мобильный телефон, чтобы получить возможность узнать сечение трубы для отопления прямо на месте работы, не прибегая к самостоятельному вычислению.
Интерфейс калькулятора, созданного для расчетов связанных с трубами
Стоит отметить, что подобного рода софт может разрабатываться самыми разными компаниями. Поэтому прежде чем начинать его использовать стоит убедиться, что в нем применяется метрическая система измерений. В противном случае можно получить момент сопротивления сечения трубы или другие данные в единицах, которые придется дополнительно обрабатывать.
Совет! Прежде чем использовать подобные калькуляторы, необходимо произвести их тестирование, чтобы убедиться в правильности произведения расчетов. Некоторые программные продукты данного рода собраны наспех и не отвечают всем необходимым требованиям.
Некоторые программы подобного плана созданы для решения более глобальных задач и подобная функция у них идет в качестве дополнения
Область использования
- Прежде всего, полученные параметры применяют для того, чтобы установить расход воды в трубе круглого сечения. Это очень важно при работе с дорогими жидкостями или газами, для которых и собирается трубопровод.
Для получения точных данных необходимо использовать качественный и точный измерительный инструмент
- Считается, что расчет количества воды по сечению трубы самый точный и при известной величине давления можно получить все самые необходимые данные про систему. Это часто используют на производстве и при создании охладительных систем.
- Если система создается своими руками в бытовых целях, то подобные параметры знать совершенно не обязательно. Однако при разветвленном водопроводе такие вычисления могут пригодиться. (См. также статью Разводка труб: особенности.)
Существует просто огромное количество подобных материалов с различным диаметром и толщиной стенок, что сразу усложняет создание полноценных сводных таблиц
- Стоит отметить, что не достаточно знать все необходимые данные, а нужно еще уметь их применять. Поэтому для сложных проектов стоит нанимать специалистов, хотя их цена порой довольно высока.
- Необходимо сказать о том, что в определенных случаях нужно использовать материалы со строго определенной площадью сечения. Этого требует инструкция по монтажу, основываясь на характеристиках точек потребления или необходимых конечных характеристиках всей системы. (См. также статью Система канализации: особенности.)
Совет! Большинство работ, которые предполагают использование труб, основываются на определенных стандартах и ГОСТах. Поэтому перед началом проектирования, стоит детально изучить все необходимые параметры и подобрать соответствующее оборудование.
Используя полученные данные можно определять пропускную способность и нагрузки, которые приходятся на систему
Как делаются вычисления?
Как известно, труба – это цилиндр. Следовательно, площадь её сечения рассчитывается по простым формулам, известным нам из курса геометрии. Основная задача – вычислить площадь круга, диаметр которого равен наружному диаметру изделия. При этом толщина стенок вычитается для получения истинного значения.
Как мы знаем из курса общеобразовательной школы, площадь круга равна произведению числа π на квадрат радиуса:
- R – радиус вычисляемой окружности. Он равен половине её диаметра;
- Π – постоянная равная 3,14;
- S – вычисляемая площадь поперечного сечения трубы.
Приступаем к расчёту
Так как задача – найти истинную площадь, то из полученного значения необходимо вычесть величину толщины стенки. Следовательно, формула приобретает вид:
- S = π • (D/2 – N) 2 ;
- В этой записи D – внешний диаметр окружности;
- N – толщина стенки трубы.
Чтобы вычисления были максимально точными, следует вписать больше знаков после запятой в числе π (пи).
К примеру, требуется рассчитать сечение трубы, внешний диаметр которой 1 метр. Толщина её стенок 10 мм. (или 0,01 м.). Следовательно, нам известно:
D = 1 м.; N = 0,01 м.
Для упрощения возьмём π = 3,14. Подставляем значения в формулу:
S = π • (D/2 – N) 2 = 3,14 • (1/2 – 0,01) 2 = 0,754 м 2 .
Как произвести расчет?
Рассчитываем сечение
Определение сечения трубы является несложной геометрической задачей. Для этого следует для начала воспользоваться формулой площади круга:
Sн= π Rн^2, (1)
где Rн – наружный радиус трубы, равен половине наружного диаметра.
Таким образом, мы определим площадь круга, образованного наружным диаметром.
Теперь определим площадь круга, образованного внутренним диаметром трубы. Для этого необходимо определить внутренний радиус, который определяется по следующей формуле:
Rвн=Rн-?, (2)
где? – толщина стенки трубы.
Определив площадь внутреннего круга Sве аналогично формуле (1), рассчитаем площадь сечения по формуле:
Sсеч=Sн?-S?вн.
Все действия можно свести в упрощенную формулу определения площади сечения:
Sсеч=? (?D_н/2?^2- ??/2?^2).
В качестве примера определим площадь сечения, внешний диаметр которого равен 1 метру, а толщина стенки – 10 мм.
Sсеч=3,14 (?1/2?^2- ?0,01/2?^2)=0,75 м^2.
Производим расчет площади внешней поверхности
Такой расчет также является геометрической задаче. Если развернуть трубу, то получится прямоугольник. Его ширина равна длине окружности внешней стенки трубы, а длина – длине.
Тогда площадь развертки трубы будет вычисляться по формуле:
S=? D_н L_тр,
где Lтр – длина трубы.
В качестве примера рассчитаем площадь поверхности под окраску теплотрассы, длина которой составляет 10 км, а внешний диаметр – 1 метр.
S=3,13 1 10000=31416 м^2.
Если говорить о количестве теплоизоляционного материала, то при подсчете следует учесть толщину слоя минеральной ваты.
Тогда формула примет вид:
S=? ?(D?_н+?2 ??_(в)) L_тр,
В действительности материала для теплоизоляции будет потрачено меньше, так как он накладывается в внахлест.
Производим расчет площади внутренней поверхности
Для начала необходимо определиться, для чего такой расчет следует проводить. Чаще всего он нужен при расчете гидродинамики движения теплоносителя в трубе. Внутренняя поверхность трубы является местом, где вода при её движении соприкасается с трубой. Таким образом, возникает гидравлическое сопротивление, которое необходимо учитывать при расчете сети коммуникации.
Необходимо помнить ряд следующих нюансов:
- При увеличении диаметра трубопровода снижается гидравлическое трение теплоносителя о стенки труб. Поэтому при большом диаметре и длине водопровода гидравлическое сопротивление трубы потоку воды можно не учитывать.
- Качество поверхности, её шероховатость, оказывает большое значение на величину гидравлического сопротивления. При этом такое влияние сильнее, чем зависимость сопротивления от площади поверхности внутренней стенки трубопровода. Так, полиэтиленовая труба обладает меньшей шероховатостью нежели ржавая металлическая. Поэтому величина гидравлического сопротивления в пластиковой трубе будет меньшей.
- Если в качестве материала для изготовления трубы применяется неоцинкованная сталь, то площадь поверхности внутренней стенки меняется во времени. На стенках такого трубопровода постепенно откладываются ржавчина и минеральные отложения. Как результат – происходит уменьшение внутреннего диаметра трубы и увеличение величины гидравлического сопротивления. Такой эффект необходимо учитывать при проектировании водопровода из стали.
S=? ?(D?_н-2 ?) L_тр.
В качестве примера рассчитаем трубу, диаметр которой равен одному метру, а толщина стенки – 10 мм.
S=3,14 (1-2 0,01) 10000=30788 м^2.
Заключение
Итак, приведенные в статье расчеты не являются сложными и доступны любому человеку. Они пригодятся при проектировании собственного трубопровода. Чтобы возведенная коммуникация соответствовала ожиданиям о её работоспособности, предложенные расчеты следует производить в обязательном порядке.
Сегодня нам предстоит небольшой экскурс в школьные программы геометрии и физики. Мы вспомним, как вычисляется площадь поперечного сечения трубы и ее внутренний объем. Кроме того, нам предстоит выяснить, как изменения диаметра трубопровода действуют на давление в потоке жидкости. Итак, в путь.
На фото — водогазопроводные трубы. Нам предстоит научиться вычислять их внутреннее сечение.
Некоторые физические особенности
От площади сечения трубы зависит скорость движения жидкостей и газов, которые по ней транспортируются. Надо выбрать оптимальный диаметр. Не менее важным является и внутреннее давление. Именно от его величины зависит целесообразность выбора сечения.
При расчёте учитывается не только давление, но и температура среды, её характер и свойства. Знание формул не освобождает от необходимости изучения теории. Расчёт труб канализации, водоснабжения, газоснабжения и отопления опирается на информацию справочников. Важно, чтобы выполнялись все необходимые условия при выборе сечения. Его величина также зависит и от характеристик используемого материала.
Как посчитать средний диаметр трубы?
Средний диаметр трубы (также известный как наружный диаметр) может быть рассчитан по следующей формуле:
Dсредний=Dвнутренний+Dвнешний2D_{\text{средний}} = \frac{D_{\text{внутренний}} + D_{\text{внешний}}}{2}
Где:
DсреднийD_{\text{средний}} — средний диаметр трубы.
DвнутреннийD_{\text{внутренний}} — внутренний диаметр трубы (диаметр от стенки до стенки внутреннего отверстия).
DвнешнийD_{\text{внешний}} — внешний диаметр трубы (диаметр от стенки до стенки наружной поверхности).
Если у вас есть значения внутреннего и внешнего диаметра трубы, вы можете использовать эту формулу, чтобы рассчитать средний диаметр. Убедитесь, что единицы измерения диаметра согласованы (обычно миллиметры или дюймы).
Если у вас есть только диаметр и толщина стенки трубы, то сначала рассчитайте внутренний и внешний диаметры:
Dвнутренний=D−2×толщина стенкиD_{\text{внутренний}} = D — 2 \times \text{толщина стенки}
Где:
DD — диаметр трубы.
Затем используйте формулу для рассчета среднего диаметра, как указано выше.