Как рассчитать параметры 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.

Формулы вычислений

При проведении вычислений нужно учитывать, что по существу трубы имеют форму цилиндра. Поэтому для нахождения площади их сечения можно воспользоваться геометрической формулой площади окружности. Зная внешний диаметр трубы и значение толщины его стенок, можно найти показатель внутреннего диаметра, который понадобится для вычислений.

Стандартная формула площади окружности такова:

π – постоянное число, равное 3,14;

R – величина радиуса;

S – площадь сечения трубы, вычисленная для внутреннего диаметра.

Как рассчитать площадь поверхности трубы

Для проведения расчетов может быть привлечена формула, памятная по школьному учебнику, и возможности калькулятора, как обычного, так и онлайн.

Для определения площади внешней поверхности круглой трубы понадобится формула, используемая при вычислениях, производимых с цилиндром: S = π d l. Для того, чтобы определиться, к примеру, с требуемым количеством лакокрасочных или теплоизоляционных материалов, нужно знать значения таких параметров, как:

  • l – протяженности изделия, которое будет подвергнуто соответствующей обработке;
  • d – наружного диаметра;
  • S – площади, которая определится в результате подсчетов.

Значение π берем, как приближенно равное 3,14.

Обратите внимание! Работая с лакокрасочными материалами, ориентируемся на указываемый производителем предполагаемый расход на квадратный метр.

Проведение теплоизоляции потребует дополнительных подсчетов и расходов, так как следует учесть:

  • толщину теплоизоляционного слоя;
  • наличие перехлестов полотен, обязательных при укладке минеральной ваты.

При проведении расчетов по внутренней поверхности, особенно гидродинамических, нельзя забывать о некоторых важных моментах:

  • с увеличением диаметра и протяженности трубопровода гидравлическим сопротивлением рабочей среды можно пренебречь в связи с уменьшением гидравлического трения о стенки;
  • значение величины гидравлического сопротивления в большей степени зависит от коэффициента шероховатости, чем от размеров поверхности;
  • использование неоцинкованной стали как материала для трубопровода приводит со временем к уменьшению внутреннего сечения и увеличения гидравлического сопротивления, так как внутри происходит наслоение ржавчины и минеральных отложений.

При расчетах площади круглой трубы принимают во внимание диаметр и толщину стенок

Внутреннюю поверхность круглой трубы просчитывают по формуле: S = π (d – 2n) l, оперируя значениями:

  • π – приближенно 3,14;
  • d – наружного диаметра;
  • n – толщины стенок;
  • l – протяженности участка.

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•R 2 .

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

Читайте также  Сколько сохнет стяжка

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

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.

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
    90 101,3 3,5 4,0 4,5
    100 114,0 4,0 4,5 5,0
    125 140,0 4,0 4,5 5,5
    150 165,0 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.

    • 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.

    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.

    Читайте также  Фонтаны на дачу

    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.

    Труба — это длинное пустотелое промышленное изделие на основе полого профиля постоянного сечения, предназначенная для транспортировки жидкостей или газов.

    Сечение трубы — это изображение фигуры, образованной рассечением 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.

    Параметры труб определяются согласно расчётам, сделанным при помощи специальных формул. Сегодня большинство вычислений производится посредством онлайн сервисов, однако в большинстве случаев требуется индивидуальный подход к вопросу, поэтому важно понимать, каким образом производится расчёт площади сечения трубы.

    Характеристики трубопроводов

    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:

    1. 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.
    2. 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.
    3. Количество теплоизолирующего материала – требуется точный расчет площади поверхности трубопровода для максимальной экономии материала и средств.
    4. Антикоррозийное покрытие трубопровода – правильный расчет покрываемой площади ведет к экономии краски или битумного лака.
    5. 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.

    Методики расчета

    Расчет сечения

    Собственно, задача-то из геометрии средних классов. Нам нужно рассчитать площадь круга, диаметр которого равен наружному диаметру трубы за вычетом толщины ее стенок.

    Площадь круга, как мы помним, рассчитывается как S = Pi R^2.

    Таким образом, рассчитывающая площадь сечения трубы формула имеет вид S=Pi*(D/2-N)^2, где S — площадь внутреннего сечения трубы, Pi — число «пи», D — наружный диаметр трубы, а N — толщина стенки трубы. Диаметр, как мы помним — это два радиуса.

    Итак, считающая площадь поперечного сечения трубы формула перед нами. Давайте воспользуемся ей на примере очередного сферического коня в вакууме — горячекатаной бесшовной трубы внешним диаметром 1 метр и со стенками толщиной 10 мм.

    Важно: в напорных водопроводах вода всегда заполняет весь объем трубы.

    В самотечной канализации же это не так: большую часть времени поток смачивает лишь часть стенок и, соответственно, труба оказывает ему меньшее сопротивление по сравнению с полностью заполненной.

    Именно для гидравлических расчетов самотечной канализации введено такое понятие, как площадь живого сечения трубы.

    Это площадь поперечного сечение потока в ней, перпендикулярного направлению движения потока.

    От точного подбора сечения трубы порой очень многое зависит

    Площадь внешней поверхности трубы

    И это тоже задача сугубо геометрическая. Как посчитать площадь поверхности трубы снаружи?

    А как найти в общем случае площадь стенок цилиндра?

    Поверхность цилиндра — это, в сущности, прямоугольник, одна сторона которого — длина окружности цилиндра, а вторая — длина самого цилиндра. Так?

    Длина окружности, как мы помним, равна Pi*D, где Pi — число Пи, а D — диаметр трубы.

    Как рассчитать площадь прямоугольника? Необходимо его длину умножить на ширину.

    Площадь заветного прямоугольника будет такой: S=Pi*D*L, где Pi — старое доброе число Пи, D — диаметр трубы, а L — ее длина.

    Для теплотрассы диаметром в один метр при ее длине в десять километров площадь окраски труб будет равной: 3,14159265*1*10000=31415,9265 м2. Теплоизоляции понадобится чуть больше: она имеет толщину, отличную от нуля, к тому же труба заворачивается в минеральную вату с перехлестом полотен.

    И здесь точный расчет площади поверхности был необходим

    Площадь внутренней поверхности трубы

    Зачем внутренняя поверхность? Неужели трубы красят изнутри?

    Нет, площадь внутренней поверхности может пригодиться при гидродинамических расчетах. Это площадь поверхности, с которой контактирует вода при движении по трубам.

    Есть несколько связанных с этой площадью нюансов:

    • Чем больше диаметр трубы для водопровода — тем меньше влияние шероховатости ее стенок на скорость потока в ней.
      Для трубопроводов большого диаметра при небольшой протяженности сопротивлением трубы можно полностью пренебречь;
    • Для гидродинамических расчетов шероховатость поверхности имеет не меньшее значение, чем ее площадь.
      Ржавая внутри стальная водопроводная труба и идеально гладкая полипропиленовая очень по разному влияют на скорость потока;
    • Трубы из неоцинкованной стали имеют, так сказать, непостоянную площадь внутренней поверхности.
      Они со временем зарастают ржавчиной и минеральными отложениями, в результате чего просвет сужается.
      Если вам придет в голову странная фантазия изготовить из стали водопровод холодного водоснабжения — этим фактом нельзя пренебрегать, поскольку проходимость водопроводной трубы может упасть вдвое уже за десять лет.

    Зарастание стальной неоцинкованной трубы приходиться учитывать при расчете водопровода

    Ну а что с формулой? Она проста. Диаметр цилиндра в этом случае, как легко догадаться, равен разности диаметра и удвоенной толщины стенок трубы.

    Раз так — площадь стенок цилиндра приобретает вид S=Pi*(D-2N)*L, где D — по-прежнему диаметр трубы, N-толщина ее стенок, а L — протяженность.

    Для теплотрассы длиной в 10 километров из трубы диаметром 1 метр со стенками толщиной 10 мм площадь внутренней поверхности окажется равной: 3,14159265*(1-2*0,01)*10000 = 30787,60797 м2.