Основной показатель качества трубы — прочность трубы на сжатие

20 июля 2015

Прочность трубы на сжатие или пределом прочности принято считать воздействие, которое способна выдержать труба без изменения объема. То есть, это усилие, которое надо приложить к трубе, сжимая ее, чтобы ее разорвать. Измеряется этот показатель в кгс/м2 или Н/м2. Как уже было сказано раннее, при подготовке проектов трубопроводов с целью выявления необходимой толщины стенки используемых труб делают рассчитывают прочность (ее необходимый предел). Искомая величина находится в прямой зависимости от диаметра используемой , давления снаружи и внутри трубы, используемого материала изготовления трубы, температуры протекаемого потока, стойкости к коррозии.

1

Эквивалентная длина трубопровода

Величину диаметра (внутреннего) трубы рассчитывают на основании значения потерь давления (или потерь напора) жидкости в трубопроводе по формуле:

2

Где:

∆p = P1—Р2 —величина потери давления между началом и концом трубопровода, кгс/см2;

ξ — показатель (коэффициент) гидравлического сопротивления гладких труб;

L — требуемая длина трубопровода, м;

g — ускорение силы тяжести (9,81 м/сек).

Потеря напора (или давления) происходит из-за образования внутри труб вихрей, использующих энергию потока внутри трубы. Такие вихри образуются по следующей причине. Трубопровод представляет собой не одну прямую трубу, а состоит из большого количества мест сужения и расширения, поворотов и различные дросселирующие устройства. Все это называется местными гидравлическими сопротивлениями. Под ними подразумевают участки трубопроводов, в пределах которых изменяется направление движения потока или его скорость. Это участки слияния — разделения жидкости, места с кранами, вентилями, запорами. Потерю давления на таких участках рассчитывают при помощи показателя эквивалентной длины.

Эквивалентная длина трубопровода – это участок фиктивного трубопровода того же диаметра, что и у местного сопротивления, потери давления на котором равны потерям фактического местного сопротивления.

Эквивалентные длины наиболее часто встречающихся местных сопротивлений приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Эквивалентная длина отдельных элементов трубопровода

 

Местное сопротивление Эквивалентная длина в диаметрах трубопровода
Задвижка 12-15D
Колено 25-30D
Тройник 60-70D
Обратный клапан 150-200D
Фильтр 60-80D
Вход из резервуара в трубу 30-40D

 

Расчетная температура трубопровода

За основу расчета прочности трубопровода принимается средняя температура стенки трубы. Эту температура называется расчетной.

Расчетная температура – это наибольшее местное значение температуры стены трубы с учетом следующих факторов:

  • Неравномерности в тепловосприятия;
  • Растекания тепла по стенке;
  • Гидравлической развертки;
  •  Неоднородности конструкции.

Из-за того, что срок использования трубы рассчитан на длительное время, при расчете температуры трубопровода учитывают не кратковременные данные температуры, а статистически долгие их значения. При этом неравномерность в тепловосприятии вычисляется при помощи коэффициентов, учитывающих:

  • неравномерность тепловосприятия между стенками трубы;
  • неравномерность тепловосприятия по высоте трубы;
  • неравномерность тепловосприятия по ширине трубы.

Рассчитывая прочность, температуру определяют исходя из середины стенки трубы. В расчетах прочности используется также такой показатель, как температурный коэффициент.

Для стальных труб показатели расчетных температур представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Расчетная температура стальных труб

Марка стали Расчетная температура
Марки 25,20,10 – по ГОСТу №1050-74; До 200
Марка Ст3 — по ГОСТу № 380-71 09Г2С, марки 10Г2С1, 17ГС, 450
15ГС, 17ГС, 17Г1С — по ГОСТу №19282-73 300
430
400
420
350
440
250
Марка 15Х5М — по ГОСТу №20072-74 До 200
325
390
430
450
Марки 08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т, До 200
45Х14Н14В2М, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 300
Марка 08Х17Н1М3Т — по ГОСТу № 5632-72; марка 15ХМ — по 400
ГОСТу № 4543- 71; марка 12МХ — по ГОСТу №20072-74 450
Марка 12Х1МФ, марка 15Х1МФ — по ГОСТу №20072-74 До 200
Марка 20Х3МВФ — по ГОСТу № 20072-74 До 200
350
450

 

Расчет стенки трубопровода

Расчет стенки проводятся, используя механизм расчета предела прочности. Толщина трубы зависит от следующих факторов:

  • Материал трубы (расчетный ресурс при температуре, превышающей 350°С, допускаемое напряжение), его коррозийная стойкость;
  • Диаметр трубы;
  • Температура протекаемой жидкости;
  • Наличие избыточного давления (внутреннего или наружного). Большая часть трубопроводов функционируют при высоком внутреннем давлении;
  • Наличие и вид шва – наличие электросварочного шва является понижающим фактором;
  • Добавка к толщине стенки (минусовой допуск, а также прибавка на коррозию);
  • Запас прочности.

Для того чтобы правильно вычислить параметры стенки (ее толщину) необходимо воспользоваться данной формулой:

55

, где:

Р – Расчетное давление;

ДDa – диаметр внутри трубы;

Ϭдоп – допустимое напряжение;

С1 – суммарная надбавка к толщине трубы.

Толщина стенки трубы и используемых соединительных деталей, должна приниматься не менее 1/100, но не меньше 3 мм для труб и соединительных деталей диаметром 200 и меньше, и не менее 4 мм — номинальным диаметром более 200.

Расчет толщины отводов

Отводы бывают гнутые (на рисунке вариант «а»), секторные (на рисунке вариант «б») и штампосварные (на рисунке варианты «в» и «г»).

3

Толщина отводов определяется по формуле:

tR1=k1*tR, где:

tR – толщина трубы;

k1 – коэффициент, определяемый по таблице 3.

Таблица 3.

Значения коэффициентов для расчета толщины отводов

Значение k1 для аR , равной
4  и менее 6 8 10 12 14 16 18 20
0,02 1,00 1,10 1,20 1,30 1,45 1,60 1,75 1,90 2,05
0,03 1,00 1,00 1,10 1,20 1,35 1,50 1,60 1,75 1,85
0,04 1,00 1,00 1,05 1,15 1,25 1,35 1,45 1,55 1,70
0,05 1,00 1,00 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,45 1,55
0,06 1,00 1,00 1,00 1,05 1,15 1,20 1,30 1,35 1,45
0,07 1,00 1,00 1,00 1,00 1,10 1,15 1,25 1,30 1,35
0,08 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10 1,15 1,25 1,30
0,09 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10 1,20 1,25
0,10 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20
0,11 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10 1,15
0,12 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10 1,15
0,13 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10
0,14 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05 1,10
0,15 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05
0,16 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,05
0,17 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

аR – показатель расчетной относительной овальности.

Материалы для труб

Выбор материала для изготовления труб для трубопроводов велик, каждый из предлагаемых материалов имеет свои достоинства и недостатки. Выбор материала напрямую влияет на прочность трубопровода.

  • Стальные трубы. Их практически перестали применять из-за их недолговечности (20-25 лет), подверженности коррозии, необходимости регулярной покраски и сложности монтажа. Все технические характеристики прописаны в ГОСТах.
  • Чугунные трубы. Склонны к коррозии. Большой срок службы. Повышенная устойчивость к износу, стойкость к низким и высоким температурам, высокая прочность. Допускают работу под давлением до 1,6 Мпа.
  • Полиэтиленовые трубы. Срок службы до 50 лет, устойчивость к воздействию низких температур. Максимальная рабочая температура 40°С, нижняя температурная граница — 0°С. Рабочее давление от 6 до 16 атмосфер. Диаметр – от 10 до 1200 мм, толщина стенок – от 2 мм до 6 см.
  • Полипропиленовые трубы. Не склонны к коррозии, не подвержены воздействию агрессивных жидкостей и газов, щелочей и кислот. Срок службы труб — минимум 50 лет. Благодаря особенностям материала наблюдается более свободное течение жидкости, проходное отверстие со временем не становится меньше. Высокая устойчивость к химическим воздействиям. Допускается рабочее давление 25 атм., максимальная температура протекания — +95°С.
  • Металлопластиковые трубы. Устойчивы к коррозии и заиливанию. Обладают высокой пропускной способностью. Устойчивы к агрессивной среде. Низкая теплопроводность. При резком перепаде температур могут появиться протечки. Высокая пластичность. Наружный диаметр – от 16 до 63 мм. Толщина стенки – от 2 до 3,5 мм. Выдерживает давление до 25 бар. Температурный режим эксплуатации – от -35°С до + 95°С.
  • Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:
    Похожие публикации
    • Строение колодца на приусадебном участке Строение колодца на приусадебном участке

      В городской квартире проблемы по обеспечению водой не существует. Но какого качества там вода, стоит задуматься. В сельской местности всё обстоит иначе. Централизованная подача воды не везде имеется,

    • Как поменять трубы в туалете если они отжили свое Как поменять трубы в туалете если они отжили свое

      Замена канализационной системы – процесс достаточно трудоемкий, однако ознакомившись с последовательностью действий и определенными нюансами,  можно легко обойтись без участия дорогостоящего сантехник

    • Подсоединение унитаза своими руками Подсоединение унитаза своими руками

      Этот вопрос ставит в тупик даже тех, кто привык делать все своими руками. При детальном рассмотрении ничего сложного в подсоединении унитаза к канализации нет. Просто существует ряд нюансов, о которых

  • Наши объекты