Как рассчитать толщину стен: Расчет толщины стен

Содержание

Расчет толщины стен

Стены должны быть теплыми! Что такое теплые? Это по теплопроводности опережающие СНиП! Для начала нужно разобраться какими они должны быть в соответствии со СНиПом. Это не так сложно, как кажется на первый взгляд.

Первым делом возникает вопрос: «а сколько дней в году длиться отопительный сезон?», может нам вообще ничего отапливать не надо и живем мы в Индии… Однако суровые реальности подсказывают, что из 365 дней 202 температура воздуха ≤ 8 °C. Но это в моей Липецкой области, а в вашей наверняка другие цифры. Какие? На этот вопрос вам ответит СНиП 23-01-99. В нем ищем таблицу №1 в ней ищем 11 столбик и свой населенный пункт. Цифра на пересечении и есть количество дней где температура ниже 8 градусов.

Зачем все это было нужно? Для того чтобы открыть СНиП 23-02-2003, найти в нем формулу, и определить градусо-сутки отопительного периода. Величина показывает температурную разницу наружного и внутреннего воздуха, то есть «на сколько нагревать».

Умноженную на количество этих суток, то есть «сколько суток нагревать»

Ну узнали… Толк-то от этого какой? А такой! На Данном этапе мы получаем какую-то цифру, в моем случае получилась 5050. По этой цифре, того же самого СНиПа в таблице 4 ищем чему равно нормируемое значение сопротивление теплопередаче стен (3-й столбик). Получается что-то между 2,8-3,5 путем интерполяции находим точное значение (если надо и интересно) или берем максимальное. У меня получилось 3,2°С/Вт.

Теперь, чтобы посчитать толщину стены, нам необходимо воспользоваться формулой R = s / λ (м2•°С/Вт). Где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а λ — теплопроводность. Теперь представим, что мы решили построить свою стену из газосиликатных блоков, полностью. В моем случае это блоки Липецкого силикатного завода. Нужно узнать коэффициент теплопроводности. Для этого идем на сайт производителя вашего материала, находим свой материал и смотрим описания характеристик. В моем случае это блоки из ячеистого бетона и коэффициент теплопроводности равен 0,10-0,14. Возьмем 0,14 (влажность и все такое). По вышеуказанной формуле нам нужно найти S. S = R * λ, то есть S = 3,2 * 0,14 = 0,45 м.

Хорошая получилась стена. И дорогая. Наверное есть способ сэкономить… Что если мы возьмем блок толщиной 20 см и сделаем из него стену. Получим сопротивление теплопередачи у такой стены равное 1,43 (м2•°С/Вт), а в нашем регионе 3,2 (м2•°С/Вт). Маловато будет! А что если мы сделаем многослойную стену и снаружи стены используем пенопласт, а лучше минеральную вату, потому как они с примерно одинаковыми коэффициентами теплопроводности, но минвата экологически чище и не горит к томуже. Да и мышки ее как-то не жалуют. Нам осталось добрать теплопередачи… 3,2 — 1,43 = 1,77 (м2•°С/Вт). Теперь тут опять все просто. Так как стена у меня трехслойная и снаружи еще обложена кирпичом, то нужно подобрать утеплитель который лучше всего подходит для этого дела. Я выбрал ROCKWOOL КАВИТИ БАТТС максимально обозначенная теплопроводность у него λ = 0,041 Вт/(м·К) по ней и посчитал, S = 1.77 * 0.041 = 0.072. У меня получилась стена из газосиликатного блока 20 см и 7 см каменной ваты. Согласитесь лучше чем 45 см газосиликата? А может плюнуть на все и сделать каркасник с утеплителем? Можно))) в Канаде и многих европейских странах все так и делают. Но мы то русские! Поэтому обложим все это хозяйство облицовочным кирпичом, и будет у нас красиво и практично! Почему мы в расчет не принимали облицовочный кирпич? Просто он не несет никаких энергосберегающих функций. Более того в нем необходимо сделать вентиляционные зазоры. Но это уже другая история.

В конечном итоге, решив, что требования СНиПов постоянно повышаются, я сделал утеплитель толщиной 10 см. Тем более, что стоило это не на много дороже.

Далее немного про паропроницаемость стен.

P.S.: Если в ручную считать немного лень, то вот тут я наваял калькулятор, который работает по этой формуле. Правда, он пока считает только однослойные стены.

 

Расчет толщины стен дома | PoweredHouse

Прежде чем определиться с конструкцией стены, необходимо произвести некоторые простейшие расчеты, которые сделают картину будущих затрат на отопление более ясной.

Приобретая стеновой строительный материал, ознакомьтесь с его техническими характеристиками. Там, как правило, указан такой важный параметр, как коэффициент теплопроводности. На его основе определяется коэффициент теплового сопротивления конструкции, а также необходимая толщина стены. Толщину стены (δ) разделите на коэффициент теплопроводности материала (λ) и получите коэффициент теплового сопротивления конструкции (R): R = δ / λ.

По нормам сопротивление теплопередаче наружных стен должно быть не менее 3,2 λ Вт/м •°С.

Пример расчета коэффициента теплового сопротивления конструкции:

1) Блок ячеистого бетона толщиной 300 мм (коэффициент теплопроводности = 0,12 Вт/м•°С). Сопротивление теплопередаче стены: 0,3/0,12 = 2,5 Вт/м•°С. Вывод: показатель ниже нормы.

2) Блок ячеистого бетона толщиной 400 мм (коэффициент теплопроводности = 0,12 Вт/м•°С). Сопротивление теплопередаче стены: 0,4/0,12 = 3,3 Вт/м•°С. Вывод: показатель чуть выше нормы. Подобные расчеты верны для блоков, уложенных исключительно на клей.

Для того чтобы определиться с толщиной будущей стены, необходимо использовать те же показатели, но использовать их в другом порядке: нормативный показатель сопротивления теплопередаче (λ) умножаем на коэффициент теплопроводности (R) и получаем толщины стены (δ), соответствующую современным нормам с точки зрения энергоэффективности: δ = λ х R.

Пример расчета необходимой толщины стены:

1) Коэффициент теплопроводности сосны и ели поперек волокон равен 0,18 Вт/м•°С, рассчитываем толщину стены: 0,18 х 3,2 = 0,576 м, значит, для того чтобы получить деревянную стену с нормативным сопротивлением теплопередаче, нужно, чтобы она составляла не менее 576 мм.

2) Определим необходимую толщину стены из кирпича. Кирпич глиняный плотностью 1800 или силикатный плотностью 1600 кг/м3 имеет коэффициент теплопроводности 0,81 Вт/м•°С, следовательно толщина стены: 0,81 х 3,2 = 2,592 м.

3) Рассчитаем толщину стены из железобетона (коэффициент теплопроводности 2,04 Вт/м•°С): 2,04 х 3,2 = 6,528 м.

В то же время минераловатный утеплитель толщиной 14-15 см соответствует нормативу: λ = 0,044 Вт/м•°С х 3,2 = 0,14 м.

Для многослойных конструкций расчеты производятся аналогичным образом. При этом учитываются показатели каждого слоя.

Приведенные выше формулы, несмотря на некоторую простоту, позволят вам еще на стадии проектирования выбрать оптимальные материалы и толщину стены. Стоит добавить, что помимо теплопроводности материала есть еще и другие не менее важные показатели, поэтому подход к выбору материала должен быть комплексным.

Для самостоятельного расчета под конкретный регион рекомендуется воспользоваться следующими табличными данными:

Как рассчитать несущие стены. Как рассчитывать толщину кирпичной стены, подробный расчет толщины стены

Рисунок 1 . Расчетная схема для кирпичных колонн проектируемого здания.

При этом возникает естественный вопрос: какое минимальное сечение колонн обеспечит требуемую прочность и устойчивость? Конечно же, идея выложить колонны из глиняного кирпича, а тем более стены дома, является далеко не новой и все возможные аспекты расчетов кирпичных стен, простенков, столбов, которые есть суть колонны, достаточно подробно изложены в СНиП II-22-81 (1995) «Каменные и армокаменные конструкции». Именно этим нормативным документом и следует руководствоваться при расчетах. Приводимый ниже расчет, не более, чем пример использования указанного СНиПа.

Чтобы определить прочность и устойчивость колонн, нужно иметь достаточно много исходных данных, как то: марка кирпича по прочности, площадь опирания ригелей на колонны, нагрузка на колонны, площадь сечения колонны, а если на этапе проектирования ничего из этого не известно, то можно поступить следующим образом:

Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость при центральном сжатии

Проектируется:

Терраса размерами 5х8 м. Три колонны (одна посредине и две по краям) из лицевого пустотелого кирпича сечением 0.25х0.25 м. Расстояние между осями колонн 4 м. Марка кирпича по прочности М75.

Расчетные предпосылки:

.

При такой расчетной схеме максимальная нагрузка будет на среднюю нижнюю колонну. Именно ее и следует рассчитывать на прочность. Нагрузка на колонну зависит от множества факторов, в частности от района строительства. Например, Санкт-Петербурге составляет 180 кг/м 2 , а в Ростове-на-Дону — 80 кг/м 2 . С учетом веса самой кровли 50-75 кг/м 2 нагрузка на колонну от кровли для Пушкина Ленинградской области может составить:

N с кровли = (180·1.25 + 75)·5·8/4 = 3000 кг или 3 тонны

Так как действующие нагрузки от материала перекрытия и от людей, восседающих на террасе, мебели и др. пока не известны, но железобетонная плита точно не планируется, а предполагается, что перекрытие будет деревянным, из отдельно лежащих обрезных досок, то для расчетов нагрузки от террасы можно принять равномерно распределенную нагрузку 600 кг/м 2 , тогда сосредоточенная сила от террасы, действующая на центральную колонну, составит:

N с террасы = 600·5·8/4 = 6000 кг или 6 тонн

Собственный вес колонн длиной 3 м будет составлять:

N с колонны = 1500·3·0.38·0.38 = 649.8 кг или 0.65 тонн

Таким образом суммарная нагрузка на среднюю нижнюю колонну в сечении колонны возле фундамента составит:

N с об = 3000 + 6000 + 2·650 = 10300 кг или 10.3 тонн

Однако в данном случае можно учесть, что существует не очень большая вероятность того, что временная нагрузка от снега, максимальная в зимнее время, и временная нагрузка на перекрытие, максимальная в летнее время, будут приложены одновременно. Т.е. сумму этих нагрузок можно умножить на коэффициент вероятности 0.9, тогда:

N с об = (3000 + 6000)·0.9 + 2·650 = 9400 кг или 9.4 тонн

Расчетная нагрузка на крайние колонны будет почти в два раза меньше:

N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кг или 5.8 тонн

2. Определение прочности кирпичной кладки.

Марка кирпича М75 означает, что кирпич должен выдерживать нагрузку 75 кгс/см 2 , однако прочность кирпича и прочность кирпичной кладки — разные вещи. Понять это поможет следующая таблица:

Таблица 1 . Расчетные сопротивления сжатию для кирпичной кладки (согласно СНиП II-22-81 (1995))


Но и это еще не все. Все тот же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендует при площади столбов и простенков менее 0.3 м 2 умножать значение расчетного сопротивления на коэффициент условий работы γ с =0.8 . А так как площадь сечения нашей колонны составляет 0.25х0.25 = 0.0625 м 2 , то придется этой рекомендацией воспользоваться. Как видим, для кирпича марки М75 даже при использовании кладочного раствора М100 прочность кладки не будет превышать 15 кгс/см 2 . В итоге расчетное сопротивление для нашей колонны составит 15·0.8 = 12 кг/см 2 , тогда максимальное сжимающее напряжение составит:

10300/625 = 16.48 кг/см 2 > R = 12 кгс/см 2

Таким образом для обеспечения необходимой прочности колонны нужно или использовать кирпич большей прочности, например М150 (расчетное сопротивление сжатию при марке раствора М100 составит 22·0.8 = 17.6 кг/см 2) или увеличивать сечение колонны или использовать поперечное армирование кладки. Пока остановимся на использовании более прочного лицевого кирпича.

3. Определение устойчивости кирпичной колонны.

Прочность кирпичной кладки и устойчивость кирпичной колонны — это тоже разные вещи и все тот же СНиП II-22-81 (1995) рекомендует определять устойчивость кирпичной колонны по следующей формуле :

N ≤ m g φRF (1.1)

где m g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. В данном случае нам, условно говоря, повезло, так как при высоте сечения h ≈ 30 см, значение данного коэффициента можно принимать равным 1.

Примечание : Вообще-то с коэффициентом m g все не так просто, подробности можно посмотреть в комментариях к статье.

φ — коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны λ . Чтобы определить этот коэффициент, нужно знать расчетную длину колонны l 0 , а она далеко не всегда совпадает с высотой колонны. Тонкости определения расчетной длины конструкции изложены отдельно , здесь лишь отметим, что согласно СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: «Расчетные высоты стен и столбов l 0 при определении коэффициентов продольного изгиба φ в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах

l 0 = Н ;

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l 0 = 1,5H , для многопролетных зданий l 0 = 1,25H ;

в) для свободно стоящих конструкций l 0 = 2Н ;

г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее l 0 = 0,8Н , где Н — расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету.»

На первый взгляд, нашу расчетную схему можно рассматривать, как удовлетворяющую условиям пункта б). т.е можно принимать l 0 = 1.25H = 1.25·3 = 3.75 метра или 375 см . Однако уверенно использовать это значение мы можем лишь в том случае, когда нижняя опора действительно жесткая. Если кирпичная колонна будет выкладываться на слой гидроизоляции из рубероида, уложенный на фундамент, то такую опору скорее следует рассматривать как шарнирную, а не жестко защемленную. И в этом случае наша конструкция в плоскости, параллельной плоскости стены, является геометрически изменяемой , так как конструкция перекрытия (отдельно лежащие доски) не обеспечивает достаточную жесткость в указанной плоскости. Из подобной ситуации возможны 4 выхода:

1. Применить принципиально другую конструктивную схему

например — металлические колонны, жестко заделанные в фундамент, к которым будут привариваться ригеля перекрытия, затем из эстетических соображений металлические колонны можно обложить лицевым кирпичом любой марки, так как всю нагрузку будет нести металл. В этом случае, правда нужно рассчитывать металлические колонны, но расчетную длину можно приниматьl 0 = 1.25H .

2. Сделать другое перекрытие ,

например из листовых материалов, что позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, в этом случае l 0 = H .

3. Сделать диафрагму жесткости

в плоскости, параллельной плоскости стены. Например по краям выложить не колонны, а скорее простенки. Это также позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, но в этом случае необходимо дополнительно рассчитывать диафрагму жесткости.

4. Не обращать внимания на вышеприведенные варианты и рассчитывать колонны, как отдельно стоящие с жесткой нижней опорой, т.е

l 0 = 2Н

В конце концов древние греки ставили свои колонны (правда, не из кирпича) без каких-либо знаний о сопротивлении материалов, без использования металлических анкеров, да и столь тщательно выписанных строительных норм и правил в те времена не было, тем не менее некоторые колонны стоят и по сей день.

Теперь, зная расчетную длину колонны, можно определить коэффициент гибкости:

λ h = l 0 /h (1.2) или

λ i = l 0 /i (1.3)

где h — высота или ширина сечения колонны, а i — радиус инерции.

Определить радиус инерции в принципе не сложно, нужно разделить момент инерции сечения на площадь сечения, а затем из результата извлечь квадратный корень, однако в данном случае в этом нет большой необходимости. Таким образом λ h = 2·300/25 = 24 .

Теперь, зная значение коэффициента гибкости, можно наконец-то определить коэффициент продольного изгиба по таблице:

Таблица 2 . Коэффициенты продольного изгиба для каменных и армокаменных конструкций (согласно СНиП II-22-81 (1995))


При этом упругая характеристика кладки α определяется по таблице:

Таблица 3 . Упругая характеристика кладки α (согласно СНиП II-22-81 (1995))

В итоге значение коэффициента продольного изгиба составит около 0.6 (при значении упругой характеристики α = 1200, согласно п.6). Тогда предельная нагрузка на центральную колонну составит:

N р = m g φγ с RF = 1х0.6х0.8х22х625 = 6600 кг

Это означает, что принятого сечения 25х25 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны недостаточно. Для увеличения устойчивости наиболее оптимальным будет увеличение сечения колонны. Например, если выкладывать колонну с пустотой внутри в полтора кирпича, размерами 0.38х0.38 м, то таким образом не только увеличится площадь сечения колонны до 0.13 м 2 или 1300 см 2 , но увеличится и радиус инерции колонны до i = 11.45 см . Тогда λ i = 600/11.45 = 52.4 , а значение коэффициента φ = 0.8 . В этом случае предельная нагрузка на центральную колонну составит:

N р = m g φγ с RF = 1х0.8х0.8х22х1300 = 18304 кг > N с об = 9400 кг

Это означает, что сечения 38х38 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны хватает с запасом и даже можно уменьшить марку кирпича. Например, при первоначально принятой марке М75 предельная нагрузка составит:

N р = m g φγ с RF = 1х0.8х0.8х12х1300 = 9984 кг > N с об = 9400 кг

Вроде бы все, но желательно учесть еще одну деталь. Фундамент в этом случае лучше делать ленточным (единым для всех трех колонн), а не столбчатым (отдельно для каждой колонны), в противном случае даже небольшие просадки фундамента приведут к дополнительным напряжениям в теле колонны и это может привести к разрушению. С учетом всего вышеизложенного наиболее оптимальным будет сечение колонн 0.51х0.51 м, да и с эстетической точки зрения такое сечение является оптимальным. Площадь сечения таких колонн составит 2601 см 2 .

Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость при внецентренном сжатии

Крайние колонны в проектируемом доме не будут центрально сжатыми, так как на них будут опираться ригеля только с одной стороны. И даже если ригеля будут укладываться на всю колонну, то все равно из-за прогиба ригелей нагрузка от перекрытия и кровли будет передаваться крайним колоннам не по центру сечения колонны. В каком именно месте будет передаваться равнодействующая этой нагрузки, зависит от угла наклона ригелей на опорах, модулей упругости ригелей и колонн и ряда других факторов, которые подробно рассматриваются в статье «Расчет опорного участка балки на смятие «. Это смещение называется эксцентриситетом приложения нагрузки е о. В данном случае нас интересует наиболее неблагоприятное сочетание факторов, при котором нагрузка от перекрытия на колонны будет передаваться максимально близко к краю колонны. Это означает, что на колонны кроме самой нагрузки будет также действовать изгибающий момент, равный M = Ne о , и этот момент нужно учесть при расчетах. В общем случае проверку на устойчивость можно выполнять по следующей формуле:

N = φRF — MF/W (2.1)

где W — момент сопротивления сечения. В данном случае нагрузку для нижних крайних колонн от кровли можно условно считать центрально приложенной, а эксцентриситет будет создавать только нагрузка от перекрытия. При эксцентриситете 20 см

N р = φRF — MF/W = 1х0.8х0.8х12х2601 — 3000·20·2601 · 6/51 3 = 19975, 68 — 7058.82 = 12916.9 кг > N кр = 5800 кг

Таким образом даже при очень большом эксцентриситете приложения нагрузки у нас имеется более чем двукратный запас по прочности.

Примечание: СНиП II-22-81 (1995) «Каменные и армокаменные конструкции» рекомендует использовать другую методику расчета сечения, учитывающую особенности каменных конструкций, однако результат при этом будет приблизительно таким же, поэтому методику расчета, рекомендуемую СНиПом здесь не привожу.

Чтобы выполнить расчет стены на устойчивость, нужно в первую очередь разобраться с их классификацией (см. СНиП II -22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», а также пособие к СНиП) и понять, какие бывают виды стен:

1. Несущие стены — это стены, на которые опираются плиты перекрытия, конструкции крыши и т.п. Толщина этих стен должна быть не менее 250 мм (для кирпичной кладки). Это самые ответственные стены в доме. Их нужно рассчитывать на прочность и устойчивость.

2. Самонесущие стены — это стены, на которые ничто не опирается, но на них действует нагрузка от всех вышележащих этажей. По сути, в трехэтажном доме, например, такая стена будет высотой в три этажа; нагрузка на нее только от собственного веса кладки значительная, но при этом очень важен еще вопрос устойчивости такой стены — чем стена выше, тем больше риск ее деформаций.

3. Ненесущие стены — это наружные стены, которые опираются на перекрытие (или на другие конструктивные элементы) и нагрузка на них приходится с высоты этажа только от собственного веса стены. Высота ненесущих стен должна быть не более 6 метров, иначе они переходят в категорию самонесущих.

4. Перегородки — это внутренние стены высотой менее 6 метров, воспринимающие только нагрузку от собственного веса.

Разберемся с вопросом устойчивоcти стен.

Первый вопрос, возникающий у «непосвященного» человека: ну куда может деться стена? Найдем ответ с помощью аналогии. Возьмем книгу в твердом переплете и поставим ее на ребро. Чем больше формат книги, тем меньше будет ее устойчивость; с другой стороны, чем книга будет толще, тем лучше она будет стоять на ребре. Со стенами та же ситуация. Устойчивость стены зависит от высоты и толщины.

Теперь возьмем наихудший вариант: тонкую тетрадь большого формата и поставим на ребро — она не просто потеряет устойчивость, но еще и изогнется. Так и стена, если не будут соблюдены условия по соотношению толщины и высоты, начнет выгибаться из плоскости, а со временем — трещать и разрушаться.

Что нужно, чтобы избежать такого явления? Нужно изучить п.п. 6.16…6.20 СНиП II -22-81.




Рассмотрим вопросы определения устойчивости стен на примерах.

Пример 1. Дана перегородка из газобетона марки М25 на растворе марки М4 высотой 3,5 м, толщиной 200 мм, шириной 6 м, не связанная с перекрытием. В перегородке дверной проем 1х2,1 м. Необходимо определить устойчивость перегородки.

Из таблицы 26 (п. 2) определяем группу кладки — III . Из таблиц ы 28 находим? = 14. Т.к. перегородка не закреплена в верхнем сечении, нужно снизить значение β на 30% (согласно п. 6.20), т.е. β = 9,8.

k 1 = 1,8 — для перегородки, не несущей нагрузки при ее толщине 10 см, и k 1 = 1,2 — для перегородки толщиной 25 см. По интерполяции находим для нашей перегородки толщиной 20 см k 1 = 1,4;

k 3 = 0,9 — для перегородки с проемами;

значит k = k 1 k 3 = 1,4*0,9 = 1,26.

Окончательно β = 1,26*9,8 = 12.3.

Найдем отношение высоты перегородки к толщине: H /h = 3,5/0,2 = 17,5 > 12.3 — условие не выполняется, перегородку такой толщины при заданной геометрии делать нельзя.

Каким способом можно решить эту проблему? Попробуем увеличить марку раствора до М10, тогда группа кладки станет II , соответственно β = 17, а с учетом коэффициентов β = 1,26*17*70% = 15 17,5 — условие выполняется. Также можно было не увеличивая марку газобетона, заложить в перегородке конструктивное армирование согласно п. 6.19. Тогда β увеличивается на 20% и устойчивость стены обеспечена.

Пример 2. Дана наружная ненесущая стена из облегченной кладки из кирпича марки М50 на растворе марки М25. Высота стены 3 м, толщина 0,38 м, длина стены 6 м. Стена с двумя окнами размером 1,2х1,2 м. Необходимо определить устойчивость стены.

Из таблицы 26 (п. 7) определяем группу кладки — I . Из таблиц ы 28 находим β = 22. Т.к. стена не закреплена в верхнем сечении, нужно снизить значение β на 30% (согласно п. 6.20), т.е. β = 15,4.

Находим коэффициенты k из таблиц ы 29:

k 1 = 1,2 — для стены, не несущей нагрузки при ее толщине 38 см;

k 2 = √А n /A b = √1,37/2,28 = 0,78 — для стены с проемами, где A b = 0,38*6 = 2,28 м 2 — площадь горизонтального сечения стены с учетом окон, А n = 0,38*(6-1,2*2) = 1,37 м 2 ;

значит k = k 1 k 2 = 1,2*0,78 = 0,94.

Окончательно β = 0,94*15,4 = 14,5.

Найдем отношение высоты перегородки к толщине: H /h = 3/0,38 = 7,89

Необходимо также проверить условие, изложенное в п. 6.19:

Н + L = 3 + 6 = 9 м

При строительстве загородного дома многие мастера задумаются не только о том, какой лучше выбрать кирпич и конструкции несущих стен, а также о том, как определить толщину кирпичной стены, чтобы сделать правильный расчет расхода материалов для возведения стен дома.

Толщина стены

Стоит знать, что выбирая полнотелый или пустотелый кирпич, ширина стен дома может быть различна. Поэтому и расчет необходимого кирпича будет сильно разниться. Кирпич полнотелый обладает высокой прочностью, но по теплоизоляционным свойствам уступает многим другим строительным материалам.

Например, для температуры наружного воздуха — 30°С, стены дома из полнотелого кирпича выкладывают в 64 сантиметра (2,5 кирпича). В то время как, для этой же температуры толщина стен из деревянных брусьев равна 16-18 сантиметров.

Поэтому для сокращения общего расхода кирпича, уменьшения нагрузки на фундамент, а также уменьшения массы стен часто используют пустотелый (щелевой или дырчатый) кирпич или полнотелый, но с образованием пустот. Плюс ко всему, используют всевозможные теплоизоляционные материалы, а также эффективные штукатурки и засыпки.

Как уже было выше упомянуто, экономически нецелесообразной оказывается кладка, которая выложена из полнотелого кирпича. К примеру, для трехкомнатного дома с толщиной стен 64 сантиметра необходимо около 25 тысяч кирпичей общим весом 80-100 тонн. Конечно, это приблизительный расчет, но цифра, особенно, выраженная в тоннах, ошеломляет.

И это только для наружных стен. А если учесть объем, необходимый для перегородок, то дом фактически превращается в кирпичный склад с достаточно громоздким фундаментом.

Важно также учитывать, что кирпичные стены имеют достаточно большую тепловую инерционность. То есть необходимо достаточное время на то, чтобы они прогрелись и остыли. А чем толще стена, тем больше времени необходимо на прогрев. То есть температура в помещении мало меняется в течение суток. Поэтому для кирпичного дома, возведенного из полноценного кирпича, необходимо правильно рассчитать систему отопления.

Укладка кирпича

В этом состоит огромный плюс кирпичных стен. Однако не всегда благоприятна такая тепловая инерционность для дач, которые могут эксплуатироваться сезонно. Промерзшие стены на даче будут достаточно долго прогреваться. А резкие перепады температур часто приводят к образованию конденсата внутри помещения. Поэтому, как правило, такие дома обшивают досками.

Итак, все же перейдем к тому вопросу как же рассчитать толщину кирпичной стены в зависимости от того или иного виды кирпича? Расчет произвести не сложно, потому что существует специальная таблица, в которой, в зависимости от вида кирпича, конструкции стен и температуры воздуха определяется соответствующая толщина стен дома.

Различные кирпичные стены определение толщины в них будет описано ниже. В сводной схеме.

Обыкновенный глиняный, силикатный и полнотелый кирпич

При сплошной кладке с внутренней штукатуркой

  • Для температуры воздуха 4С — толщина стен 30 см;
  • При температуре -5°С – толщина стен 25 см;
  • При температуре -10°С – 38 см;
  • При температуре -20°С – 51 см;
  • При температуре -30°С – 64 см.

Кирпичная кладка с воздушной прослойкой

  • Для температуры воздуха -20°С (-30°С) – толщина стен 42 см;
  • Для температуры воздуха -30°С (-40°С) – толщина стен 55 см;
  • Для температуры воздуха -40°С (-50°С) – толщина стен 68 см;

Сплошная кладка с плитными наружными утеплителями толщиной 5 сантиметров и внутренней штукатуркой

  • Для температуры воздуха -20°С (-30°С) – толщина стен 25 см;
  • Для температуры воздуха -30°С (-40°С) – толщина стен 38 см;
  • Для температуры воздуха -40°С (-50 °С) – 51 см;

Сплошная кладка с внутренним утеплением плитами термоизоляционными, имеющими толщину 10 сантиметров

  • Для температуры воздуха -20°С (-25°С) – толщина стен 25 см;
  • Для температуры воздуха -30°С (-35°С) – толщина стен 38 см;
  • Для температуры воздуха -40°С (-50 °С) – 51 см.

Кладка колодцевая с минеральной засыпкой с объемной массой 1400 кг/м3 и внутренней штукатуркой

  • Для температуры -10°С(-20°С) – 38 см;
  • Для температуры -25°С (-35°С) – 51 см;
  • Для температуры -35°С (-50°С) – 64 см.

Пустотелый глиняный кирпич

Забор из кирпича

  • Кладка с внутренней и наружной штукатуркой, а также с воздушной прослойкой 5 сантиметров. Для температуры воздуха -15°С (-25°С) – 29 см, для температуры воздуха -25°С (-35°С) – 42 см, для температуры воздуха -40°С (-50°С) – 55 см;
  • Кладка сплошная с внутренней штукатуркой. Для температуры воздуха -10°С – 25 см, для температуры воздуха -20°С – 38 см, для температуры воздуха -35°С – 51 см.

Толщина стен в сантиметрах указывается с учетом вертикальных швов, толщина которых составляет 1 сантиметр. Горизонтальные швы также делают толщиной 1 сантиметр, если в раствор были добавлены глина и известь. Если же добавок не было, то толщина горизонтальных швов делается 1,2 сантиметра. Самая большая толщина швов составляет 1,5 сантиметра, самая малая 0,8 сантиметра.

При возведении кирпичных стен часто используют цементно-глиняный, цементно-известковый и цементно-песчаный растворы. Последний очень жесткий и прочный поэтому в него (для пластичности) добавляют тесто из глины и извести.

Тесто известковое готовится путем гашения водой отдельных кусочков извести в творильной яме. Далее смесь оставляется на 2 недели. Тесто глиняное готовится путем замачивания кусков глины в воде на 3-5 дней.

Схема укладки стены из кирпича с прослойкой

После полного размокания тщательно перемешивается с водой и процеживается. Остатки воды сливаются. Такое тесто может храниться достаточно долгий срок. Раствор для кирпичной кладки готовят перед началом работ. А использовать его рекомендуют в ближайшие два часа (не более).

Для облицовки фасадов наиболее лучшим считается керамический лицевой кирпич. Также можно использовать бетонный камень или же кирпич утолщенный с пустотами.

Все вышесказанное говорит о том, что если провести правильный расчет толщины стены дома, можно не только снизить расход материалов, затрачиваемых на возведение загородного дома, но и снизить нагрузки на фундамент, что также является экономическим показателем. Ведь можно снизить и затраты на сам фундамент дома. Хотя необходимо отметить, что расчет можно сделать только в том случае, если точно знать, какой кирпич будет использован в строительстве.

Сегодня многие загородные застройщики, которые проводят все строительные работы на загородном участке своими руками, не обращают большого внимания на такой аспект, как расчет толщины стен дома. И делают ошибку. А можно было бы сэкономить.

Проверим прочность кирпичного простенка несущей стены жилого дома переменной этажности в г. Вологде.

Исходные данные:

Высота этажа — Нэт=2,8 м;

Число этажей — 8 эт;

Шаг несущих стен — а=6,3 м;

Размеры оконного проема — 1,5х1,8 м;

Размеры сечения простенка -1,53х0,68 м;

Толщина внутренней версты — 0,51 м;

Площадь сечения простенка-А=1.04м 2 ;

Длина опорной площадки плит перекрытия на кладку

Материалы: кирпич силикатный утолщенный лицевой (250Ч120Ч88) ГОСТ 379-95, марка СУЛ-125/25, камень силикатный пористый (250Ч120Ч138) ГОСТ 379-95, марка СРП -150/25 и кирпич силикатный пустотелый утолщенный (250х120х88) ГОСТ 379-95 марка СУРП-150/25. Для кладки 1-5 этажей используется цементно-песчаный раствор М75, для 6-8 этажей, плотность кладки =1800 кг/м 3 , кладка многослойная, утеплитель — пенополистирол марки ПСБ-С-35 n=35 кг/м3 (ГОСТ 15588-86). При многослойной кладке нагрузка будет передаваться на внутреннюю версту наружной стены, поэтому при расчете толщину наружной версты и утеплителя не учитываем.

Сбор нагрузки от покрытия и перекрытий представлен в таблицах 2.13, 2.14, 2.15. Расчетный простенок представлен на рис. 2.5.

Рисунок 2.12. Расчетный простенок: а — план; б — вертикальный разрез стены; в-расчетная схема; г — эпюра моментов

Таблица 2.13. Сбор нагрузок на покрытие, кН/м 2

Наименование нагрузки

Нормативное значение кН/м2

Расчетное значение кН/м2

Постоянная:

1. Слой линокрома ТКП, t=3,7 мм,

вес 1м2 материала 4,6 кг/м2, =1100 кг/м3

2. Слой линокрома ХПП, t=2,7 мм

вес 1м2 материала 3,6 кг/м2, =1100 кг/м3

3. Грунтовка «Праймер битумный»

4. Цементно-песчаная стяжка, t=40 мм, =1800 кг/м3

5. Керамзитовый гравий, t=180 мм, =600 кг/м3,

6. Утеплитель — пенополистирол ПСБ-С-35, t=200 мм, =35 кг/м3

7. Пароизол

8. Железобетонная плита перекрытия

Временная:

S0н =0,7ЧSqмЧСeЧСt= 0,7Ч2,4 1Ч1Ч1

Таблица 2.14. Сбор нагрузок на чердачное перекрытие, кН/м2

Таблица 2.15. Сбор нагрузок на междуэтажное перекрытие, кН/м2

Таблица 2.16. Сбор нагрузок на 1 м.п. от наружной стены t=680 мм, кН/м2

Определим ширину грузового участка по формуле 2.12

где b-расстояние между разбивочными осями, м;

а — величина опирания плиты перекрытия, м.

Длина грузовой площади простенка определяется по формуле (2.13).

где l — ширина простенка;

l f — ширина оконных проемов, м.

Определение грузовой площади (соответственно рисунку 2.6) производится по формуле (2.14)

Рисунок 2.13. Схема определения грузовой площади простенка

Подсчет усилия N на простенок от вышерасположенных этажей на уровне низа перекрытий первого этажа, ведем исходя из грузовой площади и действующих нагрузок на перекрытия, покрытия и кровлю, нагрузки от веса наружной стены.

Таблица 2.17. Сбор нагрузок, кН/м

Наименование нагрузки

Расчетное значение кН/м

1. Конструкция покрытия

2. Чердачное перекрытие

3. Междуэтажное перекрытие

4. Наружная стена t=680 мм

Расчет внецентренно сжатых неармированных элементов каменных конструкций следует производить по формуле 13

Рассчитываем толщину стен

Климатические условия Беларуси и России не позволяют подходить к выбору стеновых материалов для строительства дома только лишь с эстетической точки зрения, куда важнее сберечь драгоценное тепло, обеспечив себе тем самым комфортное проживание.
Прежде чем определиться с конструкцией стены имея на руках готовый проект дома, необходимо произвести некоторые простейшие расчеты, которые сделают картину будущих затрат на отопление более ясной. Приобретая стеновой строительный материал, ознакомьтесь с его техническими характеристиками. Там, как правило, указан такой важный параметр, как коэффициент теплопроводности. На его основе определяется коэффициент теплового сопротивления конструкции, а также необходимая толщина стены. Толщину стены (δ) разделите на коэффициент теплопроводности материала (λ) и получите коэффициент теплового сопротивления конструкции (R): R = δ / λ. По нормам сопротивление теплопередаче наружных стен должно быть не менее 3,2λ Вт/м •°С.

Пример расчета коэффициента теплового сопротивления конструкции (расчёт актуален включая 2021 год):


1. Блок керамзитобетонный толщиной 300 мм (коэффициент теплопроводности = 0,12 Вт/м•°С, но надо смотреть результаты испытаний, может быть и 0,19 Вт/м•°С). Сопротивление теплопередаче стены: 0,3/0,12 = 2,5 Вт/м•°С. Вывод: показатель ниже нормы.
2. Блок керамзитобетонный толщиной 400 мм (коэффициент теплопроводности = 0,12 Вт/м•°С). Сопротивление теплопередаче стены: 0,4/0,12 = 3,3 Вт/м•°С. Вывод: показатель чуть выше нормы. Подобные расчеты верны для блоков, уложенных исключительно на клей. Для того чтобы определиться с толщиной будущей стены, необходимо использовать те же показатели, но использовать их в другом порядке: нормативный показатель сопротивления теплопередаче (λ) умножаем на коэффициент теплопроводности (R) и получаем толщину стены (δ), соответствующую современным нормам с точки зрения энергоэффективности: δ = λ х R.
3. Теперь возьмём конкретно газосиликатный блок производства «Забудова», РБ толщиной 500 мм (коэффициент теплопроводности которого = 0,16 Вт/м•°С, но в реалиях он от 0,19 Вт/м•°С).

Сопротивление теплопередаче стены: 0,5/0,16 = 3,125 Вт/м•°С. Вывод: показатель чуть меньше нормы. Подобные расчеты верны для блоков, уложенных исключительно на клей. Следует отметить, что теплопроводность стены следует считать по условиям эксплуатации «Б», т.е. не сухой материал.
Пример расчета необходимой толщины стены:
1. Коэффициент теплопроводности сосны и ели поперек волокон равен 0,18 Вт/м•°С, рассчитываем толщину стены: 0,18 х 3,2 = 0,576 м, значит для того, чтобы получить деревянную стену с нормативным сопротивлением теплопередаче нужно, чтобы она составляла не менее 576 мм.
2. Определим необходимую толщину стены из кирпича. Кирпич глиняный плотностью 1800 кг/м3или силикатный плотностью 1600 кг/м.куб. имеет коэффициент теплопроводности 0,81 Вт/м•°С, следовательно толщина стены: 0,81 х 3,2 = 2,592 м. Это уже не просто стена, это крепость! В тоже время минераловатный утеплитель толщиной 14-15 см соответствует нормативу: λ = 0,044 Вт/м•°С х 3,2 = 0,14 м.
3. И напоследок, рассчитаем толщину стены из железобетона (коэффициент теплопроводности 2,04 Вт/м•°С): 2,04 х 3,2 = 6,528 м. Бункер выйдет отличный! Для многослойных конструкций расчеты производятся аналогичным образом. При этом учитываются показатели каждого слоя. Приведенные выше формулы, несмотря на некоторую простоту, позволят вам еще на стадии проектирования выбрать оптимальные материалы и толщину стены. Стоит добавить, что помимо теплопроводности материала есть еще и другие не менее важные показатели, поэтому подход к выбору материала должен быть комплексным.

На нашем сайтев широком ассортименте представлены готовые архитектурные проекты частных домов, включая и одноэтажные проекты домов

За консультацией и по вопросам проектирования индивидуальных жилых домов обращайтесь в Международную архитектурную мастерскую «МойДом.BY»
Руководитель Алексей Колесков

Тел.: +37529-625-22-68, +37529 562-47-97

 26.07.2013

Перейти к списку новостей
Продолжить

Как рассчитать толщину стен: важно учитывать теплопроводность!

Для нахождения необходимой толщины стен в жилом помещении необходимо безошибочно посчитать теплопроводность. Этот параметр напрямую связан с типом применимых материалов для стройки и климатом в регионе.

Для экономии на обогреве дома и создании положительной обстановки, необходимо верно рассчитать толщину стен и требуемого материала для утепления, которые понадобятся во время строительства. Если подсчеты произвести неправильно, возникнет отрицательный результат:

  • промерзание стен в зимнее вемя;
  • большие затраты при отоплении жилья;
  • сдвиг точки росы и, как следствие, возникновение конденсата и плесени, высокий уровень влажности;
  • духота в летний сезон.

Расчет теплопроводности

Проводимость тепла рассчитывается, основываясь на данные тепловой энергии, проходимой сквозь сырье, площадь которой 1 кв. м. и толщина 1 м. Температурное различие в комнатах и на улице составляет 1 градус. Подобное тестирование длится на протяжении часа.

Теплопроводность обусловлена следующими параметрами:

  • физическими и химическими особенностями;
  • характеристиками сырья;
  • обстоятельствами использования.

Материалы, сохраняющие тепло должны иметь коэффициент ниже 17 ВТ/ (м оС).

Узнать толщину стен, которая необходима при применении разных материалов во время строительства, можно по формуле:

R=δ/λ (м2×°С/Вт), где δ – толщина материала, λ – показатель удельной теплопроводности.

При покупке стройматериалов в их документах будет обозначен уровень проводимости тепла. Нормы для помещений, предназначенных для проживания, определены в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

Параметры проводимости тепла

Исходя из расположения и климатических особенностей, параметры теплопроводимости разнятся. Например, Крым – 2, Сочи – 2.1, Ростов-на-Дону – 2.75, Москва – 3.14, Санкт-Петербург – 3.18 м2 оС/Вт.

Определенный материал имеет свою норму проводимости. Чем она ниже, тем меньше тепла проходит.

Показатели теплопередачи для разных видов сырья:

СЫРЬЕ ВЕЛИЧИНА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПЛОТНОСТЬ
Бетон 1.28-1.51 2300-2400
Древесина дуба 0.23-0.1 700
Древесина хвои 0.10-0.18 500
Железобетонная плита 1.69 2500
Керамический кирпич с пустотами 0.41-0.35 1200-1600

Теплопроводность стройматериалов взаимосвязана с их плотностью и степенью влажности. Одно и то же сырье, но выпускаемое другим изготовителем может иметь разные коэффициенты. Рекомендуется не забывать читать его инструкции.
Если стена будет строиться не из одного сырья, показатель нужно вывести для всех видов. Потом их значения суммируются.
После выбора строительных материалов следует рассчитать термическое сопротивление. Если величины будут как в таблице или больше, это правильный показатель. В обратном случае, увеличивается толщина стены или утеплителя. Все данные пересчитываются заново.

Расчет толщины стен цокольного этажа и подвала

Правильный расчет стены подвала подразумевает учет влияния множества факторов. В частности, это уровень грунтовых вод на участке, тип грунта, высота будущего здания, материалы, используемые для строительства и т. д. Все работы по проектированию рекомендуется поручать специалистам. Однако, для общего понимания технологии расчета, вы вполне можете воспользоваться приведенной ниже информацией.

При наличии подвала или цокольного этажа, малозаглубленный ленточный фундамент дома автоматически становится заглубленным. Иными словами, он будет представлять собой полноценную стену под землей, а не просто основание для строения.

Фундамент для сооружения с подвалом

Если подвал делается уже после возведения основного сооружения, то необходимо соблюдать следующее правило: образовавшиеся после выемки грунта пустоты не должны попасть в пределы 45-градусной проекции подошвы ленточного фундамента с одной и другой стороны.

Фундамент должен иметь достаточно широкую подошву.

Фундамент следует делать максимально прочным и надежным, чтобы его стены могли успешно противостоять горизонтальным сдвигам вследствие давления окружающего грунта. В качестве фундаментного основания рекомендуется использовать подушку из монолитного бетона, связанную с лентой арматурным каркасом. Так как вес фундамента достаточно большой, подошву следует делать широкой.

Давление грунта на стену подвала.

Планируя строительство цокольного этажа, который в дальнейшем станет жилой комнатой, следует учитывать, что высокие стены (от 200 см и более), расположенные под землей, будут в течение всего времени эксплуатации испытывать значительное давление со стороны грунта. Поэтому в процессе возведения подвального помещения армированию бетонной стены следует уделить особое внимание.

Шаг между арматурными стержнями в каркасе стены не должен быть чересчур большим. Рекомендуется делать его меньше 40 см по горизонтали и вертикали. Каркас стены должен быть обязательно связан с каркасом фундаментной подушки. Кроме того, необходимо соблюдать правила армирования углов и примыканий стен.

Монолитная армированная бетонная стена является оптимальным вариантом в плане прочности, долговечности и устойчивости к давлению грунта. Такая конструкция надежнее, чем, к примеру, блочные или кирпичные.

Дополнительное усиление конструкции достигается за счет постройки пересекающихся внутренних стен подвального помещения под внутренними стенами сооружения.

Минимальная толщина стен

В зависимости от используемых в строительстве материалов, а также глубины подземного помещения, существуют минимальные значения толщины стен подвалов, а также ширины подошвы фундамента.

Расчет толщины подвальных стен при строительстве из различных материалов (минимальные значения).

Если стены подвала возводятся из небольших по размеру строительных блоков (например, керамзитобетонных), то кладка должна быть обязательно усилена с помощью продольного армирования и армопояса, проложенного по верхней границе кладки. Что касается сборных бетонных блоков, то нужно учитывать тот факт, что для фундамента дома с подвалом подходят только те, которые произведены с использованием бетона М150 и выше.

Ширина стен и размеры подошвы фундамента из монолитного бетона и блоков.

Представленная выше таблица предполагает, что:

  • Стены имеют боковое опирание, если балки потолка подвального помещения опираются о верхнюю часть его стены.
  • Если в стене имеется промежуток (проем) шириной более 120 см, или несколько промежутков, суммарная ширина которых больше 1/4 длины стены, а армирование по контуру этих промежутков отсутствует – часть стены под проемом рассчитывается как не имеющая бокового опирания. В том случае, если ширина участков стены меньше ширины промежутков, то вся стена считается как один большой проем.

Эти критерии нужно учитывать, производя расчет для стены подвала. Конструкция должна обладать хорошей устойчивостью. Следует также помнить об одном из правил строительства – устойчивость стены напрямую зависит от ее длины. Чем она короче, тем конструкция крепче и надежнее.

Деформационные швы

Для больших подвальных помещений (длина стен составляет больше 25 метров) необходимо устройство специальных деформационных швов, которые будут располагаться друг от друга на расстоянии в 15 метров или меньше. Кроме того, швы должны иметься в местах, где наблюдаются перепады высоты сооружения. Их конструкция должна предусматривать защиту от проникновения влаги внутрь подвала.

Расстояние от облицовки до земли

Если внешняя отделка дома производится при помощи кирпича, то декоративная кладка может быть продолжена и на часть стены подвального помещения, которая выступает над землей (верхняя часть подвальной стены должна подниматься не менее чем на 15 см над поверхностью грунта).

Толщина надземной части подвальной стены в этом случае может быть уменьшена до 9 см. Облицовочная кладка крепится к бетонной стене с помощью специальных стяжек. Расстояние между стяжками не должно быть слишком большим: до 90 см по горизонтали и до 20 см по вертикали. Свободное пространство между стеной и облицовочной кладкой заполняется раствором.

Если же облицовка первого этажа будет выполнена из дерева или посредством оштукатуривания по теплоизоляционному материалу либо обрешетке, то от нижней границы обшивки до грунта должен оставаться промежуток в 25 см и более.

Арматурный каркас

Стены цокольного этажа или подвального помещения, как уже было сказано ранее, нуждаются в дополнительном укреплении при помощи арматурного каркаса. Важным качеством такого каркаса является его упругость. Именно поэтому рекомендуется использовать вязку арматурных прутьев, а не жесткое сварочное соединение.

В процессе эксплуатации здания происходят некоторые подвижки фундамента. Это случается во время обильных осадков или при морозном пучении грунта. Арматурный каркас внутри подземных стен будет подвергаться серьезной нагрузке. Со связанными между собой стержнями в таких условиях ничего не произойдет, в то время как сварочное соединение при значительном давлении попросту ломается. А ремонт в подобных ситуациях чрезвычайно сложен и дорог.

Связывание арматурного каркаса осуществляется в тех местах, где металлические стержни пересекаются. Для выполнения этой работы требуется использовать специальную проволоку, предназначенную для вязки арматуры. По сути, ей может стать любая проволока, диаметр которой превышает 2—3 мм. Работа выполняется специальным крючком или пистолетом.

Ржавчина на прутьях

Не следует использовать бывшие в употреблении металлические стержни, потому что старая арматура в ряде случаев имеет дефекты, которые могут проявиться во время эксплуатации. Экономия при покупке материалов в этом случае не оправдана.

Если же новые металлические стержни имеют следы ржавчины, то в этом ничего страшного нет. Не стоит пытаться удалить ржавчину или закрасить ее. Такие манипуляции негативно скажутся на сцеплении арматуры с бетоном. При устройстве каркаса из арматуры металлические стержни можно резать при помощи болгарки.

Для сгибания прутьев можно воспользоваться специальными устройствами для разогрева металла на месте. Однако, если есть возможность, от такого подхода следует отказаться, потому что в процессе нагревания меняется структура металла, а это отрицательно сказывается на его эксплуатационных характеристиках.

Не допускается монтаж арматурной конструкции в опалубку, куда ранее уже был залит бетон. Если этапы работы были перепутаны, то весь процесс проводится заново: убирается раствор, опалубка полностью демонтируется, зачищается и устанавливается снова, в нее укладывается металлический каркас и после этого заливается новый раствор.

Наращивание арматурного каркаса

Проводить работы по наращиванию арматурной конструкции в горизонтальном или вертикальном направлении не рекомендуется. Это связано с тем, что при значительных нагрузках в местах соединения могут образоваться разрывы.

Наращивание арматурного каркаса разрешается лишь в тех случаях, когда подвальные стены в процессе эксплуатации не будут испытывать значительных нагрузок (легкие стройматериалы, низкий уровень грунтовых вод и т. д.).

Самостоятельно провести армирование стен не всегда просто. Особенно если вы ранее не занимались строительством и не обладаете требуемыми навыками и умениями. Для этой работы рекомендуется нанять профессиональных строителей.

Толщина стен подвала, диаметр используемой арматуры и количество строительных материалов должны быть заранее определены с учетом особенностей эксплуатации сооружения, уровня грунтовых вод и других факторов.

Расчет толщины стен: формула и пример

Во время строительства загородного дома почти все мастера думают не только о том, какой выбрать лучше кирпич, а также конструкции несущей стены, но и о том, как произвести расчет толщины стены кирпичной, чтобы правильно рассчитать расход материалов, предназначенных для возведения жилого помещения. Именно об этом и пойдет речь в данной статье.

Общая информация

Прежде чем производить расчет толщины стены, стоит обратить внимание на то, что в зависимости от того, какой кирпич вы предпочли, пустотелый или полнотелый, ширина будет разной. Именно поэтому расчет требуемого для строительства кирпича может сильно разниться. Так, кирпич полнотелый имеет высокую прочность, однако по теплоизоляционным свойствам он уступает многим строительным материалам.

При расчете толщины стен строящегося дома следует учесть, что, например, при температуры воздуха снаружи -30°С конструкции здания из полнотелого кирпича выкладываются в 64 сантиметра (примерно 2,5 кирпича). Для этой температуры воздуха толщина стены из деревянных брусьев равняется 16-18 сантиметров.

Именно поэтому для сокращения всего расхода материала, уменьшения нагрузок на фундамент и для уменьшения массы конструкции часто используется пустотелый (дырчатый или щелевой) кирпич, или же полнотелый, однако с пустотами. Кроме того, используют разные теплоизоляционные материалы, штукатурки, засыпки.

Что еще необходимо знать при расчете толщины стены? Было выше уже упомянуто, что экономически нецелесообразной будет кладка полнотелого кирпича. Например, для трехкомнатного жилого помещения с толщиной стены 64 сантиметра понадобится около 25 тысяч штук кирпичей, общий вес которых равен 80-100 тоннам. Конечно, это будет лишь приблизительный пример расчета толщины стены, но цифра, выраженная в тоннах, многих ошеломляет.

А это относится только лишь к наружным стенам. А если учитывать объем, который необходим для внутренних перегородок, то здание фактически превратится в кирпичный склад с весьма громоздким фундаментом.

На что обратить внимание?

Перед тем как произвести расчет, какой толщины должна быть стена из кирпича, важно еще учитывать, что такие конструкции имеют весьма немалую тепловую инерционность. Таким образом, необходимо достаточно времени для того, чтобы они хорошо прогрелись, а затем остыли. Чем толще будет стена, тем большего количества времени потребуется для прогрева. Температура воздуха в помещении мало изменяется на протяжении суток. По причине этого для кирпичного дома, который был возведен из полноценного кирпича, потребуется правильно рассчитать не только, какая толщина стен должна быть, но и материал для системы отопления.

В этом заключается огромный плюс кирпичной стены. Но не всегда благоприятной является тепловая инерционность для тех дач, которые имеют возможность эксплуатироваться сезонно. Сильно промерзшие стены в таких жилых помещениях будут долго прогреваться. Кроме того, резкие перепады температуры воздуха часто провоцируют образование конденсата в здании. По этой причине, как правило, подобные дома обшивают дополнительно досками.

Итак, перейдем к вопросу о том, какова формула расчета толщины стен в зависимости от вида кирпича. Произвести расчет несложно, ведь существует для этого специальная таблица, где, в зависимости от конкретного вида кирпича, конструкций стен, а также температуры воздуха, рассчитывается соответствующая толщина конструкции дома. Также определена толщина стены из кирпича по ГОСТу — 51 см.

Различные кирпичные конструкции, а также определение их толщины будет описано далее.

Силикатный, глиняный и полнотелый кирпич

Как известно, существует множество различных кладок стен. Рассмотрим по отдельности расчет толщины стенок для каждой из них.

С внутренней штукатуркой

В случае сплошной кладки с внутренней штукатуркой толщина будет следующей:

  • для температуры +4°С — толщина стены 30 см;
  • для температуры -5°С – толщина стены 25 см;
  • для температуры -10°С – толщина стены 38 см;
  • для температуры -20°С – толщина стены 51 см;
  • для температуры -30°С – толщина стены 64 см.

С воздушной прослойкой

Оптимальная толщина стены из кирпича с воздушной прослойкой:

  • для температуры от -20°С до -30°С – толщина стены 42 см;
  • для температуры от -30°С до -40°С – толщина стены 55 см;
  • для температуры от -40°С до -50°С – толщина стены 68 см.

С наружным и внутренним утеплением

Кладка сплошная с наружными плитными утеплителями, толщина которых равняется 5 сантиметрам, а также имеется внутренняя штукатурка:

  • для температуры от -20°С до -30°С – толщина стены 25 см;
  • для температуры от -30°С до -40°С – толщина стены 38 см;
  • для температуры от -40°С до -50°С – толщина стены 51 см.

Толщина внешней стены из кирпича со сплошной кладкой с внутренним утеплением с применением плит термоизоляции, имеющими толщину около 10 сантиметров:

  • для температуры от -20°С до -25°С – толщина стены 25 см;
  • для температуры от -30°С до -35°С – толщина стены 38 см;
  • для температуры от -40°С до -50 °С – толщина стены 51 см.

Колодцевая кладка

Колодцевая кладка с минеральной засыпкой, объемная масса — 1400 кг/м3 и с внутренней штукатуркой:

  • для температуры от -10°С до -20°С – толщина стены 38 см;
  • для температуры от -25°С до -35°С – толщина стены 51 см;
  • для температуры от -35°С до -50°С – толщина стены 64 см.

Глиняный пустотелый кирпич

А теперь рассмотрим стандартную толщину стен из кирпича пустотелого глиняного:

  1. Кладка с наружной и внутренней штукатуркой, с воздушной прослойкой около 5 сантиметров. При температуре воздуха от -15°С до -25°С – толщина стен 29 см, при температуре воздуха от -25°С до -35°С – толщина стен 42 см, при температуре воздуха от -40°С до -50°С – толщина стен 55 см.
  2. Сплошная кладка с внутренней штукатуркой. При температуре воздуха около -10°С – толщина стен 25 см, при температуре воздуха около -20°С – толщина стен 38 см, при температуре воздуха около -35°С – толщина стен 51 см.

В сантиметрах толщина стен указывается, учитывая вертикальные швы шириной 1 сантиметр. Кроме того, горизонтальные швы тоже делают толщиной в 1 сантиметр, если были добавлены в раствор глина и известь. Если не было добавок, то толщина у горизонтальных швов должна быть 1,2 сантиметра. Наибольшая толщина швов равняется 1,5 сантиметра, а самая маленькая — 0,8 сантиметра.

В случае возведения кирпичных стен, используют часто цементно-известковый, цементно-глиняный, цементно-песчаный раствор. При этом стоит обратить внимание на то, что последний весьма жесткий, поэтому в него добавляют тесто на основе глины и извести.

Такое известковое тесто готовится методом гашения водой кусочков извести в специальной творильной яме. Потом смесь оставляют на 15 дней. Глиняное тесто готовится методом замачивания кусочков глины на 3-5 дней в воде.

После размокания смесь хорошо перемешивается с водой, а потом процеживается. Все остатки воды после этого сливаются. Полученное тесто храниться может достаточно долго. Раствор, предназначенный для кирпичной кладки, готовится перед началом самих работ.

Для облицовки фасада лучшим считается лицевой керамический кирпич.

Какой толщины стены в доме?

Кирпичные стены имеют ряд преимуществ перед остальными строительными материалами, например, высокая прочность и низкая теплопроводность. Но все качества могут «потеряться», если стена обладает не оптимальной для конкретных условий толщиной.

Толщина стены — важный показатель, который влияет не только на добротность всей строительной конструкции, но и на потребительские характеристики, то есть функциональность, степень шумо-, тепло-, виброизоляции.

Выявить толщину стены из кирпича просто. По стандарту все стены имеют толщину, кратную половине длины кирпича — 12 сантиметрам. Названия зависят от этого же параметра. Используют такие термины:

  • в полкирпича;
  • в полтора кирпича;
  • в один кирпич.

В полкирпича стена имеет толщину около 12 сантиметров, в один кирпич стена – 25 сантиметров, в полтора кирпича – 38 сантиметров, а в 2 кирпича стена имеет в толщине 51 сантиметр. Незначительное расхождение цифр с теми, которые кратны 12 — 24,36 и 48, объясняется тем, что между двух слоев кирпича располагаться может бетон. Наружные стены и несущие стены строения выполняются в 1,5 кирпича и более. Все перегородки осуществляются в половину или же в четверть кирпича.

Строительство кирпичных стен в 1 кирпич с экономической стороны выгодно. Но не в каждом месте такие стены разрешается строить, ведь наблюдается резкий сезонный перепад температуры. В данном случае применяется дополнительная фасадная кладка с применением теплоизоляционного слоя.

Расчет толщины

Все расчетные манипуляции толщины кирпичной стены делаются в зависимости от размера простого красного кирпича:

  • ширина кирпича 120 миллиметров;
  • длина кирпича 250 миллиметров;
  • толщина кирпича 65 миллиметров.

Кирпич простой красный имеет вес около 3,2 килограмма. Таким образом, 1 кубометр его примерно весит 1800 килограмм. Во время расчета также учитываются и климатические особенности данной местности. Если в зимний период температура воздуха достигает -25 градусов мороза, то в таком случае ширина наружных стен должна быть 51 или 64 сантиметра. Но если будет использован утеплительный наружный материал, то разрешается сделать стену, толщина которой равняется 25 сантиметров.

Если вы будете знать такую особенность данного строительного материала, то можно рассчитать без труда расход материала на строительство дома.

Пример

Рассмотрим на примере строительство дома в той местности, где наблюдаются в зимний период сильные морозы. Стены в данном случае будут возводиться без какого-либо утеплительного слоя. Толщина стены должна быть около 51 сантиметра. Это говорит о том, что кладка должна осуществляться в 2 кирпича.

Зная параметры стены, то есть высоту и длину всех стен, возможно узнать и их площадь. К примеру, две стены по длине будут равны 5 метрам, а еще две стены — 3 метрам. Высота стен равна 3 метрам, тогда:

5х3+5х3+3х3+3х3=48 квадратных метров.

Далее найдем площадь только одного кирпича. Кладка осуществляется в 2 кирпича (51 сантиметр), как было сказано ранее, поэтому площадь кирпича находится по следующей формуле: ширина, умноженная на высоту, то есть:

0,12х0,065 = 0,0078 квадратного метра.

Теперь после этих расчетов можно найти и количество кирпича для возведения стен: общая площадь, поделенная на площадь кирпича и умноженная на 2. В результате этого мы получим следующий расчет:

48/0,0078х2=12307 штук кирпичей.

Это количество умножим на вес кирпича, в результате чего получим вес всех стен в доме:

12307х302=39390 килограмм.

Зная, что 1 кубический метр кирпичей весит около 1800 килограмм, то будет легко рассчитать требуемое количество материала:

39390/1800=22 метров кубических.

Если знать цену 1 кубического метра кирпичей, то можно легко рассчитать общую стоимость строительства такой стены. Это поможет сэкономить на покупке лишнего материала.

Как рассчитать внутренний диаметр по внешнему диаметру и толщине стенки?

Как рассчитать размер стенки на основе внешнего диаметра и внутреннего диаметра

  1. Вычтите внутренний диаметр из внешнего диаметра трубы. В результате получается объединенная толщины трубы стенок с обеих сторон трубы.
  2. Разделите общую толщину стенки трубы на два. В результате получается размер или толщины одной трубы , стенка .
  3. Проверьте наличие ошибок, отменив вычисления .

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ.

Также необходимо знать, как определить внутренний диаметр?

Шаги

  1. Если вы знаете радиус окружности, удвойте его, чтобы получить диаметр.
  2. Если вам известна длина окружности, разделите ее на π, чтобы получить диаметр.
  3. Если вам известна площадь круга, разделите результат на π и найдите его квадратный корень, чтобы получить радиус; затем умножьте на 2, чтобы получить диаметр.

Точно так же размер трубы OD или ID? Разница между внутренним диаметром ( ID ) и внешним диаметром ( OD ) обусловлена ​​толщиной стенки. Толщина стенки также определяет прочность трубы . Тип 40 , труба является наиболее распространенным, однако, когда требуется дополнительная прочность, доступен вариант 80.

В связи с этим, как вы измеряете толщину труб в стене?

Как рассчитать минимальную толщину стенки

  1. Определите максимальное давление, которое будет выдерживать труба.
  2. Определите допустимое напряжение материала стены.
  3. Если у вас уже есть труба, с которой можно работать, измерьте ее штангенциркулем.
  4. Умножьте внешний диаметр в дюймах на давление в фунтах на квадратный дюйм на 1/2.
  5. Разделите результат шага 4 на допустимое напряжение.

Как рассчитывается OD?

Измерьте или вычислите внешней окружности трубы. Затем разделите эту сумму на число «пи», обычно округленное до 3,1415. В результате получается наружный диаметр трубы.

Расчет толщины стенки трубы для внешнего давления или вакуума

Расчет толщины стенки трубы для трубопроводных систем в условиях внешнего давления или вакуума, трубопроводов с рубашкой, подводных трубопроводов и т. Д., Необходимых для учета напряжения внутри трубы, способности трубы к сжатию, продольного изгиба и сжатия трубы при более низком давлении.

Расчет толщины стенки трубы под внешним давлением в основном требуется для труб большего диаметра.Трубы всегда слабее при сжатии, чем при растяжении, и под действием внешнего давления может произойти отказ. Таким образом, система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать внешнее давление, если эти трубопроводы находятся под внешним давлением. В этой статье мы изучим расчет толщины стенки трубы под внешним давлением поэтапно на примере.

Методы расчета толщины стенки трубы при внешнем давлении

Для расчета толщины прямой трубы под внешним давлением выполняются два основных этапа —

  1. Сначала нам необходимо найти толщину трубы при внутреннем давлении в соответствии с уравнением (3a) или (3b) раздела 304.1.2 в соответствии с ASME B31.3 Нажмите здесь, чтобы просмотреть шаги по расчету толщины стенки трубы при внутреннем давлении
  2. После получения требуемой толщины стенки трубы под внутренним давлением необходимо проверить коробление трубы под внешним давлением, так как согласно разделу 304.1.3 ASME B 31.3 в соответствии с правилами расчета внешнего давления, определенными в Кодексе ASME BPV, Раздел VIII, Раздел 1, UG-28 — UG-30.

Примечание: Расчетная длина ‘L’ — это длина средней линии трубопровода между любыми двумя усиленными секциями (длина опорного пролета или пролета стыков) в соответствии с UG-29 означает длину между двумя фланцами, головками. , ребра жесткости, опоры и т. д.

Условия расчета

После того, как толщина стенки трубы выбрана на основе внутреннего давления, эта выбранная толщина трубы требуется для проверки того, выдержит ли такая же толщина внешнее давление и не будет ли труба изгибаться. Расчет производится в соответствии с ASME BPV Cide, Раздел VIII, Раздел 1, UG 28.

Итак, это в основном проверка выбранной толщины трубы в соответствии с ASME B 31.3, пункт 304.1.2, и если эта толщина не соответствует расчету внешнего давления, тогда нам придется увеличивать толщину трубы, пока она не пройдет для внешнего давления. давление тоже.

Кодекс

ASME BPV, раздел VIII, раздел 1, UG 28 предусматривает две отдельные процедуры для проверки того, что выбранная толщина достаточна для выдерживания внешнего давления, оказываемого на внешние поверхности трубы. Обе процедуры основаны на следующих условиях:

Условие 1: Трубы со значениями Do / t ≥ 10

Где,
Do = Внешний диаметр трубы
t = Минимальная требуемая толщина (означает t = выбранная толщина — допуск фрезерования — припуск на коррозию)

При выполнении вышеуказанного условия допустимое внешнее давление P a может быть рассчитано с использованием двух уравнений ниже в соответствии с их условиями:

Если значение коэффициента «B» определено, используйте приведенное ниже уравнение
Если значение фактора «A» попадает в левую часть кривой материала или температуры и из-за этого значение фактора «B» не может быть определено, тогда используйте второе уравнение ниже

Где,
P a = допустимое внешнее давление
A = коэффициент, определенный на рисунке «G» в части D раздела II ASME [для получения значения коэффициента «A» см. UG-25 ​​(c) (2) ASME Section II, Part D].
B = Коэффициент, определяемый из применяемой таблицы материалов в подразделе 3 ASME Раздел II, Часть D [для получения значения см. UG-20 (c)].
E = Модуль упругости материала при расчетной температуре (взят из таблицы применимых материалов в подразделе 3 раздела II ASME, часть D), между линиями для промежуточной температуры может быть сделана интерполяция.

Теперь перейдем ко второму условию —

Условие 2: Трубы со значениями Do / t <10

При выполнении вышеуказанного условия допустимое внешнее давление P a может быть рассчитано с использованием двух уравнений ниже в соответствии с их условиями:

Если значение коэффициента «B» определено, используйте приведенное ниже уравнение
Если значение фактора «A» попадает в левую часть кривой материала или температуры и из-за этого значение фактора «B» не может быть определено, тогда используйте другое уравнение ниже

Где,

B = Фактор B будет таким же, как первое условие, согласно UG-20 (c)
Ro = Внешний радиус трубы
E = Модуль упругости

Примечание: Второе условие «Значения Do / t <10» очень редко, в большинстве случаев нам необходимо проверить расчет толщины стенки трубы для внешнего давления при первом условии «Значения Do / t ≥ 10 ″. .

Хорошо! Вы правильно запутались ???
Не волнуйтесь, мы решим проблему ниже, чтобы развеять все сомнения.

Входные данные, необходимые для расчета толщины трубопровода внешнего давления

Мы рассматриваем трубу из углеродистой стали диаметром 34 дюйма (ASTM A106 Gr. B) и толщиной 30,18 мм (будем считать, что эта толщина выбрана как толщина под внутренним давлением).

  • P = Внешнее давление = 20 psi
  • Do = Внешний диаметр трубы = 864 мм для трубы 34 ″ NPS (согласно ASME B36.10M)
  • L = Предположим, что длина трубы без жесткости (на прямом участке трубы отсутствует) = 14000 мм
  • T = Выбранная толщина стенки трубы по внутреннему давлению = 30,18 мм
  • Допуск фрезерования = 0,3 мм
  • Допуск на коррозию = 3 мм
  • t = [Выбранная толщина (T) — допуск на фрезерование — допуск на коррозию] = 30.18 — 0,3 — 3 = 26,88 мм
  • Расчетная температура = 150 ° C
  • Y = SMYS (заданный минимальный предел текучести) материала = 220,63 МПа = 32000 psi
  • E = Модуль упругости материала при расчетной температуре (150 ° C) = 28282358,9 фунтов на кв. Дюйм (Требуется только в том случае, если значение коэффициента «A» находится слева от кривой материала или температуры)

Этапы расчета для проверки толщины труб

Шаг 1: Расчет Do / t

Здесь
Do = Наружный диаметр трубы = 864 мм
t = 26.88 мм

Итак,
Do / t = 864 / 26,88 = 32,14 ≈ 32
Теперь мы видим, что Do / t больше 10, так что это соответствует первому условию Труба со значениями Do / t ≥ 10

Следовательно, мы будем следовать методу расчета первого условия

Шаг 2: Рассчитайте L / Do, это поможет найти значение коэффициента A

Здесь
L = длина трубы без жесткости = 14000 мм (эту информацию можно получить из схемы трубопроводов)

Итак,
L / Do = 14000/864 = 16.20 ≈ 16

Шаг 3. Найдите коэффициент «A» на рисунке «G» ASME, раздел II, подраздел 3, часть D

Чтобы найти коэффициент «А», откройте Кодекс ASME BPV, раздел II, часть D, подраздел 3 ( Диаграммы и таблицы для определения толщины оболочки компонентов под внешним давлением )

В подразделе 3 перейдите к рисунку G, двигайтесь по вертикали, чтобы увидеть значение L / Do, и двигайтесь по горизонтали, чтобы увидеть значение Do / t. По рассчитанному значению совпадают обе строки.

Соответствующая точка обведена оранжевым цветом на рисунке ниже для лучшего понимания, а значение коэффициента A указано внизу рисунка (см. Рисунок ниже).

Рис. 1: Геометрическая диаграмма для компонентов, находящихся под внешней или сжимающей нагрузкой

Следовательно, из рис. 1, коэффициент A = 0,00140

Шаг 4. Теперь найдите фактор «B»

Используя значение коэффициента A (для нашего случая A = 0,00140 ) и расчетную температуру ( 150 ° C ), нам нужно найти значение коэффициента B.

Откройте соответствующую таблицу материалов в подразделе 3 Кодекса ASME BPV, Раздел II, Часть D . В нашем случае материал трубы — CS (углеродистая сталь) с SMYS (указанный минимальный предел текучести) = 32000 фунтов на квадратный дюйм. Поэтому в соответствии с материалом трубы и их значением SMYS выберите соответствующую диаграмму, для нашего случая мы должны обратиться к , рис. CS-2, (см. Рис. 2 ниже).

Рис. 2: Диаграмма для определения толщины оболочки компонентов под внешним давлением для углеродистой стали

Здесь из рисунка мы видим, что значение фактора A находится на правой стороне кривой материала или температуры.

Итак, ясно, что мы будем использовать формулу. (1) для расчета допустимого внешнего давления .

Важное примечание: Если значение фактора A будет в левой части кривой, тогда нам придется рассчитать допустимое внешнее давление, используя уравнение. 2 и модуль упругости (E) будут использоваться в уравнении.

Теперь переместитесь по горизонтали, чтобы увидеть значение фактора A, выберите кривую в соответствии с расчетной температурой (в нашем случае это , 150 ° C, ), а затем сопоставьте линии.Мы можем получить значение фактора B в правой части диаграммы (см. Рис. 2 выше).

Для этого случая значение коэффициента «B» = 94 МПа ≈ 13600 фунтов на кв. Дюйм

Примечание: Те же шаги будут выполнены для второго условия также Трубы, имеющие значения Do / t <10 , только разница в формуле. 3 и 4 будут использоваться вместо уравнения. 1 и 2 соответственно.

Шаг 5: Расчет максимально допустимого внешнего давления (Па)

Теперь, используя значение коэффициента B, рассчитайте максимально допустимое внешнее рабочее давление (Па), используя следующее уравнение:

Поскольку мы видим P a (566.66 psi)> P (20 psi). Это означает, что выбранная толщина стенки трубы (T = 30,18 мм) может выдерживать внешнее давление, оказываемое на трубу, и вакуум, создаваемый внутри трубы.

Если P a тогда необходимо увеличить выбранную толщину стенки трубы и снова выполнить все шаги, чтобы проверить выбранную толщину трубы. Эта практика будет повторяться до тех пор, пока не будет выполнено условие P a > P .

Несколько статей по теме s
Расчет толщины трубы для внутреннего давления
Презентация по анализу напряжений трубы
Презентация по теплообменнику
Некоторые важные правила и стандарты трубопроводов


Расчет толщины стенки трубы

— PDFCOFFEE.COM

Предварительный просмотр цитирования

Инженерная энциклопедия Saudi Aramco DeskTop Standards

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТРУБЫ

Примечание. Источником технических материалов в этом томе является Программа профессионального инженерного развития (PEDP) инженерных служб. Предупреждение: материалы, содержащиеся в этом документе, были разработаны для Saudi Aramco и предназначены для использования исключительно сотрудниками Saudi Aramco. Любые материалы, содержащиеся в этом документе, которые еще не являются общественным достоянием, не могут быть скопированы, воспроизведены, проданы, переданы или раскрыты третьим лицам или иным образом использованы полностью или частично без письменного разрешения вице-президента. Инжиниринговые услуги, Saudi Aramco.

Глава: Механический файл Ссылка: MEX-101.03

Для получения дополнительной информации по этому вопросу свяжитесь с координатором PEDD по телефону 874-6556

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Раздел

Страница

Страница

ИНФОРМАЦИЯ …………………………………………. ………………………………………….. ………… 5 ВВЕДЕНИЕ ……………………………… ………………………………………………. ……………… 5 ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ …………………….. ………….. 6 СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТОЛЩИНЕ ТРУБОПРОВОДОВ …………………………. …………………………… 7 ЭТАПОВ РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ ТРУБ ………. ………………………………… 9 ТОЛЩИНА СТЕНЫ ТРУБЫ ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО РАСЧЕТНОГО ДАВЛЕНИЯ .. ………………… 11 Транспортные трубопроводы: ASME B31.4 и B31.8 (толщина для внутреннего давления).. 11 Расчетное давление [P] …………………………………….. ………………………………………… 12 Труба Диаметр [D] ………………………………………. …………………………………………. 14 Допустимое напряжение [SETF] …………………………………….. …………………………….. 14 Коэффициент продольного сочленения [E] …….. ………………………………………….. ………………… 16 Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик [T] ………………………………………………….. …………. 16 Расчетные коэффициенты [F] …………………………. ………………………………………….. …………. 17 RER и PDI …………………………… ………………………………………….. ………………….. 18 Пример задачи 1: Транспортные трубопроводы ……………….. …………………………………… 21 Решение …… ………………………………………….. ……………………………………………… 22 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТРУБОПРОВОД: ASME B31.3, МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ ….. ………………………………………….. ………………………………………….. ……… 25 Расчетное давление и температура ……………………………… ……………………………….. 26 Коэффициент продольного сочленения [E] ….. ………………………………………….. …………………… 27 Базовое допустимое напряжение обруча [S] ……………… ……………………………………………… 28 » Y «Коэффициент для заводских трубопроводов …………………………………….. ……………………………… 29 КОРРОЗИЯ, ЭРОЗИЯ И ДОПУСКИ ДЛЯ РЕЗЬБЫ …… ………………………………. 31

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

i

Engineering Энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и арматура Расчет толщины стенки трубы

Допуск производителя ………………………………………………………………………. .. 31 Ограничения SAES по графику трубопроводов …………………………………… ………………………… 32 Пример задачи 2 ……………. ………………………………………….. …………………………… 33 Решение …………… ………………………………………….. ……………………………………… 34 ТОЛЩИНА СТЕНЫ ТРУБЫ ДЛЯ ВНЕШНЕЕ ДАВЛЕНИЕ ……………………………………… 36 РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ…………………………….. 38 Пример задачи 3: Внешнее давление для трубопровода ……. …………………………………… 44 Решение …… ………………………………………….. ………………………………………….. …. 44 Пример задачи 4: Внешнее давление для трубопроводов завода ……………………………… ……. 45 Решение ………………………………….. ………………………………………….. ………………. 45 ДВИЖЕНИЕ И ГРУНТОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ПРОХОЖДЕННЫЙ ТРУБОПРОВОД…………………………………………… .. 46 МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЕ РАБОЧЕЕ ДАВЛЕНИЕ (MAOP) ……………………….. 47 Рекомендации по расчету максимального расчетного давления .. ………………………………. 47 MAOP трубопровода …….. ………………………………………….. …………………………………. 49 Пример задачи 5. MAOP трубопровода. ………………………………………….. …………. 49 Решение …………………………….. ……………………………………………. ………………….. 50 Максимальное расчетное давление для трубопроводов технологической установки ………………. ………………………. 51 Пример задачи 6: Технологический трубопровод …………… ………………………………………….. …….. 52 ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ ПРИ РАСЧЕТЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ ТРУБЫ ………………………. 53 РЕЗЮМЕ …. ………………………………………….. ………………………………………….. ………… 54 ДОБАВЛЕНИЕ…………………………………………… ………………………………………….. ………… 55 ПРИЛОЖЕНИЕ A …………………………….. ………………………………………….. ……………………. 56 ПРИЛОЖЕНИЕ B …………………. ………………………………………….. ……………………………….. 62 ПРИЛОЖЕНИЕ C ……… ………………………………………….. ………………………………………….. 69

Saudi Aramco DeskTop Standards

ii

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

СПИСОК ЦИФР Рисунок 1.Напряжения в оболочке трубы из-за внутреннего давления ………………………………… 7 Рисунок 2. Схематическая диаграмма, объясняющая концепцию RER и PDI ………………… 19 Рисунок 3. Изменение основных допустимых напряжений в зависимости от температуры для материала марки B. ………………………………………….. ………………………………………….. ….. 28 Рисунок 4. Влияние внешнего давления ………………………………. …………………………….. 37 Рисунок 5.Геометрический коэффициент A для расчетов внешнего давления ……………………….. 41 Рисунок 5. Геометрический коэффициент A для расчетов внешнего давления (продолжение) ……… 42 Рисунок 6. Фактор материала B для расчетов внешнего давления ………………………… ….. 43

ПЕРЕЧЕНЬ ТАБЛИЦ Таблица 1. Уровень безопасности для труб из различных марок материалов ………………………. …………. 15 Таблица 2. Класс расположения и расчетные факторы для транспортных трубопроводов ………………….. 20 Таблица 3. Фактор «Y», извлеченный из ASME B1.3 ТАБЛИЦА 304.1.1 ……………….. 29 Таблица 4. График минимальной толщины стенки для углеродистой стали ………………………………… 32 Таблица A-1: ​​ASME / ANSI B31.8 (Приложение D: Указанный минимальный предел текучести для стальных труб) …………………………… ………………………………………….. ………… 56 Таблица A-2. Код ASME / ANSI B31.8, таблица 841.115A, (выдержка) Коэффициент продольного соединения E. ………………………………………………………………….. ……………………………. 59 Таблица A-3. ASME / ANSI B31.8 Таблица 841.116A (выдержка) Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик для стальных труб ………………………….. ………………………………………….. … 60 Таблица A-4. SAES B-064 Радиус воздействия на разрыв ……………………………………. ………. 61

Saudi Aramco DeskTop Standards

iii

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица B-1.ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов ……………………………. ………………………………………….. ……………………. 62 Таблица B-2. Основные показатели качества для продольных сварных швов в трубах, трубах и фитингах E …………………………….. ………………………………………….. ……. 67 Таблица C-1. Таблица свойств трубы ……………………………………… ………………………. 70

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

iv

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Трубы Расчет толщины стенки

ИНФОРМАЦИЯ ВВЕДЕНИЕ В этом модуле обсуждается процесс определения толщины стенки трубы, который является одним из первых шагов в определении конструкции компонентов трубопроводной системы.Толщина стенки трубы зависит от внутреннего давления трубы и, при необходимости, внешнего давления или любых дополнительных нагрузок. Толщина стенки трубы рассчитывается с использованием уравнения для толщины внутреннего давления в применимом кодексе ASME B31, изменяя толщину для любого внешнего давления или дополнительных нагрузок, выбирая спецификацию труб на основе допуска производителя. Также будет рассмотрен расчет максимально допустимого рабочего давления (MAOP) для трубы после определения толщины стенки трубы.В предыдущем модуле обсуждался первый шаг в проектировании системы трубопроводов: выбор материала трубы. Выбор материала трубы устанавливает параметры для других аспектов конструкции трубопровода и необходим для определения допустимого расчетного напряжения, которое необходимо для расчета требуемой толщины стенки. Для достижения целей MEX 101.03 необходимо знать следующее: •

Область применения и применение кодов трубопроводов ASME / ANSI B31, как описано в MEX 101.01.

Выбор материала трубы, как описано в MEX 101.02.

Saudi Aramco DeskTop Standards

5

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ В процессе расчета толщины стенки трубы необходимо учитывать несколько параметров. точно указано. Эти параметры перечислены ниже. Материал трубы: Материал трубы будет указан, как обсуждалось в предыдущей главе. Тип материала определяет основной параметр конструкции, который представляет собой допустимое напряжение, которое будет объяснено в следующих разделах.Внутреннее давление: это решающий параметр в конструкции трубопроводов, поскольку основная цель Кодексов и стандартов трубопроводов, работающих под давлением, состоит в том, чтобы удерживать жидкость под давлением от утечки или разрыва трубы. Температура жидкости: Температура жидкости влияет на допустимые нагрузки материала и обозначенный Кодекс, потому что каждый Кодекс имеет ограничение температуры. Внешние нагрузки: эти нагрузки могут быть вызваны внешним давлением из-за вакуума или статического напора воды для подводных трубопроводов. Кроме того, собственный вес почвы, снега или песка превышает нагрузку на трубу.Строительство: Строительство трубопроводов на суше или на берегу может добавить дополнительные строительные требования, которые могут увеличить толщину стенки трубы. Фактически, для морского трубопровода напряжения, действующие на трубу во время снятия с баржи, являются вредным фактором для толщины стенки трубы. Другим примером является требование упругого изгиба, чтобы следовать за ландшафтом трубопровода для наземных трубопроводов. Отраслевые кодексы содержат правила и руководящие принципы для установления этих параметров, однако Saudi Aramco установила свои собственные правила, которые в целом соответствуют отраслевым кодексам, но с более строгими требованиями.

Saudi Aramco DeskTop Standards

6

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

ПРЕДЫСТОРИЯ ТОЛЩИНЫ ТРУБОПРОВОДОВ Основная цель кодексов трубопроводов — гарантировать, что трубопроводные системы не будут находиться под давлением. Системы трубопроводов спроектированы и сконструированы для транспортировки текучей среды под давлением, в основном легковоспламеняющихся и токсичных, поэтому Нормы имеют тенденцию к очень консервативному сдерживанию давления текучих сред под давлением.Это объясняет, почему сообщается о небольшом количестве отказов из-за избыточного давления в трубопроводных системах. Основная теория расчета толщины стенок трубопроводной системы, которая содержит внутреннее давление, основана на ограничении ожидаемого напряжения, создаваемого этим давлением, до приемлемого значения в соответствии с Кодексом. Расчетное ожидаемое напряжение в оболочке трубы, см. Рис. 1, основано на уравнении Ламе следующим образом:

Рисунок 1. Напряжения в оболочке трубы из-за уравнения 1.

Sh = P [0.5x (D / t) 2 — (D / t) + 1] / [(D / t) -1]

Эмпирическое уравнение Бордмана дополнительно упростило уравнение Ламе на основе промежуточного диаметра и ввело коэффициент Y для корректировки разница. Уравнение Бордмана стало основой для расчета толщины стенки B31 Коды для трубопроводов, работающих под давлением. Уравнение Бордмана выглядит следующим образом:

Saudi Aramco DeskTop Standards

7

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Уравнение 2.

Sh = P (D — Y t) / 2 т

Для тонких труб, у которых D / t> 6, а внешний диаметр D равен 0,4. Для более толстой трубы Y можно рассчитать, как будет описано позже. Каждый код предоставляет уравнение, которое используется для расчета толщины внутреннего давления. Уравнения могут выглядеть по-разному и / или подходы различаются, но основная концепция остается той же. Основная идея — ограничить кольцевое напряжение Sh до приемлемого и безопасного уровня.

Saudi Aramco DeskTop Standards

8

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ЭТАПЫ РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ ТРУБЫ Каждый инженер должен быть знаком с этапами определения толщины стенки трубы.Он должен знать, что толщина не должна быть меньше минимума, требуемого Кодексом, в противном случае это было бы основным нарушением соответствующего Кодекса. В то же время он не должен быть завышен, поскольку это будет отражено как ненужные капитальные затраты. Чрезмерная толщина стенки в большинстве случаев окажет значительное влияние на капитальные вложения в миллионы долларов. Стоимость линейной трубы определяется в основном тоннажем, то есть диаметром трубы, толщиной стенки, длиной заказа, а также маркой трубы и типом легирующих элементов.В процессе расчета толщины стенки необходимо выполнить следующие шаги: 1. Определение применимого кода ASME / ANSI B31 для рассматриваемой трубопроводной системы. Это обсуждалось в MEX 101.01. Всегда следует ссылаться на последнюю версию SAES, и если есть потенциальная экономия за счет использования другого Кодекса, отличного от указанного, проблема должна быть доведена до сведения соответствующих специалистов в CSD. 2. Определение применимой формулы из кода для расчета толщины стенки для выдерживания внутреннего расчетного давления.3. Установка проектных параметров в соответствии с проектными данными и в соответствии с SAES-L-002 и SAES-L-003 «Критерии расчетного напряжения для напорного трубопровода». 4. Оценка того, достаточна ли минимальная толщина для жесткости конструкции (чрезмерный прогиб или коробление под собственным весом трубы.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

9

Инженерная энциклопедия

Расчет толщины стенок труб, трубопроводов и клапанов

5 • Увеличение расчетной толщины при необходимости с учетом допуска на коррозию и фрезерного допуска.Это зависит от Кодекса и SAES. 6. Проверка того, является ли рассчитанная толщина для внутреннего давления приемлемой для внешнего давления и других приложенных нагрузок, в зависимости от применимости, например, транспортной нагрузки, собственного веса песчаных дюн и т. Д. 7. Выбор толщины из таблицы ANSI / API стандартной толщины трубы и проверка толщины на соответствие минимальным требованиям Saudi Aramco. Выбор запланированной трубы не всегда применим для трубопроводных проектов, связанных с трубами больших расстояний и большого диаметра.Текст MEX 101.03 относится к ASME / ANSI B31.3 для заводских трубопроводов и B31.8 для транспортных трубопроводов. Процесс, обсуждаемый в этом модуле, соответствует всем нормам трубопроводов B31. Однако уравнения, переменные и определения или значения допустимого напряжения различаются.

Saudi Aramco DeskTop Standards

10

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ТОЛЩИНА СТЕНЫ ТРУБЫ ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО РАСЧЕТНОГО ДАВЛЕНИЯ Расчет необходимой толщины стенки трубы для сдерживания внутреннего давления является первым шагом при определении внутреннего давления толщина стенки трубы.Как объяснялось ранее, применимый Кодекс для конкретной системы трубопроводов будет определять метод и правила, регулирующие расчет толщины стенки трубы. Идентификация кода уже обсуждалась в MEX-101.01. Поэтому в следующих двух разделах будут обсуждаться процедура расчета и требования к расчету внутреннего давления. Один раздел будет посвящен транспортным трубопроводам, а другой объяснит расчет внутреннего давления для трубопроводов завода. Транспортный трубопровод: ASME B31.4 и B31.8 (Толщина для внутреннего давления) В этом разделе описывается метод расчета толщины стенки трубы для трубопроводных систем, которые обозначены как транспортные трубопроводы, ASME / ANSI B31.8, параграф 841.11 устанавливает правило расчета расчетного давления как следующее: Уравнение 3.

P = [2 S t / D] x FET

Несмотря на то, что это уравнение приведено в коде AMSE B31.8 для газотранспортной системы, Стандарт Saudi Aramco призывает применять его для всех других транспортных трубопроводов. системы независимо от характера услуги.Различия будут заключаться в проектных факторах и факторах снижения номинальных характеристик, как описано ниже. Это уравнение можно преобразовать для расчета толщины стенки, необходимой для сдерживания внутреннего давления для газотранспортных и распределительных трубопроводов (а также других транспортных трубопроводов), следующим образом: Уравнение 4

t = PD / [2 SETF]

Где: t

= Толщина стенки внутреннего давления, дюймы

P = Расчетное давление, фунт / кв. D = Внешний диаметр трубы, дюймы

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

11

Инженерная энциклопедия

Расчет толщины стенок труб

S = Заданный минимальный предел текучести (SMYS), фунт / кв. Дюйм.E = добротность продольного шва. T = Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик. F = Расчетный коэффициент. Далее мы подробно рассмотрим каждый из вышеперечисленных параметров. Расчетное давление [P] Чтобы понять значение члена давления в Уравнении — 4, будут обсуждены следующие темы: ƒ

Исследование оптимизации трубопровода

ƒ

Отсечка насоса и компрессора

ƒ

Статический напор и перепад давления

ƒ

Скачок давления

Исследование оптимизации трубопровода: более тщательная оценка по уравнению — 4 показывает нам, что толщина стенки прямо пропорциональна давлению, т.е.е. чем выше давление, тем толще становится труба. С другой стороны, по мере увеличения диаметра трубы давление, необходимое для достижения определенного расхода, падает. Следовательно, возможно, потребуется меньшая толщина стенки. Однако и стенка трубы, и диаметр влияют на стоимость трубы. С другой стороны, снижение давления нагнетания, скорее всего, снизит общие эксплуатационные расходы.

Saudi Aramco DeskTop Standards

12

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Следовательно, проектировщик должен выполнить очень подробное упражнение, пытаясь оптимизировать расчетное давление, диаметр трубы и стенку трубы толщина с одной стороны и эксплуатационные расходы с другой стороны.Подобные исследования называются «Исследование оптимизации трубопроводов». Подробности этого исследования выходят за рамки этого курса. Отключение насосов и компрессоров: Расчетное давление продиктовано гидравлическими требованиями для достижения определенной скорости потока через трубопровод. Кроме того, источник давления выше по потоку, такой как давление закрытия нефтяного резервуара, определяет расчетное давление. Для трубопроводной системы, подключенной к насосу или компрессору, расчетное давление будет зависеть от давления отключения насоса или компрессора в случае, если поток ниже по потоку от этих вращающихся механизмов был заблокирован, а насос или компрессор продолжали работать.Трубопровод будет подвергаться максимальному давлению, которое может создать машина. Статический напор и падение давления. Кроме того, гидростатический напор в системе трубопроводов, заполненных жидкостью, также может быть вредным фактором в случаях, когда существует большая разница в высоте вдоль трассы трубопровода. Во всех случаях необходимо учитывать статический напор, когда он положительный и увеличивает внутреннюю часть жидкости. Наши стандарты не позволяют использовать преимущества или снижение давления из-за падения давления или из-за отрицательного статического напора.Скачок давления: необходимо учитывать состояние скачка давления в трубопроводе для транспортировки жидкости, потому что внезапное изменение скорости потока, вызванное закрытием изоляции ниже по потоку или внезапной остановкой насоса ниже по потоку, вызовет скачок давления в трубопроводе. Этот скачок давления будет передаваться назад со скоростью звука в транспортируемой жидкости и создаст радиальное давление в трубопроводе. При проектировании трубопровода необходимо учитывать развитие скачков давления. Существует несколько подходов к уменьшению воздействия скачков давления, например, увеличение времени закрытия клапана, создающего скачок давления, снижение скорости остановки насоса или установка систем сброса скачков давления.

Saudi Aramco DeskTop Standards

13

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Однако, если предположить, что скачков давления невозможно избежать или что установка систем сброса перенапряжения нецелесообразна, тогда стена Толщина линии должна быть рассчитана таким образом, чтобы выдерживать эти скачки давления. В параграфе 402.2.4 ASME B31.4 указано, что MATP, максимально допустимое переходное давление из-за скачков давления, не должно превышать 110% расчетного давления (MAOP) в трубопроводе.Saudi Aramco SAES требует, чтобы был проведен официальный анализ помпажа для услуг с жидкой упаковкой. В случае, если увеличение толщины трубы неэкономично и скачок давления не может быть устранен, тогда следует установить системы защиты от перенапряжения, если рассчитанные скачки давления превышают 110% от MAOP. Системы защиты от перенапряжения должны иметь отказоустойчивую конструкцию с установленным запасным предохранительным клапаном для каждой системы защиты от перенапряжения. Диаметр трубы [D] Расчетное уравнение-4 основано на фактическом наружном диаметре трубы.Инженер должен знать, что обозначенный внешний диаметр в данных трубы в API-5L или ASTM A53 или другом источнике информации предоставляет NPS, номинальные размеры трубы. Номинальный размер трубы меньше фактического наружного диаметра для NPS 12 дюймов и меньше и равен фактическому внешнему диаметру для 14 дюймов и выше. Поэтому во время расчета следует внимательно следить за тем, чтобы не допустить фатальных ошибок. Таблица с размерами труб и другими данными представлена ​​в Приложении A к этому модулю.Допустимое напряжение [SETF] Комбинированный термин SEFT фактически дает предельное допустимое напряжение надежды, создаваемое внутренним давлением. Соответственно, этот термин будет определять минимальную толщину стенки трубы, необходимую для выдерживания внутреннего давления. Ключевым параметром в этом комбинированном термине является S. Параметр SA — это заданный минимальный предел текучести (SMYS) материала, как описано ранее в MEX-101-02. Коды ASME B31.4 и стандарты Saudi Aramco DeskTop

14

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

B31.8 предоставляют приемлемые материалы вместе со своими СМИС. Эти таблицы показаны в Приложении A-1 к данной главе. Инженер должен знать, что допустимое напряжение для транспортных трубопроводов основано на пределе текучести материала. Основная причина этого — экономия, поскольку трубопроводы обычно простираются на большие расстояния, поэтому целью Кодекса является использование материала до предела текучести. Этот подход прост, что имеет некоторые аргументы в пользу того, что конструкция и конфигурация конвейера также относительно просты и несложны.Однако при работе с материалами более высокого качества следует проявлять большую осторожность. Чтобы прояснить этот момент, мы должны понимать, что давление разрыва трубы определяется пределом прочности материала на разрыв, а не пределом текучести. Уравнение 5. Уравнение 1 для расчетного давления можно переформулировать следующим образом: Pd

=

SMYS x [t ET / D] x F

Pd

=

SMYS x [t / D] x F ; Принятие E & T равным 1

. Известный и проверенный факт, что давление разрыва зависит от прочности материала на разрыв и определяется следующим образом: Pb

=

U t x [t D]; Предположим, A = t D

P

=

S x A; (A — коэффициент, объединяющий все остальные параметры)

Таблица 1.Уровень безопасности для труб из различных материалов Марка материала

SMYS psig

Предельное давление на растяжение

Расчетное давление Pd

Давление разрыва Pb

Pb / Pd

B

35000

600200

35000

600200

000 60000xA

1.71 / F

X52

52000

66000

52000xAF

66000xA

1.27 / F

X60

60000

75000

000

75000

00025 / F

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

15

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок трубы

X70

70000

82000

70000xAF

В таблице выше приведены параметрические расчеты расчетного давления и давления разрыва. Последний столбец, в котором указано отношение давления разрыва к расчетному давлению, показывает, что по мере того, как материал трубы становится больше, соотношение становится меньше.Это означает, что фактический коэффициент безопасности подвергается опасности, поскольку используются материалы более высокого качества. Коэффициент продольного соединения [E] Коэффициент продольного соединения — это коэффициент безопасности, который отражает качество сварного шва трубы. Как объяснялось ранее в MEX101.2, этот фактор зависит как от производственного процесса, так и от предполагаемого Кодекса. Для бесшовных труб коэффициент продольного шва равен on1, поскольку в бесшовных трубах нет швов. Все остальные сварные трубы должны иметь коэффициент E от 1 до 0.6. Этот фактор снизит допустимое напряжение; следовательно, толщина стенки увеличится. Приложение A-2 к этой главе представляет собой выдержку из AMSE B31.8, таблица 841.115A. Инженер должен всегда обращаться к последней редакции Кодекса, потому что этот коэффициент может быть повышен в связи с улучшением производственного процесса и методов контроля. В то же время он может быть снижен из-за извлеченных уроков или более консервативного подхода Комитета по Кодексу. Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик [T]

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

16

Инженерная энциклопедия

Расчет толщины стенок труб

В целом расчетная температура транспортных трубопроводов является постоянной и относительно низкой.Кроме того, мы должны помнить, что как ASME B31.4, так и B31.8, как указано в MEX-101.01, ограничены по расчетной температуре до 250 ° F и 450 ° F соответственно. Температурный фактор снижения номинальных характеристик учитывает тот факт, что предел текучести материалов уменьшается при повышении температуры металла. ASME B31.4 не имеет коэффициента снижения температурных характеристик, поскольку он ограничен 250 ° F, в то время как ASME B31.8 предоставляет эти значения в таблице 841.116A. Эта таблица находится в Приложении A-3. Расчетная температура в основном определяется состоянием жидкости на входе, транспортируемой по трубопроводу.Однако бывают случаи, когда температура будет повышаться по мере продвижения жидкости из-за турбулентности потока или сбора тепла от солнечного излучения. Эти эффекты следует тщательно изучить, поскольку они могут отрицательно повлиять на безопасность трубопроводной системы, если их игнорировать. С другой стороны, они имеют значительное влияние на стоимость, если используется очень консервативный подход. Например, консервативный подход может привести к назначению коэффициента температурного снижения номинальных характеристик, что приведет к увеличению веса стенки трубы и увеличению затрат.Кроме того, это может привести к установке охладителей на выходе из трубопровода, которые никогда не будут эксплуатироваться, но увеличат стоимость первоначальных инвестиций и дополнительных затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Расчетные факторы [F] Расчетный коэффициент [F], иногда называемый DF, представляет собой коэффициент безопасности, который учитывает относительную опасность, создаваемую присутствием трубопровода для окружающего населения, окружающей среды и объектов. На этот проектный фактор влияют многие факторы, некоторые из которых включают: 1. Характер транспортируемой жидкости, условия эксплуатации, является ли она сельскохозяйственной, токсичной, взрывоопасной или загрязняющей.2. Плотность населения в районе, где проходит эта линия. Чем выше плотность населения, тем больше должен быть запас прочности.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

17

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

3. Государственные законы и постановления. 4. Уровень консерватизма членов Комитета, разрабатывающих стандарты. ASME B31.4 определил, что один расчетный коэффициент равен 0.72, в то время как ASME B 31.8 идет дальше и назначает другой проектный коэффициент для другой классификации зон. Saudi Aramco сделала еще один шаг вперед в этом вопросе, где концепция классификации местоположения была применена к трубопроводам жидких углеводородов, а также к газопроводам. Для определения проектного фактора F должны использоваться стандарты SAES-B-064 и SAES-L-003, определяющие класс расположения трубопроводной системы. RER и PDI В случае трубопроводов, чтобы определить еще один фактор, необходимо объяснить еще две концепции.Это радиус воздействия на разрыв (RER) и индекс плотности населения (PDI). Как показано на рисунке 2, RER является мерой степени риска, который трубопровод может создать для окружающей среды при разрыве. Второй, PDI, является мерой уязвимости людей к этому риску. Правила и рекомендации по расчету RER и PDI приведены в параграфе 840.2 AMSE B31.8 и далее заменены SAES-B-064. SAES-B064 определяет значения для RER в зависимости от условий эксплуатации трубопровода, истинного давления пара, концентрации h3S и размера трубопровода.Значения RER, основанные на SAES-B-064, выпуск 1997 г., сведены в таблицу в Приложении A-4. PDI измеряется количеством существующих зданий, предназначенных для проживания людей, и земельной площадью, запланированной для будущего строительства, все они попадают в RER, как показано на Рисунке 2. Следует отметить, что временные сооружения, которые будут действовать менее шести месяцев подряд, не должны включаться в эти расчеты. Метод расчета подробно описан в следующем примере задачи 1.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

18

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и арматура Расчет толщины стенки трубы

Рисунок 2.Схематическая диаграмма, объясняющая концепцию RER и PDI Значения проектного фактора F, соответствующие классу местоположения и PDI, представлены в таблице 2. Скорее всего, с одним транспортным трубопроводом может быть связано несколько классификаций местоположения, основанных на результатах КПК по его длине. Очень важно, чтобы инженеры понимали назначение этих факторов, а не использовали их как есть. Если эти факторы не будут хорошо изучены и регулярно переоценены, это может привести к ситуации, когда некоторые трубопроводы могут стать угрозой безопасности для людей и окружающей среды.С другой стороны, эти факторы могут существенно увеличить стоимость строительства трубопровода без каких-либо логических причин.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

19

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

Таблица 2. Класс расположения и расчетные факторы для транспортных трубопроводов Класс размещения

Расчетный фактор F

Население

1

0,72

10

Комментарии и примеры

Пустынные районы неосвоенные территории Водопроводные сети.

2

0.60

11-29

3

0,50

30 и старше

4

0,40

Особые случаи

Saudi Aramco DeskTop Standards

в населенных пунктах, параллельно обслуживаемых Hydrocarways,

Трубопроводы завода спроектированы в соответствии с B31.4 / B31.8 Густонаселенные комплексы, такие как больницы и торговые центры.

20

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Пример задачи 1: Транспортный трубопровод 48-дюймовый трубопровод, идущий по пересеченной местности, транспортирует высокосернистый газ из Усмании в Шедгум.Обратитесь к рисунку-2 для уточнения. Большая часть трубопровода проходит через пустыню, за исключением 2-километрового участка, проходящего вдоль границы индустриального парка. Индустриальный парк находится в 400 метрах от газопровода. Также на территории этого индустриального парка запланирована территория для будущего развития. Определите расчетный коэффициент для этого трубопровода и рассчитайте минимальную толщину стенки, необходимую для внутреннего давления. Приведены следующие данные. Диаметр трубы: 48 дюймов Расчетное давление: 740 фунтов на кв. Дюйм Расчетная температура: 175oF Спецификация трубы: углеродистая сталь API 5L, класс материала: X65 Производство труб: двойная дуговая сварка под флюсом (DSAW) Двухэтажное здание: 11 зданий Пятиэтажное здание: 4 здания Будущее развитие: 1200 м2

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

21

Инженерная энциклопедия

Расчет толщины стенок труб

Решение Так как это система транспортных трубопроводов, уравнение 2 применяется следующим образом: t

= PD / [2 SETF]

P = 740 psig D = 48 дюймов S = 65000 psi (Приложение A-1 для API 5L X-65) E = 1 (Приложение A-2 для трубы DSAW) T = 1 ( Приложение A-3 для T

= 730 x 48 / (2 x 1.0 x 1,0 x 0,72 x 65000) т

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

=

0,374 дюйма

22

Инженерная энциклопедия

Расчет толщины стенки трубопровода

F для площади сечения Индустриальный парк: для определения проектного фактора F необходимо выполнить анализ плотности населения. RER = 5000 м для 48-дюймового трубопровода высокосернистого газа (на основе SAESB-064, показанного в Приложении A-4). Это означает, что промышленный парк расположен в пределах RER.Следовательно, для определения класса местоположения необходимо провести формальный анализ плотности населения (PDA), следовательно, фактор проектирования F. PDI

= Существующий DI + Virtual DI

PDI

= EDI + VDI

EDI

= N1 + N3

N1 = Количество 3-х этажей N3 = Количество более 3-х уровней x Количество этажей / 3 (округлено до следующего числа) N1 = 11 N3 = 4 x 5/3 = 6,666 N3 = 7 EDI

= N1 + N3 = 11 + 7 = 18

VDI

= 0,00075 x 1200 = 0.9 = 1

PDI

= EDI + VDI = 18 + 1

PDI

= 20

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

23

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок

2 в Таблице 1, для PDI = 20, этот участок трубопровода считается 2-м классом расположения, поэтому F = 0,60 t = 730 x 48 / (2 x 1,0 x 1,0 x 0,60 x 65000)

t

=

0,449 дюйма

Поскольку коррозия или другие припуски не указаны, расчет завершен.

Saudi Aramco DeskTop Standards

24

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТРУБОПРОВОД:

ASME B31.3, МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ В этом разделе описывается метод расчета минимальной толщины ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ толщина стенки трубы для заводских трубопроводных систем, обозначенных как технологические трубопроводы в соответствии с ASME B31.3., как обсуждалось ранее в MEX-101.01. Минимальная толщина стенки трубы для технологических трубопроводов требует соответствия трем критериям.Это: 1. Требование к внутреннему давлению 2. Требования к коррозии, эрозии и механике 3. Необходимо учитывать недопустимые отклонения фрезы Первый и второй факторы складываются в уравнение параграфа 340 ASME B31.3 следующим образом: Уравнение 6. t

tm

= t + c

= минимальная толщина стенки для давления или механической прочности

c = коррозия, эрозия и механический припуск. Расчет t для внутреннего давления подробно описан ниже. В параграфе 304 ASME B31.3 приводится правило расчета требуемой толщины стенки.Кроме того, он предоставляет несколько уравнений для проведения расчетов. Следующее уравнение является наиболее часто используемым.

Saudi Aramco DeskTop Standards

25

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Уравнение 7. t = PD / [2 (SE + PY)], где: t

= расчетное внутреннее давление толщина, дюймы

P = Внутреннее расчетное давление, фунт / кв. D = Внешний диаметр трубы, дюймы. E = Добротность продольного соединения.S = Основное допустимое (горячее) кольцевое напряжение, фунт / кв. Дюйм. Y = поправочный коэффициент толщины стенки. Для толщины t D / 6 или P / SE> 0,385 расчет расчетной толщины давления для прямой трубы требует особого учета таких факторов, как теория разрушения, эффекты усталости и термическое напряжение. В этом модуле эта ситуация не обсуждается. Параметры для расчета толщины стенок трубопровода технологической установки аналогичны транспортным трубопроводам, но параметры другие. Эти параметры будут объяснены позже.Расчетное давление и температура Расчетное давление и температура используются для расчета толщины трубы при внутреннем давлении. Расчетное давление используется непосредственно в уравнении для расчета толщины, как показано ранее. Расчетная температура используется для определения допустимых напряжений из 3 таблиц ASME B31 для основных допустимых напряжений. Для расчета толщины труб следует использовать наихудшее сочетание расчетного давления и температуры. Инженер-технолог на основе требований процесса обычно определяет эти значения для расчетного давления и температуры

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

26

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

Обычно условия проектирования трубопроводной системы определяются на основе от расчетных условий оборудования, к которому крепится трубопровод.Определение условий проектирования трубопроводов состоит из: 1. Идентификации оборудования, к которому присоединяется система трубопроводов. 2. Определение расчетного давления и расчетной температуры оборудования. 3. Учет непредвиденных расчетных условий, например, отказов, не защищенных устройствами для сброса давления. 4. Проверка значений с инженером-технологом. Например, система трубопроводов завода, которая присоединена к двум технологическим сосудам, каждый с различными расчетными условиями, будет иметь заданное расчетное давление и расчетную температуру, основанные на более жестких расчетных условиях двух резервуаров.В другом примере, касающемся изменения Т и Р, линия регенерации может подвергаться воздействию различной комбинации давления и температуры. Во время пропаривания температура очень высокая, но давление низкое, а во время обработки давление высокое, а температура низкая. Коэффициент продольного соединения [E] Как указывалось ранее, коэффициент продольного соединения зависит от норм трубопроводов, а также от самого производственного процесса. Следовательно, существует вероятность того, что для одного и того же процесса производства труб два разных коэффициента E будут присвоены двумя разными кодами.Как правило, значения E ниже для кода ASME B31.3 «Технологические трубопроводы», чем значения для кодов транспортных трубопроводов. Эти значения перечислены в Таблице A-1B Кодекса и прилагаются к Приложению B-2 этого модуля. Сравнивая значение E в этой таблице, мы можем сказать, что они обычно ниже, чем

Saudi Aramco DeskTop Standards

27

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

, соответствующие значениям для транспортных трубопроводов.Для трубопроводов ASME B31.3 только бесшовная труба имеет коэффициент продольного сварного шва, равный единице. Базовое допустимое кольцевое напряжение [S] Базовое допустимое кольцевое напряжение (напряжение в окружном направлении) является допустимым напряжением при растяжении для материала трубы. Оно определено в стандарте ASME B31.3 и приведено в Таблице A-1 в приложении-A к B31.3. Выдержка из этих таблиц приведена в Приложении B-1. Для заводских трубопроводов допустимые кольцевые напряжения являются функцией температуры и материала и учитывают предел текучести, предел прочности и предел ползучести материала при расчетной температуре.На рисунке 3 графически показано, как определяются и развиваются эти допустимые напряжения.

Рис. 3. Изменение основных допустимых напряжений в зависимости от температуры для материала марки B.

Saudi Aramco DeskTop Standards

28

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица A-1 используется следующим образом для определения допустимого напряжения для трубопроводов завода. •

Материал трубы и расчетная температура должны быть известны.

Определение материала Спецификация. Номер и оценка в таблице.

Определите допустимое напряжение, посмотрев в столбце соответствующей температуры на указанный материал, и при необходимости используйте линейную интерполяцию между температурами.

Не рекомендуется использовать материал трубы при температурах, превышающих одну сплошную линию. Выход за двойную сплошную линию запрещен.

Коэффициент «Y» для трубопроводов завода. Коэффициент Y — это поправочный коэффициент для упрощения исходного уравнения Ламе.Это объясняет геометрическую связь между D & t. Коэффициент «Y» зависит от типа стали и температуры и определяется по таблице 304.1.1 стандарта ASME / ANSI B31.3, которая приведена в таблице 3 ниже. Таблица 3. Фактор «Y», извлеченный из ASME B1.3 ТАБЛИЦА 304.1.1 o Температура, F

950

1,000

1,050

1,100

1150 и выше

482 и ниже

510

538

566

593

621 и более

Ферритные стали

0.4

0,5

0,7

0,7

0,7

0,7

Аустенитные стали

0,4

0,4

0,4

0,4

0,5

0,7

0,4

Прочие металлы

0,4

0,4

0,4

0,4

o Температура, C

900 и ниже

Общее примечание: значение Y может быть интерполировано между 0

Saudi Aramco DeskTop Standards

0.

29

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Следующие примечания должны быть разъяснены относительно коэффициента Y по отношению к уравнению 4: Для D / t> 6 Y может быть рассчитан как: Y = (d + c) / (D + d + 2c) где: D = внешний диаметр d = внутренний диаметр c

= механический допуск, допуск на эрозию и коррозию

Для консервативного подхода и простоты можно принять Y равным 0,4 или игнорируется.Фактор Y становится значимым для комбинации очень высокого давления и малого диаметра. Этот коэффициент следует использовать в случае высокой температуры и давления, поскольку значительная экономия материала может быть достигнута специально для материалов из сплавов.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

30

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ДОПУСКИ НА КОРРОЗИЮ, ЭРОЗИЮ И РЕЗЬБЫ Необходимо учитывать допуски на коррозию, эрозию или резьбу для определения требуемых размеров труб толщина стен.Это более серьезная проблема для трубопроводов установки, потому что высокие скорости жидкости или изменения давления жидкости могут вызвать коррозию трубы. Допуски на резьбу применяются только к трубам меньшего диаметра, которые могут иметь резьбу. Допуски на коррозию, эрозию и резьбу определяются совместно с инженером по коррозии или технологическим процессом и часто указываются в технических характеристиках трубы. Соответствующий допуск добавляется к толщине, которая была рассчитана для внутреннего давления, чтобы получить общую требуемую толщину стенки трубы.Следующие ниже примеры задач-2 будут использоваться для иллюстрации метода расчета толщины стенки трубы для технологического трубопровода. Допуск заводов изготовителя Спецификации труб для производства труб, такие как API 5L и ASTM A 53 или ASTM-A106, позволяют производителю допускать определенные допуски на толщину стенки как положительные, так и отрицательные. У этих допусков есть несколько законных причин, потому что любой производственный процесс всегда работает в определенных пределах. Максимальный допуск производителя на толщину стенки трубы составляет 12.5% для углеродистых и низколегированных сталей. Для высоколегированных сталей — 10%. Большинство бесшовных трубопроводных систем будет относиться к категории 12,5%. При поставке трубы фактическая толщина может составлять минус 12,5% от номинальной толщины. Следовательно, для трубопровода ASME B31.3 после определения требуемой минимальной толщины стенки необходимо выбрать следующую большую доступную стандартную толщину трубы с учетом допуска производителя. Другими словами, толщина стенки трубы после вычета отрицательного допуска фрезерования должна быть m, равной или более t, указанной в уравнении 7.

Saudi Aramco DeskTop Standards

31

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Однако этот процесс корректировки толщины стенок для допуска фрезерования не рассматривался для транспортных трубопроводов. Одна из причин заключается в том, что неэкономично добавлять допуск на стан, потому что трубопроводы обычно простираются на большие расстояния, которые могут составлять тысячи километров. Другая причина заключается в том, что Кодекс косвенно учитывает допуск стана в расчетном запасе прочности.Ограничения SAES по спецификации труб SAES-L-005 и SAES-L-006 налагают дополнительные требования к расчетной толщине стенки. Минимальная толщина стенки (График) трубы из углеродистой стали должна быть следующей: Таблица 4. График минимальной толщины стенки для углеродистой стали номинальным размером

мм

Служба углеводородов

Служба низкого давления

дюйма

≤2

≤ 50

SCH 80

SCH 40 (см. 3.9)

3-6

75-150

SCH 40

SCH 40

8-32

200-800

6.5 мм (0,250 дюйма)

6,5 мм (0,250 дюйма)

≥ 34

≥ 850

Диаметр / 135

Диаметр / 135

Примечание. .) и трубы меньшего размера в условиях вибрации, где невозможно обеспечить эффективное крепление.

Saudi Aramco DeskTop Standards

32

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Пример задачи 2 Для подключения к реактору на НПЗ Рас Танура будет установлена ​​линия регенерации 16 дюймов.Предоставляются следующие данные: Диаметр трубы: 16 дюймов Спецификация трубы: ASTM 335, (1 / 1-4 Cr — 1/2 Mo) Марка материала трубы: P11 Производство труб: бесшовные

ВАРИАНТ 1: Расчетное давление: 300 фунтов на кв. Дюйм Температура : 1000 oF

ВАРИАНТ 2: Расчетное давление: 900 фунтов на квадратный дюйм Температура: 400 oF Допуск на коррозию: 0,0625 дюйма Выполните следующие расчеты: 1. Найдите минимальную толщину стенки для внутреннего расчетного давления 2. Минимальную толщину стенки по ASME B31.3 код 3. Выберите спецификацию трубопровода, соответствующую требованиям Кодекса.

Saudi Aramco DeskTop Standards

33

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Решение Минимальная толщина стенки для внутреннего расчетного давления: Поскольку это трубопроводная система технологического предприятия, уравнение 6 применяется как следующим образом: t

= PD / [2 (SE + PY)]

E = 1 (Приложение B-2, для бесшовных труб согласно B31.3 Приложение A-1B) Для определения толщины необходимо произвести расчет выполняется для обоих случаев независимо.СЛУЧАЙ 1: P = 300 фунтов на квадратный дюйм T = 1000 ° F S = 6300 фунтов на квадратный дюйм (Приложение B-1, B31.3 Приложение A-1) Y = 0,7 (на основе Таблицы-3) t = 300 x 16 / [2 x (6300×1 + 300×0,7)] t = 0,369 дюйма

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

34

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

ВАРИАНТ 2: P = 900 фунтов на кв. Дюйм T = 400 ° F S = 2000 фунт / кв. дюйм (Приложение B-1, B31.3 Приложение A-1) Y = 0,4 (на основе таблицы 3) t = 900 x 16 / [2 x (20000 x 1 + 900 x 0.4)] t = 0,354 дюйма Следовательно, требуемая толщина t, для корпуса, работающего под внутренним давлением, составляет t = 0,369 дюйма Минимальная толщина стенки по коду ASME B31.3: В этом случае был указан допуск на коррозию 15 мм (0,0625 дюйма). . Следовательно: tm = t + c = 0,369 + 0,0625 tm = 0,4315 дюйма Спецификация трубы, соответствующая требованиям Кодекса: Проверка данных трубы, доступных в Приложении C-3: Следующая спецификация трубы выше t 0,500

м

= 0,4315 “ , является XS с T =

Tu = T x (1-12.5/100) = 0,5 x 0,875 = 0,4375 дюйма Следовательно, труба XS диаметром 16 дюймов соответствует требованиям Кодекса.

Saudi Aramco DeskTop Standards

35

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ТОЛЩИНА СТЕНЫ ТРУБЫ ДЛЯ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ Система трубопроводов может подвергаться воздействию внешнего давления, а не внутреннего давления. может регулировать требуемую толщину стенки. Это может быть случай с трубопроводами большого диаметра / с тонкими стенками, которые подвергаются воздействию вакуума, или с подводными трубопроводами, которые должны выдерживать гидростатический напор воды над ними.Следовательно, необходимо провести расчеты, чтобы убедиться, что толщина стенки трубы соответствует заданному внешнему давлению. Если этого недостаточно, толщину необходимо увеличить. На трубу действуют сжимающие силы, например, от собственного веса, ветра, землетрясения и вакуума. Инженер-технолог часто определяет эти силы. Например, подводный трубопровод может подвергаться внешнему давлению из-за того, что напор жидкости в окружающей воде превышает внутреннее давление. Компоненты трубопроводов под действием этих сил ведут себя иначе, чем когда они подвергаются внутреннему давлению.Это различие в поведении связано с изгибом или упругой нестабильностью, из-за которых труба становится слабее при сжатии, чем при растяжении. В случае отказа из-за упругой нестабильности труба может сморщиться или прогнуться. Это особенно относится к трубам с довольно низким внутренним давлением, большим диаметром и тонкими стенками. На Рисунке 4 показан участок трубы, который раскололся под действием внешнего давления.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

36

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Рисунок 4.Влияние внешнего давления На левой фотографии показана труба, которая изогнулась под действием внешнего давления, возникающего между трубой и муфтой. Справа показан участок после снятия с рукава.

Saudi Aramco DeskTop Standards

37

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ Коды напорных трубопроводов не описывают процедуру расчета внешнего давления, а относятся к расчету Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, Раздел VIII, Раздел 1, Параграф UG-28.В этом параграфе описана процедура оценки цилиндрических корпусов под внешним давлением. Геометрические факторы трубы (длина без опоры, внешний диаметр и толщина), прочность материала и расчетная температура используются для определения толщины, необходимой для сопротивления внешнему давлению. 1. Определите максимальную длину трубы без жесткости, L. 2. Используйте значение «t», определенное для толщины внутреннего давления, в качестве отправной точки. Рассчитайте L / D и D / t (D эквивалентно DO в процедуре кода ASME).3. Введите рисунок G части D, подраздел 2 Кодекса ASME, Раздел II, с буквами L / D. Для L / D больше 50 используйте L / D = 50. Этот рисунок взят из рисунка 5. 4. Двигайтесь по горизонтали к линии для D / t. Используйте линейную интерполяцию для промежуточных значений D / t. Переместитесь вертикально вниз, чтобы найти коэффициент A. 5. Используя значение A, введите соответствующее значение из раздела II, часть D кода ASME, основанное на материале трубы, например, рисунок CS-2, взятый на рисунке 8. Переместите вертикально. до пересечения с линией материала / температуры.Используйте линейную интерполяцию для промежуточных температур. Если A падает справа от линии материала / температуры, используйте горизонтальную проекцию линии. Если A находится слева от линии материала / температуры, переходите к шагу 8. Обратите внимание, что код ASME содержит цифры, подобные рисунку 6 для различных категорий материалов, и для этой оценки необходимо использовать правильное значение.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

38

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

6.От пересечения на шаге 5 двигайтесь по горизонтали вправо и прочтите значение фактора B. 7. Рассчитайте максимально допустимое внешнее давление, Па, следующим образом: Уравнение — 8 Па = 4B / 3 (D / t) 8. Если коэффициент A падает слева от линии материал / температура, тогда: Уравнение — 9 Па = 2AE / 3 (D / t) 9. Обратите внимание, что в этом случае «E» равно модулю упругости Юнга при расчетной температуре. , а не добротность продольного шва. «E» находится на соответствующем значении материала из Раздела II Кодекса ASME, как показано на Рисунке 6.10. Если Па меньше, чем внешнее расчетное давление, выберите большее значение t и повторяйте процедуру расчета до тех пор, пока Па не станет равным внешнему расчетному давлению или превысит его. В качестве альтернативы можно добавить внешние кольца жесткости или уменьшить расстояние между ними, чтобы уменьшить значение L, которое используется в расчетах. 11. Вычислите tm = t + c, чтобы получить толщину трубы, необходимую для внешнего давления и механических припусков, допусков на коррозию и эрозию.

Saudi Aramco DeskTop Standards

39

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Номенклатура t

= Расчетная толщина при внешнем давлении, дюймы.

L = длина участка трубы без жесткости, принимаемая как наибольшее из (1) расстояния между фланцами или приварными кольцами жесткости или кольцевых балок, (2) расстояния между точкой касания колена или крышки и фланцем или кольцом жесткости, или (3) расстояние между точками касания двух колен или заглушек, если нет промежуточных фланцев или колец жесткости, дюймы. D = Фактический наружный диаметр трубы, дюймы. A = Фактор из Кодекса ASME, Раздел II. B = коэффициент из Кодекса ASME, Раздел II, фунт / кв. Дюйм. E = Модуль упругости материала при расчетной температуре, фунт / кв. Дюйм.Па = допустимое внешнее давление, фунт / кв. Дюйм. tm = Требуемая толщина внешнего давления, включая припуски, дюймы c

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

= Коррозия, эрозия и другие допуски, дюймы

40

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Рисунок 5. Геометрический коэффициент A для расчета внешнего давления

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

41

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Рисунок 5.Геометрический коэффициент A для расчетов внешнего давления (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

42

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

Рисунок 6. Фактор материала B для расчетов внешнего давления

Saudi DeskTop Standards

43

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Пример задачи 3:

Внешнее давление в трубопроводе Предположим, что трубопровод, описанный в примере задачи 1, также должен выдерживать полный вакуум [100 кПа (15 фунтов на кв. дюйм) внешнее давление].

Solution T

= 0,374 дюйма (используйте более тонкую секцию)

L / D> 50, потому что жесткость отсутствует. D / t = 48 / 0,374 = 128 На основе рисунка 5 коэффициент A определяется как: A = 0,00007 См. Рисунок 6 для коэффициента B, используйте верхнюю кривую: B = 9500 Коэффициент A находится в левой части кривые, поэтому используйте уравнение 9 Па = 2AE / 3 (D / t) 6

Па = 2 x 0,00007 x 29,7×10 / (3 x 128) = 10,8 фунт / кв. дюйм а следующее: 1.Увеличьте толщину стенки трубы, что очень дорого 2. Для подземных работ может потребоваться дополнительное аналитическое исследование. 3. Введите инструкции по эксплуатации, чтобы избежать вакуума.

Saudi Aramco DeskTop Standards

44

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Пример задачи 4:

Внешнее давление для трубопроводов завода. 80 футов, иначе в качестве элемента жесткости могут выступать фланцы, тройники или клапаны.Убедитесь, что линия способна выдерживать полный вакуум [внешнее давление 100 кПа (15 фунтов на кв. Дюйм)].

Решение t

= 0,449 дюйма

L = 80 x 12 = 960 дюймов L / D

= 960/16 = 60

D / t

= 16 / 0,4315 = 37

На основе рисунка 5 Коэффициент A определяется как: A = 0,001. См. Рисунок 6 для коэффициента B, используйте верхнюю диаграмму. T = 900 F: B = 9500 Следовательно, используйте Уравнение 8: Pa = 4B / 3 (D / t) Pa = 4 x 9500 / (3 x 37) = 342 psia Таким образом, линия подходит для условий вакуума.

Saudi Aramco DeskTop Standards

45

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

ДВИЖЕНИЕ И НАГРУЗКИ НА ПОЧВУ НАГРУЗКИ НА ПРОТЯЖЕННОЙ ТРУБЕ Транспортные трубопроводы часто имеют заглубленные участки труб. Требуемая толщина этих заглубленных секций будет зависеть от нагрузки от грунта и транспортных средств в дополнение к расчетному давлению. Эти нагрузки вызывают окружное напряжение изгиба в трубе. Инженеру Saudi Aramco необходимо определить, достаточно ли толстая труба для этих грунтовых и транспортных нагрузок.Особые требования к определению транспортных нагрузок содержатся в SAES-L-046 «Переходы трубопроводов под автомобильными и железными дорогами». Труба должна быть рассчитана на транспортную нагрузку, вес грунта и пассивную реакцию грунта. На железнодорожных и автомобильных пересечениях, где могут действовать нагрузки, труба должна быть спроектирована в соответствии с рекомендациями API 1102 «Трубопроводы для жидкого топлива, пересекающие железные и автомобильные дороги». Он предоставляет формулу для определения окружного напряжения в несущей трубе с внутренним давлением из-за внешних нагрузок на автомобильных и железнодорожных переездах.Уравнение дает напряжение, которое основано на толщине, внутреннем давлении грунта и транспортных нагрузках следующим образом: Напряжение, рассчитанное в соответствии с этим уравнением, ограничено заданным минимальным пределом текучести, умноженным на расчетный коэффициент F, без учета коэффициента продольного стыка. . Следует также отметить, что SAES-L-046 содержит критерии того, когда требуется защитный кожух, и как он должен быть спроектирован. У Saudi Aramco есть компьютерная программа, которая производит расчеты.Это можно сделать через Отдел консультационных услуг (CSD). Все коэффициенты нагрузки, необходимые для SAES-L-046, указаны в компьютерной программе, а также в необходимых параметрах. Определение уровня стресса выходит за рамки этого курса.

Saudi Aramco DeskTop Standards

46

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

МАКСИМАЛЬНОЕ ДОПУСТИМОЕ РАБОЧЕЕ ДАВЛЕНИЕ (MAOP) Во многих случаях толщина стенки трубы превышает требуемую. расчетное давление.Это позволит проектировщику увеличить фактическое расчетное давление в трубе, если оно не ограничено другими факторами, такими как номинальные характеристики фланца, которые будут обсуждаться в MEX-101.04. Для системы транспортных трубопроводов это максимально допустимое давление называется максимально допустимым рабочим давлением (MAOP). Для трубопроводов технологической установки это называется расчетным давлением. Инженер должен определить MAOP для трубы, а также для других компонентов трубопровода. В этом модуле обсуждается MAOP для трубы. MAOP трубы или другого элемента трубопровода будет по крайней мере равным расчетному давлению.Однако MAOP может быть выше расчетного давления, поскольку использование стандартной толщины стенки обычно обеспечивает дополнительный запас. Рекомендации по расчету максимального расчетного давления 1. Вычтите допуск прокатного стана (выраженный в виде десятичной дроби), м, из номинальной толщины стенки трубы, Tn, для трубопровода ASME B31.3, чтобы определить минимально возможную толщину при поставке, T, как следующим образом: T = (1 — m) x Tn, где: Tn — номинальная стенка трубы, а m — допуск фрезерования; «M» следует принять равным нулю для ASME B31.4 и системы трубопроводов B31.8.

Saudi Aramco DeskTop Standards

47

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

2. Вычтите любые другие припуски, такие как припуск на коррозию, c, для расчета минимально возможной толщины трубы, t. следующим образом: t = T – c Обычно c равно нулю для транспортных трубопроводов. 3. Обратитесь к соответствующему уравнению внутреннего давления, чтобы рассчитать значение максимального расчетного давления для ASME / ANSI B31.3, Технологический трубопровод, используйте следующее уравнение для расчета максимального расчетного давления:

MDP =

2tSE D −2tY

Для ASME / ANSI B31.4 или B31.8, Транспортный трубопровод, используйте следующее уравнение для расчета MAOP:

 2St  MAOP =  FET  D  4. Рассчитайте максимальное расчетное давление с учетом факторов, определенных ранее. 5. Для ASME / ANSI B31.3 «Технологические трубопроводы» для расчета максимального расчетного давления следует использовать следующее уравнение: Максимальное расчетное давление = 2x t x SE / (D — 2xtxY) 6.Для ASME / ANSI B31.4 или B31.8, Транспортные трубопроводы, используйте следующее уравнение для расчета MAOP:  2St  MAOP =  FET D

Saudi Aramco DeskTop Standards

48

Engineering Encyclopedia

Piplines, Pipelines & Клапаны Расчет толщины стенки трубы

MAOP трубопровода Для транспортных трубопроводов MAOP рассчитывается по уравнению 3. Толщина стенки трубы, которая используется в уравнении, представляет собой номинальную толщину стенки. Не должно быть вычетов за допуск на фрезерование.Это проиллюстрировано в следующем примере задачи. Пример задачи 5.

MAOP трубопровода 36-дюймовый трубопровод, по которому сырая нефть проходит через зону, классифицируемую как класс 2. Требуемое расчетное давление составляет 500 фунтов на квадратный дюйм, а расчетная температура составляет 200 F. Двойная дуговая сварка под флюсом (DSAW) API Указана труба марки Х52 марки 5Л. Доступна 36-дюймовая труба со стенкой 0,375 дюйма. Убедитесь, что эта труба соответствует расчетному давлению, рассчитав MAOP этой трубы.

Saudi Aramco DeskTop Standards

49

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

Решение Поскольку это трубопровод, он будет спроектирован в соответствии с ASME B31.4 / B31.8. Уравнение-3 будет использоваться для определения MAOP: P = [2 S t / D] x FET P = MAOP psig. D = 36 дюймов S = 52000 фунтов на квадратный дюйм. E = 1 T = 1 F = 0,72 MAOP = 2 x 52000 x 0,375 (0,6x1x1) / 36 MAOP = 650 фунт / кв.

Saudi Aramco DeskTop Standards

50

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Максимальное расчетное давление для трубопроводов технологической установки С терминологической точки зрения слово MAOP не используется в технологических трубопроводах Код ASME B31.3. В параграфе 302.2.4 приведены правила превышения расчетного давления. Расчетное давление может быть превышено следующим образом: ƒ

на 33% для непрерывных 10 часов, но не более 100 часов в год

ƒ

или на 20% для непрерывных 50 часов, но не более 500 часов в год.

Однако, аналогично тому, что было сделано для транспортных трубопроводов, можно было купить трубу большей толщины, чем требуется для фактических расчетных условий. Обратный расчет максимального расчетного давления (не MAOP) будет проиллюстрирован на следующих этапах.Это максимальное расчетное давление может использоваться для критериев превышения давления, установленных ASME B31.3.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

51

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Пример задачи 6:

Технологический трубопровод Используя результаты примера задач 2, определите максимальное расчетное давление, которое может быть выдерживает труба и максимально допустимое давление. T = (1-m) Tu = (1 — 0.125) (0,50) = 0,6563 дюйма tn = Tu — ctn = 0,0,4375 — 0,0625 = 0,375 дюйма MDP = 2 тонны SE / (D — 2 тонн Y) Применить вариант 1 (T = 1000 ° F) MDP = 2 x 0,375 x 6300 x 1 / (16-2 x 0,375 x0,7) MDP = 305 фунтов на кв. Дюйм, ман. 33% по MDp = 405 фунтов на кв. Дюйм (в течение 10 часов), 20% по сравнению с MDp = 366 фунтов на кв. Дюйм (в течение 50 часов) Применить вариант 2 (T = 400) MDP = 2 x 0,375 x 20000 x 1 / (16-2 x 0,375 x0,4) MDP = 955 фунт / кв. 50 часов)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

52

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ ПРИ РАСЧЕТЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНЫ ТРУБЫ Даже несмотря на то, что расчет толщины стенки является относительно простым и прямым люди действительно совершают ошибки, которые в большинстве случаев обходятся компании большими капиталовложениями, чем это необходимо.Эти ошибки резюмируются следующим образом: 1. Определение расчетного давления, которое выше, чем требуется для выполнения эксплуатационных требований. 2. Выбор толщины стенки в соответствии с номиналом и толщиной фланца. Это может быть приемлемо для заводских трубопроводов, но для трубопроводов это может привести к дополнительным затратам. 3. Установка расчетного давления на основе предварительно выбранного или существующего номинала фланца, большего, чем фактически требуется для работы. 4. Применение неправильного кода. 5. Задание неправильных допустимых напряжений в формуле 6.Неточная интерпретация SAES-L-006 в отношении требований к минимальной толщине стенки. Некоторые из этих требований предназначены для целей инвентаризации, поэтому к линейным трубам, приобретаемым для установки для конкретного проекта, критерии не должны применяться при наличии серьезных экономических стимулов. Следование стандартам без понимания цели может привести к покупке трубопроводной трубы толще, чем требуется, что означает дополнительные затраты на материалы и строительство. 7. Удивительно, но в расчетах часто допускаются чисто математические ошибки, что отражается в потенциально небезопасных конструкциях или дорогостоящих материалах.

Saudi Aramco DeskTop Standards

53

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

РЕЗЮМЕ MEX 101.03 обсудил процесс определения толщины стенки трубы, один из первых шагов в определении конструкции трубопроводной системы компоненты. Толщина стенки трубы зависит от внутреннего давления трубы и, если необходимо, от любого дополнительного внешнего давления или нагрузок. Толщина стенки трубы определяется с использованием уравнения для толщины внутреннего давления в применимом коде, корректировки толщины по мере необходимости для любого применимого внешнего давления или дополнительных нагрузок, добавления коррозионных или других допусков, учета допуска завода-изготовителя и выбора трубы. расписание.После выбора спецификации труб можно рассчитать максимально допустимое рабочее давление для трубы.

Saudi Aramco DeskTop Standards

54

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

ДОПОЛНЕНИЕ Указатель к Приложению

Страницы

9000….2 ДОПОЛНЕНИЕ A … ………………………………………….. ………………………………………….. 56 ПРИЛОЖЕНИЕ B …………………………………………………. ………………………………………….. .. 62 ПРИЛОЖЕНИЕ C ……………………………………… ………………………………………….. …………… 69

СПИСОК ТАБЛИЦ Таблица A-1. ASME / ANSI B31.8 (Приложение D: Указанный минимальный предел текучести для стальных труб) ………………………….. ………………………………………….. …………… 56 Таблица A-2. Код ASME / ANSI B31.8, таблица 841.115A, (выдержка) Коэффициент продольного соединения E…………………………………………… ………………………………………….. 59 Таблица A-3. ASME / ANSI B31.8 Таблица 841.116A (выдержка) Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик для стальных труб ………………………….. ………………………………………….. 60 Таблица A-4. SAES B-064 Радиус воздействия на разрыв ……………………………………. ………. 61 Таблица B-1. ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов ……………………………………………………………………….. ……………. 62 Таблица B-2. Основные показатели качества для продольных сварных швов в трубах, трубах и фитингах E …………………………….. ………………………………………….. ……. 67

Saudi Aramco DeskTop Standards

55

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ДОПОЛНЕНИЕ A Таблица A-1: ​​ASME / ANSI B31.8 (Приложение D : Указанный минимальный предел текучести для стальных труб) SPEC.НЕТ.

МАРКА

ТИП (ПРИМЕЧАНИЕ 1)

SMYS, PSI

API 5L (Примечание 2)

A25

BW, ERW, S

25000

API 5L (Примечание 2)

A

A

A , S, DSA

30,000

API 5L (Примечание 2)

B

ERW, S, DSA

35,000

API 5L (Примечание 2)

X42

ERW, S, DSA

42,000

API 5L (Примечание 2)

X46

ERW, S, DSA

46,000

API 5L (Примечание 2)

X52

ERW, S, DSA

52000

API 5L (Примечание 2)

X56

ERW, S, DSA

56,000

API 5L (Примечание 2)

X60

ERW, S, DSA

60,000

API 5L (Примечание 2)

X65

DSA

65,000

API 5L (Примечание 2)

X70

ERW, S, DSA

70,000

API 5L (Примечание 2)

X80

ERW, S, DSA

80,000

ASTM A 53

ТИП F

BW

25000

ASTM A 53

A

ERW 9000 2 9000 A

ERW 9000 S 9000 53

B

ERW, S

35,000

ASTM A 106

A

S

30,000

ASTM A 106

B

S

35,000

S

35,000

S

40,000

EFW

(ПРИМЕЧАНИЕ 3)

ERW

30,000

ASTM A 134 ASTM A 135

A

Saudi Aramco DeskTop Standards

56

Engineering Enves Расчет толщины стенки трубы

Таблица A-1.ASME / ANSI B31.8 (Приложение D: Указанный минимальный предел текучести для стальных труб), продолжение ASTM A 135

B

ERW

35,000

ASTM A 139

A

EFW

30,000

139

B

EFW

35000

ASTM A 139

C

EFW

42000

ASTM A 139

D

EFW

46000

EFW

46000

EFW

46000

EFW

46000

52000

ASTM A 333

1

S, ERW

30,000

ASTM A 333

3

S, ERW

35000

ASTM A 333

9000 S ASTM A 333

6

S, ERW

35000

ASTM A 333

7

S, ERW

35000

ASTM A 333

8

S, ERW 75000

ASTM A 333

9

S, ERW

46000

ASTM A 381

КЛАСС Y-35

DSA

35000

ASTM A 381

9000 DSA

Y-42000

ASTM A 381

КЛАСС Y-46

DSA

46000

ASTM A 381

КЛАСС Y-48

DSA

48000

ASTM A 381

ASTM A 381

9000 Y-класс 50,000

ASTM A 381

КЛАСС Y-52

DSA

52,000

ASTM A 381

КЛАСС Y-56

DSA

56,000

ASTM A 381

-60

ASTM A 381

60,000

ASTM A 381

КЛАСС Y-65

DSA

65,000

ОБЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ. Эта таблица не является полной.Минимальный указанный предел текучести для других марок и марок в других утвержденных спецификациях см. В конкретной спецификации. ПРИМЕЧАНИЯ:

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

57

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

(1) Сокращения: BW — сварка встык в печи; ВПВ — электросварные сопротивлением; S бесшовные, FW — сварные оплавлением; EFW — электросварка плавлением; DSA — дуговая сварка под флюсом.(2) Промежуточные сорта доступны в API 5L. (3) См. Соответствующую спецификацию пластины для SMYS.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

58

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица A-2. Код ASME / ANSI B31.8, таблица 841.115A, (выдержка) Коэффициент продольного соединения E. Спец. Номер

Класс трубы

Коэффициент E

ASTM A53

Бесшовные

1,00

Сварные электросопротивления

1.00 0,60

Сварка в печи ASTM A106

Бесшовные

1,00

ASTM A134

Дуговая сварка электрическим плавлением

0,80

ASTM A135

Электросварная сварка сопротивлением ASTM

1,002 Сварная

0,80

ASTM A211

Спирально-сварная стальная труба

0,80

ASTM A381

Дуговая сварка под флюсом

1,00

ASTM A672

Электросварная сварка

.00 *

ASTM A672

Электросварная сварка

1,00 *

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

59

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Таблица расчета толщины стенок труб

. Код ASME / ANSI B31.8, таблица 841.115A, (выдержка) Коэффициент продольного соединения E (продолжение) Спецификация. Номер

Класс трубы

Коэффициент E

API 5L

Бесшовные

1,00

Электросварные сопротивления

1.00

Сварка электрическим оплавлением под флюсом

1,00 1,00 0,60

Сварка встык в печи * 1,00 для классов 12,22,32,42,52 0,80 для классов 13,23,43,53 Таблица A-3. ASME / ANSI B31.8 Таблица 841.116A (выдержка) Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик для стальных труб ТЕМПЕРАТУРА o C

КОЭФФИЦИЕНТ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, T o F

120 ИЛИ МЕНЬШЕ

250 ИЛИ МЕНЬШЕ

1.000

150

0,967

177

350

0.933

204

400

0,900

232

450

0,867

Примечание: для промежуточных температур выполните интерполяцию для коэффициента снижения. Источник: ASME / ANSI B31.8 — 1992. С разрешения Американского общества механиков

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

60

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица A-4. SAES B-064 Радиус воздействия на разрыв

Диаметр

TVP

h3S

RER

дюйма

фунт / кв.

Сырая нефть

> 24

400

Исследование RER LPD не требуется

Газ / жидкий углеводород

> 14.5

1000

Исследование RER может быть выполнено LPD

Газ / жидкий углеводород

> 14,5

> 1,5

3000

Исследование RER может быть выполнено LPD

Газ / жидкий углеводород

> 24

> 14,5

2000

Исследование RER может быть выполнено LPD

Газ / жидкий углеводород

> 24

> 14,5

> 1,5

5000

Исследование RER может быть выполнено LPD

Общие примечания: 1.LPD: Департамент предотвращения потерь, который отвечает за SAES-B-064. 2. Исследование RER может быть выполнено для других услуг, кроме первых двух. RER не должен быть меньше значения, указанного в первых двух пунктах для соответствующего диаметра. 3. Независимо от расчетов, RER не может быть больше значений, указанных в последнем для позиций для соответствующего диаметра трубопровода. 4. TRV: истинное давление пара для трубопроводов легковоспламеняющихся жидкостей

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

61

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

ДОБАВЛЕНИЕ B Таблица B-1.ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

62

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица B-1. ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

63

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица B-1.ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

64

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица B-1. ASME / ANSI B31.3 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

65

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица B-1.ASME / ANSI B31.3 Таблица A-1 (выдержка) Основные допустимые напряжения при растяжении для металлов (продолжение) 51. К специальным углеродистым сталям P-1, Sp-2, SP-3, SP-4 и SP-5 относятся: не включен в P-№ 1 из-за возможных комбинаций высокоуглеродистых и высокомарганцевых компонентов или микролегирования, которые потребуют особого рассмотрения при квалификации. Квалификация любой высокоуглеродистой и высокомарганцевой марки может быть распространена на другие марки этой группы. 52. Медно-кремниевые сплавы не всегда подходят при воздействии определенных сред и высоких температур, особенно выше 212 ° F.Пользователь должен убедиться, что выбранный сплав удовлетворителен. 53. Обработка для снятия напряжения требуется для работы при температуре выше 450 ° F. 54. Максимальная рабочая температура произвольно установлена ​​на уровне 500 ° F, поскольку твердость отрицательно влияет на расчетное напряжение в диапазонах разрушения при ползучести. 55. Труба, произведенная в соответствии с этой спецификацией, не предназначена для работы при высоких температурах. Значения напряжений применимы как к нерасширенному, так и к холоднокатаному материалу в условиях прокатки, нормализованной или нормализованной температуры.56. Из-за термической нестабильности этот материал не рекомендуется использовать при температуре выше 800 ° F. 57. Превращение карбидов в графит может происходить после длительного воздействия температур выше 800 ° F. 58. Превращение карбидов в графит может происходить после длительного воздействия температур выше 875 ° F. 59. При температуре выше 900 ° F учитывайте преимущества закисленной стали. Источник: ASME / ANSI B31.3 — 1990. С разрешения Американского общества инженеров-механиков.

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

66

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица B-2.Основные показатели качества для продольных сварных соединений в трубах и фитингах E

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

67

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенок труб

Таблица B-2. (ТАБЛИЦА A-1B) Основные показатели качества для продольных сварных швов в трубах, трубах и фитингах E (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

68

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

ДОБАВЛЕНИЕ C Технические и проектные данные Таблица свойств ссылок на трубы для данных по трубам Стандартная толщина стенки трубы указана в следующих стандартах: •

ASME / ANSI B36.10, Сварные и бесшовные трубы из кованой стали (для труб из углеродистой и низколегированной стали).

ASME / ANSI B36.19, Труба из нержавеющей стали.

API / 5L, Спецификация для трубопроводной трубы (только для трубы из углеродистой стали, которая соответствует этой спецификации).

Saudi Aramco DeskTop Standards

69

Engineering Encyclopedia

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки труб

Таблица C-1. Таблица свойств трубы

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

70

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1.Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

71

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1. Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

72

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1. Таблица свойств труб (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

73

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1.Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

74

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1. Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

75

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1. Таблица свойств труб (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

76

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1.Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

77

Инженерная энциклопедия

Трубопроводы, трубопроводы и клапаны Расчет толщины стенки трубы

Таблица C-1. Таблица свойств трубы (продолжение)

Стандарты Saudi Aramco DeskTop

78

Узнайте, как рассчитать толщину стенок для 3D-печати

Автор Sculpteo 26 июля, 2017 |

Создавали ли вы когда-нибудь 3D-модель, которую нельзя напечатать на 3D-принтере из-за ее хрупкости? Расчет минимальной толщины стенки — один из самых важных шагов при подготовке 3D-модели для 3D-печати.В этом блоге мы подготовили для вас несколько советов, которые следует учитывать при проектировании вашей детали, а также обзор инструментов 3D-печати Sculpteo, которые помогут вам добиться успеха.

Минимальная толщина стенки — это минимальная толщина, которую ваша модель должна иметь для любого данного материала или технологии. Прежде чем вы решите напечатать свой объект на 3D-принтере, необходимо лучше понимать толщину стенок, потому что 3D-принтеру требуется именно эта толщина для успешной 3D-печати вашего объекта.Когда дело доходит до 3D-печати, проблемы с толщиной стенок часто являются причиной того, что ваша модель не может быть напечатана. Есть четыре важных момента, которые вам необходимо принять во внимание, чтобы предотвратить плохой результат при отправке вашей 3D-модели в онлайн-службу 3D-печати или даже на ваш собственный 3D-принтер.

Установите минимальный масштаб вашей модели

Моделирование вашего 3D-файла не обязательно требует, чтобы вы работали с заданными единицами измерения или масштабом. Это особенно верно для таких программ, как Blender, в которых вы можете указать пропорции, но не единицы.Эта работа будет выполнена после этапа моделирования, когда вы отправите свою модель на 3D-принтер. Вот почему вам нужно уделять особое внимание как масштабу, так и размеру вашей 3D-модели на этом этапе. Создание 3D-печати в миллиметрах вместо сантиметров вполне может привести к плохой 3D-печати.

Пример этого можно найти в архитектурных моделях. Фактически, это одна из основных проблем, с которыми мы столкнулись при работе с La Cité de L’Architecture над репродукцией La Merveille. С архитектурными моделями, например, может быть вполне возможно напечатать на 3D-принтере что-то в масштабе 1/10 и просто невозможно сделать то же самое в 1/250.После определенного уровня миниатюризации детали (присутствующие в цифровом 3D-файле) начинают исчезать, когда он превращается в физический объект, потому что 3D-принтер не может их создать (или создаст очень хрупкие). Довольно часто для архитектурных моделей необходимо вмешательство человека, чтобы решить, какие детали будут сохранены, а какие нет, чтобы 3D-файл не содержал информации, которую нельзя распечатать.

3D-печатная модель для архитектурных целей

И снова результат таков: детали невозможно распечатать или, что еще хуже, они могут сломаться или даже вызвать сбой 3D-принтера.

Проверьте минимальную толщину стенки выбранного вами материала для 3D-печати

Каждый материал для 3D-печати (и, следовательно, технология) ведет себя по-разному. Хотя спецификации остаются примерно одинаковыми для каждой технологии 3D-печати, при переключении между разными технологиями вы можете найти очень конкретные рекомендации. Например, если вы решите напечатать свои детали на 3D-принтере из наших пластиковых или алюминиевых материалов, вы можете легко сослаться на ограничения используемой технологии.В случае пластика минимальная толщина стенки составляет 0,8 мм в соответствии с нашими проектными требованиями. Однако, если вы пытаетесь печатать на 3D-принтере с помощью Multicolor, вам необходимо установить минимальную толщину стенки как минимум 2 мм.

Для наших самых прочных металлических материалов для 3D-печати, особенно для металлических материалов, использующих технологию DMLS, таких как титан Ti64 и нержавеющая сталь 316L, минимальная толщина стенки, необходимая для вашей 3D-модели, составляет 2 мм. Причем для легкого и прочного материала, такого как алюминий AlSi7Mg0.6, он должен быть тоньше минимум на 0,5 мм.

Создание оптимизированных форм для 3D-печати

Важным фактором для толщины стены, конечно же, является структура и геометрия конструкции. Есть две вещи, в которых 3D-принтеры плохи: выступ и большая плоская поверхность.
Чтобы избежать выступов, некоторые технологии 3D-печати используют опоры, которые удерживают деталь во время печати. Эти опоры можно удалить с помощью химической ванны, в то время как другие (например, SLA или DLP) требуют удаления опор вручную, что, вероятно, оставит некоторые «следы» на 3D-принте.Для 3D-печати на порошковой основе (SLS или Binder Jetting) проблема немного иная, поскольку сам порошок внутри печатного объема работает как опора. Это позволяет машине создавать сложные формы без поддержки. Тем не менее, здесь все еще применима физика, и экстремальные вылеты по-прежнему не могут быть распечатаны или должны быть проверены в первую очередь.

Пример выступа, из-за которого можно получить непечатаемый объект.

Если вы хотите напечатать на 3D-принтере большую поверхность (или, что еще лучше, большую плоскую поверхность), вам нужно принять во внимание одну вещь: машина должна иметь возможность физически строить «неподдерживаемые стены» или что плоские поверхности имеют тенденцию оборачиваться. при охлаждении.Это означает, что плоские поверхности 3D-файла с недостаточной толщиной не останутся плоскими после печати.

Пример минимальной толщины пластиковой стенки для стен с опорой и без опоры

Старайтесь не создавать слишком толстые стены

Слишком толстые стены также могут быть причиной того, что мы не можем напечатать вашу деталь на 3D-принтере. Слишком большая толщина стенки может вызвать слишком большое напряжение, которое может привести к растрескиванию вашего 3D-печатного объекта, а если он будет еще более толстым, ваш объект может сломаться.Вот почему мы всегда рекомендуем вам проверять каждый из рекомендаций по материалам и соблюдать максимальную толщину стенок.

Не забывайте о гравитации!

Даже если вы позаботились обо всех упомянутых выше проблемах, иногда легко упустить очевидные вещи: гравитация существует. Хотя наш оператор будет работать над обнаружением физических аберраций, таких как плавающие детали, нестабильное положение, детали, несущие слишком большой вес по сравнению с их толщиной, всегда легче исправить их в первую очередь.Особое внимание следует уделять геометрии вашей конструкции, а наиболее напряженные части должны быть утолщены.

Это говорит само за себя, правда?

Что можно сделать, чтобы легко бороться с этими ошибками?

В Sculpteo 3D-печать может быть доступной и простой всего за несколько кликов. Во второй части поста познакомьтесь с нашими онлайн-инструментами для 3D-печати, которые помогут вам проверить и улучшить толщину стенок вашего дизайна прямо в нашем интерфейсе. Таким образом, нет необходимости снова возвращаться к программному обеспечению для 3D-моделирования.

1. Проверьте прочность 3D-печатной детали с помощью Solidity Check

.

Когда вы загружаете свой 3D-файл на наш веб-сайт, вы заметите, что мы отображаем правильный рендеринг вашего 3D-файла. Эта тепловая карта или проверка твердости является частью вкладки обзора и показывает, где ваша модель слишком тонкая. Эта тепловая карта строится в зависимости от материала и окончательного размера ваших объектов. Когда все зеленое, ваша модель готова к работе. Однако, если некоторые детали слишком хрупкие и не соответствуют минимальной толщине, они будут отображаться оранжевым или даже красным.Это означает, что ваш объект хрупкий и его легко сломать. Лучше всего тогда еще раз пересмотреть свою модель.

Проверка твердости — отличный инструмент для проверки прочности вашего объекта, и в то же время очень простой и быстрый в использовании. Это первый шаг, который необходимо сделать перед оформлением заказа. Когда вы меняете размер модели или материал, обновление выполняется автоматически.

Вы можете обратиться к нашей странице обзора на Solidity Check, чтобы узнать больше о том, как работает этот программный инструмент для 3D-печати.

2. Автоматически корректируйте 3D-модель с помощью нашего инструмента утолщения

Инструмент

Утолщение работает, автоматически корректируя недостаточную толщину вашей 3D-модели для соблюдения минимальной толщины. Этот программный инструмент для 3D-печати рассчитывает для каждой точки, принадлежащей хрупким деталям, новое положение, чтобы создать сетку с соблюдением минимальной толщины стенки. Наш инструмент для утолщения включен в наш набор инструментов для проверки вместе с проверкой на твердость, видом в разрезе и досье для 3D-печати — окончательное подтверждение.

Перед использованием Утолщение:

После использования Утолщение:

3. Используйте наш инструмент для вырубки отверстий для оптимизации вашей модели

Если вы задаетесь вопросом о наилучшей толщине стенки для сложной модели, которая должна быть полой для снижения веса и стоимости материала, то хорошим решением может быть создание модели в виде заполненного твердого тела, а затем использование нашего автоматического инструмента для создания полых отверстий для выдолбите это. Считается одним из наших наиболее часто используемых программных инструментов для 3D-печати, полость помогает вам добавлять отверстия в вашу структуру и создавать пустые детали внутри.У этого есть два преимущества: удаление неиспользованного материала и облегчение вашего объекта. В результате снижается стоимость 3D-печати на

.

Вы можете обратиться к нашему предыдущему сообщению в блоге «Инструменты онлайн-оптимизации для 3D-печати», чтобы узнать больше о том, как использовать эту функцию.

Чтобы создать идеальный объект для 3D-печати, мы рекомендуем вам ознакомиться с рекомендациями по дизайну на нашей специальной странице. Вы можете найти всю необходимую информацию о разной минимальной толщине стенок каждого из наших материалов для 3D-печати.Или просто загрузите свой файл и откройте для себя наши программные инструменты для 3D-печати, которые помогут вам улучшить вашу 3D-модель!

Как рассчитать внутренний диаметр с учетом наружного диаметра и толщины стенки? — Реабилитацияrobotics.net

Как рассчитать внутренний диаметр с учетом наружного диаметра и толщины стенки?

Ответ: Наличие внутренних размеров (ID) и внешних размеров (OD) позволит вам определить толщину стенки трубы. Вам нужно будет вычесть ID из OD, а затем разделить на два. Это число — толщина стенки.Например: Изделие № 59001 имеет внутренний диаметр 1/8 дюйма и наружный диаметр 3/16 дюйма.

Как мне узнать свой OD ID?

Как рассчитать размер стены на основе внешнего диаметра и внутреннего диаметра

  1. Вычтите внутренний диаметр из внешнего диаметра трубы. В результате получается общая толщина стенок трубы с обеих сторон трубы.
  2. Разделите общую толщину стенки трубы на два.
  3. Проверьте ошибки, изменив вычисления.

Как рассчитать OD?

Измерьте или вычислите внешнюю окружность трубы.Затем разделите эту сумму на число «пи», обычно округленное до 3,1415. В результате получается внешний диаметр трубы.

Как определить внутренний диаметр?

Совместите точку «0» линейки с точкой на краю круга, которая пересекает прямую линию. Проверьте длину линии, исследуя точку на линейке, которая касается точки на противоположном крае круга, который встречается с противоположным концом линии, чтобы определить измерение этого внутреннего диаметра.

Какой внутренний диаметр?

внутренний диаметр (множество внутренних диаметров) Внутренний диаметр трубы, трубы или любого другого объекта.

Как определить внутренний диаметр цилиндра?

Диаметр или расстояние поперек цилиндра, который проходит через центр цилиндра, составляет 2R (удвоенный радиус). Площадь поверхности цилиндра с открытым концом (как показано) составляет 2 RL. Если цилиндр имеет на концах заглушки, то площадь поверхности 2 RL + 2 R.

Какой у шланга?

Внутренний диаметр

Внутренний или наружный диаметр садового шланга 5/8?

В США большинство стандартных садовых шлангов имеют диаметр 5/8 дюйма.Чем больше диаметр, тем больше воды подается.

Какой размер у шланга 10?

Russell Performance Техническая поддержка

AN Размер Металлическая трубка, наружный диаметр Размер резьбы
-8 АН 1/2 ″ 3/4 ″ — 16 SAE
-10 АН 5/8 ″ 7/8 ″ — 14 SAE
-12 АН 3/4 ″ 1-1 / 16 ″ — 12 SAE
-16 АН 1 ″ 1-5 / 16 ″ — 12 SAE

Какой внутренний диаметр шланга 3/8 дюйма?

РАЗМЕРЫ ШЛАНГА

Размер панели Внутренний диаметр
-5 16/5 7.9
-6 3/8 9,5
-8 1/2 12,7
-10 5/8 15,9

6 — это то же самое, что и 3 8?

Нет, они не совсем такие. Большинство людей сравнивают их, потому что они близки и текут примерно одинаково. В соответствии с этим AN и жесткая линия являются измерениями OD, а NPT — внутренним диаметром, поэтому для AN и жесткой линии внутренний диаметр будет зависеть от толщины трубки.

Как мне узнать свой размер?

Вы всегда можете идентифицировать фитинги AN по размеру наружной резьбы (наружному диаметру). Эти размеры постоянны независимо от марки, типа шланга или конфигурации фитинга. Если ваш фитинг имеет на конце выпуклый отбортовку под углом 37 градусов, резьба покажет вам размер AN (и наоборот).

Производят ли трубу из ПВХ 3/8?

3/8 ″ — Труба ПВХ Графика 40 — Труба ПВХ — Home Depot.

Каков внутренний диаметр трубы 3/8 дюйма?

Таблица размеров труб

РАСПИСАНИЕ ТРУБ ТОЛЩИНА СТЕНЫ (дюймы)
Номинал О.D. дюймов 80-е и E.H.
3/8 0,675 .126
1/2 . 840 . 147
3/4 1,050 . 154

Каков внутренний диаметр трубки 3/8 дюйма?

Это 1/2 дюйма, но это спецификация хладагента, так что это 1/2 дюйма с внешним диаметром, а не с внутренним диаметром. Я также сделал себе 25-футовый чиллер (теперь мой предварительный чиллер) из трубки 1/2 дюйма.

Какого диаметра бывают трубы ПВХ?

ПВХ-трубы обычно бывают диаметром от полдюйма до 5 дюймов. Трубы диаметром 1,5 дюйма обычно подключаются к раковинам, тогда как 3-дюймовые трубы обычно подключаются к туалетам. Не забудьте подобрать фитинги, подходящие как по размеру, так и по графику ваших труб.

Какой самый распространенный размер трубы ПВХ?

1,5 дюйма

Какой внутренний диаметр 3-дюймовой трубы из ПВХ?

Трубы из ПВХ и ХПВХ — спецификация 40
Номинальный размер трубы (дюймы) Внешний диаметр (дюймы) Внутренний диаметр *) (дюймы)
2 1/2 2.875 2,469
3 3,500 3,068
4 4.500 4,026

Измеряется ли труба ПВХ по внутреннему диаметру?

Жесткие трубки из ПВХ, измеренные и перечисленные в соответствии с действительными размерами внутреннего и внешнего диаметра. Размеры труб из ПВХ являются номинальными, поэтому для большинства размеров трубы труба не имеет ни внешнего, ни внутреннего диаметра. Труба ПВХ представляет собой раструбную арматуру (класс 40) и раструб или резьбу (класс 80).

Какие бывают размеры трубы ПВХ?

Таблица размеров труб из ПВХ

Schedule 40

Номинальный размер трубы O.D. Номинальная масса / фут.
1/2 ″ . 840 .170
3/4 ″ 1,050 ,226
1 ″ 1,315 . 333
1-1 / 4 ″ 1,660 .450

Как соединить трубы ПВХ разных размеров?

  1. Соединить водопроводные трубы ПВХ разных размеров переходной втулкой.
  2. Приклейте соединительную муфту к большей трубе с помощью ПВХ-клея.
  3. Припаяйте медный колоколообразный переходник к трубе и подсоедините его к трубке другого диаметра, припаяв вторую трубу к другому концу переходника.

Сколько ПВХ трубы входит в фитинг?

Для хорошей посадки с натягом труба должна легко входить в фитинг на 1/3 — 2/3 пути. Слишком плотная посадка недопустима, поскольку труба может не войти в фитинг снизу во время сборки.

Формула

Барлоу — внутреннее, допустимое и разрывное давление

Формула Барлоу используется для определения

  • внутреннего давления при минимальном выходе
  • предельное давление разрыва
  • максимально допустимое давление

Внутреннее давление при минимальном выходе

Формула Барлоу может быть используется для расчета « Внутреннее давление » при минимальном выходе

P y = 2 S y т / день o (1)

где 45

y = внутреннее давление при минимальной текучести (psig, МПа)

S y = предел текучести (psi, МПа)

t = толщина стенки (дюймы, мм)

d o = внешний диаметр (дюймы, мм)

Примечание! — в кодах типа ASME B31.3 модифицированные версии формулы Барлоу, такие как формула Бордмана и формула Ламе, используются для расчета разрывного и допустимого давления и минимальной толщины стенки.

Пример — Внутреннее давление при минимальном выходе

Внутреннее давление для жидкостного трубопровода 8 дюймов с внешним диаметром 8,625 дюйма, и толщиной стенки 0,5 дюйма с пределом текучести 30000 фунтов на кв. Дюйм можно рассчитать как

P y = 2 (30000 фунтов на кв. Дюйм) (0.5 дюймов) / (8,625 дюйма)

= 3478 фунтов на кв. Дюйм

Пример — полиэтиленовая труба из полиэтилена

Предел текучести полиэтиленовой трубы 110 мм составляет 22,1 МПа . Минимальная толщина стенки для давления 2 0 бар (2 МПа) может быть рассчитана путем перестановки ур. От 1 до

t = P y d o / (2 S y )

= (2 МПа) (110 мм) / (2 (22 .1 МПа))

= 5 мм

Предельное давление разрыва

Формулу Барлоу можно использовать для расчета «предельного давления разрыва » при предельном (растяжении) прочности как

P t = 2 S t t / d o (2)

где

P t = предельное давление разрыва (psig)

S t = предел прочности (на разрыв) (фунт / кв. фунт / кв. дюйм) (0.5 дюймов) / (8,625 дюйма)

= 5565 фунтов на кв. Дюйм

Рабочее давление или максимальное допустимое давление

Рабочее давление — это термин, используемый для описания максимально допустимого давления, которому может подвергаться труба во время эксплуатации. Формулу Барлоу можно использовать для расчета максимально допустимого давления с использованием проектных коэффициентов:

P a = 2 S y F d F e F t t / d o (3)

где

P a = максимально допустимое расчетное давление (фунт / кв. Дюйм)

S y = предел текучести (фунт / кв. Дюйм)

F d = расчетный коэффициент
F e = коэффициент продольного соединения
F t = коэффициент температурного снижения
Типовые конструктивные факторы — F
d
    47 трубопроводы жидкости 0.72
  • газопроводы — класс 1: 0,72
  • газопроводы — класс 2: 0,60
  • газопроводы — класс 3: 0,50
  • газопроводы — класс 4: 0,40
Пример — Максимально допустимое давление

«Максимально допустимое давление » для жидкостного трубопровода, используемого в приведенных выше примерах с F d = 0,72, F e = 1 и F t = 1- можно рассчитать как

P a = 2 (30000 фунтов на кв. Дюйм) 0.72 1 1 (0,5 дюйма) / (8,625 дюйма)

= 2504 фунт / кв. Дюйм

Формула Барлоу основана на идеальных условиях и комнатной температуре.

Давление испытания стана

«Давление испытания стана » относится к гидростатическому (водяному) давлению, приложенному к трубе на стане, чтобы гарантировать целостность тела трубы и сварного шва.

P т = 2 S т т / д o (4)

где

P т = испытательное давление S t = заданный предел текучести материала — часто 60% от предела текучести (фунт / кв. Дюйм)

Толщина стенки

Формула Барлоу может быть полезна для расчета необходимой толщины стенки трубы, если рабочее давление, предел текучести и наружный диаметр трубы известен.Формула Барлоу изменена:

t мин = P i d o / (2 S y ) (5)

, где

t мин = минимальная толщина стенки (дюйм )

P i = Внутреннее давление в трубе (psi)

Пример — Минимальная толщина стенки

Минимальная толщина стенки для трубы с таким же внешним диаметром — из того же материала с тем же пределом текучести, что и в приведенных выше примерах — и при внутреннем давлении 6000 фунтов на квадратный дюйм — можно рассчитать как

t = (6000 фунтов на квадратный дюйм) (8.625 дюймов) / (2 (30000 фунтов на кв. Дюйм))

= 0,863 дюйма

Из таблицы — 8 дюймов труба Sch 160 с толщиной стенки 0,906 дюйма может использоваться.

Прочность материала

Прочность материала определяется испытанием на растяжение, при котором измеряется сила растяжения и деформация испытуемого образца.

  • напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0,2%, называется пределом текучести
  • напряжение, вызывающее разрыв, называется пределом прочности или пределом прочности на растяжение

Типичная прочность некоторых распространенных материалов:

  • 1 фунт / дюйм (фунт / дюйм 2 ) = 6 894.8 Па (Н / м 2 ) = 6,895×10 -2 бар
  • 1 МПа = 10 6 Па

Калькулятор давления Барлоу

Калькулятор формул Барлоу можно использовать для оценки

  • внутреннее давление при минимальной текучести
  • предельное давление разрыва
  • максимально допустимое давление

Внешний диаметр (дюйм)

Толщина стенки (дюйм)

Предел текучести (фунт / кв. Дюйм)

Предельное (растяжение) прочность (psi)

Общий проектный коэффициент

Калькулятор толщины стенки Барлоу

Калькулятор формулы Барлоу можно использовать для оценки минимальной толщины стенки трубы.

Внешний диаметр (дюйм, мм)

Предел текучести (фунт / кв. Дюйм, МПа)

Внутреннее давление (фунт / кв. Дюйм, мм)

Пример — A53 Бесшовная и сварная стандартная труба — давление разрыва

Давление разрыва рассчитано по формуле Барлоу (2) для бесшовных и сварных стандартных труб A53 класса A с пределом прочности (на растяжение) 48000 фунтов на квадратный дюйм . Размеры трубы — наружный диаметр и толщина стенки согласно ANSI B36.10.

  • 1 дюйм (дюйм) = 25,4 мм
  • 1 МПа = 10 3 кПа = 10 6 Па

Расчет толщины стены во время строительства Часть 1

Расчет толщины стен во время строительства Часть 1

Автор: bpmmain maintenance, 7 января 2013 г. · 1 комментарий

Во время строительства толщина стен — это баланс между созданием максимального пространства комнаты и обеспечением структурной безопасности и устойчивости дома.Другие факторы, которые следует учитывать, — это материалы, использованные при возведении стены, этажность здания и этаж, на котором построена стена.

Для массивных наружных стен, стенок отсеков и перегородок:

Кирпичная или блочная кладка:

  • Стены должны иметь толщину не менее 1/16 высоты этажа.
  • Если высота стены меньше 3,5 метров, минимальная толщина составляет 190 мм по всей ее высоте.
  • Если высота стены составляет от 3,5 м до 9 м, то для стены длиной менее 9 м минимальная толщина должна составлять 190 мм по всей ее высоте.
  • Для стены высотой от 3,5 до 9 м и длиной от 9 до 12 м минимальная толщина должна составлять 290 мм для первого этажа и 190 мм для остальной его высоты.
  • Стена высотой от 9 до 12 м и длиной менее 9 м, минимальная толщина должна составлять 290 мм для первого этажа и 190 мм для остальной его высоты.
  • Для стены высотой от 9 до 12 м и длиной от 9 до 12 м минимальная толщина стены составляет 290 мм для первого этажа, затем 190 мм для остальной высоты.

Необработанный камень, кремни, глинобитные кирпичи или любой другой обожженный или остеклованный материал:

  • Стены должны иметь толщину не менее 0,083 этажа.
  • Если высота стены ниже 3,5 метра, минимальная толщина составляет 252,7 мм по всей ее высоте.
  • Если высота стены составляет от 3,5 м до 9 м, то для стены длиной менее 9 м минимальная толщина должна составлять 252,7 мм по всей ее высоте.
  • Для стены высотой от 3,5 до 9 м и длиной от 9 до 12 м минимальная толщина должна составлять 385,7 мм для первого этажа и 252,7 мм для остальной его высоты.
  • Стена высотой от 9 до 12 м и длиной менее 9 м, минимальная толщина должна составлять 385,7 мм для первого этажа, затем 252.7 мм по остальной высоте.
  • Для стены высотой от 9 до 12 м и длиной от 9 до 12 м минимальная толщина стены составляет 385,7 мм для первого этажа, а затем 252,7 мм для остальной высоты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.