Zohlednění rozptylu tlaku a manometrického efektu
START-PROF automaticky zohledňuje následující vlivy spojené s přítomností vnitřního tlaku v potrubí:
- Expanzní síly od tlaku v nekolíkových trubkách
- Expanzní síly od tlaku v sevřeném potrubí
- Částečně skřípnuté trubky
- Skutečná a účinná axiální síla v potrubí
- Zohlednění přítlačných sil a pohybů způsobených nevyváženým tlakem ve STARTu
- Účtování zkrácení trubek a tlakových ohybů ve STARTu
- Zohlednění přítlačných sil a pohybů v přítomnosti axiálních dilatačních spár
- Manometrický efekt v ohybech
Expanzní síly od tlaku v nekolíkových trubkách
Prodloužení nestlačené trubky vlivem vnitřního tlaku se skládá ze dvou částí. První část je způsobena působením tlaku na koncovky (ohyby, roje atd.). Druhá část je způsobena zkrácením trubek podle Hookova zákona.
Prodloužení trubky v důsledku podélné síly:
E – Modul pružnosti
Plocha průřezu potrubí
D – Vnější průměr
t – Tloušťka stěny
N – Axiální vnitřní síla v potrubí
Axiální síla je rovna síle od tlaku na zátku
P – Vnitřní tlak
Prodloužení trubky je
Sh – Obručové napětí v potrubí
Podle Hookova zákona se axiální deformace trubky rovná:
v – Poissonův poměr
Zkrácení trubky v důsledku vnitřního tlaku se rovná:
Celková tažnost trubky je
Pokud přidáme prodloužení v důsledku tepelné roztažnosti, pak:
DT – Rozdíl mezi instalační a provozní teplotou
a – Součinitel tepelné roztažnosti
Axiální napětí způsobené vnitřním tlakem se rovná
Expanzní síly od tlaku v sevřeném potrubí
U upnuté trubky mezi dvěma mrtvými podpěrami je prodloužení nulové:
Prodloužení trubky v důsledku axiálního zatížení R se rovná:
Proto je axiální zatížení potřebné ke stlačení trubky o velikost DL:
Pokud místo DL dosadíme dříve získanou hodnotu prodloužení, získáme axiální zatížení na podpěře rovné:
Velikost vnitřní axiální síly v potrubí N lze získat z rovnovážného stavu v blízkosti nehybné podpory. Axiální síla se rovná zatížení na podpěře mínus přítlačná síla od tlaku, který je přímo vnímán podpěrou:
Konečná rovnice pro axiální vnitřní sílu v upnuté trubce je:
Axiální napětí v upnuté trubce se rovná:
Částečně skřípnuté trubky
Pokud je mezi jednu z mrtvých podpěr a sevřenou trubku přidána pružná pružina s tuhostí k, dojde k částečnému sevření trubky. Pokud je tuhost pružiny nulová, dostaneme neskřípnutou trubku. Pokud je tuhost nekonečná, dostaneme úplně sevřenou trubku.
Přeskočme odvozování rovnic a rovnou uveďme konečné výrazy v tabulce níže. Hodnoty „podporového zatížení“ lze také nazvat „efektivní podélná síla“. Efektivní podélná síla se rovná skutečné axiální síle mínus přítlačná síla od tlaku.
Skutečná a účinná axiální síla v potrubí
Skutečná podélná síla se používá pro:
- Výpočty osového napětí. Viz tabulka napětí
- Kontrola místní stability stěn (vlnitost). Viz tabulka stability stěny
Efektivní podélná síla se používá pro:
- Jako zatížení podpěr. Viz tabulka zatížení podpěry
- Jako zátěž na armatury zařízení (nádoby, přístroje, nádrže, čerpadla, kompresory, turbíny atd.). Viz tabulka zatížení armatur a zařízení
- Pro kontrolu těsnosti přírubových spojů. Viz tabulka Těsnost přírubových spojů
- Pro kontrolu podélné stability potrubí. Viz START-Elements pro kontrolu stability rovných nadzemních, podzemních a zakřivených potrubí.
Velikost skutečné a efektivní osové síly můžete vidět v tabulce „Vnitřní síly v řezech“ v lokálních souřadných osách trubek. Pokud není zaškrtávací políčko „Excluding pressure thrust“ zaškrtnuto, pak vidíme skutečnou podélnou sílu v potrubí. Pokud stojí, pak vidíme efektivní podélnou sílu.
Proč by se k testování zatížení zařízení měla používat efektivní axiální síla spíše než skutečná axiální síla v armatuře? Chcete-li to provést, měli byste mentálně nasadit zástrčku na potrubí a montáž zařízení:
Ve skutečnosti neexistuje žádná zátka v místě, kde se potrubí připojuje k zařízení, takže neexistuje žádná přítlačná síla. Pro srovnání s povoleným zatížením by se však měla použít efektivní osová síla, protože Výrobci používají metodu konečných prvků k určení přípustných vnějších zatížení pro model zařízení pod tlakem se zátkou na konci tvarovky. To znamená, že napětí způsobená natažením armatury od tlaku působícího na zátku jsou již zohledněna při výpočtu nádob a zařízení a mezní hodnoty vnějších zatížení jsou stanoveny bez zohlednění tahu od tlak. Proto by se pro testování pevnosti tvarovky měla používat spíše efektivní axiální síla než skutečná síla. Totéž platí pro všechny ostatní typy zařízení (čerpadla, kompresory atd.). V programu START-PROF jsou efektivní osové síly R uvedeny jako zatížení na všech typech podpěr a zařízení, které se rovnají skutečné osové síle N mínus tlak na kuželku.
Úplně stejná úvaha platí pro kontrolu těsnosti přírubových spojů. Vzorec pro výpočet efektivního tlaku v přírubovém spoji již obsahuje tlakovou složku. V souladu s tím musíme jako N použít pouze přídavné síly způsobené jinými zatíženími. Ne tlakem. Tedy efektivní axiální síla.
Při výpočtu podélné stability potrubí musíme použít efektivní osovou sílu. Faktem je, že vnitřní přetlak sám o sobě může způsobit ztrátu stability potrubí. Pro vysvětlení tohoto jevu si představme deformovaný vzhled potrubí po ztrátě stability v podobě lomené čáry sestávající ze dvou trubek (a). Na konce trubek v uzlu ohybu působí dilatační síly od tlaku a jejich výslednice vytváří příčnou sílu S, která má tendenci trubku vyvést z rovnováhy a tlačí ji do stran.
Nyní si představte, že celé zdeformované potrubí je popsáno ve formě lomené čáry (b). V tomto případě bude v každém vrcholu působit několik „tlačných“ sil S -. A konečně, pokud je deformovaný vzhled trubky popsán hladkou čarou, pak se „tlačné“ síly S změní na rozložené zatížení napříč osou trubky.
Přeskočme odvození rovnic, pouze upozorníme, že pro kontrolu podélné stability je třeba použít efektivní osovou sílu R a v případě samotného působení přebytečného vnitřního tlaku vyjde být kompresní:
Také si tento jev lze představit jako ztrátu stability vody uvnitř potrubí. Voda (nebo jiný výrobek) je stlačována velkou axiální silou (jelikož je pod tlakem) a při ztrátě stability tlačí potrubí v příčném směru. To znamená, že „vodu“ uvnitř potrubí si lze představit jako stlačenou tyč, která ztrácí stabilitu.
Účtování tahových sil ve STARTu
Za prvé, START-Prof aplikuje tahové expanzní síly z tlaku na koncích každé trubky
Za druhé, kromě tepelné roztažnosti, START-Prof zohledňuje dodatečné zkrácení každé trubky v důsledku vnitřního tlaku:
Kombinace těchto dvou efektů se nazývá s přihlédnutím k tlakovému tahu. Tento model umožňuje správně simulovat všechny typy potrubí: sevřená, uvolněná a částečně sevřená.
Zohlednění tlakového tahu je zvláště důležité pro:
- Vysokotlaké potrubí
- Dlouhé kmenové potrubí
- Termoplastové potrubí (PE, PP, PB, PVC)
- Sklolaminátové potrubí
V takových potrubích je vliv tlakového tahu velmi významný a nelze jej ignorovat.
Zohlednění přítlačných sil a pohybů v přítomnosti axiálních dilatačních spár
Nevyvážené síly vznikají vnitřním tlakem, působícím na zátky a zvlnění vlnovců a čočkových kompenzátorů (obr. 3, a), vlivem těchto sil se uvolněné potrubí natahuje (obr. 3, b). Pokud je potrubí sevřeno mezi podpěry, pak se nemůže natáhnout a přenáší tahové síly na podpěry (obr. 3, c).
Rýže. 3. Dilatační síly přenášené na podpěry v potrubí s a bez axiálních kompenzátorů
Přítlačná síla přenášená na podpěry v přímé trubce („tlak na zátku“) je rovna (obr. 4, a):
Přítlačná síla přenášená na podpěry v axiálním nezatíženém kompenzátoru (obr. 4, b) je rovna
Přítlačná síla přenášená na podpěry v axiálním nezatíženém kompenzátoru (obr. 4, c) je rovna 0
Tlakové zatížení na zařízení je součtem tlaku na zátku Acap a tlaku na „extra“ oblast zvlnění kompenzátoru (Aeff-Acap), čímž se získá zatížení Aeff.
Efektivní plochy potrubí a axiálního kompenzátoru se vypočítají pomocí vzorců na Obr. 5.
Rýže. 5. Účinné oblasti pro potrubí a axiální nevyvážený dilatační spoj
Výpočtový model axiálního kompenzátoru v START-PROF je na Obr. 6. Tlak v potrubí vyrovnává část přítlačné síly v axiálním nezatíženém kompenzátoru, proto při výpočtu působí v uzlech na obou stranách axiálního kompenzátoru zatížení rovnající se rozdílu přítlačných sil v potrubí a v axiálním kompenzátoru. Tlak na kohoutcích bude stejný.
Rýže. 6. Činnost axiálního nevyváženého kompenzátoru
Pokud je efektivní plocha kompenzátoru nastavena na 0, bude zatížení ohybů rovno 0 (viz obr. 7).
Rýže. 7. Činnost axiálně vyváženého kompenzátoru
S přihlédnutím k manometrickému efektu
„Manometrický efekt“ je narovnání ohybu, který má počáteční oválnost, vlivem vnitřního tlaku (obr. 8). Tento efekt ovlivňuje výsledné posuny a zatížení podpor. Manometrický efekt se objeví pouze tehdy, když je koeficient ovality a > 0.
Pro simulaci manometrického efektu jsou na ohyby automaticky aplikovány ohybové momenty Me působící v rovině výstupu (obr. 3). Jejich hodnota se vypočítá pomocí vzorce získaného podle [2] a [3]:
К p — koeficient poddajnosti ohybu,
K э — koeficient charakterizující vliv elipticity průřezu na zakřivení výstupní osy,
R je poloměr retrakční osy.
Reference
1. Ainbinder A.B. Výpočet hlavních a polních potrubí pro pevnost a stabilitu. M. „Nedra“, 1991
2. Kostovetsky D.L. Pevnost potrubních systémů elektráren. Petrohrad: „Energie“, 1973
3. Zverkov B.V., Kostovetsky D.L., Kats Sh.N., Boyadzhi K.I. Výpočet a návrh potrubí. Referenční příručka. Petrohrad: „Strojová stavba“, 1979
Jak vybrat průměr HDPE trubek pro zásobování vodou? Jednoduché pokyny
Správně vybráno průměr HDPE trubky — je klíčem ke stabilnímu tlaku, požadovanému tlaku a nepřerušovanému provozu vodovodního systému. Příliš malé potrubí — a tlak klesá. Příliš velké — a přeplatíte za další materiál.
V tomto článku vám to prozradíme Jak vybrat průměr HDPE potrubí pro přívod vody , jaké faktory je třeba zvážit a jaké velikosti se nejčastěji používají.
Proč je průměr tak důležitý?
Průměr potrubí ovlivňuje:
Šířka pásma – kolik vody může protéct za minutu
Rychlost a tlak vody
Odpor proudění — čím užší je potrubí, tím větší je odpor
Cena potrubí — čím větší průměr, tím vyšší cena
Nesprávně zvolené potrubí = ztráta tlaku, hučící kohoutky, slabý tlak ve druhém patře a nespokojení nájemníci.
Jaké jsou průměry HDPE trubek?
Nejběžnější vnější průměry (v mm):
16, 20, 25, 32, 40 — pro soukromé zásobování vodou
50, 63, 75, 90, 110 — pro vstup do domu a distribuci po pozemku
160, 200 a více — pro dálnice, sdružení vlastníků domů, bytové a komunální služby, průmyslová zařízení
❗️ Důležité: u HDPE trubek je zvykem označovat O.D. a tloušťka stěny závisí na tlaku (PN).
32 mm PN10 → vnitřní Ø ≈ 26 mm
32 mm PN16 → vnitřní Ø ≈ 22 mm
Jaký průměr bych si měl/a zvolit pro přívod vody?
Zde jsou hlavní scénáře:
| Úkol | Doporučený průměr |
| Zalévání, letní zásobování vodou u dachy | 16–25 mm |
| Připojení k vodovodnímu kohoutku, sloupci, zavlažovacímu bodu | 20–25 mm |
| Zapojení uvnitř domu (1–2 body) | 25 mm |
| Dodávka od studny až k domu | 32 mm (pro čerpadlo do 3 m³/h) |
| Centrální vstup do domu (několik bodů) | 40–50 mm |
| Mezi vrty, na místě, distribuce | 63–90 mm |
| Hlavní část nebo bytový dům | 110–160 mm a více |
Na co se zaměřit při výběru průměru?
1. Počet spotřebitelů
Čím více vodovodních armatur (vodovodní kohoutky, kotle, sprchy, spotřebiče) – tím větší průměr.
2. Délka potrubí
Pro délky nad 30–50 metrů je třeba zvětšit průměr aby se kompenzoval pokles tlaku.
3. Tlak v systému
Nízký tlak → potřebný širší průchod , jinak bude voda „špinavá“
Vysokotlaké čerpadlo → lze použít standardní průměr
4. Výkon čerpadla
Více než 6 m³/h → od 63 mm a výše
5. Udělejte si zásoby na budoucnost
Pokud plánujete saunu, bazén nebo automatický zavlažovací systém, Je lepší si hned vzít průměr s rezervou , aby se později nemusela měnit celá trubka.
Příklad: jak vypočítat průměr potrubí pro daný úsek
Pozemek 30 metrů od studny k domu
Čerpadlo dodává 3 m³/h
Tlak – standardní 2-3 atm
Plánují se 3–4 odběrná místa vody
V tomto případě je optimální průměr: 32mm PN10 nebo PN16
Chyby, kterým se vyhnout:
Výběr potrubí „od oka“ bez ohledu na délku a zatížení
Použití úzké trubky (16–20 mm) pro dlouhé vzdálenosti
Stejný průměr v celém průřezu – žádné rozložení
Ignorování tloušťky stěny – zejména při vysokých tlacích
Výkon
Správně zvolený průměr HDPE potrubí = spolehlivé zásobování vodou, stabilní tlak a úspory na opravách.
Pokud potrubí pochází z čerpadla, zaměřte se na jeho výkon a délku trasy. Pokud se nachází uvnitř lokality, zvažte, kolik míst odběru vody je zde. Je lepší zvážit trochu nazbyt , než trpět slabým tlakem nebo trasu přepracovat.
Tyto trubky si můžete prohlédnout v našem katalogu.
Kontaktujte nás a zjistěte si aktuální dostupnost a optimální možnosti záběrů pro vaše potřeby!
Stačí zavolat na číslo +7 (4212) 936-394 nebo poslat požadavek na adresu [email protected] – naši specialisté vám pomohou vybrat nejlepší řešení.