Besiūliai ir suvirinti kaltiniai plieniniai vamzdžiai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį kaip pagrindiniai šiuolaikinės pramonės komponentai. Šių vamzdžių specifikacijas pirmiausia apibrėžia išorinis skersmuo (OD), sienelės storis (WT) ir ilgis (L), o plieninio vamzdžio svoris apskaičiuojamas remiantis šiais matmenų parametrais ir medžiagos tankiu (ρ). Projektų planavimui, sąnaudų kontrolei ir logistikai labai svarbu tiksliai apskaičiuoti plieninio vamzdžio svorį. Šiame straipsnyje pateikiami trys plieninių vamzdžių svorio apskaičiavimo metodai ir praktiniais pavyzdžiais parodyta, kaip juos naudoti.
Pagrindinis vamzdžio svorio skaičiavimas
Plieninio vamzdžio svorį galima apskaičiuoti apskaičiuojant jo tūrį, padaugintą iš plieno tankio. Apvaliems plieniniams vamzdžiams (įskaitant besiūlius ir suvirintus plieninius vamzdžius), svoris apskaičiuojamas taip: Svoris(kg)=×(OD^2−(OD−2×WT)^2)×L×ρ. ODyra plieninio vamzdžio išorinis skersmuo metrais (m); WTyra plieninio vamzdžio sienelės storis metrais (m); Lyra plieninio vamzdžio ilgis metrais (m); ρyra plieno tankis; paprasto anglinio plieno jis yra apie 7850 kg/m^3.
Supaprastintas algoritmas (imperiniai vienetai): Svoris(lb/ft) = (OD (coliais) − WT (coliais)) × WT (coliais) × 10,69, kur 10,69 yra koeficientas, apskaičiuotas pagal plieno tankį ir vieneto perskaičiavimo būdą, naudojamą matmenims iš colių konvertuoti į svarus ilgio pėdai.
Skaičiavimų pavyzdžiai: jei ERW plieninis vamzdis išorinis skersmuo 10 colių, sienelės storis 0,5 colio, svoris vienai pėdai: Svoris(lb/ft) = (10−0,5) × 0,5 × 10,69 ≈ 50,78 lb/ft.
Supaprastintas algoritmas (metriniai vienetai): Svoris(kg)=(OD−WT)×WT×L×0,0246615. OD yra išorinis skersmuo metrais (mm); WT - sienelės storis metrais (mm); L - ilgis metrais (m); 0,0246615 yra pagrįstas plieno tankiu (apytiksliai 7850 kg/m³) ir vieneto konversijos koeficientu.
Skaičiavimų pavyzdžiai: fasadą turinčiam besiūliam vamzdžiui, išorinis skersmuo 114,3 mm, sienelės storis 6,35 mm, ilgis 12 m. 1) skirtumas: 114,3 − 6,35 = 107,95. 2) svoris: 107,95 × 6,35 × 12 × 0,0246615 ≈ 202,86 kg. Todėl bendras vamzdžio svoris yra maždaug 202,86 kg. Koeficientai 10,69 ir 0,0246615 pagrįsti vidutiniu plieno tankiu. Skirtingų plienų rūšių (nerūdijantis plienas, legiruotas plienas) gali turėti skirtingą tankį, todėl koeficientai turi būti pakoreguoti.
Šie skaičiavimai leidžia įvertinti svorį vientisas ir suvirintų plieninių vamzdžių. Dėl skirtingo medžiagų tankio, gamybos tolerancijų ir kitų veiksnių faktinis svoris gali skirtis. Norint tiksliai apskaičiuoti svorį, rekomenduojama remtis gamintojo pateiktais duomenimis arba atlikti faktinius matavimus. Norint atlikti tikslius inžinerinius skaičiavimus arba gauti komercines kainas, rekomenduojama naudoti išsamesnius duomenis arba susisiekti su plieninių vamzdžių tiekėjais dėl tikslios informacijos apie svorį. Vamzdžių svorio skaičiavimai yra esminė inžinerinio projektavimo ir sąnaudų kontrolės dalis, todėl tinkamas šių skaičiavimų supratimas ir taikymas yra labai svarbūs.
Šiandieniniai matmenų ir svorių įrankiai
Šiame straipsnyje aptariamos įvairios plieninių vamzdžių svorio skaičiavimo metodikos, įskaitant paprastąjį metodą, kuris taikomas besiūliems vamzdžiams su santykinai plonomis sienelėmis. Labai storasienių besiūlių plieninių vamzdžių atveju gali tekti atlikti sudėtingesnius skaičiavimus. Žymas: vamzdžio svoris, plieninis vamzdis, besiūlis, suvirintas.
Tolesni pavyzdžiai ir nuorodos į gamintojo duomenis iliustruoja skirtingų vamzdžių specifikacijas: OD diapazonai, sienelių storio klasės (SCH), svorio vienam metrui ar pėdai, bei skirtingų grafiko numerių įtaka tikslumui. Gofruoto nerūdijančio plieno vamzdžiai dažnai naudojami šalto ir aukšto slėgio sistemose dėl jų lankstumo, atsparumo korozijai ir mechaninių savybių derinio. Dažniausiai naudojamos klasės yra 304 ir 316, kuriose chromo, nikelio bei molibdeno kiekiai užtikrina skirtingą atsparumą korozijai ir temperatūrai.
Gofruotų nerūdijančių plieninių vamzdžių įvairovė
Gofruoti nerūdijančio plieno vamzdžiai platinami pagal dažniausiai naudojamus grafiko rodmenis, pvz., Sch 10, Sch 40, Sch 80. Grafikai ne visuomet tiesiogiai atitinka anglinio plieno grafikus, todėl svarbu patikrinti vamzdžio schema. Nerūdijančio plieno vamzdžių grafikai dažnai pažymimi kaip Sch 10S, Sch 40S ir pan. Jie gali būti tiek suvirinti, tiek besiūliai, o jų svoris gali būti matuojamas pagal nuoseklų masės ilgio vienetą (kg/m arba lb/ft).
Nerūdijančio plieno vamzdžiai dažnai tiekiami SRL (vieno atsitiktinio ilgio) arba DRL (dvigubo atsitiktinio ilgio). SRL vamzdis paprastai yra nuo 17 iki 24 pėdų ilgio, DRL - nuo 37 iki 44 pėdų. Dažnai vamzdis yra padengtas juodu laku, o esant poreikiui galima užsisakyti pliką vamzdelį arba epoksidinę dangą. Cinko danga (Hot-dip galvanizing) užtikrina papildomą atsparumą korozijai, o 3PE danga naudojama sudėtingose naftos projektų jūroje, kuri gali pridėti papildomą svorį.
Gofruotų nerūdijančio plieno vamzdžių medžiagų pasirinkimas įtakoja jų temperatūros ir slėgio atsparumą. 304 klasės nerūdijantis plienas paprastai atlaiko iki apie 870 laipsnių C temperatūrą, o 316 klasė - šiek tiek aukštesnes temperatūras dėl molibdeno. ASME B31 serijos standartai pateikia vamzdynų projektavimo ir įrengimo gaires, o ASTM ekspertizė reglamentuoja medžiagų savybes ir testavimo metodus, įskaitant ASTM A249 suvirintų nerūdijančio plieno vamzdžiams reikalavimus.
Matmenys, sienelės storis ir svorio įtaka projektams
Matmenys OD ir WT yra pagrindiniai veiksniai, kurie lemia vamzdžio projekto svorį, slėgio reikalavimus ir montavimo sudėtingumą. Sienos storis daro įtaką tiek mechaniniam stiprumui, tiek atsparumui korozijai, o gofravimas (crests ir gofruotos lovos žingsnis) daro įtaką lankstumui ir sujungimų patikimumui. Grafikai ir šriftai, naudojami pavaizduotiems matmenims, turi būti aiškiai nurodyti pagal atitinkamas specifikacijas (pvz., API 5L, A106, A53).
Inžinerinii skaičiavimai ir projektavimo planavimas dažnai reikalauja papildomų duomenų apie medžiagos tankį, kuris gali skirtis tarp anglies plieno (apie 7850 kg/m³) ir nerūdijančio plieno (7,93 g/cm³). Todėl tikslumo užtikrinimui rekomenduojama naudoti tiksliai konkrečiam vamzdžiui taikomą medžiagos tankį ir atitinkamus koeficientus.