Putken painon laskuri

Putken painon laskuri selvittää, kuinka painava putki on sen pituuden, halkaisijan, seinämän paksuuden ja materiaalin perusteella. Insinöörit, urakoitsijat ja valmistajat käyttävät sitä materiaalitilausten suunnitteluun, nostolaitteiden valintaan ja putkijärjestelmien tukirakenteiden mitoitukseen.

Laskuri hyväksyy joko seinämän paksuuden tai sisähalkaisijan, toimii metrisissä (millimetrit, kilogrammat) tai brittiläisissä (tuumat, paunat) yksiköissä, ja kattaa seitsemän yleistä putkimateriaalia: hiiliteräksen, ruostumattoman teräksen, alumiinin, kuparin, PVC:n, HDPE:n ja valuraudan.

Putken painon kaava

Putki on ontto lieriö. Sen paino on yhtä suuri kuin putken seinämässä olevan materiaalin tilavuus kerrottuna kyseisen materiaalin tiheydellä. Seinämän tilavuus on ulomman lieriön tilavuus vähennettynä sen sisällä olevan ontelon tilavuudella.

$W = \frac{\pi \times (D_o^2 - D_i^2) \times L \times \rho}{4}$

Missä:

• $W$ = putken paino
• $D_o$ = ulkohalkaisija
• $D_i$ = sisähalkaisija
• $L$ = putken pituus
• $\rho$ = materiaalin tiheys
• $\pi$ ≈ 3.14159

Jos sisähalkaisijan sijaan tiedetään seinämän paksuus, on ensin selvitettävä sisähalkaisija:

$D_i = D_o - 2t$

Tässä $t$ on seinämän paksuus. Se kaksinkertaistetaan, koska seinämän paksuus koskee putken molempia puolia.

Kaikkien pituuksien on oltava samassa yksikössä ennen kaavan soveltamista. Laskuri muuntaa millimetrit metreiksi jakamalla luvulla 1000, ja tuumat metreiksi kertomalla luvulla 0.0254. Tulos saadaan kilogrammoina. Paunojen saamiseksi jaetaan luvulla 0.45359237, koska yksi pauna on tarkalleen 0.45359237 kilogrammaa.

Materiaalien tiheydet

Teräsputki painaa noin 5.6 kertaa niin paljon kuin samankokoinen PVC-putki. Alumiiniputki painaa noin kolmasosan vastaavan teräsputken painosta.

Näin lasket putken painon

1. Valitse yksikköjärjestelmä: metrinen (mm, kg) tai brittiläinen (in, lbs).
2. Valitse syöttötapa: ulkohalkaisija ja seinämän paksuus, tai ulkohalkaisija ja sisähalkaisija.
3. Syötä putken pituuden ja halkaisijan arvot.
4. Valitse putken materiaali.
5. Lue laskurin näyttämä paino.

Seinämän paksuuden on oltava alle puolet ulkohalkaisijasta, ja sisähalkaisijan on oltava pienempi kuin ulkohalkaisija. Sekä pituuden että halkaisijan on oltava suurempia kuin nolla.

Ratkaistu esimerkki

Selvitä 6 metrin pituisen hiiliteräsputken paino, jonka ulkohalkaisija on 114.3 mm ja seinämän paksuus 6.02 mm.

Vaihe 1: Selvitä sisähalkaisija.

$D_i = 114.3 - (2 \times 6.02) = 102.26 \text{ mm}$

Vaihe 2: Muunna metreiksi ja selvitä säteet.

Ulkohalkaisija = 0.1143 m, joten ulkosäde = 0.05715 m. Sisähalkaisija = 0.10226 m, joten sisäsäde = 0.05113 m.

Vaihe 3: Selvitä seinämän poikkileikkauksen pinta-ala.

$A = \pi \times (0.05715^2 - 0.05113^2) = \pi \times 0.00065185 = 0.0020478 \text{ m}^2$

Vaihe 4: Selvitä tilavuus.

$V = 0.0020478 \times 6 = 0.012287 \text{ m}^3$

Vaihe 5: Kerro hiiliteräksen tiheydellä (7,850 kg/m³).

$W = 0.012287 \times 7{,}850 \approx 96.5 \text{ kg}$

Tämä 6 metrin pituinen putkenpätkä painaa noin 96.5 kg. Se vastaa noin 16.1 kg metriä kohden, mikä on lähellä julkaistua painoa 4 tuuman Schedule 40 -teräsputkelle.

Miksi putken painolla on merkitystä

Putken painon tunteminen etukäteen vaikuttaa useaan osaan projektia:

• Rakenteelliset tuet. Painavampi putki tarvitsee tiheämmin sijoitettuja tukia tai tukia, jotka on rakennettu kantamaan suurempaa kuormaa.
• Nosto ja kuljetus. Nosturin ja nostoapuvälineiden kapasiteetti sekä kuorma-auton painorajat riippuvat todellisesta liikuteltavasta painosta.
• Kustannusarviointi. Monet putkituotteet hinnoitellaan painon mukaan, joten tarkat luvut ovat tärkeitä budjeteille ja tarjouksille.
• Merenalaiset ja vedenalaiset putkilinjat. Paino määrittää, tarvitseeko putkilinja lisäpainolastia pysyäkseen merenpohjassa, vai kelluuko se ilman sitä.

Laskettu paino olettaa tarkat mitat. Todellinen putki poikkeaa hieman valmistustoleranssien vuoksi, tyypillisesti muutaman prosentin sisällä nimellismitasta, joten todellinen paino voi poiketa hieman lasketusta luvusta.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka tarkka putken painon laskuri on? Se on yhtä tarkka kuin syötetyt mitat ja tiheys. Valmistustoleranssit tarkoittavat, että todellisen putken paino voi poiketa lasketusta arvosta pienellä marginaalilla, tyypillisesti noin 2–3 % sisällä.

Antaako nimellinen putkikoko saman tuloksen kuin todelliset mitat? Ei. Nimellinen putkikoko (NPS) on nimike, ei mittaus — alle 14 tuuman kokoluokissa se ei vastaa todellista ulkohalkaisijaa. Käytä aina todellista ulkohalkaisijaa ja joko todellista sisähalkaisijaa tai seinämän paksuutta, ei nimellistä kokoa.

Miten putken schedule vaikuttaa painoon? Schedule-numero kuvaa seinämän paksuutta. Korkeampi schedule (esimerkiksi Schedule 80 Schedule 40:n sijaan) tarkoittaa paksumpaa seinämää ja pienempää sisähalkaisijaa samalla ulkohalkaisijalla, joten putki painaa enemmän.

Sisältääkö laskettu paino liittimet tai pinnoitteet? Ei. Se kattaa vain suoran, koristelemattoman putken pituuden. Liittimet, laipat, venttiilit, eristys ja pinnoitteet on punnittava tai arvioitava erikseen ja lisättävä kokonaissummaan.

Voinko käyttää tätä kaavaa muille kuin luetelluille materiaaleille? Kyllä. Käytä samaa kaavaa materiaalin tiheydellä kg/m³ jonkin luetellun tiheyden sijaan.

Miten muunnan tuloksen kilogrammojen ja paunojen välillä? Yksi pauna on tarkalleen 0.45359237 kilogrammaa. Jaa kilogrammat luvulla 0.45359237 saadaksesi paunat, tai kerro paunat luvulla 0.45359237 saadaksesi kilogrammat. Tätä tarkkaa muunnosta laskuri käyttää.

Putkien mittojen ja painon standardit

Useat standardit julkaisevat viitemittoja ja -painoja yleisille putkikoille: ASME B36.10M hiiliteräsputkille, ASME B36.19M ruostumattoman teräksen putkille, ASTM A53 hitsatuille ja saumattomille teräsputkille, API 5L putkilinjaputkille ja ISO 4200 teräsputkien mitoille ja massalle. Nämä taulukot ovat hyödyllisiä standardikokoja varten; laskuri on hyödyllinen kaikelle, mikä jää niiden ulkopuolelle, tai materiaaleille, joita taulukko ei kata.