Vamzdžio svorio skaičiuoklė

Vamzdžio svorio skaičiuoklė apskaičiuoja, kiek sveria vamzdis, pagal jo ilgį, skersmenį, sienelės storį ir medžiagą. Ją naudoja inžinieriai, rangovai ir gamintojai, planuodami medžiagų užsakymus, rinkdamiesi kėlimo įrangą ir projektuodami vamzdynų atramas.

Skaičiuoklė priima arba sienelės storį, arba vidinį skersmenį, veikia metrinėje (milimetrai, kilogramai) arba imperinėje (coliai, svarai) matavimo sistemoje ir apima septynias dažniausiai naudojamas vamzdžių medžiagas: anglinį plieną, nerūdijantį plieną, aliuminį, varį, PVC, HDPE ir ketų.

Vamzdžio svorio formulė

Vamzdis yra tuščiaviduris cilindras. Jo svoris lygus vamzdžio sienelėje esančios medžiagos tūriui, padaugintam iš tos medžiagos tankio. Sienelės tūris yra išorinio cilindro tūris atėmus jo viduje esančios tuščios erdvės tūrį.

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

Kur:

• $W$ = vamzdžio svoris
• $D_o$ = išorinis skersmuo
• $D_i$ = vidinis skersmuo
• $L$ = vamzdžio ilgis
• $\rho$ = medžiagos tankis
• $\pi$ ≈ 3,14159

Jei vietoj vidinio skersmens žinomas sienelės storis, pirmiausia reikia rasti vidinį skersmenį:

$D_i = D_o - 2t$

Čia $t$ yra sienelės storis. Jis dauginamas iš dviejų, nes sienelės storis taikomas abiejose vamzdžio pusėse.

Prieš taikant formulę, visi ilgiai turi būti tame pačiame matavimo vienete. Skaičiuoklė paverčia milimetrus metrais, dalindama iš 1 000, o colius metrais — daugindama iš 0,0254. Rezultatas gaunamas kilogramais. Norint gauti svarus, reikia dalyti iš 0,45359237, nes vienas svaras yra lygiai 0,45359237 kilogramo.

Medžiagų tankiai

Plieninis vamzdis sveria apie 5,6 karto daugiau nei tokių pačių matmenų PVC vamzdis. Aliuminio vamzdis sveria apie trečdalį to, ką sveria lygiavertis plieninis vamzdis.

Kaip apskaičiuoti vamzdžio svorį

1. Pasirinkite matavimo sistemą: metrinę (mm, kg) arba imperinę (coliai, svarai).
2. Pasirinkite įvedimo būdą: išorinis skersmuo su sienelės storiu arba išorinis skersmuo su vidiniu skersmeniu.
3. Įveskite vamzdžio ilgio ir skersmens reikšmes.
4. Pasirinkite vamzdžio medžiagą.
5. Perskaitykite skaičiuoklės parodytą svorį.

Sienelės storis turi būti mažesnis nei pusė išorinio skersmens, o vidinis skersmuo turi būti mažesnis už išorinį. Ir ilgis, ir skersmuo turi būti didesni už nulį.

Sprendimo pavyzdys

Reikia rasti 6 metrų ilgio anglinio plieno vamzdžio, kurio išorinis skersmuo 114,3 mm, o sienelės storis 6,02 mm, svorį.

1 žingsnis: randame vidinį skersmenį.

$D_i = 114,3 - (2 \times 6,02) = 102,26 \text{ mm}$

2 žingsnis: paverčiame metrais ir randame spindulius.

Išorinis skersmuo = 0,1143 m, taigi išorinis spindulys = 0,05715 m. Vidinis skersmuo = 0,10226 m, taigi vidinis spindulys = 0,05113 m.

3 žingsnis: randame sienelės skerspjūvio plotą.

$A = \pi \times (0,05715^2 - 0,05113^2) = \pi \times 0,00065185 = 0,0020478 \text{ m}^2$

4 žingsnis: randame tūrį.

$V = 0,0020478 \times 6 = 0,012287 \text{ m}^3$

5 žingsnis: dauginame iš anglinio plieno tankio (7 850 kg/m³).

$W = 0,012287 \times 7{,}850 \approx 96,5 \text{ kg}$

Šis 6 metrų ilgio vamzdis sveria apie 96,5 kg. Tai maždaug 16,1 kg vienam metrui — artima paskelbtam 4 colių Schedule 40 plieninio vamzdžio svoriui.

Kodėl vamzdžio svoris svarbus

Iš anksto žinomas vamzdžio svoris veikia kelis projekto aspektus:

• Atraminės konstrukcijos. Sunkesniam vamzdžiui reikia arčiau vienas kito išdėstytų atramų arba atramų, galinčių atlaikyti didesnę apkrovą.
• Kėlimas ir transportavimas. Krano bei takelažo keliamoji galia, taip pat sunkvežimių svorio ribos priklauso nuo faktinio perkeliamo svorio.
• Kaštų vertinimas. Daugelis vamzdžių gaminių kainuojami pagal svorį, todėl tikslūs skaičiai svarbūs sudarant biudžetus ir pasiūlymus.
• Jūriniai ir povandeniniai vamzdynai. Svoris lemia, ar vamzdynui reikia papildomo balasto, kad išsilaikytų jūros dugne, ar jis be jo išplauks.

Apskaičiuotas svoris remiasi tiksliais matmenimis. Tikras vamzdis šiek tiek skiriasi dėl gamybos tolerancijų, dažniausiai per kelis procentus nuo nominalaus dydžio, todėl faktinis svoris gali šiek tiek skirtis nuo apskaičiuotos reikšmės.

Dažnai užduodami klausimai

Kiek tiksli yra vamzdžio svorio skaičiuoklė? Ji tiksli tiek, kiek tikslūs įvesti matmenys ir tankis. Dėl gamybos tolerancijų tikro vamzdžio svoris gali skirtis nuo apskaičiuotos reikšmės nedideliu dydžiu, dažniausiai apie 2–3 %.

Ar nominalus vamzdžio dydis duoda tokį patį rezultatą kaip faktiniai matmenys? Ne. Nominalus vamzdžio dydis (NPS) yra žymuo, o ne matavimas — mažesniems nei 14 colių dydžiams jis nesutampa su faktiniu išoriniu skersmeniu. Visada naudokite faktinį išorinį skersmenį ir arba faktinį vidinį skersmenį, arba sienelės storį, o ne nominalų dydį.

Kaip vamzdžio klasė (schedule) veikia svorį? Schedule numeris nusako sienelės storį. Didesnė klasė (pavyzdžiui, Schedule 80 vietoj Schedule 40) reiškia storesnę sienelę ir mažesnį vidinį skersmenį prie to paties išorinio skersmens, todėl vamzdis sveria daugiau.

Ar apskaičiuotas svoris apima jungtis ar dangas? Ne. Jis apima tik paprastą, tiesų vamzdžio ilgį. Jungtys, flanšai, sklendės, izoliacija ir dangos turi būti pasvertos ar įvertintos atskirai ir pridėtos prie bendros sumos.

Ar galima naudoti šią formulę kitoms medžiagoms, kurios nėra sąraše? Taip. Naudokite tą pačią formulę, vietoj vienos iš sąraše nurodytų reikšmių įrašydami medžiagos tankį kg/m³.

Kaip pervesti rezultatą tarp kilogramų ir svarų? Vienas svaras yra lygiai 0,45359237 kilogramo. Norėdami gauti svarus, dalykite kilogramus iš 0,45359237, o norėdami gauti kilogramus, dauginkite svarus iš 0,45359237. Tai tiksli konversija, kurią naudoja skaičiuoklė.

Vamzdžių matmenų ir svorio standartai

Keli standartai skelbia orientacinius įprastų vamzdžių dydžių matmenis ir svorius: ASME B36.10M anglinio plieno vamzdžiams, ASME B36.19M nerūdijančio plieno vamzdžiams, ASTM A53 suvirintiems ir besiūliams plieniniams vamzdžiams, API 5L vamzdynų vamzdžiams ir ISO 4200 plieninių vamzdžių matmenims bei masei. Šios lentelės naudingos standartiniams dydžiams; skaičiuoklė naudinga viskam, kas jose nenurodyta, arba medžiagoms, kurių lentelėse nėra.