Jak obliczyć flotację rury

Istnieje wiele sytuacji, w których rura może unosić się na wodzie. Czasami jest to zamierzone, jak w przypadku pływającego doku zbudowanego na uszczelnionych odcinkach rur z tworzywa sztucznego. Innym razem, jest to niezamierzone i może powodować poważne problemy. Na przykład, wyobraźmy sobie dużą rurę, która jest ułożona wzdłuż ziemi normalnie powyżej poziomu wody. Jeśli poziom wody podniesie się z powodu niespodziewanej powodzi i zanurzy rurę, będzie ona poddana działaniu dużej siły wyporu. Jeśli siła ta nie została uwzględniona w projekcie podpór rur, rura może się przemieścić i pęknąć.

• Istnieje wiele sytuacji, w których rura może unosić się na wodzie.
  
• Jeśli siła ta nie została uwzględniona w projekcie podpór rur, rura może się przemieścić i pęknąć.

Oblicz ciężar rury. Flotacja jest wynikiem równowagi sił działających na rurę. Ciężar rury jest równoważony przez siłę wyporu. The formula for pipe weight per foot of pipe is:

Wp = 3.14/4 * (D^2 - d^2) * Rp

where Wp is the pipe weight in pounds per foot of pipe.

D is the outside diameter of pipe in feet.

• Wp = 3.14/4 * (D^2 - d^2) * Rp where Wp is the pipe weight in pounds per foot of pipe.
  
• D is the outside diameter of pipe in feet.

d is the inside diameter of pipe in feet.

Rp is the density of pipe material in pounds per cubic feet.

^2 indicates the square of the number. D^2 = D * D.

Calculate the buoyancy force. The formula for buoyancy force is:

Wb = 3.14/4 * D^2 * Rf

where Wb is the buoyancy force in pounds per foot of pipe.

Rf is the density of the fluid surrounding the pipe in pounds per cubic feet.

Calculate if flotation can occur. Subtract the buoyancy force from the pipe weight. Jeśli wynik jest większy od zera, rura nie będzie miała tendencji do unoszenia się na wodzie, ponieważ jej masa jest większa niż siła wyporu próbująca ją unieść. Jeśli wynik jest mniejszy od zera, rura będzie miała tendencję do unoszenia się na wodzie. Jeżeli rura nie jest przeznaczona do unoszenia się na wodzie, podpory muszą być zaprojektowane tak, aby wytrzymały tę siłę nośną netto.

• Oblicz siłę wyporu.
  
• Jeżeli wynik jest większy od zera, rura nie będzie miała tendencji do unoszenia się na wodzie, ponieważ jej ciężar jest większy niż siła wyporu próbująca ją podnieść.

Na przykład, powiedzmy, że mamy odcinek rury stalowej o średnicy 20 cali, uszczelniony na obu końcach, który jest opuszczany do pojemnika z wodą. Czy będzie się ona unosić na wodzie? Zakładając, że woda ma temperaturę 15,6 stopni Celsjusza, Rf wynosi 283 kilogramy na stopę sześcienną. Na podstawie odnośników i podanych równań:

D = 20,0 cali, co równa się 1,67 stopy.

d = 18,8 cali, co równa się 1,57 stopy dla standardowej grubości ściany.

• Na przykład, powiedzmy, że masz długość rury stalowej o średnicy 20 cali uszczelnionej na obu końcach i jest ona opuszczona do zbiornika z wodą.
  
• d = 18,8 cali, co równa się 1.57 stóp dla standardowej grubości ściany.

Rp = 222 Kilogramy na stopę sześcienną, dla stali węglowej.

Wp = 56,5 Kilograma na stopę rury.

Wb = 620 Kilogramów na stopę rury.

Wp - Wb = -54,4 Kilograma na stopę rury.

Wynik jest mniejszy od zera, więc rura będzie unosić się na wodzie.

TIP

Zakopana rura może również unosić się na wodzie, jeśli materiał wypełniający zostanie zalany. Potrzebne są dodatkowe obliczenia, aby uwzględnić ciężar materiału znajdującego się nad rurą. Jeśli rura jest wypełniona płynem o znacznej masie, takim jak woda, również musi zostać uwzględniona.

Ostrzeżenie

Te uproszczone obliczenia są przeznaczone wyłącznie do celów ilustracyjnych. W celu oceny rzeczywistych sytuacji należy zwrócić się do profesjonalnego inżyniera.