Sie fragen sich vielleicht, wie Rohre und Schläuche dem großen Druck des durch sie fließenden Wassers standhalten können. Vieles davon hängt mit dem Verständnis der Physik dahinter zusammen. Ingenieure überprüfen diese Standards, indem sie die Festigkeit von Schläuchen testen, und der maximal zulässige Betriebsdruck (MAWP) ist ein wichtiges Werkzeug, um sichere Grenzwerte für einen Schlauch festzulegen.
Maximal zulässiger Arbeitsdruck (MAWP)
Sie können die. berechnenMaximal zulässiger Arbeitsdruck (MAWP), der maximale Druck für einen Schlauch mit der Formel
P = \frac{2×S_y×F_d×F_e×F_t×t}{d_o}
für MAWP-WertPin psi, Streckgrenze (oder Zugfestigkeit) des MaterialsSja, DesignfaktorFd, LängsfugenfaktorFe, Temperatur-Derating-FaktorFtund RohrinnendurchmesserdÖ. Diese Faktoren berücksichtigen die Eigenschaften der Materialien selbst, und Sie müssen sie nach den Materialien suchen, die in dem speziellen Fall, den Sie in Betracht ziehen, beteiligt sind.
Wenn Sie beispielsweise wussten, dass der Innendurchmesser eines zylindrischen Gefäßes 200 Zoll beträgt, könnten Sie herausfinden, wie Sie eine Metalllegierung verwenden, um es herzustellen. Verwenden Sie ein Kohlenstoffstahlmaterial mit einer Streckgrenze von 64.000 psi und einer Dicke von 1/2 Zoll. Der Bemessungsfaktor beträgt 0,72, der Längsfugenfaktor 1,00 und der Temperatur-Derating-Faktor 1,00. Mit der Formel können Sie einen MAWP berechnen als:
\begin{aligned} P &= \frac{2 ×64.000 \;\text{psi} × 0,72 × 1,00 × 1,00×0,5\;\text{in}}{200 \;\text{in}} \\ & = 230,4 \;\text{psi} \end{ausgerichtet}
MAWP-Standards
Da MAWP von der International Organization for Standardization definiert ist, haben Druckbehälter im Allgemeinen Auslegungsparameter für ihre unterschiedlichen Eigenschaften wie Wandstärke oder Schlauchinnenradius Schiffe. Ingenieure prüfen sie genau, um sicherzustellen, dass ihre Konstruktionen dem entsprechenden Druck, der Temperatur, der Korrosion und allem, was sonst ihre Leistung beeinträchtigen könnte, standhalten können. Bei Tests mit Druckwasser wird der hydrostatische Prüfdruck ermittelt, um sicherzustellen, dass die Behälter den entsprechenden Einsatzkräften standhalten. Hersteller können auch andere Tests verwenden.
Beispielsweise reduziert die Firma Penflex ihre MAWP-Berechnungen um 20 Prozent, um die entstehende Wärme zu berücksichtigen, die die Streckgrenze ihrer Geflechtdrähte während des Schweißprozesses beeinflusst. Sie berücksichtigen sogar Anpassungsfaktoren, die den MAWP bei hohen Temperaturen beeinflussen.
Die American Society of Mechanical Engineers hat Standards festgelegt, so dass Behälter 100 Pfund pro Quadratzoll (100 psi) erfüllen müssen und ein ausreichendes Volumen haben müssen, um 10.000 Gallonen Flüssigkeit aufzunehmen. Das obige Beispiel von 230,4 psi MAWP erfüllt den erforderlichen Nenndruck von 100 psi.
Alternative Konstruktionsdruckformel
Sie können die Haltbarkeit eines Gefäßes auch mit der Barlow-Formel testen.P = 2St / D, für DruckP, zulässige SpannungSin psi, Wandstärket, und AußendurchmesserDum zu testen, wie der Innendruck eines Rohres der Festigkeit des Materials standhält. Stellen Sie bei Verwendung dieser Formel sicher, dasstundDhaben die gleichen Einheiten, so dass beide Seiten der Gleichung ausgeglichen bleiben.
Sie können die Barlow-Formel verwenden, um den Innendruck, den endgültigen Berstdruck, den maximal zulässigen Betriebsdruck (MAOP) und den hydrostatischen Druck der Mühle zu berechnen. Sie berechnen den Innendruck, indem Sie die Streckgrenze für die zulässige Spannung verwendenSund Berechnen des resultierenden Drucks. Ebenso können Sie den maximalen Berstdruck berechnen, indem Sie die maximale Streckgrenze fürS.
Verwenden Sie die angegebene Mindeststreckgrenze (SMYS) fürS, oder die mit einer bestimmten Spezifikation verbundene Stärke, um MAOP zu bestimmen. Der hydrostatische Druck der Mühle verwendet den Bruchteil der angegebenen Streckgrenze, die Spannung, bei der eine bestimmte Menge an plastischer Verformung erzeugt wird, zS. Diese angegebene Streckgrenze beträgt im Allgemeinen 60 % der maximalen Streckgrenze.