Możesz się zastanawiać, jak rury i węże mogą wytrzymać duże ciśnienie przepływającej przez nie wody. Wiele z tego sprowadza się do zrozumienia stojącej za nimi fizyki. Inżynierowie sprawdzają te standardy, testując wytrzymałość węży, a maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (MAWP) jest kluczowym narzędziem w ustalaniu bezpiecznych limitów dla węża.
Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (MAWP)
Możesz obliczyćMaksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze (MAWP), maksymalne ciśnienie dla węża, korzystając ze wzoru
P = \frac{2×S_y×F_d×F_e×F_t×t}{d_o}
dla wartości MAWPPw psi, granica plastyczności (lub wytrzymałość na rozciąganie) materiałuStak, współczynnik projektowyfare, współczynnik połączenia podłużnegofami, współczynnik obniżenia temperatury temperaturefati wewnętrzna średnica ruryreo. Czynniki te uwzględniają cechy samych materiałów i musisz je wyszukać pod kątem materiałów związanych z konkretnym przypadkiem, który rozważasz.
Na przykład, jeśli wiesz, że wewnętrzna średnica cylindrycznego naczynia wynosi 200 cali, możesz dowiedzieć się, jak użyć stopu metalu do jego stworzenia. Użyj materiału ze stali węglowej o granicy plastyczności 64 000 psi i grubości 1/2 cala. Współczynnik projektowy wynosi 0,72, współczynnik połączenia podłużnego wynosi 1,00, a współczynnik obniżenia temperatury wynosi 1,00. Korzystając ze wzoru, możesz obliczyć MAWP jako:
\begin{wyrównane} 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{wyrównany}
Standardy MAWP
Ponieważ MAWP jest zdefiniowany przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną, zbiorniki ciśnieniowe na ogół mają parametry projektowe dla ich różnych cech, takich jak grubość ścianki lub promień wewnętrzny węża statki. Inżynierowie dokładnie je sprawdzają, aby upewnić się, że ich projekty wytrzymają odpowiednie ciśnienie, temperaturę, korozję i wszystko inne, co może utrudnić ich działanie. Testy z użyciem wody pod ciśnieniem określają ciśnienie próby hydrostatycznej, aby upewnić się, że naczynia mogą wytrzymać odpowiednie siły jej użycia. Producenci mogą również stosować inne testy.
Na przykład firma Penflex zmniejsza swoje obliczenia MAWP o 20 procent, aby uwzględnić ciepło, które wpływa na granicę plastyczności drutów oplotu podczas procesu spawania. Uwzględniają nawet czynniki korygujące, które wpływają na MAWP w wysokich temperaturach.
Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechanicznych ustaliło standardy, zgodnie z którymi naczynia muszą spełniać wymagania 100 funtów na cal kwadratowy (100 psi) i muszą mieć wystarczającą objętość, aby pomieścić 10 000 galonów cieczy. Powyższy przykład 230,4 psi MAWP spełnia wymagane ciśnienie znamionowe 100 psi.
Alternatywny wzór ciśnienia projektowego
Wytrzymałość naczynia można również przetestować za pomocą wzoru Barlowa,P = 2St / re, na ciśnienieP, dopuszczalny stresSw psi, grubość ściankiti średnica zewnętrznareaby sprawdzić, jak ciśnienie wewnętrzne rury wytrzymuje wytrzymałość materiału. Korzystając z tej formuły, upewnij się, żetiremają te same jednostki, aby obie strony równania pozostały zrównoważone.
Możesz użyć wzoru Barlowa do obliczenia ciśnienia wewnętrznego, maksymalnego ciśnienia rozrywającego, maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego (MAOP) i ciśnienia hydrostatycznego młyna. Obliczasz ciśnienie wewnętrzne, używając granicy plastyczności dla dopuszczalnego naprężeniaSi obliczenie powstałego ciśnienia. Podobnie można obliczyć ostateczne ciśnienie rozrywające, używając maksymalnej granicy plastyczności dlaS.
Użyj określonej minimalnej siły plonu (SMYS) dlaSlub siłę związaną z określoną specyfikacją, aby określić MAOP. Ciśnienie hydrostatyczne młyna wykorzystuje ułamek określonej granicy plastyczności, czyli naprężenie, przy którym powstaje określona wielkość odkształcenia plastycznego, dlaS. Ta określona granica plastyczności wynosi na ogół 60% maksymalnej granicy plastyczności.