ما هي حاسبة سُمك جدار الأنبوب؟
تقدّر هذه الأداة الحد الأدنى لسُمك جدار الأنبوب اللازم لتحمّل ضغط داخلي معيّن بأمان. وهي تعتمد على معادلة بارلو، وهي علاقة شائعة الاستخدام في هندسة الأنابيب وخطوط النقل وأوعية الضغط، تربط بين الضغط الداخلي والقطر الخارجي والإجهاد المسموح به للمادة.
كيفية استخدامها
أدخل الضغط الداخلي P بوحدة psi (رطل لكل بوصة مربعة)، والقطر الخارجي للأنبوب D بالبوصة، والإجهاد المسموح به (أو إجهاد الخضوع) S لمادة الأنبوب بوحدة psi. تعرض الحاسبة الحد الأدنى لسُمك الجدار بالبوصة والمليمتر معًا. وفي التصميم الفعلي ينبغي أن تضيف إلى هذه القيمة الدنيا بدلًا للتآكل، وسماحية التصنيع، ومعامل أمان/تصميم مناسبًا.
شرح المعادلة
معادلة بارلو هي $$t = \frac{\text{Pressure (psi)} \times \text{Diameter (in)}}{2 \times \text{Stress (psi)}}$$ وهي مشتقّة من اتزان بسيط لإجهاد التطويق (Hoop Stress) على أسطوانة رقيقة الجدار: فالضغط الذي يدفع جدار الأنبوب نحو الخارج يقاومه الشد في الجدار. وبما أنها تستخدم القطر الخارجي، فإن معادلة بارلو تميل إلى التحفّظ قليلًا، وهذا ما يجعلها مفضّلة للفحوص السريعة. وبإعادة ترتيبها يكون أقصى ضغط مسموح به عند سُمك معلوم: \(P = \frac{2 S t}{D}\).
مثال محلول
لنفترض أن P = 1000 psi، وD = 10 بوصات، وS = 20000 psi. عندها يكون $$t = \frac{1000 \times 10}{2 \times 20000} = \frac{10000}{40000} = 0.25 \text{ بوصة}$$ أي \(0.25 \times 25.4 = 6.35\) مم. فيكون الحد الأدنى المطلق لسُمك الجدار رُبع بوصة قبل إضافة أي سماحيات.
الأسئلة الشائعة
هل تتضمن النتيجة معامل أمان؟ لا. فالإجهاد المسموح به S الذي تُدخله ينبغي أن يكون متضمّنًا أصلًا لمعامل التصميم المنصوص عليه في الكود الذي تتبعه. والنتيجة هي حد أدنى نظري.
هل المقصود القطر الداخلي أم الخارجي؟ تستخدم معادلة بارلو القطر الخارجي، وهو ما يجعلها متحفّظة قليلًا.
ما القيمة التي أستخدمها لـ S؟ استخدم الإجهاد المسموح به وفق الكود الحاكم لديك (مثل نسبة من إجهاد الخضوع أو المتانة القصوى للمادة) بدلًا من قيمة الخضوع الخام.
