Калькулятор объёма ёмкости определяет полную вместимость резервуара, количество жидкости при заданном уровне заполнения и оставшийся свободный объём. Расчёт основан на геометрических размерах и учитывает форму резервуара, включая цилиндрические, прямоугольные, эллиптические, сферические и конические элементы.
Калькулятор подходит для расчёта объёма баков для воды, топливных резервуаров, накопительных ёмкостей и других сосудов с известной геометрией. Результаты выражаются в литрах или кубических метрах.
Геометрическая вместимость. Общий объём определяется по внутренним размерам резервуара. Длина, ширина, высота и диаметры задаются в сантиметрах. Для вычислений размеры переводятся в метры с коэффициентом 0,01. Полученный объём выражается в м3, после чего при необходимости переводится в литры по соотношению 1 м3 = 1000 л.
Уровень заполнения. Высота жидкости измеряется вертикально от самой нижней точки внутренней полости резервуара до поверхности жидкости. При расчёте учитывается только часть геометрического объёма ниже этого уровня. Если введённая высота заполнения превышает полную высоту резервуара, для вычисления используется максимально допустимая высота.
Геометрические допущения. Все поверхности считаются идеальными геометрическими фигурами с постоянными заданными размерами. Для капсул используются полусферические окончания, для эллиптических резервуаров - постоянное эллиптическое сечение по длине, для конических элементов - прямолинейное изменение диаметра по высоте. Поправочные коэффициенты на материал, температуру или деформацию не применяются.
Вертикальный цилиндр. Площадь круглого основания умножается на высоту резервуара. Радиус принимается равным половине внутреннего диаметра. При частичном заполнении вместо полной высоты используется высота жидкости.
V = π × R2 × H
Здесь R - внутренний радиус в метрах, H - высота в метрах, π ≈ 3,14159265. Например, при диаметре 100 см и высоте 200 см полная вместимость составляет приблизительно 1570,8 л.
Горизонтальный цилиндр. Полный объём рассчитывается как площадь круглого сечения, умноженная на длину. При частичном заполнении определяется площадь кругового сегмента, расположенного ниже поверхности жидкости. Эта площадь умножается на длину цилиндра. Поэтому зависимость объёма жидкости от высоты заполнения нелинейная.
Прямоугольная ёмкость. Полная вместимость равна произведению внутренней длины, ширины и высоты. Объём жидкости определяется аналогично, но вместо полной высоты используется фактический уровень заполнения.
V = L × W × H
В формуле L - длина, W - ширина, H - высота. Все три размера выражаются в метрах. Например, резервуар размером 200 × 100 × 120 см имеет вместимость 2,4 м3, или 2400 л.
Капсула. Такая ёмкость рассматривается как цилиндрическая часть с двумя полусферическими окончаниями. Две полусферы вместе образуют полный шар. Поэтому общий объём равен сумме объёма цилиндра и объёма шара того же радиуса.
V = π × R2 × L + 4 × π × R3 / 3
Здесь L - длина только цилиндрической части в метрах, без сферических окончаний. При вертикальном расположении заполнение рассчитывается последовательно: сначала нижняя сферическая часть, затем цилиндрическая часть и наконец верхняя сферическая часть. При горизонтальном расположении объём жидкости складывается из объёма кругового сегмента цилиндра и соответствующего объёма сферических окончаний.
Эллиптический резервуар. Поперечное сечение принимается эллипсом. Его полуоси равны половине внутренней ширины и половине внутренней высоты. Полный объём рассчитывается умножением площади эллипса на длину резервуара.
V = π × a × b × L
Здесь a - половина ширины, b - половина высоты, L - длина. Все размеры выражаются в метрах. При частичном заполнении вместо полной площади эллипса используется площадь его части ниже уровня жидкости. Это позволяет учитывать нелинейное изменение объёма при повышении уровня.
Усечённый конус. Полная вместимость определяется по верхнему и нижнему радиусам, а также высоте. Площадь горизонтального сечения изменяется по высоте, поскольку диаметр увеличивается или уменьшается равномерно.
V = π × H × (R12 + R1 × R2 + R22) / 3
Здесь R1 - нижний радиус, R2 - верхний радиус, H - высота. Все размеры выражаются в метрах. Для частичного заполнения сначала определяется радиус сечения на уровне жидкости. Затем по той же формуле вычисляется объём нижней заполненной части.
Резервуар с коническим дном. Полная вместимость складывается из объёма нижнего усечённого конуса и расположенного над ним цилиндра. Пока жидкость находится в пределах конического дна, рассчитывается только заполненная часть конуса. После достижения цилиндрической части к объёму заполненного конуса добавляется объём жидкости в цилиндре.
Резервуар с конической крышкой. Сначала рассчитывается объём нижнего цилиндра, затем объём верхнего усечённого конуса. Пока жидкость находится в цилиндрической части, её объём пропорционален высоте заполнения. При дальнейшем повышении уровня добавляется объём заполненной части конуса с учётом изменения диаметра.
Объём жидкости. Для каждой формы определяется объём геометрической части резервуара ниже заданного уровня. При нулевой высоте заполнения объём жидкости равен 0. При достижении полной высоты он равен общей вместимости резервуара.
Свободный объём. Рассчитывается как разница между общей вместимостью и текущим объёмом жидкости. Например, если резервуар вмещает 2000 л, а объём жидкости составляет 750 л, свободная вместимость равна 1250 л.
Процент заполнения. Определяется отношением объёма жидкости к общей вместимости, умноженным на 100. Для приведённого примера заполнение составляет 37,5 %. Процент вычисляется по объёму, а не по отношению высоты жидкости к полной высоте резервуара.
Для промышленных стальных резервуаров применяются европейские стандарты EN 12285-1 (заводские горизонтальные стальные резервуары для подземного хранения жидкостей, способных загрязнять воду), EN 12285-2 (аналогичные резервуары для надземного хранения) и EN 14015 (проектирование и изготовление вертикальных цилиндрических сварных стальных резервуаров с плоским днищем, сооружаемых на месте установки).
Эти стандарты устанавливают требования к соответствующим конструкциям и их изготовлению. Геометрический расчёт вместимости выполняется по размерам резервуара и не предполагает автоматического применения нормативных конструктивных коэффициентов.
Это зависит от формы резервуара. У прямоугольной ёмкости и цилиндра с постоянным сечением по вертикали объём пропорционален высоте жидкости. У усечённого конуса и резервуара с коническим дном площадь горизонтального сечения изменяется по высоте, поэтому половина высоты может соответствовать значительно меньшему или большему объёму. Для горизонтального цилиндра с круглым сечением половина диаметра, напротив, соответствует ровно половине вместимости.
Для расчёта используются внутренний диаметр, длина резервуара и вертикальная высота жидкости от дна. Калькулятор определяет площадь заполненного кругового сегмента и умножает её на длину цилиндра. Такой способ учитывает кривизну стенок и позволяет вычислить объём жидкости при любом допустимом уровне заполнения.
У капсулы к объёму цилиндрической части добавляется объём двух полусферических окончаний. Если диаметр и длина цилиндрической части одинаковы, полная вместимость капсулы будет больше. При этом общая длина капсулы также больше на величину одного диаметра, поскольку окончания учитываются отдельно.
При одинаковых размерах резервуары с коническим дном и конической крышкой могут иметь одинаковую полную вместимость, но различный объём жидкости при одной высоте заполнения. Причина заключается в различии площадей горизонтальных сечений на соответствующих уровнях. Калькулятор учитывает расположение конической части и изменение диаметра по высоте.
Геометрический расчёт основан на идеализированной внутренней форме резервуара. Фактическая конструкция может иметь скругления, выступающие элементы, дополнительные детали или отличающиеся от номинальных внутренние размеры. Поэтому расчётная геометрическая вместимость может отличаться от паспортного значения. Для точного определения объёма существующего резервуара предпочтительно использовать его фактические внутренние размеры.