Линейное удлинение полипропиленовых труб: Линейное расширение труб — коэффициент линейного расширения (теплового), формулы и расчет

Содержание

Ekoplastik

8

Tel.

+420 326 983 111

FAX

+420 326 983 110

E-MAIL

10. Инструкция по монтажу

Общая информация

Отдельные рекомендации, приведенные в Инструкции по монтажу

EkoplastikPPR,действительныидлятрубFIBERBASALTPLUS.Повышенное

внимание следует уделять защите труб от внешних ударов, главным

образом, при низкой температуре окружающей среды.

Линейное расширение и сжатие труб

Разница температур при монтаже и при эксплуатации приводит к

возникновению линейного расширения или сжатия.

Δl = α . L . Δt [мм]

Δl линейное изменение [мм]

α коэффициент линейного теплового

расширения [мм/м °C], для труб

Ekoplastik FIBER BASALT PLUS α = 0,05

L расчетная длина (расстояние между двумя соседними

неподвижными креплениями по прямой линии) [м]

Δt разница температур при монтаже и эксплуатации [°C]

Ls = k . √(D . Δl) [мм]

Ls компенсационная длина [мм]

k константа материала k = 20

D наружный диаметр трубопровода [мм]

Δl линейное изменение [мм]

Для компенсации линейных изменений у полипропилена

используется гибкость самого материала. Кроме компенсации

на изгибах трубопроводной трассы применяются П-образные

компенсаторы. Значения линейного изменения Δl и компенсаци-

онной длины Ls можно также можно определить по графику.

L

k

= 2 . Δ

l

+ 150 [мм] прицем L

k

≥10.

D

Если линейные изменения трубопровода должным образом не

компенсированы, то в стенках труб возникают дополнительные

напряжения растяжения и сжатия, сокращающие срок эксплуатации

трубопровода. У полипропилена для компенсации линейных

изменений используется гибкость самого материала. Прокладку

трубопроводов необходимо выполнять так, чтобы труба могла

свободно двигаться в пределах величины расчетного расширения.

Это достигается за счет компенсирующей способности элементов

трубопровода (на изгибе трубопровода) или установкой

компенсаторов линейных изменений.

Подходящим способом компенсации линейного расширения явля-

ется тот, при котором трубопровод отклоняется в перпендикулярном

направлении от своей оси, а на этом перпендикуляре оставляется

компенсационная длина Ls, которая обеспечит то, что при

температурном изменении длины трубопровода не возникнут

значительные дополнительные напряжения растяжения и сжатия.

Компенсационная длина Ls (длина компенсатора) зависит от

вычисленного линейного изменения длины участка трубопровода,

материала и диаметра трубопровода. Показатели линейного

изменения Δl и компенсационной длины Ls (длины компенсатора)

можно также определить по графикам.

П-образный

компенсатор

нк

нк

Пк

Пк

Пк

нк

нк

нк

Пк

Пк

(мин. 10.D)

НК – неподвижное крепление

ПК – подвижное крепление

L – расчетная длина

трубопровода

Ls – компенсационная длина

Δl – линейное изменение

Lk – ширина компенсатора

Длина

трубо-

провода

Разница температур ∆t

10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C 70 °C 80 °C

Линейное изменение Δl [мм]

1 м

1

1

2

2

3

3

4

4

2 м

1

2

3

4

5

6

7

8

3 м

2

3

5

6

8

9 11 12

4 м

2

4

6

8 10 12 14 16

5 м

3

5

8 10 13 15 18 20

6 м

3

6

9 12 15 18 21 24

7 м

4

7 11 14 18 21 25 28

8 м

4

8 12 16 20 24 28 32

9 м

5

9 14 18 23 27 32 36

10 м

5 10 15 20 25 30 35 40

15 м

8 15 23 30 38 45 53 60

Линейное удлинение трубопровода Ekoplastik Fiber BASALT PLUS

Задание: L = 10, Δt = 40 °C

Тепловое расширение и способы его компенсации

Полипропиленовые трубы, по сравнению с металлическими, сущест­венно больше меняют свою длину при колебаниях температуры. Это явление следует учитывать при проектировании трубопровода, в осо­бенности при использовании неармированных труб в системах горячего водоснабжения и отопления.

Изменение длины PPRC-трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле AL = eLAt, где AL — изменение длины трубы, мм; sкоэффициент линейного расширения трубы; L — длина расчетного участка, м; Atрасчетная разность температур, °С.

Для неармированных труб коэффициент линейного расширения со­ставляет -0,15 мм/м°С, а для армированных -0,03мм/м°С.

Например, если на участке неармированного трубопровода длиной 6,5м предполагается колебание температуры от 20 до 75°С, то колебание длины на этом участке составит: 0,15 мм/м°С’ 6,5м • 55°С = 54 мм.

Величину температурного удлинения труб можно определять также по номограммам (см. рис. 4 и 5).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Температурные изменения длины трубы д L, мм

Рис. 4. Номограмма для определения температурного удлинения труб PN 10uPN20

Запорная арматура и крепеж

ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА И КРЕПЕЖ

ТРУБЫ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ

Трубы

Муфты

Разъемные соединения

Уголки, тройники

2и-

10м

2и-

10м

1м 2м 3м 4м 5м 6м 7м 8м 9м 10м

2и-

10м

Рис. 5. Номограмма для определения температурного удлинения армиро­ванных труб (PN 25)

Линейные расширения трубопровода могут быть скомпенсированы в местах поворотов. Если этого недостаточно, оборудуют специальные П-образные компенсаторы или устанавливают компенсирующие детали типа «омега», т.е. петлеобразные компенсаторы (см. рис. 6 — 8). При этом часть креплений делают неподвижными, или фиксирующими: они на­правляют удлинение через подвижные (скользящие) крепления в сторо­ну компенсирующих элементов.

Конструкция скользящейопоры должна обеспечивать перемещение трубы в осевом направлении. Для оборудова­ния неподвижной опоры можно установить по обеим сторонам скользящей опоры две муфты или муфту и тройник. Непод­вижное крепление трубопровода на опоре путем сжатия трубы не допускается

Рис. 6. Компенсация температурных удлинений на PPRC-трубопроводе

Рис. 7. П-образный компенсатор

Необходимая длина подвижного участка Ls компенсатора (см. рис. 6-8) рассчитывается по формуле Ls =25 VdAL , где dнаружный диаметр трубы; ALлинейное удлинение

Дополнительную компенсацию температурных удлинений трубопро­вода можно обеспечить предварительным напряжением трубы в соответствующем направлении. Для компенсации предварительно напряженного участка подвижный участок Ls может быть на 30% короче.

Температурные колебания длины стояков также необходимо учитывать. Рекомендуется предусматривать необходимую длину Ls отводящей трубы (рассчитывается по приведенной выше формуле), либо расширенный проем в стене, сквозь которую проходит отвод (см. рис. 9). Возможна и фиксированная установка стояка, не требующая учета температурных удлинений и оборудования компенсаторов, при условии, что неподвижные опоры располагаются непосредственно до и после отвода.

Рис. 9. Способы обустройства отвода от стояка

Температурные изменения длины трубы Д L, мм

Рис. 10. Номограмма для определения длины подвижного элемента Ly компенсирующего линейное удлинение AL на трубах различного диаметра

Компенсация удлинений PPRC-труб может обеспечиваться также предварительным прогибом труб при прокладке их в виде «змейки» на сплошной опоре, ширина которой допускает возможность изменения формы прогиба трубопровода при изменении температуры.

При закладке PPRC-трубопровода в бетон или штукатурку специаль­ных компенсаторов, как правило, не требуется: температурные колеба­ния размеров компенсируются эластичностью материала труб и фитин­гов. Тем не менее, если длина заложенной трубы превышает 2 м, для компенсации линейных удлинений рекомендуется помещать между трубой и бетоном слой эластичного материала, например теплоизоляции (см. рис. 11).

Рис. 13. Приваривание седельной муфты.

В труднодоступных местах для сборки PPRC-трубопровода или ремонта поврежденного участка можно использовать электросварную муфту. Специфика работы с такой муфтой состоит в том, что в процессе сварки труба может выталкиваться из муфты вследствие расширения деталей

Рис. 14. Использование ремонтного штыря для заделки отверстия

Резьбу комбинированных фитингов можно уплотнять лентой ФУМ и другими герметиками. Следует помнить об относительно невысокой прочности пластиковых деталей и не прикладывать чрезмерного усилия при затяжке резьбы. При работе с диаметрами до 32-40 мм надо обхо­диться без использования гаечных ключей.

Специалисты фирмы COES рекомендуют для соединения с металли­ческим трубопроводом использовать комбинированные фитинги только с наружной резьбой. Соединение с металлической трубой при этом осуществляется при помощи сгона.

Рис. 15. Применение электросварной муфты

После соединения деталей рекомендуется зафиксировать их на время, примерно равное времени нагрева. В период охлаждения (см. таблицу 5) нельзя корректировать взаимное расположение деталей и охлаждать сваренный узел водой. По истечении времени охлаждения соединение можно подвергать умеренной механической нагрузке. Заполнять трубо­провод водой рекомендуется не ранее чем через 1 час после сварки.

Качественно сделанное соединение может иметь расхождение осей трубы и раструба не более 5°. Раструбная деталь не должна иметь тре­щин, складок или других дефектов, вызванных перегревом, а на трубе у кромки раструба соединительной детали должен быть виден сплошной (по всей окружности) валик оплавленного материала.

Сварку полипропиленовых труб и соединительных деталей следует проводить при температуре окружающей среды не ниже 0°С. Место сварки надо защищать от атмосферных осадков и пыли.

Температура окружающего воздуха при монтаже имеет очень важное значение. Время сварки необходимо увеличивать при по­ниженной температуре (до 50% при температуре 5°С) и уменьшать в условиях жары. Следует также учитывать охла­ждение поверхности сварочного аппарата. Для более точного соблюдения температурного режима рекомендуется использо­вать контактный датчик температуры, позволяющий убедить­ся, что нагревательная поверхность достигла 260±5°С.

Нагревательные элементы и сварочный аппарат следует содержать в чистоте, налипший материал сразу счищать грубой салфеткой, избе­гать повреждения тефлонового покрытия нагревательных элементов. Нельзя охлаждать аппарат водой!

Линейное удлинение трубопроводов

Линейное удлинение трубопроводов

13.12.2018

Планируя монтаж трубопровода, необходимо учитывать коэффициент линейного расширения материала (КЛР). Это физическая величина, отражающая изменение размеров тела при увеличении температуры (на 1К) и постоянном давлении. Материалы, из которых изготавливают трубы, обладают фиксированными значениями линейного расширения, что упрощает проектирование.

Параметры распространенных материалов

Для прокладки канализации применяются в основном металлические трубы, поскольку они обладают большей устойчивостью к влиянию внешней среды и повышенной общей долговечностью в сравнении с ПВХ и ПП. Сравним основные показатели популярных материалов.

  • Чугун – коэффициент линейного расширения составляет 0,0104 мм/м. При нагреве на 50оС каждые 100 м трубы увеличатся на 52 мм.

  • Нержавеющая сталь – КЛР равняется 0, 012 мм/м. Реальное удлинение составит 55 мм на 100 м трубы.

  • Медь – линейное расширение составляет около 0,017 мм/м. При нагреве 100 трубы удлинится на 85 мм.

Как видим, наиболее стойким к влиянию нагрева остается чугун – его КЛР приближен к показателям высококачественного бетона (линейное расширение 0,011 мм/м). Если при проектировании магистрали проигнорировать способность материалов к удлинению, готовый трубопровод при сезонных колебаниях температуры быстро потребует ремонта. Так, возникают трещины на швах, разгерметизация стыков, деформация системы, срыв креплений.

Нарастающие напряжения провоцируют громкий шум, снижается пропускная способность магистрали. Это особенно критично в случае прокладки сточной системы на предприятии или в многоквартирном доме. При малой протяженности канализации и ее размещении в условиях минимального колебания температуры коэффициентом линейного удлинения можно пренебречь. В остальных случаях избежать негативных последствий теплого расширения можно несколькими способами.

  • Самокомпенсация – подходит для достаточно упругих материалов и позволяет достичь снижения нагрузки на трубопровод за счет поворотных участков. Использование эффекта позволяет сэкономить на дополнительных материалах, создании специализированных опорных конструкций. В этом случае во время монтажа мастер должен обеспечить должную подвижность поворотных участков без риска разгерметизации системы. Если этого эффекта недостаточно для устранения напряжений, дополнительно используется второй метод.

  • Установка компенсаторов – наряду с этими приспособлениями, требуется монтаж чередующихся скользящих и неподвижных опор. Способ подходит для трубопроводов с большими прямыми участками или при недостаточном эффекте самокомпенсации. В большинстве случаев оправдана установка сильфонных компенсаторов, которые дешевле и практичнее П-образных приспособлений или устройства железобетонного канала.

  • Монтаж металлорукава – наиболее дорогостоящий и сложный способ, который обычно не используется в отношении канализационных магистралей. Позволяет компенсировать значительное тепловое удлинение на прямых участках трубы или при поворотах магистрали на 90-180 градусов.

Дополнительно рекомендуется использование умеренно жестких (обрезиненных) креплений, отсутствие ограничителей по торцам трубы, использование компенсирующих петель. Оптимальный способ предотвращения напряжений из-за нагрева трубы выбирается, исходя из способа прокладки, максимальных температурных колебаний, прочих факторов.

От чего зависит удлинение труб: методология расчета

Степень теплового удлинения магистрали зависит от нескольких основных факторов: максимальной температуры теплоносителя, условий окружающей среды в момент монтажа и при эксплуатации трубопровода. При этом учитываются длина прямого отрезка, КТР. Указанные значения отражаются в формуле, которая позволяет определить увеличение размеров для конкретной системы. В случае с литейным чугуном необходимо использовать такие расчеты:

ΔL=L*α*ΔT ΔL = изменение длины в мм, где:

L = длина трубы в м;

α = коэффициент линейного удлинения;

ΔТ = разница температур Tmax-Tmin.

Например: Длина трубы = 50 метров Tmax = +40°С Tmin = +4°C. Температура при установке = +25°С Δт (тепло) = (+40) – (+4) = +36°С ΔL = 50*0,015*36 =27 мм. Именно столько составит удлинение трубы на отрезке в 50 м.

Рекомендации по проектированию и монтажу трубопровода

На схеме расположения трубопровода необходимо предварительно отметить места монтажа неподвижных опор с учетом естественной компенсации теплового удлинения соединениями и отводами. Необходимо определить, достаточно ли свойств системы для гашения напряжений между жесткими креплениями. Если нет, следует продумать расположение осевых сильфонных компенсаторов. Необходимо заранее определить количество и расположение скользящих опор.

Компенсаторы актуально монтировать между неподвижными опорами, которые разделяют трубопровод на участки, расширяющиеся независимо друг от друга. Помните, что амплитуда возможного движения трубы перпендикулярно стене определяется расстоянием магистрали до нее. При монтаже вертикальных участков максимальный промежуток между опорами должен составлять 1 м (при наружном диаметре изделия до 35 мм) или 1,5 м (при большем наружном диаметре). Для любой запирающей или распределительной арматуры должны быть предусмотрены собственные жесткие крепления, предотвращающие передачу дополнительных напряжений на трубы.

Вывод

Литейный чугун остается наиболее надежным материалом для прокладки сточной системы в жилых постройках, производственных, административных и офисных зданиях. Он подвержен тепловому расширению гораздо меньше, чем другие популярные материалы. Это означает, что компенсировать увеличение длины изделия будет проще и дешевле, нежели в случае со сталью или дорогостоящей медью. Подобрать чугунные трубы и фитинги можно в нашем каталоге продукции от самого популярного бренда России.

Линейное расширение | Полипропиленовые трубы и фитинги PPRC Fırat | Полипропиленовые трубы и фитинги PPRC Fırat | Системы труб Fırat для горячего и холодного водоснабжения | Системы труб для внутренних инженерных сетей Fırat | Продукты

Линейное расширение

Трубы PPRC, производимые из сырьевого материала Типа-3 PPR ввиду своей физической структуры имеют свойство удлиняться при высоких температурах и сокращаться при низких. Ввиду этого для трубопроводов длиной более 5 м необходимо учитывать правила расширения.

Линейное расширение труб рассчитывается согласно нижеприведенной формуле:

Размер трубы Разница температур Dt (°C)
L(m) 10 20 30 40 50 60 70 80
1,0 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50 12,00
2,0 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00 21,00 24,00
3,0 4,50 9,00 13,50 18,00 22,50 27,00 21,50 36,00
4,0 6,00 12,00 18,00 24,00 30,00 36,00 42,00 48,00
5,0 7,00 15,00 22,50 30,00 37,50 45,00 52,50 60,00
6,0 9,00 18,00 27,00 36,00 45,00 54,00 63,00 72,00
7,0 10,50 21,00 31,50 42,00 52,50 63,00 73,50 84,00
8,0 12,50 24,00 36,00 48,00 60,00 72,00 84,00 96,00
9,0 13,50 27,00 40,50 54,00 67,50 81,00 94,50 108,00
10,0 15,00 30,00 45,00 60,00 75,00 90,00 105,00 120,00

Тепловое расширение водопроводных труб

Водопроводные трубы, как и большинство материалов меняют свои размеры с изменением температуры. Свойство материала менять свой размер под воздействием изменения температуры характеризуется коэффициентом линейного расширения . У различных материалов коэффициенты линейного расширения могут отличаться на порядок, но в данном случае мы рассматриваем только материалы, из которых изготавливают водопроводные трубы- сталь, медь, полипропилен и металлопластик.

Материал трубыКоэффициент теплового расширения, мм/мКТепловое расширение 1 метра трубы при изменении температуры на 50 градусов, мм
Полипропилен (не армированный)0,15007,5
Армированный полипропилен0,03-0,052,1-3,5
Металлопластик0,02501,25
Медь0,01660,83
Нержавеющая сталь0,01650,825
Сталь0,01200,6

Из таблицы следует, что наиболее опасно тепловое расширение для полипропиленовых труб — 8 мм на один погонный метр, что необходимо учитывать при замене труб в квартире.

Формула теплового расширения

Тепловое расширение материалов подчиняется линейной формуле

dL=k*L

где L- длина предмета, k -коэффициент теплового расширения, dL-изменение длины предмета

Меры компенсации теплового расширения труб

Для снятия внутренних напряжений от тепловой деформации трубы должны иметь возможность перемещаться на длину своего теплового расширения. Это обеспечивается:

  • отсутствием жестких креплений трубы (желательно применение обрезиненных креплений)
  • отсутствием ограничителей по торцам трубы (наличие зазоров от торца трубы до препятствия)
  • наличие компенсирующих петель

Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном: их расширение для отопления

Полипропилен – материал, который не был известен еще десять лет назад, но очень быстро приобрел популярность.

Армированая полипропиленовая труба

Полипропиленовая армированная труба – тот материал, из которого монтируются современные отопительные магистрали, что связано с увеличением КПД и длительности срока эксплуатации, ведь они не поржавеют изнутри. Остается разобраться во всем многообразии полипропиленовых изделий, чтобы подобрать подходящие полипропиленовые трубы для отопления.


Проблемы полипропиленовых труб диаметром 20, 25, 32 мм

  1. Изменение геометрическим размером (под действием повышенных температур происходит линейное удлинение полипропиленовых труб).
  2. Преждевременное «старение» материала под действием прямых солнечных лучей.
  3. Размягчение пластика при высоких температурах (выше 95 °С) и давлении.

Значительное удлинение полипропиленовых труб при нагреве объясняется увеличенным коэффициентом линейного расширения, по сравнению с металлическими аналогами. Опасность этого явления – нарушение целостности декоративного покрытия, под которым спрятана труба. Через определенный промежуток времени на нем обязательно появятся трещины. Казалось бы, можно ограничиться наружным монтажом, но в этом случае наблюдаются неопрятные волны вместо длинной прямой линии.

Что же делать? Ответ прост – армировать пластиковый материал! Подобная конструкция представляет собой специальный армированный слой, окруженный с двух сторон слоями пластика.

Совет: «При обустройстве отопительного трубопровода рекомендуется использовать полипропиленовые трубы армированные алюминием или стекловолокном».

Армированные пластиковые трубы хороши тем, что образуется жесткий каркас, который не позволяет трубам расти в длину или расширяться. При этом отдельные полимерные молекулы извиваются змейкой, но общая структура остается неизменной.

Армированая труба

Виды армирования: коэффициент линейного теплового расширения, кислородопроницаемость и другие технические характеристики

Армированный полипропилен создает непреодолимый барьер – молекулы кислорода не диффундируют, а, значит, можно избежать окисления стенок котла или радиатора. К тому же материал используемого армирующего каркаса влияет на свойства готовой конструкции. Чтобы не ошибиться при выборе того или иного материала, следует более подробно изучить характеристики алюминия и стекловолокна.

Совет: «Следует обращать особое внимание на толщину алюминиевой составляющей, состав пропилена и качество клеевого соединения, поскольку дешевые изделия низкого качества могут расслаиваться».

Труба, армированная алюминием, отличается не только по диаметру, но и по расположению армирующего слоя – возможно:

  • нанесение цельной (сплошной) или перфорированной алюминиевой фольги по всей наружной поверхности – образуется внешняя защитная оболочка;
  • использование алюминиевого листа (фольга), который располагается по центру изделия или смещен в сторону внутренней поверхности, что можно понять, только по срезу детали.

В первом случае достаточно сложно обеспечить качественное соединение гладкого алюминия с основным материалом, в результате чего могут образовываться пузыри в местах скопления молекул воды (проникают из системы). Этого недостатка лишено конструкция, в состав которой входит перфорированная фольга (обеспечивается хорошее сцепление с материалом-основой и допустимый коэффициент кислородопроницаемости).

Во втором же случае производитель гарантирует:

  • низкую степень проникновения молекул свободного кислорода;
  • сниженный коэффициент термического расширения.

Из такого полимера выполняются трубы малого диаметра, которые работают без избыточного давления потока

Полипропилен армированный стекловолокном – альтернатива алюминиевому каркасу. Но, такие изделия характеризуются повышенной чувствительностью к воздействию внутреннего давления (наблюдается расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном, применяемых в трубопроводах, которые работают при повышенных давлениях).

Совет: «Поскольку пластик армированный стекловолокном обладает немного меньшим показателем теплопроводности (отличительные свойства стекловолокна), его рекомендуется использовать только при открытой прокладке магистрали, отвечающей за горячее водоснабжение».


Как получаются лучшие полипропиленовые трубы армированные стекловолокном: pn25, Fiber, pn20, Kalde, Valtec, Ppr, Fv plast и другие чешские и немецкие производители

Армирование композитным материалом, который состоит из смеси полипропилена со стекловолокном. При этом внешнюю и внутреннюю сторону детали изготавливают из полипропилена, а композитный каркас располагается в центре (средний слой).Полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном получаются следующим образом:

  • Изготовление трехслойной конструкции, сердцевина которого – прослойка стекловолокна, окруженная пластиком.

Стекловолоконные трубы – своеобразный многослойный монолит (чаще трехслойный), в котором слои свариваются между собой. В этом случае получается двойной эффект – полипропилен склеивает волокна, которые в дальнейшем не позволяют изделию деформироваться. Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном — это качество на высшем уровне.

Особенности монтажа труб для горячей воды (отопления и водоснабжения): цена вопроса не велика

Монтаж армированных полипропиленовых труб достаточно прост и эффективен. Он заключается в последовательной сварке (или пайке) отдельных элементов.

Стандартный набор инструментов, которые могут понадобиться:

  • Паяльник (или специфический сварочный аппарат) – пригодится при пайке раструбов.
  • Труборез или подходящие кусачки.
  • Приспособления, с помощью которого снимается фаска.
  • Прибор для удаления алюминиевой фольги (шейвер).
  • Специальные насадки.

Совет: «Монтаж полипропиленового трубопровода – тот случай, когда не рекомендуется экономить на материалах, обходясь подручными средствами. Только применение специнструментов может обеспечить качественное соединение».

Прежде чем приступить к непосредственной сборке магистрали, следует выполнить следующую последовательность действий (подготовительный этап):

  • Отмерять необходимую длину и отрезать нужный участок.
  • Снять фаску по внешнему краю, воспользовавшись фаскоснимателем.
  • Очистить (обезжирить) стыки – места, в которых элементы будут соединяться между собой.

Пластиковая труба для воды выделяется на фоне остальных многообразием фитингов и диаметров

Полипропиленовые трубы армированные алюминием для отопления нуждаются в дополнительной подготовительной операции – зачистке, благодаря чему армированная труба не начнет расслаиваться. К тому же это позволит уберечь алюминий от электрохимического разрушения и возможных протечек.

Совет: «Слой фольги рекомендуется снимать до того, как деталь будет одета на насадку паяльника, иначе на качественное соединение торца и фитинга можно не рассчитывать».

Снять фольгу, находящуюся под декоративно нанесенным пропиленом (микроскопическая толщина) закрепленную снаружи можно установив ее в простейшее приспособление (муфта с ножами) и выполнив 1…2 оборота.

Зачистка трехслойных элементов (армирующий каркас расположен между слоями пластика) выполняется немного сложнее – потребуется специальный торцеватель, который удаляет внутренний слой (около 1 мм), расположенный возле самого торца.

Нуждается ли в подобной операции труба армированная стекловолокном? Однозначный ответ – нет! Ведь внутренний слой мало отличается от пропилена.

Как правильно паять и зачищать трубы: сварка

Следующий шаг заключается в подготовке паяльника, для чего необходимо:

  1. Закрепить приспособление на специальной подставке.
  2. Включить нагревательный элемент – паяльник должен нагреться до 260 °С.

Теперь можно переходить к процессу пайки. Сварка полипропиленовых труб армированных стекловолокном заключается в плотном соединении двух изделий, края которых предварительно размягчены, в результате чего на стыке образуется монолитное соединение (происходит взаимная диффузия молекул соединяемых элементов).

Последовательность действий:

  • Взять две подготовленные детали и установить их на гильзу и дорн (конусообразная цилиндрическая поверхность).
  • Прогреть их до того момента, когда материал начнет «плавиться». Затраченное на прогрев время зависит от типа деталей и толщины стенки (конкретные значения можно легко отыскать в специальных таблицах).
  • Снять элементы с нагревателя (действие необходимо выполнять одновременно) и быстро соединить между собой, обеспечив их неподвижность в течение двух-трех секунд. Этого времени достаточно, чтобы материал затвердел и образовался монолит.

Совет: «Во время стыковки нагретых элементов необходимо обеспечить соединение в одной плоскости. При этом детали не вкручиваются друг в друга».

Монтаж отопительного трубопровода: все по ГОСТу

Поскольку подобные магистрали не нуждаются в регулярном техническом обслуживании, чаще всего они прокладываются внутри стен (закрытый вариант монтажа). А, значит, необходимо заранее разработать план монтажных работ и схему разводки труб по квартире (дому), привязанную к отдельным помещениям.

Построение подобного плана позволит значительно сократить количество деталей, соединяемых в подвешенном состоянии. Гораздо проще соединять отдельные ветви на монтажном столе, после чего соединить их в одно целое.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

В случае наружного монтажа отопительный трубопровод закрепляется на стене при помощи специальных хомутов. Сначала хомут фиксируется на поверхности (используется саморез), а уже в него вставляется труба. Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном пользуются большой популярностью в строительстве и производстве.

Линейное тепловое удлинение материалов

Расчет температурного линейного расширения

Так же, как и здание после строительства может дать «усадку», некоторые материалы, напротив, со временем увеличиваются или удлиняются. Это явление в физике называется тепловым расширением, потому что возникает оно по мере того, как на твердое тело воздействует высокая температура. Оно становится причиной увеличения площади, поэтому фактор расширения необходимо принимать во внимание при строительстве автомагистралей и зданий.

К примеру, при возведении дома с железобетонными элементами в климатических условиях, близким к тропическим или южным, строители могут не учесть вероятность линейного расширения. Впоследствии увеличенные металлические конструкции могут привести к повреждению других механизмов и преждевременному разрушению всей конструкции.

Подобный пример можно привести и при строительстве железнодорожных рельс. Нагреваясь под прямыми лучами солнечного света, молекулы металла расширяются и удлиняются. В холодное время года рельсы напротив, укорачиваются. Хотя это сложно заметить невооруженным взглядом, с целью безопасности нужно учитывать это при строительстве с применением не только металла, но и камня, даже пластика.

Как определить температурное линейное расширение

Чтобы избежать негативных последствий расширения материалов, используются специальные термометры. Они чувствительны к малейшим изменениям температуры. Но лучше предусмотреть возможные изменения и перестраховаться еще на стадии планирования производства. Для этого разработан онлайн-калькулятор, который моментально демонстрирует:

  • коэффициент линейного теплового расширения;
  • удлинение по осям Х, Y и Z;
  • величину, на которую удлиняется материал при заданной температуре.

Все, что нужно сделать для этого – выбрать из выпадающего списка нужный материал, выбрать его параметры: толщину, дину и ширину. Если нужно конкретно узнать его состояние при той или иной температуре, можете выбрать и эту функцию на сайте. Отметим, расчеты проводятся относительно начальной температуры материала 0°C. Ответы выдаются на анализе коэффициентов линейного теплового расширения, и расчетам, которые уже проведены и запрограммированы на сайте. Система реагирует на изменения и самостоятельно выполняет подсчет.

Какие материалы чаще всего подвергаются расширению

Прежде всего, это – металлы: алюминий, купрум, медь. Среди камней можно отметить гранит базальт, кварцит и даже кирпич. Аналогично на высокие температуры реагируют дерево, сложные штукатурки и стекло. Из вышеперечисленных материалов наименьший коэффициент теплового расширения имеют:

  • клинкерный и стеновой кирпич;
  • дерево;
  • штукатурка;
  • базальт;
  • стеновой кирпич.

Для сравнения, наибольший показатель – у алюминия, стали и меди. К примеру, КТЛР алюминия составляет 24•10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали. Поэтому монтаж трубопровода невозможен без предварительных расчетов, особенно если планируется использовать алюминиевые трубы для горячего водоснабжения или отопления. Изменение длины трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле

dL = a • l • (tmax – tc), мм, где:
  • а – КТЛР материала, из которого изготовлена труба или другое изделие;
  • tmax – наибольшая температура, которой достигает теплоноситель;
  • tс — температура окружающей среды на момент установки конструкции;
  • l — длина трубопровода.

Также есть специально составленные таблицы значений среднего температурного коэффициента линейного расширения различных материалов. Но прибегать к ним и сложным расчетам не обязательно, если под рукой есть интернет и безошибочное решение можно получить с помощью калькулятора за считанные минуты.

Коэффициент линейного теплового расширения (CLTE): формула и значения

Что происходит при нагревании материала?


Под воздействием повышения температуры любой материал расширится. Это может привести к значительным изменениям размеров, короблению детали или внутреннему напряжению.

Коэффициент линейного теплового расширения (CLTE, часто обозначаемый как «α») — это свойство материала, которое характеризует способность пластика расширяться под действием повышения температуры.Он сообщает вам, насколько разработанная деталь сохранит стабильность размеров при изменении температуры.

Линейный коэффициент ‘CLTE или α’ для пластмассовых и полимерных материалов рассчитывается как:

α = ΔL / (L 0 * ΔT)


Где:
  • α — коэффициент линейного теплового расширения на градус Цельсия
  • ΔL — изменение длины испытуемого образца из-за нагрева или охлаждения
  • L 0 — исходная длина образца при комнатной температуре
  • ΔT — изменение температуры, ° C, при испытании

Следовательно, α получается делением линейного расширения на единицу длины на изменение температуры. При сообщении среднего коэффициента теплового расширения необходимо указать диапазоны температур.

Области применения включают:

Разница в тепловом расширении приводит к возникновению внутренних напряжений и концентраций напряжений в полимере, что приводит к преждевременному выходу из строя. Следовательно, CLTE важен для экономики производства, а также для качества и функционирования продуктов .

  • Требуется для целей проектирования. Термическое расширение часто используется для прогнозирования усадки деталей, полученных литьем под давлением… »Узнайте 3 основных причины, по которым можно эффективно избежать ухудшения качества пластика
  • Помогает определять размерные характеристики конструкций при изменении температуры
  • Он также определяет термические напряжения, которые могут возникнуть и вызвать разрушение твердого артефакта, состоящего из различных материалов, когда он подвергается резкому изменению температуры (специально для прогнозирования эффективного связывания материала или при использовании пластика с металлами)

Узнайте больше о линейном коэффициенте теплового расширения:

»Основные методы, используемые для измерения КТР, линейного
» Факторы, влияющие на измерения коэффициента теплового расширения
»КТР, линейные значения нескольких пластмасс

Как измерить коэффициент линейного теплового расширения ?


Наиболее широко используемыми стандартами для измерения коэффициента линейного теплового расширения пластмасс ( термопластов и термореактивных материалов , наполненных или ненаполненных, в виде листов или формованных деталей) являются ASTM D696, ASTM E831, ASTM E228 и ISO 11359.

Основными методами, используемыми для измерения КТР, являются:


(конечно, существует несколько других методов, но они здесь не обсуждаются) .

Дилатометрическая техника


Это широко используемый метод, при котором образец нагревается в печи, а смещение концов образца передается на датчик с помощью толкателя. Толкатели могут быть из кварцевого стекла, оксида алюминия высокой чистоты или изотропного графита.

ASTM D696 — Этот метод испытаний охватывает определение коэффициента линейного теплового расширения для пластмассовых материалов, имеющих коэффициенты расширения более 1 мкм / (м.° C) с помощью дилатометра из стекловидного кремнезема. Природа большинства пластиков и конструкция дилатометра делают от -30 до + 30 ° C (от -22 ° F до + 86 ° F) удобным температурным диапазоном для измерения линейного теплового расширения пластмасс. Этот диапазон охватывает температуры, при которых обычно используются пластмассы.

ASTM E228 — Этот метод испытаний должен использоваться для температур, отличных от −30 ° C до 30 ° C, для определения линейного теплового расширения твердых материалов с помощью дилатометра с толкателем

Дилатометр для измерения теплового расширения
(Источник: Linseis)


Термомеханический анализ (ТМА)


Измерения выполняются с помощью термомеханического анализатора, состоящего из держателя образца и зонда, который передает изменения длины на преобразователь, который преобразует движения зонда в электрический сигнал.

ASTM E831 (и ISO 11359-2) — Эти методы применимы к твердым материалам, которые демонстрируют достаточную жесткость в диапазоне температур испытания. Нижний предел CTE с помощью этого метода составляет 5 × 10 -6 / K (2,8 × 10 -6 / ° F), но его можно использовать при более низких или отрицательных уровнях расширения с пониженной точностью и точностью. Это применимо к диапазону температур от -120 до 900 ° C. Диапазон температур может быть расширен в зависимости от используемых приборов и калибровочных материалов.

Интерферометрия


При использовании методов оптической интерференции смещение концов образца измеряется числом длин волн монохроматического света. Точность значительно выше, чем при дилатометрии, но поскольку этот метод основан на оптическом отражении поверхности образца, интерферометрия не используется намного выше 700 ° C (1290 ° F).

ASTM E289 предоставляет стандартный метод линейного теплового расширения твердых тел с интерферометрией, который применим от –150 до 700 ° C (от –240 до 1290 ° F). Он больше применим к материалам с низким или отрицательным КТР в диапазоне <5 × 10 90 · 10 6 -6 90 · 107 / K (2,8 · 10 90 · 106 -6 90 · 107 / ° F) или где только ограниченная длина толщины другого более высокого коэффициента расширения. материалы доступны.

Факторы, влияющие на измерения коэффициента теплового расширения пластмасс


  1. Волокна и другие наполнители значительно снижают тепловое расширение. Степень анизотропии наполнителя и ориентация наполнителя оказывают большое влияние на линейный коэффициент теплового расширения

  2. Вт.к.температура, величина КТР увеличивается с повышением температуры

  3. Молекулярная ориентация также влияет на тепловое расширение пластмасс. На тепловое расширение часто влияет время охлаждения во время обработки. Это особенно верно для полукристаллических полимеров , процесс кристаллизации которых требует времени

Найдите коммерческие марки, соответствующие вашим целевым механическим свойствам, с помощью фильтра « Property Search — CTE, Linear » в базе данных Omnexus Plastics:

Линейный коэффициент значений теплового расширения некоторых пластмасс


Коэффициент линейного теплового расширения (или линейный коэффициент теплового расширения) находится между (в диапазоне рабочих температур для каждого случая):
  • Ca. 0,6 x 10 -4 до 2,3 x 10 -4 K -1 для большинства термопластов
  • ок. 0,2 x 10 -4 до 0,6 x 10 -4 K -1 для термореактивных материалов

Нажмите, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C | E-M | PA-PC | PE-PL | ПМ-ПП | PS-X
Название полимера Мин. Значение (10 -5 / ° C) Макс.значение (10 -5 / ° C)
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол 7.00 15,00
Огнестойкий ABS 6,00 9,00
АБС для высоких температур 6,00 10,00
ABS, ударопрочный 6,00 13,00
Смесь АБС / ПК — Смесь акрилонитрилбутадиенстирола / поликарбоната 4,00 5,00
Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна 1,80 2. 00
Огнестойкий ABS / PC 3,00 4,00
ASA — Акрилонитрил-стиролакрилат 6,00 11.00
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната 7,00 9,00
ASA / PC огнестойкий 7,00 8,00
Смесь ASA / PVC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поливинилхлорида 0.00 9,00
CA — Ацетат целлюлозы 8,00 18.00
CAB — Бутират ацетата целлюлозы 10,00 17.00
Диацетат целлюлозы — Перламутровые пленки 2,15 2,15
Глянцевая пленка из диацетата целлюлозы 2,15 2,15
Пленки из диацетата целлюлозы, покрывающие оболочку 1.00 1,50
Пленка диацетат-матовая целлюлоза 2,15 2,15
Диацетат целлюлозы — пленка для заплаты окон (пищевая) 2,15 2,15
Металлизированная пленка из диацетата целлюлозы-Clareflect 1,50 1,50
Пленка диацетат целлюлозы — огнестойкая 0,64 0,64
Пленка с высоким скольжением из диацетата целлюлозы 2. 15 2,15
Пленка с высоким скольжением из диацетата целлюлозы 2,15 2,15
CP — пропионат целлюлозы 10,00 17.00
COC — Сополимер циклических олефинов 6,00 7,00
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид 6,00 8,00
ECTFE 6,00 9,00
EVA — этиленвинилацетат 16.00 20,00
FEP — фторированный этиленпропилен 8,00 10,00
HDPE — полиэтилен высокой плотности 6,00 11.00
HIPS — ударопрочный полистирол 5,00 20,00
HIPS огнестойкий V0 5,00 15,00
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата) 10.00 17. 00
LCP — Жидкокристаллический полимер 0,30 7,00
LCP, армированный углеродным волокном 0,10 6,00
LCP, армированный стекловолокном 0,10 6,00
LCP Минеральное наполнение 0,90 8,00
LDPE — полиэтилен низкой плотности 10,00 20,00
MABS (прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол) 8.00 11.00
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном 3,00 15,00
PA 11, токопроводящий 9,00 15,00
PA 11, гибкий 9,00 15,00
PA 11, жесткий 9,00 15,00
PA 12 (Полиамид 12), проводящий 9,00 15,00
PA 12, армированный волокном 9. 00 15,00
PA 12, гибкий 9,00 15,00
PA 12, со стекловолокном 9,00 15,00
PA 12, жесткий 9,00 15,00
PA 46, 30% стекловолокно 2,00 2,00
PA 6 — Полиамид 6 5,00 12.00
PA 6-10 — Полиамид 6-10 6.00 10,00
PA 66 — Полиамид 6-6 5,00 14.00
PA 66, 30% стекловолокно 2,00 3,00
PA 66, 30% Минеральное наполнение 4,00 5,00
PA 66, ударно-модифицированная, 15-30% стекловолокна 2,00 3,00
PA 66, модифицированный при ударе 5,00 14.00
PAI — Полиамид-имид 3,00 4,00
PAI, 30% стекловолокно 1,00 2,00
PAI, низкое трение 2,00 3,00
PAN — Полиакрилонитрил 6,00 7,00
PAR — Полиарилат 5,00 8,00
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна 1. 40 1,80
PBT — полибутилентерефталат 6,00 10,00
PBT, 30% стекловолокно 2,00 5,00
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно 2,00 4,00
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое 2,00 4,00
PC — Поликарбонат, жаростойкий 7.00 9,00
PCL — поликапролактон 16.00 17.00
PCTFE — Полимонохлортрифторэтилен 4,00 7,00
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно 5,00 5,00
PEEK — Полиэфирэфиркетон 4,70 10,80
PEEK, армированный 30% углеродным волокном 1.50 1,50
PEEK, 30% армированный стекловолокном 1,50 2,20
PEI — Полиэфиримид 5,00 6,00
PEI, 30% армированный стекловолокном 2,00 2,00
PEI, с минеральным наполнителем 2,00 5,00
PEKK (Полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности 77. 00 77,00
PESU — Полиэфирсульфон 5,00 6,00
PESU 10-30% стекловолокно 2,00 3,00
ПЭТ — полиэтилентерефталат 6,00 8,00
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном 2,00 5,00
ПЭТ, 30/35% армированный стекловолокном, модифицированный при ударе 1.50 2,00
PETG — полиэтилентерефталат гликоль 8,00 8,00
PFA — перфторалкокси 8,00 12.00
PI — Полиимид 5,50 5,50
PLA — полилактид 8,50 8,50
PMMA — Полиметилметакрилат / акрил 5,00 9,00
PMMA (акрил) High Heat 4.00 9,00
ПММА (акрил) ударно-модифицированный 5,00 9,00
ПОМ — Полиоксиметилен (Ацеталь) 10,00 15,00
ПОМ (Ацеталь) с модифицированным ударным воздействием 12. 00 13,00
ПОМ (Ацеталь) с низким коэффициентом трения 10,00 12.00
ПОМ (Ацеталь) Минеральное наполнение 8,00 9.00
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно 4,00 7,00
ПП, 10-40% минерального наполнителя 3,00 6,00
ПП, наполненный тальком 10-40% 4,00 8,00
PP, 30-40% армированный стекловолокном 2,00 3,00
Сополимер PP (полипропилен) 7,00 17.00
Гомополимер PP (полипропилен) 6.00 17.00
ПП, модифицированный при ударе 7,00 17.00
PPA — полифталамид 5,40 5,40
PPA, 30% минеральное наполнение 7,10 7. 20
PPA, 33% армированный стекловолокном 1,00 1,20
PPA, усиленный стекловолокном на 33% — High Flow 0,90 1.10
PPA, 45% армированный стекловолокном 0,73 0,75
PPE — Полифениленовый эфир 3,00 7,00
PPE, 30% армированные стекловолокном 1,50 2,50
PPE, огнестойкий 3,00 7,00
СИЗ, модифицированные при ударе 4,00 8,00
СИЗ с минеральным наполнителем 2.00 5,00
PPS — полифениленсульфид 3,00 5,00
PPS, 20-30% армированный стекловолокном 1,00 4,00
PPS, армированный 40% стекловолокном 1,00 3,00
PPS, проводящий 1,00 9,00
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение 1,00 2. 00
ПС (полистирол) 30% стекловолокно 3,50 3,50
ПС (полистирол) Кристалл 5,00 8,00
PS, высокая температура 6,00 8,00
PSU — Полисульфон 5,00 6,00
Блок питания, 30% армированный стекловолокном 2,00 3,00
PSU Минеральное наполнение 3.00 4,00
PTFE — политетрафторэтилен 7,00 20,00
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25% 7,00 10,00
ПВХ (поливинилхлорид), армированный 20% стекловолокном 2,00 4,00
ПВХ, пластифицированный 5,00 20,00
ПВХ, пластифицированный наполнитель 7.00 25,00
ПВХ жесткий 5,00 18. 00
ПВДХ — поливинилиденхлорид 10,00 20,00
PVDF — поливинилиденфторид 8,00 15,00
SAN — Стиролакрилонитрил 6,00 8,00
SAN, армированный стекловолокном на 20% 2,00 4.00
SMA — малеиновый ангидрид стирола 7,00 8,00
SMA, армированный стекловолокном на 20% 2,00 4,00
SMA, огнестойкий V0 2,00 6,00
SRP — Самоупрочняющийся полифенилен 3,00 3,00
UHMWPE — сверхвысокомолекулярный полиэтилен 13.00 20,00
XLPE — сшитый полиэтилен 10,00 10,00

Коммерчески доступные марки полимеров с низким CLTE



Как учесть тепловое расширение при проектировании трубопроводной системы

Прочтите полную публикацию ниже или ознакомьтесь с инфографикой о тепловом расширении, чтобы получить обзор этого сообщения в блоге.

Все материалы обладают тепловыми свойствами, которые влияют на его характеристики в зависимости от количества тепла или холода, которому он подвергается.Чем сильнее нагревается, тем больше материалы расширяются и размягчаются. Чем холоднее условия, тем больше материалы склонны к сжатию и затвердению.

В случае систем трубопроводов нас больше всего беспокоит линейное расширение и сжатие, которое влияет как на металлические, так и на термопластичные материалы трубопроводов. Если не учитывать при проектировании системы трубопроводов, колебания длины могут привести к дорогостоящим проблемам. Это особенно верно для промышленных систем, которые часто подвергаются воздействию экстремальных температур и давлений в трубопроводах.

Например, если участок трубы ограничен с обоих концов, при нагреве линейное расширение вызовет сжимающее напряжение в материале. Когда эта чрезмерная сила превышает допустимую нагрузку на материал, это приведет к повреждению трубы и, возможно, кронштейнов, фитингов и клапанов.

В зависимости от масштаба этого повреждения заводы могут быть вынуждены проводить частые ремонтные работы, останавливать процессы и, возможно, преждевременно заменять систему трубопроводов.

К счастью, хотя расширение и сжатие неизбежны, возникающие в результате проблемы можно легко обойти с помощью надлежащих конструктивных соображений.В частности, используя один из следующих механизмов отклонения:

  • Петли расширения
  • Смещения расширения
  • Смена направления
  • Расширительные швы

Прежде чем мы объясним, как развертывать каждый механизм, нам нужно взглянуть на четыре фактора, которые влияют на их конструкцию.

1. Величина линейного расширения

Величина расширения и сжатия трубы зависит от трех факторов:

Коэффициент линейного расширения

Каждый материал имеет коэффициент линейного теплового расширения, который просто говорит о том, что на градус изменения температуры у вас будет X величина линейного расширения. Для определения этого коэффициента проводятся эмпирические испытания всех материалов трубопроводов.

В приведенной ниже таблице вы можете увидеть, насколько разные материалы трубопровода меняются по длине при изменении температуры.

Разница температур

Разница температур — это диапазон температур, в котором будет работать труба. Другими словами, разница между самой холодной и самой горячей трубой будет от времени установки до срока ее службы.Чтобы определить разницу температур в трубе, примите во внимание следующее:

  • Какая температура при установке? В кондиционированном помещении это может быть одна из самых экстремальных температур.
  • Какова температура жидкости, протекающей по трубе, и будет ли эта температура жидкости постоянной?
  • Если труба находится на открытом воздухе, в чем сезонное изменение климата?

Длина трубы

Чем длиннее участок трубы, тем больше он будет расширяться или сжиматься. По сути, каждый дополнительный фут материала оказывает дополнительное влияние на то, как долго труба будет расширяться или сжиматься.

2. Рабочее напряжение

Рабочее напряжение — это максимальное напряжение, которому может подвергаться материал при использовании. Все материалы трубопроводов могут выдерживать определенную степень перемещений без ущерба для их структурной целостности.

3. Модуль упругости

Модуль упругости — это мера жесткости.Это внутреннее свойство материала трубы, которое выражает способность материала растягиваться или сжиматься при приложении силы.

4. Внешний диаметр трубы

Внешний диаметр трубы влияет на способность трубы отклонять напряжение. Например, участок трубы из ХПВХ длиной 100 футов подвергается макс. температура 120 ° F и мин. при температуре 80 ° F расширится на 1,6 дюйма независимо от внешнего диаметра трубы. Но 1 дюйм. труба может отклонять большее напряжение, чем 6-дюймовая.трубы, поэтому отклоняющий механизм (общая длина петли) должен составлять всего 2,47 фута для 1-дюймового. трубка. В такой же ситуации 6-дюйм. для трубы потребуется механизм отклонения длиной 5,55 футов.

В зависимости от площади, по которой будет проходить труба, инженеры могут использовать четыре варианта отклоняющего механизма для учета теплового расширения и сжатия. Каждый из них допускает определенное перемещение трубы для предотвращения сжимающих напряжений.

Чтобы проиллюстрировать каждый механизм, мы включили сценарий участка трубопровода со следующими размерами:

  • Материал трубы: ХПВХ
  • Диаметр трубы: 4 дюйма
  • Длина участка: 100 футов
  • Разница температур: 40 °
    • Максимальная температура: 120 ° F
    • Минимальная температура: 80 ° F

В этой ситуации линейное расширение трубы составляет 1,6 дюйма.

1. Шлейф расширения

Этот механизм предпочитают инженеры.

Как это работает: В середине участка трубы имеет форму буквы «U», а ее центр ограничен скобкой.Каждая сторона участка трубы, входящего в U-образный профиль, подвешена на подвеске или направляющей, что позволяет трубе двигаться вперед и назад. По мере расширения трубы U-образное отверстие сужается, а при сжатии трубы U-образное отверстие расширяется.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой общую длину петли, причем 2 / 5L представляет каждую вертикальную часть, а 1 / 5L представляет горизонтальное поперечное сечение, в котором размещается ограничитель.

  • L = 54,8 дюйма
  • 1/5 л = 11.0 дюймов
  • 2/5 L = 21,9 дюйма

2. Смещение расширения

Этот механизм используется, когда труба должна избегать неподвижных конструкций.

Принципы работы: При размещении в центре участка трубы каждое колено допускает некоторую степень отклонения, как и длина трубы по вертикали. Конец каждого участка трубы устанавливается с помощью подвесок или направляющих, расположенных на определенном расстоянии от колена. Как показано на схеме выше, когда труба расширяется, верхнее и нижнее колена будут вдавливаться, в результате чего вертикальная длина смещается вправо.При сжатии вертикальная труба будет наклоняться влево.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой общую длину смещения от подвески или направляющей с одного конца до противоположного. 1 / 4L означает расстояние от подвески или направляющей до ближайшего локтя. 1 / 2L представляет собой перпендикулярное сечение трубы.

  • L = 54,8 дюйма
  • 1/4 L = 13,7 дюйма
  • 1/2 L = 27,4 дюйма

3. Смена направления

Вся система трубопроводов, естественно, включает изменения направления, которые также могут использоваться в качестве механизмов отклонения.

Как это работает: В конце длинного участка трубы угловое колено и прилегающая труба могут допускать некоторое перемещение. Если примыкающая труба достаточно длинная, инженеры могут установить подвеску или направить на определенное расстояние от колена, чтобы учесть как расширение, так и сжатие.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой расстояние от локтя до подвески или направляющей.

Примечание: минимальное расстояние между опорами трубы должно быть принято во внимание при рассмотрении использования изменения направления для компенсации расширения и сжатия.

4. Деформационный шов

Этот механизм часто используется в тесных замкнутых пространствах, где сложно включить какие-либо петли расширения или смещения.

Деформационные швы — это специализированные узлы, которые действуют как амортизатор, позволяя трубе свободно перемещаться внутри другой трубы, сохраняя при этом необходимое уплотнение. Часто это более дорогой вариант и используется в крайнем случае.

Чтобы помочь инженерам в проектировании трубопроводных систем Corzan ® из ХПВХ, мы разработали калькулятор расширения трубы.Просто введите длину и диаметр трубы, а также максимальную и минимальную температуру системы, и калькулятор предоставит необходимые размеры для петли расширения, смещения расширения и изменения направления с использованием трубы Corzan CPVC. Помните, никогда не помешает округлить и установить петлю большего размера, чем требуется.

Что делать при тепловом расширении и сжатии трубы

Что такое тепловое расширение трубы?

Для материалов естественно расширяться от жары и сжиматься на холоде, а трубы не защищены от законов природы.Тепловое расширение и сжатие трубопроводов — одна из самых больших динамических сил, действующих на трубопроводные системы.

Поскольку по трубопроводным системам часто проходят горячие жидкости, необходимо тщательно учитывать тепловое расширение и связанные с ним напряжения, чтобы избежать проблем. Силы, создаваемые тепловым расширением, могут быть достаточно большими, чтобы вызвать изгиб и коробление трубы, повреждение насосов, клапанов, трубных зажимов и креплений и даже разрушение трубы или повреждение стальной или бетонной конструкции здания.

В этом блоге мы рассмотрим некоторые факторы, которые необходимо учитывать при работе с тепловым расширением трубы, а также рассмотрим основы расчета скорости теплового расширения в трубных системах, что имеет решающее значение для разработки какие продукты необходимы для решения проблемы.

Но сначала вот видео, которое показывает, насколько значительным может быть тепловое расширение.

Что вызывает тепловое расширение?

Изменения температуры вызывают изменение формы, площади или объема объекта или вещества. Трубы обычно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Это вызвано расширением молекулярной структуры из-за увеличения кинетической энергии при более высокой температуре, что приводит к большему перемещению молекул.

Скорость теплового расширения обычно зависит от трех ключевых факторов:

  1. Материал трубы — разные материалы расширяются с разной скоростью. Итак, разные типы пластиковых труб (например, ПП, ПВХ, ПЭ и т. Д.) И разные типы металлических труб (например.грамм. сталь, медь, железо) будут иметь разные коэффициенты расширения. Поэтому важно рассчитать скорость расширения для каждого отдельного типа устанавливаемой трубы.
  2. Длина трубы — чем длиннее труба, тем больше она будет расширяться и сжиматься.
  3. Минимальная и максимальная температура — диапазон температур, которому будет подвергаться труба, или, другими словами, разница между самой холодной и самой высокой температурой, которой будет подвергаться труба.

В таблице ниже приведен пример степени расширения для 50-метровых труб при перепаде температур + 50 °. Как видите, пластиковые трубы обычно расширяются значительно больше, чем металлические. Например, полиэтиленовая труба длиной 50 м с перепадом температур + 50 ° расширится на 500 мм.

Проектирование трубопроводных систем с учетом теплового расширения

Крайне важно, чтобы вопросы расширения и сжатия трубопроводов учитывались на стадии проектирования проекта, чтобы избежать возникновения серьезных проблем.

Такие проблемы, как искривление труб или напряжение на стыках труб, могут в конечном итоге привести к утечкам или разрыву труб и всем связанными с этим повреждениями, которые может вызвать отказ.

Итак, каковы решения проблемы теплового расширения трубы?

Расширение и сжатие трубы обычно можно компенсировать двумя способами:

  • Естественным способом, используя существующие отводы или петли расширения
  • Разработанным способом, например, с использованием компенсаторов

Использование отводов и расширительных петель

Часто предпочтительнее компенсировать расширение естественным путем, используя расширительные петли, поскольку компенсаторы добавляют значительные силы в систему труб. Расширительные контуры компенсируют тепловые перемещения за счет установки участков трубопровода, проходящих перпендикулярно системе трубопроводов. Хотя эти петли полужесткие, они допускают некоторое движение, тем самым снижая нагрузку на точки крепления в системе трубопроводов. Точка крепления используется для обеспечения того, чтобы расширение было направлено к петле расширения, где сила и движение контролируются.

Крепежные элементы или «направляющие» между точкой крепления и расширительной петлей только направляют трубу в правильном направлении.При использовании расширительной петли важно расстояние между первым направляющим зажимом и петлей. Чем меньше расстояние, тем больше будет сила для изгиба трубы. Эта сила передается на точку крепления.

Петли расширения могут занимать много места при компоновке системы трубопроводов, поэтому чаще всего используются в наружных системах. В более ограниченных пространствах могут быть изготовлены гибкие петли, в которых используются гофрированные металлические шланги в сборе для каждой ветви петли. Эти гибкие петли более компактны, чем трубные петли, но требуют конструктивных опор для предотвращения провисания.Петли такого типа обычно используются там, где требуется сейсмическая защита.

Использование компенсаторов для компенсации теплового движения

Если нет места для расширительной петли, следует использовать компенсатор с осевым перемещением. Примером такого продукта могут быть компенсирующие сильфоны.

При использовании компенсатора необходимо учитывать давление в трубе. Например, стандартная труба 200NB с осевым сильфоном создает более 2 мм.5 тонн силы. Труба остается выровненной, но огромные силы передаются в других областях.

В результате создаваемых огромных сил для эффективной работы сильфонной системы необходима хорошая точка крепления. При неправильной опоре и установке вдоль всей системы трубопроводов сильфонная система все равно может выйти из строя.

Необходимо соблюдать простые правила, чтобы обеспечить эффективную установку сильфонной системы с использованием основных направляющих и анкеров.

Точки привязки:

Иногда конструкции могут быть переоценены и все равно терпят неудачу, если не применяются фундаментальные принципы.Дизайн должен быть простым и соответствовать основным правилам дизайна, упомянутым выше. Представленный ниже дизайн представляет собой простое и эффективное решение.

Как Walraven может помочь в тепловом расширении трубопроводных систем?

Во-первых, и это наиболее важно, вам необходимо уметь рассчитать коэффициент теплового расширения для вашей системы трубопроводов, чтобы иметь возможность определить лучшее решение для ваших нужд. Мы создали загрузку, чтобы вы могли рассчитать скорость расширения вашей трубы.Он включает метод расчета и несколько примеров.

Скачать информацию о расчете теплового расширения

Наша группа технической поддержки может помочь вам в проведении расчетов, если это необходимо, и спроектировать для вас подходящую систему поддержки.

У нас есть продукты, которые помогут вам установить расширительные петли и сильфоны, в том числе:

  • Анкерные точки
  • Узлы крепления
  • Консоли Fixpoint
  • Направляющие опоры для бокового перемещения
  • Пружинные подвески для любого вертикального перемещения
  • Шарнирные шарнирные подвески
  • Хомуты скользящие
  • Роликовые кронштейны

Вы можете связаться с нашей технической группой для получения совета по электронной почте: [адрес электронной почты защищен] или по телефону 01295 753400.

Чтобы увидеть только один пример того, как наша техническая группа спроектировала установку, в которой тепловое расширение труб было ключевым фактором, прочитайте наше тематическое исследование об установке мостового трубопровода.

Основы теплового расширения труб

Материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Трубы не защищены от этих законов природы, поэтому они также будут расширяться и сжиматься при изменении температуры.

В этой статье представлены основные сведения о напряжениях и анкерных нагрузках, вызванных тепловым расширением.Чтобы придерживаться основ, примером может служить прямой отрезок ограниченной трубы. Мы также рассмотрим некоторые доступные варианты снижения напряжений в трубах и анкерных нагрузок.

Напряжения, вызванные тепловым расширением трубы — основы

Мы начнем с некоторых определений часто используемых терминов гибкости. Напряжение определяется как сила на единицу площади материала:

S = F / A (Уравнение 1)

S = напряжение (фунт / кв. Дюйм — может быть отрицательным или положительным)

F = Сила ( фунтов — может быть отрицательным или положительным)

A = Площадь (квадратные дюймы)

Деформация определяется как процент или отношение изменения длины к исходной длине:

ε = ΔL / L o (Уравнение 2)

ε = деформация (дюйм / дюйм — может быть отрицательной или положительной)

ΔL = изменение длины (дюймы — могут быть отрицательными или положительными)

L o = Начальная длина (дюймы)

Напряжение и деформация связаны законом Гука:

S = Eε (Уравнение 3)

S = напряжение (фунт / кв. Дюйм)

E = модуль Юнга (фунт / кв. Дюйм)

ε = деформация (дюйм / дюйм)

Материалы трубопроводов демонстрируют почти линейное расширение и сжатие в зависимости от температуры.Скорость теплового расширения и сжатия характеризуется коэффициентом теплового расширения a и имеет единицы дюйм / дюйм-° F или деформацию на градус Фаренгейта. Тогда изменение размеров объекта составит:

ε = a (T 2 -T 1 ) (Уравнение 4)

ε = деформация (дюйм / дюйм)

a = коэффициент теплового расширения (дюйм / дюйм-° F)

T 2 = Конечная температура (° F)

T 1 = Начальная температура (° F)

Если объект представляет собой прямой стержень или трубу, более знакомая форма этого уравнения:

Δ L = a L o (T 2 -T 1 ) ( Уравнение 5)

ΔL = изменение длины (дюйм)

L o = Начальная длина трубы (дюймы)

Рассмотрим стальную трубу диаметром 6 дюймов (ASTM A53) и длиной 100 футов, закрепленную на одном конце. Труба пустая, внутри атмосферное давление. Температура повышается на 200 градусов по Фаренгейту выше температуры окружающей среды. Расширение трубы из уравнения (2) составляет:

a = 6,33 x 10 -6 дюймов / дюйм-° F

L o = 1200 дюймов

T 2 = 270 град F

T 1 = 70 град F

ΔL = (6,33 x1 0 -6 дюймов / дюйм- ° F) (1200 дюймов) (270 ° F-70 ° F)

= 1.52 из

Если труба установлена ​​при температуре окружающей среды 70 градусов по Фаренгейту, и температура трубы увеличивается до 270 градусов по Фаренгейту, мы можем ожидать примерно 1,5 дюйма расширения на 100-футовом участке без анкеровки. Если предположить, что труба имеет надлежащую опору по всей длине, напряжения останутся значительно ниже предела текучести стали.

Если теперь труба закреплена на обоих концах и подвергается одинаковым условиям, напряжения в трубе значительно увеличатся. Анкеры предотвратят расширение трубы при повышении температуры. В результате, скорее всего, будут повреждены анкеры, изогнется труба или и то, и другое.

Рис. 1. Анкерные силы в 6-дюймовой трубе, подвергающейся тепловому расширению

Труба находится в статическом равновесии, но единственными силами, действующими на нее, являются анкеры трубы (статическая неопределенность). Свойства материала могут сказать нам, сколько силы и напряжения будут создаваться в трубе.Сила реакции анкера должна равняться силе, необходимой для сжатия трубы на 1,5 дюйма (величина теплового расширения).

Подставляя уравнения 1 и 4 в уравнение 3, напряжение связано с термической деформацией следующим образом:

F / A = E a (T 2 -T 1 ) (Уравнение 6)

Чтобы найти силу в анкерах, уравнение 6 можно переписать как:

F = AE a (T 2 -T 1 ) (Уравнение 6)

Обратите внимание, что начальная длина и изменение длины не имеют значения при расчете напряжений и сил. Для нашей трубы диаметром 6 и 100 футов, удерживаемой анкерами:

A = 5,581 дюйма 2

E = 27,5 x 10 6 фунтов f / дюйм 2

a = 6,33 x 10 -6 дюймов / дюйм-° F

T 2 = 270 град F

T 1 = 70 град F

Тогда напряжение вдоль продольной оси трубы составляет:

S = Ea (T 2 -T 1 )

= (27.5 x 10 6 фунтов f / дюйм 2 ) (6,33 x 10 -6 дюймов / дюйм-° F) (270 ° F-70 ° F)

= 194 315 фунтов f / 5,581 дюйм 2

= 34 815 фунтов на кв. Дюйм

Усилие в анкерах:

F = напряжение x площадь трубы

F = (5,581 дюйм 2 ) (34815 фунтов f / дюйм 2 )

= 194 315 фунтов f (нагрузка на анкер)

Если труба имеет диаметр 2, площадь равна 1. 075 на 2 , сила реакции составляет 37 410 фунтов f , и результирующее осевое напряжение будет таким же, 34 815 фунтов на квадратный дюйм. Напряжение в этом простом случае зависит только от свойств материала и изменения температуры; однако анкерные нагрузки также зависят от размеров сечения трубы.

Таблица 1. Сравнение анкерных усилий для различных диаметров трубы (только прямая труба)

Жесткое соединение с насосом или другим оборудованием ведет себя как привязка к точке.Гидравлический институт и API публикуют стандарты для допустимых нагрузок на патрубки насоса, а производители другого оборудования устанавливают ограничения на нагрузки на соединители. Теперь должно быть очевидно, что тепловое расширение в системах трубопроводов необходимо учитывать при проектировании любой системы, подверженной изменениям температуры.

Снять стресс

Теперь, когда у нас есть представление о величине напряжений и анкерных нагрузок в трубопроводной системе, есть несколько способов исправить ситуацию. Самый простой способ — воспользоваться естественной гибкостью трубы. Если это нецелесообразно, рассмотрите возможность использования компенсаторов труб.

Гибкость трубы

Трубы гнутся даже под собственным весом. Чем длиннее труба, тем легче ее гнуть. Если труба согнута в пределах ее предела упругости (без остаточной деформации), она будет вести себя как пружина и вернется к своей исходной форме после снятия нагрузки. Если колена и анкеры на трубопроводной системе расположены так, чтобы допускать движение, силы будут намного меньше, чем при прямом участке.Рассмотрим рисунок 2 с пустой трубой диаметром 6 дюймов.

Рис. 2. Расположение пустой 6-дюймовой трубы и трех анкеров и результирующие нагрузки на анкеры

(без собственного веса — указанные силы вызваны только расширением)

Рис. 3. Расположение пустой 6-дюймовой трубы и двух анкеров и результирующие нагрузки на анкеры

(без собственного веса)

Анкерные нагрузки и напряжения намного меньше, чем в случае с прямой трубой, но есть компромиссы.Альтернативная компоновка вводит моментные (крутящие) нагрузки на анкеры. Трубы также перемещаются на 1,5 дюйма, что может быть неприемлемо для данной системы. Геометрия может повлиять на это расположение — если одна нога короче, силы и моменты будут выше. Расчет напряжений и анкерных нагрузок без компьютера также является сложной задачей. Расчеты гибкости труб были важной темой исследований в начале 20–90–106-го века, и несколько статей были посвящены этому вопросу до того, как программное обеспечение для анализа напряжений труб стало широко доступным.

Расширительные швы

Геометрия трубопроводной системы обычно определяет анкерные нагрузки; однако не всякая система трубопроводов позволяет трубе естественным образом изгибаться. Примером может служить ограниченное пространство или туннель. В подобных случаях необходимы компенсаторы труб. В компенсаторах могут использоваться сильфоны, шланги и оплетка, шаровые шарниры, гибкие муфты или механизмы скольжения. Все они обладают своими уникальными свойствами, подходящими для данной системы.

Например, мы рассмотрим случай установки сильфонного компенсатора на нашем 6-дюймовом участке трубопровода. Если теперь предположить, что труба заполнена, изолирована и находится под давлением 150 фунтов на квадратный дюйм, анкерные нагрузки рассчитываются как:

Начальная температура = 70 ° F

Рабочая температура = 270 ° F

Эффективная площадь сильфона = 40 дюймов 2 (по данным производителя — это площадь, рассчитанная на основе среднего диаметра витков сильфона)

Испытательное давление = 150 фунтов на кв. Дюйм

Рисунок 4. Компенсатор сильфонный

Анкерная нагрузка складывается из усилия сжатия, силы пружины и сил трения направляющих труб. Для этого примера:

Усилие давления сильфона = 150 фунтов на кв. Дюйм x 40 дюймов 2

= 6000 фунтов

Сила пружины сильфона = Расчетное перемещение (1,5 дюйма) x жесткость пружины (555 фунтов / дюйм от производителя)

= 832,5 фунтов

Сила трения = коэффициент трения (предполагается равным 0.3) x вес всей трубы и изоляции (36,5 фунт / фут x 100 футов)

= 1095 фунтов

Общая анкерная нагрузка = 6000 + 832,5 + 1095

= 7927,5 фунтов

Это все еще значительная анкерная нагрузка, но она намного меньше, чем у трубы без компенсатора. Если давление и температура позволяют, можно использовать компенсатор для шланга и оплетки. Анкерные нагрузки в этом случае будут существенно меньше.

Рисунок 5.Компенсатор с гибкой петлей

Анкерные нагрузки, создаваемые гибким петлевым компенсатором, представляют собой просто движение, умноженное на жесткость пружины соединения. В предыдущем примере нагрузка на анкер составляет:

.

Анкерная нагрузка = жесткость осевой пружины (60 фунтов / дюйм от производителя) x 1,5 движения

= 90 фунтов

Как и в примере гибкости трубы, собственный вес трубы, изоляции и жидкости не включается в анкерные нагрузки.Показаны только силы, создаваемые компенсаторами.

Заключение

Важно помнить, что здесь представлены только два примера компенсаторов. Стоит потратить время и усилия, чтобы ознакомиться с преимуществами и ограничениями других доступных компенсаторов.

Изменения температуры вызовут нагрузки на трубы. Обойти это невозможно, но эффекты теплового расширения можно компенсировать за счет тщательного размещения анкеров и правильного выбора компенсаторов.

Гибкость трубопровода — Соответствующая гибкость для поглощения теплового расширения трубы

Абстрактные

Одним из основных требований к конструкции трубопровода является обеспечение достаточной гибкости для поглощения теплового расширения трубы. Однако из-за отсутствия быстрого метода проверки трубопроводы часто слишком жесткие или слишком гибкие. В любом случае зря тратится драгоценное время и материал.

В этой статье представлены некоторые быстрые методы проверки гибкости трубопроводов.Эти методы включают визуальный, ручной расчет и микрокомпьютерный подход. Все они быстро и легко могут быть использованы дизайнерами при планировании своих макетов. Как только дизайнеры позаботились о проблеме гибкости, итерационная процедура между стресс-инженерами и дизайнерами упрощается. График проекта также может быть улучшен.

Гибкость трубопроводов

Когда температура трубы изменяется от условий установки к рабочим условиям, она расширяется или сжимается.В общем случае и расширение, и сжатие называют тепловым расширением. Когда труба расширяется, это может создать огромную силу и напряжение в системе. Однако, если трубопровод достаточно гибкий, расширение может быть поглощено без создания чрезмерной силы или напряжения. Обеспечение должной гибкости — одна из основных задач при проектировании системы трубопроводов.

Трубопровод используется для транспортировки определенного количества жидкости из одной точки в другую. Очевидно, что чем короче труба, тем меньше требуются капитальные затраты.Длинная труба также может создавать чрезмерный перепад давления, что делает ее непригодной для правильной работы. Однако прямое кратчайшее расположение обычно неприемлемо для поглощения теплового расширения.

На рис. 1 показано, что произойдет, если прямая труба будет напрямую соединена от одной точки к другой. Во-первых, учтите, что подключен только один конец, а другой конец свободен. Свободный конец расширится на величину, равную Δ = e L

Однако, поскольку другой конец не болтается, это расширение должно поглощаться трубопроводом.Это эквивалентно сжатию трубы, чтобы отодвинуть конец на ~ расстояние. Такое сжатие создает напряжение величиной S = E (Δ / L) = E e

Рисунок 1

Где,
Δ = тепловое расширение, дюйм
L e = скорость расширения, дюйм / дюйм
L = длина трубы, дюйм
s = осевое напряжение, фунт / кв. Дюйм
FE = модуль упругости, фунт / кв. Дюйм
A = площадь поперечного сечения трубы, дюйм Z
F = осевое усилие, фунт

Сила, необходимая для сжатия этой величины, составляет F = A S = A E e

Возьмем, к примеру, 6-дюймовую трубу из углеродистой стали со стандартной стенкой. Повышение температуры с 70F до рабочей температуры 300F создает в трубе осевое напряжение 42300 фунтов на квадратный дюйм и осевое усилие в 236000 фунтов. Это чрезмерно, даже если температура составляет всего 300F. Ясно, что прямая прямая разводка неприемлема для большинства трубопроводов, необходимо обеспечить гибкость.

Петля расширения

Гибкость трубопроводов обеспечивается множеством различных способов. Повороты и смещения, необходимые для прокладки трубы из одной точки в другую, сами по себе обеспечивают некоторую гибкость. Эта неотъемлемая гибкость может быть достаточной или недостаточной в зависимости от индивидуальных случаев.

Дополнительную гибкость можно обеспечить за счет добавления компенсаторов или компенсаторов.В примере прямой линии, рассмотренном выше, напряжение может быть уменьшено с помощью петель, установленных, как показано ниже. Идея состоит в том, чтобы обеспечить трубу, перпендикулярную направлению расширения. Таким образом, когда труба расширяется, она сначала сгибает петлю, прежде чем передавать какую-либо нагрузку на анкер. Чем длиннее ножка петли, тем меньше будет создаваемое усилие.

Создаваемая сила обратно пропорциональна кубу длины петли, а создаваемое напряжение примерно равно Hard Piping, обратно пропорционально квадрату длины петли.Иногда петля может занимать значительно больше места и трубопроводов, чем есть в наличии или это экономически оправдано. Это особенно верно для больших трубопроводов низкого давления с высокой температурой.

В этом случае лучше использовать компенсатор. Деформационные швы сложнее трубных петель, которые представляют собой просто дополнительные длины одного и того же трубопровода. По этой и другим причинам инженеры предпочитают трубопроводные петли компенсаторам.

Однако компенсаторы могут эффективно использоваться во многих областях, если они правильно спроектированы.Одним из основных требований к конструкции системы компенсаторов является установка достаточных ограничителей для поддержания устойчивости. В этой статье рассматривается в основном петлевой подход.

Критический путь

При проектировании установки трубопроводы обычно прокладываются проектировщиками трубопроводов, а затем проверяются инженерами по напряжению.

Существует заметная разница в верстке, сделанной опытными и неопытными дизайнерами. Опытные дизайнеры знают, как важна гибкость.Однако они, как правило, предоставляют слишком большую гибкость, в отличие от неопытных, которые, как правило, обеспечивают небольшую гибкость. В любом случае результатом будет проект с завышенной ценой.

Макет, сделанный неопытным дизайнером, обычно бывает слишком жестким, потому что дизайнер не знает, как или слишком робко добавлять петли или смещения. Если система трубопроводов слишком жесткая, инженер по стрессам почти наверняка это обнаружит.

Инженер по напряжениям отправляет проект с рекомендованными контурами обратно проектировщику для доработки.На данный момент дизайнер сделал еще несколько макетов в той же области, что очень затруднило доработку. С другой стороны, макет, сделанный опытным дизайнером, часто содержит излишние или ненужные петли.

Чрезмерные циклы обычно поддерживаются без пересмотра, потому что это общепринятая практика — не изменять то, что работает. Опытный мог сэкономить человеко-час, необходимый для доработки. Стоимость избыточных петель может быть непомерно высокой.

Стоимость проекта может быть существенно снижена, если на этапе начальной компоновки трубопроводов будет обеспечена необходимая гибкость.Это требует некоторых быстрых методов, которые могут быть использованы проектировщиками для проверки гибкости трубопровода.

Ссылка (-а): L.C. Peng, Peng Engineering, Хьюстон, Техас

Быстрая проверка гибкости трубопроводов

Расчет

Первым шагом в учете теплового движения является вычисление точного изменения линейной длины системы трубопроводов на интересующем расстоянии вместе с подходящим коэффициентом безопасности.

Фактическое расширение 100-футовой трубы было рассчитано при различных температурах для наиболее распространенных материалов труб (углеродистая сталь, нержавеющая сталь и медные трубы) и показано в таблице ниже.Эти значения не следует применять к трубам из других материалов, поскольку они могут отличаться. Коэффициенты расширения могут отличаться на 5% и более при получении из разных источников, и их следует принимать во внимание.

Термическое расширение трубы
дюймов на 100 футов
мм на 100 метров
Темп.
F / C
Углерод
Сталь
Медь Нержавеющая сталь
Сталь
-40
-40
-0.288
-24,0
-0,421
-35,1
-0,461
-38,4
-20
-28
-0,145
-12,1
-0,210
-17,4
-0,230
-19,0 ​​
0
-17
0
0
0
0
0
0
20
-6
0,148
12,5
0,238
19,7
0,230
19,0
32
0
0.230
19,0
0,366
30,5
0,369
30,8
40
4
0,300
24,9
0,451
37,7
0,461
38,4
60
15
0,448
37,4
0,684
57,1
0,691
57,7
80
26
0,580
48,2
0,896
74,8
0,922
76,8
100
37
0. 753
62,7
1,134
94,5
1,152
96,1
120
48
0,910
75,8
1,366
113,9
1,382
115,2
140
60
1,064
88,6
1,590
132,6
1,613
134,5
160
71
1.200
100,1
1,804
150,3
1,843
153,6
180
82
1.360
113,2
2,051
170,9
2,074
172,9
200
93
1,520
126,6
2,296
191,3
2.304
191.9
212
100
1,610
134,2
2,428
202,4
2,442
203,4
220
104
1,680
140,1
2,516
209,7
2,534
211,3
230
110
1. 760
146,7
2,636
219,8
2,650
220,8
260
126
2,020
168,3


280
137
2,180
181,8


300
148
2,350
195,9


320
160
2.530
211,0


340
171
2,700
225,1


350
176
2,790
232,6


Ниже приводится пример, иллюстрирующий использование приведенной выше таблицы:

  • Дано: труба из углеродистой стали длиной 240 футов
  • Максимальная рабочая температура = 220 ° F (104 ° C)
  • Минимальная рабочая температура = 4 ° C (40 ° F)
  • Температура во время установки = 80 ° F (26 ° C)

Расчет: Из таблицы справа, расширение трубы из углеродистой стали

  • 220 ° F (104 ° C) 1. 680 дюймов на 100 футов трубы из углеродистой стали
  • 40 ° F (4 ° C) 0,300 дюйма на 100 футов трубы из углеродистой стали
  • Разница: 1,380 дюйма на 100 футов трубы из углеродистой стали для температур от 40 ° F до 220 ° F
  • Следовательно, 240 футов трубы = 240/100 (1,380) = 3,312 дюйма

При перемещении 3,312 дюйма должен применяться соответствующий коэффициент запаса прочности, который варьируется в зависимости от того, как это определено разработчиком системы, чтобы учесть любые ошибки в прогнозировании экстремальных условий эксплуатации и т. Д.Эти примеры были рассчитаны без учета запаса прочности.

Для определения положения компенсатора во время установки:

Установка в холодных условиях (от 80 ° F до 40 ° F)

  • 80 ° F (26 ° C) 0,580 дюйма на 100 футов
  • 40 ° F (4 ° C) 0,300 дюйма на 100 футов
  • Разница: 0,280 дюйма на 100 футов или 0,672 дюйма на 240 футов

Установка в горячих условиях (от 80 ° F до 220 ° F)

  • 220 ° F (104 ° C) 1,680 дюйма на 100 футов.
  • 80 ° F (26 ° C) 0,580 дюйма на 100 футов
  • Разница: 1,100 дюйма на 100 футов или 2,640 дюйма на 240 футов

Таким образом, компенсатор должен быть настроен таким образом, чтобы допускать усадку трубы не менее 0,672 дюйма и расширение трубы не менее 2,640 дюйма при установке при температуре 80 ° F (26 ° C).

Фотография — Kodak Australasia Pty Ltd,
Петля расширения в паропроводе низкого давления,
Завод Kodak, Кобург, 1964

Влияние температуры на трубы из ПВХ | Пластмассы наследия | Труба из ПВХ

В этом бюллетене мы исследуем влияние температуры на трубы из ПВХ.

Поливинилхлорид (ПВХ) — это термопласт, поэтому его физические свойства изменяются при изменении температуры. Размеры, допустимое давление и жесткость зависят от изменений температуры. Опубликованные размеры и рабочие характеристики для труб и трубопроводов из ПВХ обычно применимы только для 73 ° F. Следующее поможет объяснить, как трубы и кабелепроводы из ПВХ зависят от рабочих температур, отличных от 73 ° F.

Размеры

Как и все материалы, ПВХ расширяется при повышении температуры и сжимается при понижении температуры.

Коэффициент теплового расширения для ПВХ:

3,0 x 10-5 дюймов / дюйм / ° F

Поскольку отношение длины к диаметру труб из ПВХ и трубопроводов обычно очень велико, изменение длины в результате изменения температуры является наиболее заметным. Хорошее практическое правило при проектировании систем трубопроводов и труб из ПВХ — допускать изменение длины на 3/8 дюйма на каждые 100 футов трубы на каждые 10 ° F изменения температуры. ( Это правило не зависит от размера трубы .) Таблица 1 также может использоваться для определения влияния изменений температуры на длину трубы и кабелепровода из ПВХ.

Допустимое давление Труба из ПВХ демонстрирует повышенную допустимую нагрузку при понижении температуры и понижающую способность при повышении давления. Значения давления, указанные для труб из ПВХ, приведены для рабочей температуры 73 ° F. Для того, чтобы уменьшить номинальное давление по напорной трубе ПВХ для рабочих температур выше 73 ° F, умножить номинальное давление или давление класса с помощью уменьшения мощности факторов в таблице 2 на задней часть этой страницы.

Для приложений с температурой ниже 73 ° F используйте опубликованные номинальные значения давления, поскольку они будут консервативными.

Максимальная рекомендуемая рабочая температура для напорной трубы ПВХ составляет 140 ° F .

Жесткость трубы

Труба и трубопровод из ПВХ становятся жестче при понижении температуры и более гибкими при повышении температуры. Как и в случае с размерами и допустимым давлением, опубликованные значения жесткости труб применимы только для рабочих температур 73 ° F.

Используйте Таблицу 3 для уменьшения опубликованных значений жесткости труб из ПВХ и кабелепровода, если рабочая температура превышает 73 ° F.

Для приложений ниже 73 ° F используйте опубликованные значения жесткости трубы, поскольку они будут консервативными.

Таблица 3 также применима в качестве диаграммы температурных поправок для модуля упругости ( E ) для труб и трубопроводов из ПВХ.

% PDF-1.6 % 2445 0 объект > / Outlines 271 0 R / Metadata 2553 0 R / AcroForm 2549 0 R / Pages 2438 0 R / StructTreeRoot 278 0 R / Тип / Каталог >> endobj 271 0 объект > endobj 2553 0 объект > поток 2016-09-12T07: 07: 18-05: 002016-09-12T07: 06: 31-05: 002016-09-12T07: 07: 18-05: 00 Приложение Adobe InDesign CC 2015 (Windows) / pdfuuid: 03e0d6fb-bfaa -4a7c-bf8d-4b3730a2ef1duuid: 47d527cc-1bc0-46b5-a857-b4785815d26f Библиотека Adobe PDF 15.0 конечный поток endobj 2549 0 объект > / Кодировка >>>>> endobj 2438 0 объект > endobj 278 0 объект > endobj 279 0 объект > endobj 280 0 объект > endobj 281 0 объект > endobj 282 0 объект > endobj 283 0 объект > endobj 284 0 объект > endobj 285 0 объект > endobj 286 0 объект > endobj 287 0 объект > endobj 288 0 объект > endobj 289 0 объект > endobj 290 0 объект > endobj 291 0 объект > endobj 292 0 объект > endobj 293 0 объект > endobj 294 0 объект > endobj 295 0 объект > endobj 296 0 объект > endobj 297 0 объект > endobj 298 0 объект > endobj 299 0 объект > endobj 300 0 объект > endobj 301 0 объект > endobj 302 0 объект > endobj 303 0 объект > endobj 304 0 объект > endobj 305 0 объект > endobj 306 0 объект > endobj 307 0 объект > endobj 308 0 объект > endobj 309 0 объект > endobj 310 0 объект > endobj 311 0 объект > endobj 312 0 объект > endobj 313 0 объект > endobj 314 0 объект > endobj 315 0 объект > endobj 316 0 объект > endobj 317 0 объект > endobj 318 0 объект > endobj 319 0 объект > endobj 320 0 объект > endobj 321 0 объект > endobj 322 0 объект > endobj 323 0 объект > endobj 324 0 объект > endobj 325 0 объект > endobj 326 0 объект > endobj 327 0 объект > endobj 328 0 объект > endobj 329 0 объект > endobj 330 0 объект > endobj 331 0 объект > endobj 332 0 объект > endobj 333 0 объект > endobj 334 0 объект > endobj 335 0 объект > endobj 336 0 объект > endobj 337 0 объект > endobj 338 0 объект > endobj 339 0 объект > endobj 340 0 объект > endobj 341 0 объект > endobj 342 0 объект > endobj 343 0 объект > endobj 344 0 объект > endobj 345 0 объект > endobj 346 0 объект > endobj 347 0 объект > endobj 348 0 объект > endobj 349 0 объект > endobj 350 0 объект > endobj 351 0 объект > endobj 352 0 объект > endobj 353 0 объект > endobj 354 0 объект > endobj 355 0 объект > endobj 356 0 объект > endobj 357 0 объект > endobj 358 0 объект > endobj 359 0 объект > endobj 360 0 объект > endobj 361 0 объект > endobj 362 0 объект > endobj 363 0 объект > endobj 364 0 объект > endobj 365 0 объект > endobj 366 0 объект > endobj 367 0 объект > endobj 368 0 объект > endobj 369 0 объект > endobj 370 0 объект > endobj 371 0 объект > endobj 372 0 объект > endobj 373 0 объект > endobj 374 0 объект > endobj 375 0 объект > endobj 376 0 объект > endobj 377 0 объект > endobj 378 0 объект > endobj 379 0 объект > endobj 380 0 объект > endobj 381 0 объект > endobj 382 0 объект > endobj 383 0 объект > endobj 384 0 объект > endobj 385 0 объект > endobj 386 0 объект > endobj 387 0 объект > endobj 388 0 объект > endobj 389 0 объект > endobj 390 0 объект > endobj 391 0 объект > endobj 392 0 объект > endobj 393 0 объект > endobj 394 0 объект > endobj 395 0 объект > endobj 396 0 объект > endobj 397 0 объект > endobj 398 0 объект > endobj 399 0 объект > endobj 400 0 obj > endobj 401 0 объект > endobj 402 0 объект > endobj 403 0 объект > endobj 404 0 объект > endobj 405 0 объект > endobj 406 0 объект > endobj 407 0 объект > endobj 408 0 объект > endobj 409 0 объект > endobj 410 0 объект > endobj 411 0 объект > endobj 412 0 объект > endobj 413 0 объект > endobj 414 0 объект > endobj 415 0 объект > endobj 416 0 объект > endobj 417 0 объект > endobj 418 0 объект > endobj 419 0 объект > endobj 420 0 объект > endobj 421 0 объект > endobj 422 0 объект > endobj 423 0 объект > endobj 424 0 объект > endobj 425 0 объект > endobj 426 0 объект > endobj 427 0 объект > endobj 428 0 объект > endobj 429 0 объект > endobj 430 0 объект > endobj 431 0 объект > endobj 432 0 объект > endobj 433 0 объект > endobj 434 0 объект > endobj 435 0 объект > endobj 436 0 объект > endobj 437 0 объект > endobj 438 0 объект > endobj 439 0 объект > endobj 440 0 объект > endobj 441 0 объект > endobj 442 0 объект > endobj 443 0 объект > endobj 444 0 объект > endobj 445 0 объект > endobj 446 0 объект > endobj 447 0 объект > endobj 448 0 объект > endobj 449 0 объект > endobj 450 0 объект > endobj 451 0 объект > endobj 452 0 объект > endobj 453 0 объект > endobj 454 0 объект > endobj 455 0 объект > endobj 456 0 объект > endobj 457 0 объект > endobj 458 0 объект > endobj 459 0 объект > endobj 460 0 объект > endobj 461 0 объект > endobj 462 0 объект > endobj 463 0 объект > endobj 464 0 объект > endobj 465 0 объект > endobj 466 0 объект > endobj 467 0 объект > endobj 468 0 объект > endobj 469 0 объект > endobj 470 0 объект > endobj 471 0 объект > endobj 472 0 объект > endobj 473 0 объект > endobj 474 0 объект > endobj 475 0 объект > endobj 476 0 объект > endobj 477 0 объект > endobj 478 0 объект > endobj 479 0 объект > endobj 480 0 объект > endobj 481 0 объект > endobj 482 0 объект > endobj 483 0 объект > endobj 484 0 объект > endobj 485 0 объект > endobj 486 0 объект > endobj 487 0 объект > endobj 488 0 объект > endobj 489 0 объект > endobj 490 0 объект > endobj 491 0 объект > endobj 492 0 объект > endobj 493 0 объект > endobj 494 0 объект > endobj 495 0 объект > endobj 496 0 объект > endobj 497 0 объект > endobj 498 0 объект > endobj 499 0 объект > endobj 500 0 объект > endobj 501 0 объект > endobj 502 0 объект > endobj 503 0 объект > endobj 504 0 объект > endobj 505 0 объект > endobj 506 0 объект > endobj 507 0 объект > endobj 508 0 объект > endobj 509 0 объект > endobj 510 0 объект > endobj 511 0 объект > endobj 512 0 объект > endobj 513 0 объект > endobj 514 0 объект > endobj 515 0 объект > endobj 516 0 объект > endobj 517 0 объект > endobj 518 0 объект > endobj 519 0 объект > endobj 520 0 объект > endobj 521 0 объект > endobj 522 0 объект > endobj 523 0 объект > endobj 524 0 объект > endobj 525 0 объект > endobj 526 0 объект > endobj 527 0 объект > endobj 528 0 объект > endobj 529 0 объект > endobj 530 0 объект > endobj 531 0 объект > endobj 532 0 объект > endobj 533 0 объект > endobj 534 0 объект > endobj 535 0 объект > endobj 536 0 объект > endobj 537 0 объект > endobj 538 0 объект > endobj 539 0 объект > endobj 540 0 объект > endobj 541 0 объект > endobj 542 0 объект > endobj 543 0 объект > endobj 544 0 объект > endobj 545 0 объект > endobj 546 0 объект > endobj 547 0 объект > endobj 548 0 объект > endobj 549 0 объект > endobj 550 0 объект > endobj 551 0 объект > endobj 552 0 объект > endobj 553 0 объект > endobj 554 0 объект > endobj 555 0 объект > endobj 556 0 объект > endobj 557 0 объект > endobj 558 0 объект > endobj 559 0 объект > endobj 560 0 объект > endobj 561 0 объект > endobj 562 0 объект > endobj 563 0 объект > endobj 564 0 объект > endobj 565 0 объект > endobj 566 0 объект > endobj 567 0 объект > endobj 568 0 объект > endobj 569 0 объект > endobj 570 0 объект > endobj 571 0 объект > endobj 572 0 объект > endobj 573 0 объект > endobj 574 0 объект > endobj 575 0 объект > endobj 576 0 объект > endobj 577 0 объект > endobj 578 0 объект > endobj 579 0 объект > endobj 580 0 объект > endobj 581 0 объект > endobj 582 0 объект > endobj 583 0 объект > endobj 584 0 объект > endobj 585 0 объект > endobj 586 0 объект > endobj 587 0 объект > endobj 588 0 объект > endobj 589 0 объект > endobj 590 0 объект > endobj 591 0 объект > endobj 592 0 объект > endobj 593 0 объект > endobj 594 0 объект > endobj 595 0 объект > endobj 596 0 объект > endobj 597 0 объект > endobj 598 0 объект > endobj 599 0 объект > endobj 600 0 obj > endobj 601 0 объект > endobj 602 0 объект > endobj 603 0 объект > endobj 604 0 объект > endobj 605 0 объект > endobj 606 0 объект > endobj 607 0 объект > endobj 608 0 объект > endobj 609 0 объект > endobj 610 0 объект > endobj 611 0 объект > endobj 612 0 объект > endobj 613 0 объект > endobj 614 0 объект > endobj 615 0 объект > endobj 616 0 объект > endobj 617 0 объект > endobj 618 0 объект > endobj 619 0 объект > endobj 620 0 объект > endobj 621 0 объект > endobj 622 0 объект > endobj 623 0 объект > endobj 624 0 объект > endobj 625 0 объект > endobj 626 0 объект > endobj 627 0 объект > endobj 628 0 объект > endobj 629 0 объект > endobj 630 0 объект > endobj 631 0 объект > endobj 632 0 объект > endobj 633 0 объект > endobj 634 0 объект > endobj 635 0 объект > endobj 636 0 объект > endobj 637 0 объект > endobj 638 0 объект > endobj 639 0 объект > endobj 640 0 объект > endobj 641 0 объект > endobj 642 0 объект > endobj 643 0 объект > endobj 644 0 объект > endobj 645 0 объект > endobj 646 0 объект > endobj 647 0 объект > endobj 648 0 объект > endobj 649 0 объект > endobj 650 0 объект > endobj 651 0 объект > endobj 652 0 объект > endobj 653 0 объект > endobj 654 0 объект > endobj 655 0 объект > endobj 656 0 объект > endobj 657 0 объект > endobj 658 0 объект > endobj 659 0 объект > endobj 660 0 объект > endobj 661 0 объект > endobj 662 0 объект > endobj 663 0 объект > endobj 664 0 объект > endobj 665 0 объект > endobj 666 0 объект > endobj 667 0 объект > endobj 668 0 объект > endobj 669 0 объект > endobj 670 0 объект > endobj 671 0 объект > endobj 672 0 объект > endobj 673 0 объект > endobj 674 0 объект > endobj 675 0 объект > endobj 676 0 объект > endobj 677 0 объект > endobj 678 0 объект > endobj 679 0 объект > endobj 680 0 объект > endobj 681 0 объект > endobj 682 0 объект > endobj 683 0 объект > endobj 684 0 объект > endobj 685 0 объект > endobj 686 0 объект > endobj 687 0 объект > endobj 688 0 объект > endobj 689 0 объект > endobj 690 0 объект > endobj 691 0 объект > endobj 692 0 объект > endobj 693 0 объект > endobj 694 0 объект > endobj 695 0 объект > endobj 696 0 объект > endobj 697 0 объект > endobj 698 0 объект > endobj 699 0 объект > endobj 700 0 объект > endobj 701 0 объект > endobj 702 0 объект > endobj 703 0 объект > endobj 704 0 объект > endobj 705 0 объект > endobj 706 0 объект > endobj 707 0 объект > endobj 708 0 объект > endobj 709 0 объект > endobj 710 0 объект > endobj 711 0 объект > endobj 712 0 объект > endobj 713 0 объект > endobj 714 0 объект > endobj 715 0 объект > endobj 716 0 объект > endobj 717 0 объект > endobj 718 0 объект > endobj 719 0 объект > endobj 720 0 объект > endobj 721 0 объект > endobj 722 0 объект > endobj 723 0 объект > endobj 724 0 объект > endobj 725 0 объект > endobj 726 0 объект > endobj 727 0 объект > endobj 728 0 объект > endobj 729 0 объект > endobj 730 0 объект > endobj 731 0 объект > endobj 732 0 объект > endobj 733 0 объект > endobj 734 0 объект > endobj 735 0 объект > endobj 736 0 объект > endobj 737 0 объект > endobj 738 0 объект > endobj 739 0 объект > endobj 740 0 объект > endobj 741 0 объект > endobj 742 0 объект > endobj 743 0 объект > endobj 744 0 объект > endobj 745 0 объект > endobj 746 0 объект > endobj 747 0 объект > endobj 748 0 объект > endobj 188 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / ExtGState >>> / Type / Page >> endobj 2441 0 объект > endobj 189 0 объект > поток HWn} 0- * a`w} Ak ^ Cb + $ bt4 ^ KN: 9 {671p & g? Mlξ.

Добавить комментарий