Bezplatný inženýrský nástroj
Kalkulačka tepelné roztažnosti & flexibility potrubí
Vypočítejte tepelnou roztažnost, požadované rozměry kompenzačních smyček a tepelné napětí pro potrubní systémy pomocí aproximace vedeného konzolového nosníku — zjednodušené screeningové metody; plná analýza flexibility podle EN 13480 / ASME B31.3 vyžaduje software pro výpočet napětí v potrubí.
Výsledky
Tepelná roztažnost
Celková tepelná roztažnost potrubí je:
- α — koeficient tepelné roztažnosti (µm/m/°C)
- L — délka potrubí (m)
- ΔT — změna teploty (°C)
Dimenzování expanzní smyčky
Požadovaná délka ramene expanzní smyčky pro absorbování roztažnosti bez překročení přípustného napětí:
- E — modul pružnosti (MPa)
- D — vnější průměr trubky (mm)
- Δ — tepelná roztažnost, která má být absorbována (mm)
- Sa — přípustný rozsah napětí (MPa)
Toto je aproximace vedeného konzolového nosníku (ohybové napětí σ = 3·E·D·Δ/L² nastaveno rovno Sa), za předpokladu, že jedna noha smyčky absorbuje celou roztažnost. Je konzervativní pro screening; nejde o plnou analýzu flexibility podle normy.
Metoda řízeného konzolového nosníku
Tepelné napětí, pokud je potrubí pevně uchyceno na obou koncích (plně vetknuté):
Referenční tabulka CTE
| Materiál | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| Uhlíková ocel | 12.0 | 200 |
| SS 304 | 17.3 | 193 |
| SS 316 | 16.0 | 193 |
| Měď | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| Titan Gr.2 | 8.6 | 105 |
Vzhledem k: L = 30 m, CS (α = 12.0, E = 200 GPa = 200 000 MPa), ΔT = 180 °C, OD = 168,3 mm, Sa = 138 MPa
Δ = 12,0 × 30 × 180 / 1000 = 64,8 mm
Lsmyčka = √(3 × 200 000 × 168,3 × 64,8 / 138) = √(4,74 × 10⁷) ≈ 6 886 mm ≈ 6,9 m
⚠️ Poznámka: Toto je zjednodušený výpočet metodou řízeného konzolového nosníku. Skutečná analýza pružnosti potrubí vyžaduje zohlednění odbočných spojů, vícenásobných změn směru, umístění podpěr a u kritických systémů by měla být provedena pomocí softwaru pro analýzu napětí v potrubí.
The classic guided cantilever formula for expansion loop leg length is:
L_loop = √(3 × E × D × Δ / S_a)
Where E is the elastic modulus (MPa), D is pipe OD (mm), Δ is thermal expansion (mm), and S_a is allowable stress range (MPa). This gives the minimum loop leg length in mm. It comes from the guided-cantilever bending stress σ = 3·E·D·Δ/L².
An expansion loop is needed when the thermal expansion of a straight pipe run would cause stresses exceeding the allowable range. As a rule of thumb, any run over 10 m with ΔT > 50°C should be checked. The fully restrained thermal stress σ = E·α·ΔT must be compared to the allowable stress.
Alternatives include:
- Bellows expansion joints — compact but require maintenance
- Slip joints — for large movements
- Natural flexibility — using existing direction changes (L-bends, Z-bends)
- Flexible pipe sections — braided hose for small sizes
Both are piping design codes. EN 13480 is the European metallic industrial piping standard, ASME B31.3 is the American process piping code. Both require flexibility analysis but use slightly different allowable stress formulations. The expansion loop formula is the same engineering principle in both.
CTE (Coefficient of Thermal Expansion, α) is a material property that defines how much a material expands per unit length per degree of temperature change. Higher CTE means more expansion. Stainless steel (α ≈ 17.3) expands about 44% more than carbon steel (α ≈ 12.0) for the same temperature change.
Postupy popsané na této stránce vyvinul a v terénu otestoval tým Vibromera pomocí přístroje Balanset-1A, přenosného dvoukanálového vyvažovacího přístroje a analyzátoru vibrací pro vyvažování rotorů na místě.
Profesionální přístroje pro analýzu vibrací a vyvažování v terénu. Používají se ve více než 50 zemích.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko je inženýr vibrační analýzy a zakladatel a generální ředitel společnosti Vibromera. Více než 15 let vyvažuje rotační stroje přímo v provozu, a ne na zkušebním stavu: mulčovače, průmyslové ventilátory, drtiče, odstředivky, hřídele a vřetena. Právě z této práce vzešly přístroje Balanset — byly navrženy jako nástroj, který si odborník může vzít ke stroji a použít sám, přímo na místě, nikoli jako laboratorní vybavení. Vibromera byla založena v roce 2017 a od roku 2023 sídlí v portugalském Portu. Zde probíhá vývoj, montáž i podpora řady Balanset. Vlajkovým přístrojem je Balanset-1A, přenosný analyzátor pro vyvažování v jedné a ve dvou rovinách a pro diagnostiku vibrací. Nikolai se osobně podílí na zákaznické podpoře, na řešení obtížných případů vyvažování i na vývoji softwaru. Pracuje se zákazníky po celém světě, v jakémkoli jazyce.
