Bezmaksas inženiertehniskais rīks
Cauruļu termiskās izplešanās un elastības kalkulators
Aprēķiniet termisko izplešanos, nepieciešamos izplešanās cilpas izmērus un termisko spriegumu cauruļvadu sistēmām, izmantojot vadāmas konsoles aproksimāciju — vienkāršotu skrīninga metodi; pilnai elastības analīzei saskaņā ar EN 13480 / ASME B31.3 nepieciešama cauruļvadu spriegumu programmatūra.
Rezultāti
Termiskā izplešanās
Caurules kopējā termiskā izplešanās ir:
- α — termiskās izplešanās koeficients (µm/m/°C)
- L — caurules garums (m)
- ΔT — temperatūras izmaiņas (°C)
Izplešanās cilpas izmēru noteikšana
Nepieciešamais izplešanās cilpas kājas garums, lai absorbētu izplešanos, nepārsniedzot pieļaujamo spriegumu:
- E — elastības modulis (MPa)
- D — caurules ārējais diametrs (mm)
- Δ — absorbējamā termiskā izplešanās (mm)
- Sa — pieļaujamais sprieguma diapazons (MPa)
Šis ir vadītas konsoles tuvinājums (lieces spriegums σ = 3·E·D·Δ/L² pielīdzināts Sa), pieņemot, ka viena cilpas kāja uzņem visu izplešanos. Skrīningam tas ir konservatīvs pieņēmums; tā nav pilna elastības analīze saskaņā ar normām.
Vadāmā konsoles metode
Termiskais spriegums, ja caurule ir stingri nostiprināta abos galos (pilnībā ierobežota):
CTE atsauces tabula
| Materiāls | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| Oglekļa tērauds | 12.0 | 200 |
| SS 304 | 17.3 | 193 |
| SS 316 | 16.0 | 193 |
| Varš | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| Titāna Gr.2 | 8.6 | 105 |
Ņemot vērā: 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
Lcilpa = √(3 × 200,000 × 168.3 × 64.8 / 138) = √(4.74 × 10⁷) ≈ 6,886 mm ≈ 6.9 m
⚠️ Piezīme: Šis ir vienkāršots vadāms konsoles aprēķins. Faktiskajai cauruļvadu elastības analīzei ir jāņem vērā atzaru savienojumi, vairākas virziena izmaiņas, atbalsta vietas, un kritiskām sistēmām tā jāveic, izmantojot cauruļu sprieguma analīzes programmatūru.
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.
Šajā lapā aprakstītās procedūras izstrādāja un lauka apstākļos pārbaudīja Vibromera komanda, izmantojot Balanset-1A — pārnēsājamu divkanālu balansētāju un vibrāciju analizatoru rotoru balansēšanai uz vietas.
Profesionāli lauka vibrācijas analīzes un balansēšanas instrumenti. Izmanto vairāk nekā 50 valstīs.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko ir vibrāciju analīzes inženieris, kā arī uzņēmuma Vibromera dibinātājs un vadītājs. Vairāk nekā 15 gadus viņš balansē rotējošas iekārtas darba vietā, nevis uz pārbaudes stenda: mulčētājus, rūpnieciskos ventilatorus, drupinātājus, centrifūgas, vārpstas un darbvārpstas. Tieši no šī darba radās Balanset instrumenti — tie tika veidoti kā rīks, ko speciālists var aiznest pie mašīnas un lietot viens pats uz vietas, nevis kā laboratorijas aprīkojums. Vibromera dibināta 2017. gadā, un kopš 2023. gada tā atrodas Portu, Portugālē. Šeit notiek Balanset līnijas izstrāde, montāža un atbalsts. Vadošais instruments ir Balanset-1A — portatīvs analizators balansēšanai vienā un divās plaknēs, kā arī vibrāciju diagnostikai. Nikolai personīgi piedalās klientu atbalstā, sarežģītu balansēšanas gadījumu risināšanā un programmatūras izstrādē. Viņš strādā ar klientiem visā pasaulē, jebkurā valodā.
