Gratis ingeniørverktøy
Kalkulator for termisk ekspansjon og fleksibilitet for rør
Beregn termisk ekspansjon, nødvendige dimensjoner på ekspansjonssløyfer og termisk spenning for rørsystemer ved hjelp av guided-cantilever-tilnærmingen — en forenklet screeningmetode; full fleksibilitetsanalyse etter EN 13480 / ASME B31.3 krever rørspenningsprogramvare.
Resultater
Termisk ekspansjon
Den totale termiske utvidelsen av et rørstrekk er:
- α — termisk utvidelseskoeffisient (µm/m/°C)
- L — rørlengde (m)
- ΔT — temperaturendring (°C)
Dimensjonering av utvidelsessløyfer
Nødvendig lengde på ekspansjonsløyfens ben for å absorbere ekspansjonen uten å overskride tillatt belastning:
- E — elastisitetsmodul (MPa)
- D — rørets utvendige diameter (mm)
- Δ — termisk ekspansjon som skal absorberes (mm)
- Sa — tillatt spenningsområde (MPa)
Dette er tilnærmingen for veiledet konsoll (bøyningsspenning σ = 3·E·D·Δ/L² satt lik Sa), forutsatt at ett sløyfebein absorberer hele ekspansjonen. Den er konservativ for screening; den er ikke en full fleksibilitetsanalyse etter kode.
Guidet Cantilever-metode
Termisk spenning dersom røret er stivt fastspent i begge ender (fullstendig fastholdt):
CTE-referansetabell
| Materiale | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| Karbonstål | 12.0 | 200 |
| SS 304 | 17.3 | 193 |
| SS 316 | 16.0 | 193 |
| Kopper | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| Titan Gr.2 | 8.6 | 105 |
Gitt: 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
Lløkke = √(3 × 200 000 × 168,3 × 64,8 / 138) = √(4,74 × 10⁷) ≈ 6 886 mm ≈ 6,9 m
⚠️ Merk: Dette er en forenklet, veiledet beregning av utkragning. Faktisk analyse av rørfleksibilitet krever at man tar hensyn til forgreningsforbindelser, flere retningsendringer og støtteplasseringer, og bør utføres med programvare for rørspenningsanalyse for kritiske systemer.
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.
Prosedyrene som er beskrevet på denne siden, ble utviklet og testet i felt av Vibromera-teamet med Balanset-1A, en bærbar tokanals balanserer og vibrasjonsanalysator for balansering av rotorer på stedet.
Profesjonelle instrumenter for vibrasjonsanalyse og balansering i felt. Brukes i over 50 land.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko er vibrasjonsanalyseingeniør samt grunnlegger og daglig leder i Vibromera. I mer enn 15 år har han balansert roterende utstyr ute i felt i stedet for på en prøvebenk: mulchmaskiner, industrivifter, knusere, sentrifuger, aksler og spindler. Det er ut av dette arbeidet Balanset-instrumentene har vokst — de ble utformet som et verktøy en fagperson kan ta med til maskinen og bruke alene på stedet, ikke som laboratorieutstyr. Vibromera ble grunnlagt i 2017 og har siden 2023 hatt base i Porto i Portugal. Utvikling, montering og støtte for Balanset-serien skjer her. Flaggskipet er Balanset-1A, en bærbar analysator for balansering i ett og to plan og for vibrasjonsdiagnostikk. Nikolai deltar personlig i kundestøtten, i arbeidet med vanskelige balanseringssaker og i utviklingen av programvaren. Han jobber med kunder over hele verden, på alle språk.
