Bezplatný inžiniersky nástroj
Kalkulačka tepelnej rozťažnosti a ohybnosti potrubia
Vypočítajte tepelnú rozťažnosť, požadované rozmery kompenzačnej slučky a tepelné napätie pre potrubné systémy pomocou aproximácie vedeného konzolového nosníka — zjednodušenej orientačnej metódy; úplná analýza flexibility podľa EN 13480 / ASME B31.3 vyžaduje softvér na napäťovú analýzu potrubia.
Výsledky
Tepelná rozťažnosť
Celková tepelná rozťažnosť potrubia je:
- α — koeficient tepelnej rozťažnosti (µm/m/°C)
- L — dĺžka potrubia (m)
- ΔT — zmena teploty (°C)
Dimenzovanie expanznej slučky
Požadovaná dĺžka ramena dilatačnej slučky na absorbovanie roztiahnutia bez prekročenia povoleného napätia:
- E — modul pružnosti (MPa)
- D — vonkajší priemer potrubia (mm)
- Δ — absorbovaná tepelná rozťažnosť (mm)
- Sa — povolený rozsah napätia (MPa)
Toto je aproximácia vedeného konzolového nosníka (ohybové napätie σ = 3·E·D·Δ/L² sa rovná Sa), za predpokladu, že jedno rameno slučky absorbuje celú rozťažnosť. Na orientačné posúdenie je to konzervatívne; nejde o úplnú normovú analýzu flexibility.
Metóda riadenej konzoly
Tepelné napätie, ak je potrubie pevne uchytené na oboch koncoch (plne obmedzené):
Referenčná tabuľka CTE
| Materiál | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| Uhlíková oceľ | 12.0 | 200 |
| SS 304 | 17.3 | 193 |
| SS 316 | 16.0 | 193 |
| Meď | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| Titán Gr.2 | 8.6 | 105 |
Vzhľadom na to, že: 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
Lslučka = √(3 × 200 000 × 168,3 × 64,8 / 138) = √(4,74 × 10⁷) ≈ 6 886 mm ≈ 6,9 m
⚠️ Poznámka: Ide o zjednodušený výpočet konzolového nosníka s riadením. Skutočná analýza flexibility potrubia vyžaduje zohľadnenie odbočných spojení, viacerých zmien smeru, umiestnenia podpier a pre kritické systémy by sa mala vykonať pomocou softvéru na analýzu namáhania potrubia.
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 opísané na tejto stránke vyvinul a v teréne otestoval tím Vibromera pomocou zariadenia Balanset-1A, prenosného dvojkanálového vyvažovacieho prístroja a analyzátora vibrácií na vyvažovanie rotorov priamo na mieste.
Profesionálne prístroje na analýzu vibrácií a vyvažovanie v teréne. Používajú sa vo viac ako 50 krajinách.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko je inžinier vibračnej analýzy a zakladateľ a generálny riaditeľ spoločnosti Vibromera. Viac než 15 rokov vyvažuje rotačné stroje priamo v prevádzke, a nie na skúšobnom stave: mulčovače, priemyselné ventilátory, drviče, odstredivky, hriadele a vretená. Práve z tejto práce vznikli prístroje Balanset — boli navrhnuté ako nástroj, ktorý si odborník môže vziať k stroju a použiť sám, priamo na mieste, nie ako laboratórne vybavenie. Vibromera bola založená v roku 2017 a od roku 2023 sídli v portugalskom Porte. Tu prebieha vývoj, montáž aj podpora radu Balanset. Vlajkovým prístrojom je Balanset-1A, prenosný analyzátor na vyvažovanie v jednej a v dvoch rovinách a na vibračnú diagnostiku. Nikolai sa osobne podieľa na zákazníckej podpore, na riešení náročných prípadov vyvažovania aj na vývoji softvéru. Pracuje so zákazníkmi po celom svete, v akomkoľvek jazyku.
