Gratis tekniskt verktyg
Kalkylator för rörvärmeutvidgning och flexibilitet
Beräkna termisk expansion, nödvändiga dimensioner för expansionsloopar och termisk spänning för rörsystem med approximationen styrd konsolbalk — en förenklad screeningmetod; fullständig flexibilitetsanalys enligt EN 13480 / ASME B31.3 kräver programvara för rörspänningar.
Resultat
Termisk expansion
Den totala termiska utvidgningen av en rörsträcka är:
- α — värmeutvidgningskoefficient (µm/m/°C)
- L — rörlängd (m)
- ΔT — temperaturförändring (°C)
Dimensionering av expansionsslinga
Den erforderliga benlängden på expansionsslingan för att absorbera utvidgningen utan att överskrida tillåten spänning:
- E — elasticitetsmodul (MPa)
- D — rörets ytterdiameter (mm)
- Δ — termisk expansion som ska absorberas (mm)
- Sa — tillåtet spänningsområde (MPa)
Detta är approximationen med en styrd konsol (böjspänning σ = 3·E·D·Δ/L² satt lika med Sa), med antagandet att ett loopben tar upp hela expansionen. Den är konservativ för screening; den är inte en fullständig flexibilitetsanalys enligt regelverket.
Guidad Cantilever-metod
Den termiska spänningen om röret är styvt fastsatt i båda ändarna (helt begränsat):
CTE-referenstabell
| Material | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| Kolstål | 12.0 | 200 |
| SS 304 | 17.3 | 193 |
| SS 316 | 16.0 | 193 |
| Koppar | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| Titan Gr.2 | 8.6 | 105 |
Givetvis: 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
Lslinga = √(3 × 200,000 × 168.3 × 64.8 / 138) = √(4.74 × 10⁷) ≈ 6,886 mm ≈ 6.9 m
⚠️ Obs: Detta är en förenklad beräkning enligt den guidade konsolmetoden. Faktisk analys av rörflexibilitet kräver att grenanslutningar, flera riktningsändringar och stödplaceringar beaktas, och bör utföras med programvara för rörspänningsanalys för kritiska system.
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.
Procedurerna som beskrivs på den här sidan utvecklades och fälttestades av Vibromera-teamet med hjälp av Balanset-1A, en bärbar tvåkanalig balanserare och vibrationsanalysator för rotorbalansering på plats.
Professionella instrument för vibrationsanalys och balansering i fält. Används i fler än 50 länder.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko är vibrationsanalysingenjör samt grundare och vd för Vibromera. I mer än 15 år har han balanserat roterande utrustning ute i fält i stället för i en provbänk: slaghackar, industrifläktar, krossar, centrifuger, axlar och spindlar. Det är ur det arbetet Balanset-instrumenten har vuxit fram — de utformades som ett verktyg som en specialist kan bära med sig till maskinen och använda på egen hand på plats, inte som laboratorieutrustning. Vibromera grundades 2017 och har sedan 2023 sin bas i Porto i Portugal. Utveckling, montering och support av Balanset-serien sker här. Flaggskeppet är Balanset-1A, en bärbar analysator för balansering i ett och två plan och för vibrationsdiagnostik. Nikolai deltar personligen i kundsupporten, i arbetet med svåra balanseringsfall och i utvecklingen av programvaran. Han arbetar med kunder över hela världen, på vilket språk som helst.
