เครื่องมือวิศวกรรมฟรี
เครื่องคำนวณการขยายตัวทางความร้อนและความยืดหยุ่นของท่อ
คำนวณการขยายตัวทางความร้อน ขนาดลูปการขยายตัวที่ต้องใช้ และความเค้นจากความร้อนสำหรับระบบท่อ โดยใช้การประมาณแบบคานยื่นที่มีตัวนำทาง — วิธีคัดกรองแบบง่าย; การวิเคราะห์ความยืดหยุ่นเต็มรูปแบบตาม EN 13480 / ASME B31.3 ต้องใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ความเค้นท่อ
ผลลัพธ์
การขยายตัวทางความร้อน
การขยายตัวทางความร้อนทั้งหมดของท่อมีค่าดังนี้:
- α — ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (µm/m/°C)
- L — ความยาวท่อ (m)
- ΔT — การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (°C)
การกำหนดขนาดห่วงขยาย
ความยาวแขนลูปขยายตัวที่ต้องใช้เพื่อดูดซับการขยายตัวโดยไม่ให้เกินค่าความเค้นที่อนุญาต:
- E — โมดูลัสยืดหยุ่น (MPa)
- D — เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกท่อ (mm)
- Δ — ค่าการขยายตัวทางความร้อนที่ต้องดูดซับ (mm)
- S — ช่วงความเค้นที่ยอมรับได้ (MPa)
นี่คือการประมาณค่าแบบ guided-cantilever (ความเค้นดัด σ = 3·E·D·Δ/L² กำหนดให้เท่ากับ S), โดยสมมติว่าขาหนึ่งของลูปรับการขยายตัวทั้งหมด วิธีนี้ให้ค่าปลอดภัยสำหรับการคัดกรอง; ไม่ใช่การวิเคราะห์ความยืดหยุ่นตามโค้ดแบบเต็ม
วิธีการคานยื่นนำทาง
ความเค้นทางความร้อนหากท่อถูกยึดแน่นทั้งสองปลาย (ถูกจำกัดอย่างสมบูรณ์):
ตารางอ้างอิง CTE
| วัสดุ | α (µm/m/°C) | E (GPa) |
|---|---|---|
| เหล็กกล้าคาร์บอน | 12.0 | 200 |
| เอสเอส 304 | 17.3 | 193 |
| เอสเอส 316 | 16.0 | 193 |
| ทองแดง | 16.5 | 117 |
| Inconel 625 | 12.8 | 207 |
| ไทเทเนียมเกรด 2 | 8.6 | 105 |
ที่ให้ไว้: L = 30 ม., CS (α = 12.0, E = 200 GPa = 200,000 MPa), ΔT = 180°C, OD = 168.3 มม., S = 138 MPa
Δ = 12.0 × 30 × 180 / 1000 = 64.8 mm
Lลูป = √(3 × 200,000 × 168.3 × 64.8 / 138) = √(4.74 × 10⁷) ≈ 6,886 มม. ≈ 6.9 ม.
⚠️ หมายเหตุ: นี่คือการคำนวณคานยื่นแบบง่าย การวิเคราะห์ความยืดหยุ่นของท่อจริงจำเป็นต้องพิจารณาการเชื่อมต่อสาขา การเปลี่ยนทิศทางหลายจุด ตำแหน่งการรองรับ และควรดำเนินการด้วยซอฟต์แวร์วิเคราะห์ความเค้นของท่อสำหรับระบบที่สำคัญ.
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.
ขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหน้านี้ได้รับการพัฒนาและทดสอบภาคสนามโดยทีมงาน Vibromera โดยใช้ Balanset-1A ซึ่งเป็นเครื่องบาลานซ์และเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบสองช่องสัญญาณชนิดพกพา สำหรับการบาลานซ์โรเตอร์หน้างาน
เครื่องมือวิเคราะห์และปรับสมดุลการสั่นสะเทือนภาคสนามระดับมืออาชีพ ใช้งานในกว่า 50 ประเทศ.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko เป็นวิศวกรวิเคราะห์การสั่นสะเทือน และเป็นผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Vibromera กว่า 15 ปีที่เขาถ่วงสมดุลเครื่องจักรหมุนในภาคสนามแทนที่จะทำบนแท่นทดสอบ ได้แก่ มุลเชอร์ พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องบด เครื่องหมุนเหวี่ยง เพลา และสปินเดิล งานนี้เองที่ทำให้เกิดเครื่องมือ Balanset — ออกแบบมาให้เป็นเครื่องมือที่ผู้เชี่ยวชาญสามารถถือไปยังเครื่องจักรและใช้งานได้ด้วยตัวคนเดียวหน้างาน ไม่ใช่อุปกรณ์สำหรับห้องปฏิบัติการ Vibromera ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และตั้งฐานอยู่ที่เมืองปอร์ตู ประเทศโปรตุเกส ตั้งแต่ปี 2023 การพัฒนา การประกอบ และการสนับสนุนผลิตภัณฑ์ตระกูล Balanset ทั้งหมดเกิดขึ้นที่นี่ เครื่องมือเรือธงคือ Balanset-1A เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาสำหรับการถ่วงสมดุลหนึ่งระนาบและสองระนาบ และสำหรับการวินิจฉัยการสั่นสะเทือน Nikolai มีส่วนร่วมด้วยตนเองในการสนับสนุนลูกค้า ในการแก้ไขงานถ่วงสมดุลที่ยาก และในการพัฒนาซอฟต์แวร์ เขาทำงานกับลูกค้าทั่วโลกในทุกภาษา