EN
Kuidas soojuspaisumine mõjutab toru terviklikkust laiendaja kasutamisel
Lineaarse soojuspaisumise füüsika levinud torumaterjalides (teras, vaske, PVC)
Torumaterjalid laienevad üldiselt, kui temperatuur tõuseb, ja kokku tõmbuvad, kui temperatuur langeb, järgides põhimõtet, mida kirjeldatakse võrrandiga ΔL = αLΔT (mis tähendab põhimõtteliselt, et pikkuse muutus võrdub laienemiskoefitsiendiga, korrutatud algse pikkusega ja temperatuurimuutusega). Erinevad materjalid käituvad siiski väga erinevalt. Teras kasvab umbes 0,0000065 tolli iga tolli toru kohta iga Fahrenheiti kraadi kohta. Vask ei ole palju taga – umbes 0,0000090 tolli tolli kohta iga kraadi kohta. Kuid vaadeldes PVC-d, tõuseb see ligikaudu 0,00003 tolli tolli kohta iga kraadi kohta, tehes sellest peaaegu viis korda venivama kui teras. Selle paremaks mõistmiseks võtame näiteks 100 jalga pikkuse terastoru, mille temperatuur tõuseb 150 °F võrra: see pikeneb tegelikult ligikaudu 1,2 tolli võrra. Samasuguste tingimustes laieneb sama pikkune PVC-toru üle 5,4 tolli. Need erinevused tekitavad tõsiseid pingepunkte igal kohal, kus erinevad materjalid kokku puutuvad. See muutub eriti probleemseks operatsioonide ajal, kus kasutatakse laiendajaid, sest kohalik soojuskoondumine suurendab neid liikumisi veelgi. Tekkinud jõud võivad mõnikord ulatuda üle 20 000 naela, mis pole väike asi inseneride jaoks, kes projekteerivad torusüsteeme.
Miks kontrollimatu laienemine teeb pingeid, põhjustab valesti paigutust ja ühenduste katkemist laienemispiirkondade lähedal
Kui soojusliikumine on piiratud, avaldavad torud äärmiselt suurt jõudu kinnitustele, liitmikutele ja ühendustele. Laienenud osade lähedal — kus tsüklilised soojenemised ja jahtumised keskenduvad mehaanilistele ja soojuslikule koormusele — esinevad kolm peamist katkemisviisi:
- Pingekontsentratsioon pöördekohtades ja keevitusühtestes, ületades plastse piiri
- Nurkne valesti paigutus liitmike puhul, mis viib tihendite purunemiseni
- Kellajoonise ühenduse eraldumine tõmbaühendustes, põhjustades lekkeid
Värske 2023. aasta Ponemon Institute'i uuringu kohaselt põhjustab umbes kahe kolmandiku kogu tööstuslikus seadmes toimuvatest torudefektidest tegelikult halb soojuspingete haldamine. Kui torud läbivad korduvalt soojenemise ja jahutumise tsükleid, kiirendab see väsimuse arengut. Probleem muutub tõsisemaks piirkondades, kus torud on kas liiga tugevalt kinnitatud või ei ole piisavalt toetatud. Näiteks põhjustab liialine survejõud õhukestesse torudesse nende paindumise. Teisalt võivad tõmbefaktorid põhjustada pragude levimist kõvadesse materjalidesse, nagu PVC. Kui torustik pole piisavalt toetatud, ei jää need pinged mitte kohalikuks, vaid levivad otse teiste seadmeosade, näiteks ventiilide, pumpade ja erinevate mõõteriistade kaudu. See teeb inseneride jaoks ohtlikuks nii-öelda katastrooflikud flantsidefektid. Isegi standardsete klassifitseerimisega süsteemid võivad nendele kontrollimatutele jõududele pikema aja jooksul mõjutatuna täielikult läbi murda üllatavalt madalatel rõhutasetel umbes 740 psi juures.
Paigaldamiseks sobiva ekspanderi valik ja parimad tavapraksed
Ekspanderi tüübi ja jõuprofiili sobitamine toru materjaliga ja seina paksusega
Sobiva laiendusseadme valimine tähendab tegelikult seda, et tuleb sobitada rakendatav jõud toru mehaanilise vastupidamisvõimega. Terastorud on palju tugevamad tõmbetugevuselt kui vasestorud või PVC-torud, mistõttu suudavad nad taluda suuremat radiaalset laiendusjõudu. Kuid ära unusta ka seinapaksust, sest see mängib selles kogu protsessis väga olulist rolli. Nende õhukese seinaga HVAC-süsteemide või kergemate tööstusliku torustuse rakenduste puhul tuleb laiendusmäärad hoida üldiselt madalal, et vältida probleeme, nagu paindumine või ellipskujulisus. Materjalide kohta öeldes muutub PVC külmunudks, kui temperatuur langeb alla 40 °F (umbes 4 °C). PVC-ga pneumaatiliste laiendusseadmete kasutamine üle 800 psi suurendab tegelikult materjalis pragude leviku tõenäosust. Vaske aga käitub teisiti, sest see on plastsem ja võimaldab mehaaniliste laiendusseadmete kasutamisel suuremat nihe üle kandmist ilma kahjustuseta. Igas projektis tuleb kindlasti kontrollida mitut asja korraga: kasutatava torumaterjali täpset sorti, selle seinapaksuse andmeid (wall schedule) ning tootja soovitusi pöördemomendi suhtes. See on eriti oluline keevitusliitmete ümbruses, kus keevitusjärel jäänud pinged võivad põhjustada torude deformatsiooni rõhu all.
Ülelaienemise vältimine: turvaliste nihepiiride arvutamine vastavalt ASME B31.1/B31.9
Ülelaienemine jääb edasi üheks põhjuseks liitumiskohtade katkemisele rõhuga töötavates süsteemides. ASME B31.1 (energeetikatööstuse torustik) ja B31.9 (hoonete teenindustorustik) määravad maksimaalse lubatava laienemise materjali, temperatuuri ja geomeetria põhjal. Laienenud osade kalibreerimine nende piiride järgi tagab, et deformatsioon jääb elastse piirkonda ning vältitakse püsivat deformatsiooni või mikropragusi:
| Tööriista materjal | Maks. lubatav laienemine (%) | Kriitiline läve (ΔL/L) |
|---|---|---|
| Schedule 40 teras | ±6% | 0,05 (300 °F/149 °C juures) |
| Tüüp L vaske | ±9% | 0,07 (200 °F/93 °C juures) |
| PVC 80 | ±4% | 0,03 (120 °F/49 °C juures) |
Postlaienemise kontroll on oluline: laserprofilomeetria peab kinnitama, et siseläbimõõt (ID) jääb nimimõõdust ±0,5% piiresse. Sellest piirist suuremad kõrvalekalded suurendavad õhutiheduse kaotamise ohtu tsükliliste soojuskoormuste all.
Toetus- ja kinnitustrategiad torude kaitseks laienemispaigaldiste ümber
Ankurite, juhitud ja liugtoetuste strateegiline paigutus, et neeldida laienemispaigaldiste tekitatud liikumine
Hea toetussüsteem suudab tegelikult kogu laiendajate kasutamise protsessi vältel käsitleda soojuslikku liikumist, mitte lihtsalt passiivselt takistada, vaid pigem aktiivselt jaotada jõud süsteemi üle. Ankerdused võtavad vastu rõhujõu ja peatavad teljelise liikumise nendes fikseeritud punktides. Juhtid piiravad külgsuunalist liikumist, samas kui lubavad siiski mõnda edasi-tagasi liikumist. Liugtoed on ette nähtud oodatava nihega toimetulekuks nende väikese hõõrdumisega pinnade abil, tavaliselt paigutatakse need 4–10 toru läbimõõtu kaugusele liitumiskohtadest ja laienemispiirkondadest. Need kolm komponenti töötavad koos üsna hästi, et lahendada inseneridele kohapeal esinevaid peamisi probleeme: pingete kogunemine keevituskohtades, liitumiskohad, mis lähevad joonest välja, ning torud, mis rõhu all kõverduvad külgsuunas.
Paigutuse õige määramiseks tuleb arvesse võtta mitte ainult soojuspaisumise kiirust, vaid ka kogu süsteemi paigutust, mitte piirdudes lihtsate ruumalaarvutustega. Esmane toetus on mõeldud selleks, et takistada komponentide massi tõttu tekkinud läbipaindumist ja säilitada kogu süsteemi joondus. Teisene toetus aitab vähendada vibratsioone ning hoida kontrolli all need tüütud resonantsagedused. Isolatsioonikihid kinnitusvarustuses täidavad samuti olulist funktsiooni: nad takistavad metallkomponentide otseseid kokkupuuteid, mis võimaldab komponentidel vabalt liikuda telje suunas, samas kui soojuspaisumisest tekkivad jõud jäävad siiski kontrolli alla. Kinnituspunktides, kus liikumine on täiesti keelatud (nt pumpade sisendid või ventiilide flantsid), kasutatakse reguleerimatuid toetusi, mis kinnitavad kõik tugevalt paigale. Mõnikord on aga paigalduskohtadel reguleerimine vajalik, mistõttu toodavad tootjad versioone, mida saab kohandada ilma üldise töökindluse kahjustamiseta. Tööstuslik kogemus näitab, et kui kõik need elemendid töötavad koos õigesti, levivad mehaanilised ja soojuspinged üle kogu seadistuse. Seda insenerilähenemist on tõestatud pikendavat seadmete eluiga oluliselt, kus hoolduslogid näitavad aeglaselt paranevat tulemust umbes 70% võrra.
KKK-d
Mis on soojuspaisumise tähtsus torusüsteemides?
Soojuspaisumine mängib torusüsteemides olulist rolli, kuna temperatuurimuutustega võivad torud oluliselt paisuda või kokku tõmmata, mis põhjustab pingepunkte, valejoondumist ja potentsiaalseid konstruktsioonikahjustusi.
Miks on PVC soojuspaisumisele tundlikum kui teras?
PVC soojuspaisumise koefitsient on kõrgem kui terasel, mistõttu paisub see sama temperatuurimuutuse korral peaaegu viis korda rohkem. See võib põhjustada PVC-s olulisemaid paisumise efekte, eriti kõrgematel temperatuuridel.
Millised on soojuspaisumise mõju leevendamise meetodid torudes?
Sobiva paisumiskompensatori valik, paisumiskompensatori tüübi sobitamine toru materjaliga ja seina paksusega ning toetussüsteemide ja kinnitussüsteemide strateegiline paigaldamine on olulised meetodid soojuspaisumise mõju haldamiseks ja leevendamiseks.
Kuidas vältida ülepaisumist rõhuga töötavates süsteemides?
Järgides juhiseid, nagu ASME B31.1/B31.9, ja kalibreerides laiendajaid määratud materjali- ja temperatuuripiiride järgi, saab ülelaienemise vältida ning tagada, et deformatsioon jääks elastse piirkonna piiresse.
