EN
Ինչպես է ջերմային ընդլայնումը ազդում խողովակների ամբողջականության վրա ընդլայնիչի օգտագործման ժամանակ
Գծային ջերմային ընդլայնման ֆիզիկան տարածված խողովակավորման նյութերում (պողպատ, պղինձ, PVC)
Շղթայավորման նյութերը բոլորը սովորաբար ընդարձակվում են ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում և սեղմվում՝ ջերմաստիճանի իջեցման դեպքում, ինչը հետևում է հիմնարար սկզբունքին, որը նկարագրվում է ΔL = αLΔT հավասարմամբ (այսինքն՝ երկարության փոփոխությունը հավասար է ընդարձակման գործակցի, սկզբնական երկարության և ջերմաստիճանի փոփոխության արտադրյալին): Սակայն տարբեր նյութերը տարբեր կերպ են վարվում: Յուրաքանչյուր դյույմ երկարությամբ պողպատե խողովակը ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր Ֆարենհեյթի բարձրացման դեպքում մոտավորապես 0,0000065 դյույմով երկարում է: Պղինձը շատ հեռու չէ՝ մոտավորապես 0,0000090 դյույմ յուրաքանչյուր դյույմի համար յուրաքանչյուր Ֆարենհեյթի համար: Բայց դիտեք ՊՎԿ-ն՝ այն մոտավորապես 0,00003 դյույմ է յուրաքանչյուր դյույմի համար յուրաքանչյուր Ֆարենհեյթի համար, այսինքն՝ մոտավորապես հինգ անգամ ավելի ճկուն է, քան պողպատը: Դա պատկերավորելու համար պատկերացրեք 100 ոտնաչափ երկարությամբ պողպատե խողովակ, որը տաքանում է 150 Ֆարենհեյթով. Այն իրականում մոտավորապես 1,2 դյույմով կերկարի: Նույն երկարությամբ ՊՎԿ խողովակը նույն պայմաններում կընդարձակվի 5,4 դյույմից ավելի: Այս տարբերությունները լուրջ լարվածության կետեր են ստեղծում այնտեղ, որտեղ տարբեր նյութերը միանում են: Դա հատկապես խնդրահարույց է դառնում ընդարձակիչների օգտագործման ժամանակ, քանի որ տեղական տաքացումը այս շարժումները մեծացնում է: Այդ արդյունքում առաջացած ուժերը երբեմն կարող են հասնել 20 000 ֆունտից ավելի մեծ մակարդակի, ինչը ինժեներների համար, ովքեր նախագծում են շղթայավորման համակարգեր, անվանական չէ:
Ինչու անվերահսկելի ընդլայնումը ստեղծում է լարվածություն, թեքում և միացման տարրերի ձախողում ընդլայնիչների գոտիների մոտ
Երբ ջերմային շարժումը սահմանափակված է, խողովակները մեծ ուժ են գործադրում ամրացման կետերի, ճապաղների և միացման տարրերի վրա: Ընդլայնիչների մոտ՝ որտեղ ցիկլային տաքացումն ու սառեցումը կենտրոնացնում են մեխանիկական և ջերմային բեռնվածությունը, գերակշռում են երեք ձախողման տեսակներ.
- Լարվածության կենտրոնացում թեքումների և եռակցման միացման տեղերում՝ գերազանցելով հոսքի սահմանը
- Անկյունային չհամընկնում ճապաղների՝ որի արդյունքում առաջանում են սեղմանի տակ գտնվող ամրացման օղակների վնասվածքներ
- Զանգակաձև միացման տարրերի անջատում ճնշմամբ միացվող համակարգերում՝ առաջացնելով հետազոտվող հեղուկի արտահոսք
Ըստ 2023 թվականի Ponemon Institute-ի վերջերս կատարված ուսումնասիրության՝ արդյունաբերական համալիրներում բոլոր խողովակների վթարումների մոտ երկու երրորդը իրականում պայմանավորված է ջերմային լարվածության խնդիրների անբավարար կառավարմամբ: Երբ խողովակները ենթարկվում են մեկը մյուսի հետևանքով տաքացման ու սառեցման կրկնվող ցիկլերի, դա արագացնում է մաշվածության զարգացումը: Խնդիրը վատթարվում է այն տեղամասերում, որտեղ խողովակները կամ չափից շատ ամրացված են, կամ բավարար չափով չեն աջակցվում: Օրինակ՝ երբ բարակ պատերով խողովակների վրա ազդում է չափից շատ սեղմման ուժ, դրանք սովորաբար ճկվում են: Իսկ հակառակ դեպքում՝ ձգման ուժերը կարող են նպաստել ճաքերի տարածմանը մետաղական չեզոք նյութերում, ինչպես օրինակ՝ PVC-ում: Եթե խողովակաշարը բավարար չափով չի աջակցվում, այդ լարվածությունները չեն մնում տեղային: Դրանք անցնում են այլ սարքավորումների բաղադրիչների՝ արտահանման փականների, պոմպերի և տարբեր սարքերի միջով: Սա ստեղծում է լուրջ ռիսկեր ինժեներների կողմից «կատաստրոֆիկ ֆլանցային վթարումներ» անվանվող երևույթի համար: Նույնիսկ ստանդարտ դասակարգված համակարգերը կարող են ամբողջովին վթարվել համեմատաբար ցածր ճնշման մակարդակներում՝ մոտ 740 psi, երբ երկար ժամանակ ենթարկվում են այդ անվերահսկելի ուժերի:
Ճշգրիտ ընդլայնիչի ընտրություն և տեղադրման լավագույն պրակտիկաներ
Ընդլայնիչի տեսակի և ուժի պրոֆիլի համապատասխանեցումը խողովակի նյութին և պատի հաստությանը
Ընտրելով համապատասխան ընդարձակիչ, հիմնականում պետք է համապատասխանեցնել նրա կողմից կիրառվող ուժը և խողովակի մեխանիկական դիմացկունությունը: Ստալե խողովակները շատ ավելի բարձր ձգվածության դիմադրություն ունեն, քան պղնձե կամ PVC նյութերը, հետևաբար կարող են դիմանալ ավելի մեծ շառավղային ընդարձակման ուժի: Սակայն մի մոռացեք նաև պատի հաստության մասին, քանի որ դա նույնպես մեծ դեր է խաղում այս ամենում: Այն բարակ պատերով օդա conditioning համակարգերի կամ թեթև արդյունաբերական խողովակաշարերի համար սովորաբար անհրաժեշտ է պահպանել փոքր ընդարձակման հարաբերություն՝ խուսափելու համար ճկվելու կամ ձվաձևացման խնդիրներից: Նյութերի մասին խոսելիս՝ PVC-ն շատ փխրուն է դառնում, երբ ջերմաստիճանը իջնում է 40 Ֆարենհեյտից ցածր (մոտավորապես 4 °C): PVC-ի հետ 800 psi-ից ավելի ճնշման տակ օգտագործել մեխանիկական ընդարձակիչները իրականում մեծացնում է ճաքերի տարածման հավանականությունը նյութի մեջ: Պղինձը այլ կերպ է վարվում, քանի որ այն ավելի պլաստիկ է և թույլ է տալիս մեխանիկական ընդարձակիչների օգտագործման ժամանակ ավելի մեծ տեղաշարժ՝ առանց վնասի: Ցանկացած նախագծի վրա աշխատելիս համոզվեք, որ միաժամանակ ստուգել եք մի քանի բան. օգտագործվող խողովակի նյութի հատուկ տեսակը, նրա պատի հաստության մասին մանրամասները և արտադրողի առաջարկած պտտման մոմենտի սահմանափակումները: Դա հատկապես կարևոր է երբ աշխատում եք եռացված միացումների շուրջ, քանի որ եռացման ընթացքում մնացած լարվածությունները կարող են խողովակները ավելի հեշտությամբ դեֆորմացնել ճնշման տակ:
Ավելցուկային ընդլայնման խուսափում. Անվտանգ տեղաշարժման սահմանների հաշվարկը՝ հիմնված ASME B31.1/B31.9 ստանդարտների վրա
Ավելցուկային ընդլայնումը մնում է ճնշված համակարգերում միացման տարրերի ձախողման առաջատար պատճառը: ASME B31.1 (Էներգետիկ մայրուղիներ) և B31.9 (Շենքերի սպասարկման մայրուղիներ) ստանդարտները սահմանում են նյութի, ջերմաստիճանի և երկրաչափական պայմանների վրա հիմնված առավելագույն թույլատրելի ընդլայնումը: Ընդլայնիչների կարգավորումը այս սահմանների սահմաններում ապահովում է, որ ձևափոխությունը մնա էլաստիկ շրջանում և խուսափի մշտական ձևափոխման կամ միկրոճեղքերի առաջացումից.
| Տուբի նյութ | Առավելագույն թույլատրելի ընդլայնում (%) | Կրիտիկական սահման (ΔL/L) |
|---|---|---|
| Պողպատ, Շեդյուլ 40 | ±6% | 0.05 (300°F/149°C-ում) |
| Պղինձ, Տիպ L | ±9% | 0.07 (200°F/93°C-ում) |
| PVC 80 | ±4% | 0.03 (120°F/49°C-ում) |
Հետ-ընդլայնման ստուգումը անհրաժեշտ է. Լազերային պրոֆիլոմետրիան պետք է հաստատի, որ ներքին տրամագիծը (ID) մնում է նոմինալ արժեքից ±0,5 % սահմաններում: Այս սահմանային արժեքից շեղումները մեծացնում են հետագա ցիկլային ջերմային բեռնվածության պայմաններում հերմետիկության կորստի ռիսկը:
Միջոցներ և ամրացման ռազմավարություններ՝ ընդլայնիչների շուրջ գտնվող խողովակների պաշտպանության համար
Ամրացման սարքերի, ուղեցույցների և սահող ամրակների ռազմավարական տեղադրում՝ ընդլայնիչների կողմից առաջացված շարժումները կլանելու համար
Լավ սպառողական համակարգերը իրականում կարողանում են կառավարել ջերմային շարժումը ընդհանուր առմամբ՝ օգտագործելով ընդարձակիչները, ոչ միայն որպես պասիվ սահմանափակող միջոցներ, այլև ակտիվորեն բաշխելով ուժերը ամբողջ համակարգով: Ամրացման կետերը վերցնում են ճնշման ուժը և կանգնեցնում են այդ ֆիքսված կետերում առանցքային շարժումը: Ուղեցույցները սահմանափակում են կողային շարժումը՝ միաժամանակ թույլ տալով որոշակի առաջային/հետադարձ շարժում: Սահող սահմանափակիչները նախատեսված են սպասվող տեղաշարժերը կառավարելու համար՝ օգտագործելով իրենց ցածր շփման մակերևույթները, սովորաբար տեղադրված են միացման կետերից և ընդարձակման տեղամասերից 4–10 խողովակի տրամագծի հեռավորության վրա: Այս երեք բաղադրիչները համատեղ բավականին լավ են աշխատում՝ լուծելով ինժեներների կողմից վայրում հաճախ հանդիպող հիմնական խնդիրները՝ կապման կետերում լարվածության կուտակումը, միացման կետերի դիրքից շեղվելը և ճնշման տակ կողային ճկվելը:
Ճշգրտ տեղադրումը ստանալու համար անհրաժեշտ է դիտարկել ջերմային ընդլայնման արագությունները՝ միաժամանակ հաշվի առնելով ամբողջ համակարգի դասավորությունը, իսկ ոչ թե հենվել միջանկյալ հեռավորությունների մոտավոր գնահատականների վրա: Գլխավոր սպառնալիքները նախատեսված են այն դեպքում, երբ անհրաժեշտ է կանխել կառուցվածքի ճկումը և պահպանել բոլոր մասերի ճշգրտ դասավորությունը՝ հաշվի առնելով ինքնին բաղադրիչների քաշը: Երկրորդային սպառնալիքները իրենց դերն են կատարում՝ նվազեցնելով թարթումները և վերահսկելով այն խանգարիչ ռեզոնանսային հաճախականությունները: Ամրացման սարքավորումների ներսում գտնվող իզոլյացիոն շերտերը նույնպես ունեն իրենց կոնկրետ նշանակություն՝ դրանք կանխում են մետաղական մասերի ուղղակի շփումը միմյանց հետ, ինչը թույլ է տալիս մասերին ազատ շարժվել առանցքի երկայնքով՝ միաժամանակ վերահսկելով ընդլայնման ժամանակ առաջացող ուժերը: Այն կետերում, որտեղ ամենևին թույլատրելի չէ շարժում (օրինակ՝ պոմպի մուտքը կամ փականի պտտվող մասերը), օգտագործվում են չկարգավորվող սպառնալիքներ, որոնք ամրացնում են ամեն ինչ ամուր: Սակայն երբեմն անհրաժեշտ է կատարել ճշգրտումներ տեղում, և այդ պատճառով արտադրողները ստեղծում են այնպիսի տարբերակներ, որոնք կարելի է ճշգրտել՝ չվնասելով ընդհանուր արդյունավետությունը: Արդյունաբերության փորձը ցույց է տալիս, որ երբ բոլոր այս տարրերը ճիշտ են աշխատում միասին, մեխանիկական և ջերմային լարվածությունները հավասարաչափ բաշխվում են ամբողջ համակարգի վրա: Նման ճարտարագիտական մոտեցումը ապացուցված է սարքավորումների ծառայության ժամանակի կտրուկ երկարացման մեջ, իսկ սպասարկման մատյանները ցույց են տալիս մոտ 70 % բարելավում ժամանակի ընթացքում:
Frequently Asked Questions - Հաճ📐
Ինչ է ջերմային ընդլայնման նշանակությունը խողովակավորման համակարգերում?
Ջերմային ընդլայնումը կարևոր դեր է խաղում խողովակավորման համակարգերում, քանի որ այն կարող է առաջացնել խողովակների զգալի ընդլայնում կամ սեղմում՝ կախված ջերմաստիճանի փոփոխությունից, ինչը հանգեցնում է լարվածության կետերի, չհամապատասխանության և հնարավոր կառուցվածքային վթարումների:
Ինչու՞ է PVC-ն ավելի խոցելի ջերմային ընդլայնման նկատմամբ, քան պողպատը:
PVC-ի ջերմային ընդլայնման գործակիցը բարձր է պողպատի համեմատ, որի պատճառով նույն ջերմաստիճանի փոփոխության դեպքում այն ընդլայնվում է մոտավորապես հինգ անգամ ավելի շատ: Սա կարող է հանգեցնել ավելի ուժեղ ընդլայնման ազդեցությունների PVC-ի դեպքում, հատկապես բարձր ջերմաստիճանների պայմաններում:
Ինչ են ջերմային ընդլայնման ազդեցությունների թուլացման մեթոդները խողովակներում:
Ճիշտ ընդլայնիչի ընտրությունը, ընդլայնիչի տեսակի համապատասխանեցումը խողովակի նյութին և պատի հաստությանը, ինչպես նաև սպասարկման և ամրացման համակարգերի ռազմավարական տեղադրումը հիմնական մեթոդներն են ջերմային ընդլայնման ազդեցությունների կառավարման և թուլացման համար:
Ինչպե՞ս կարելի է խուսափել ճնշված համակարգերում ավելցուկային ընդլայնումից:
Այն կարելի է խուսափել չափազանց ընդլայնման հետևանքներից՝ հետևելով ASME B31.1/B31.9 ստանդարտներին և կարգավորելով ընդլայնիչները սահմանված նյութական և ջերմաստիճանային սահմանների համաձայն, ինչը ապահովում է դեֆորմացիայի մնալը սահմանային սահուն շրջանում:
