EN
Genişletici Kullanımı Sırasında Isıl Genleşme Boru Bütünlüğünü Nasıl Etkiler
Yaygın boru malzemelerinde (çelik, bakır, PVC) doğrusal ısıl genleşmenin fiziksel prensipleri
Boru malzemeleri, sıcaklık yükseldiğinde genellikle genişler ve sıcaklık düştüğünde daralır; bu durum ΔL = αLΔT denklemiyle tanımlanan temel bir ilkeye dayanır (yani uzunluktaki değişim, genleşme katsayısı ile orijinal uzunluğun ve sıcaklık değişiminin çarpımına eşittir). Ancak farklı malzemeler oldukça farklı davranışlar gösterir. Örneğin çelik, her inç boru için her Fahrenheit derece artışında yaklaşık 0,0000065 inç uzar. Bakır ise bu değerden çok da geride kalmaz: yaklaşık 0,0000090 inç/inç/°F’lik bir değer gösterir. PVC’ye gelince bu değer yaklaşık 0,00003 inç/inç/°F’ye çıkar; bu da PVC’nin çeliğe kıyasla neredeyse beş kat daha esnek olduğunu gösterir. Bunu bir örnek üzerinden değerlendirelim: 100 feet uzunluğunda bir çelik boru 150 °F ısıtıldığında yaklaşık 1,2 inç uzar. Aynı uzunluktaki bir PVC borusu benzer koşullarda 5,4 inç’ten fazla genişler. Bu farklar, farklı malzemelerin birleştiği noktalarda ciddi gerilim bölgelerine neden olur. Bu durum, özellikle genişleticilerin kullanıldığı işlemler sırasında yerel ısı birikimiyle bu hareketlerin artması nedeniyle daha da sorunlu hâle gelir. Oluşan kuvvetler bazen 20.000 pound’u aşabilir; bu da boru sistemleri tasarlayan mühendisler için küçümsenemeyecek kadar önemli bir değerdir.
Neden kontrolsüz genişleme, genişletici bölgelerin yakınında gerilime, hizalama hatasına ve bağlantı noktalarının arızalanmasına neden olur
Isıl hareket kısıtlandığında borular, sabitleme noktaları, flanşlar ve bağlantı noktaları üzerinde aşırı kuvvet uygular. Döngüsel ısıtma ve soğutmanın mekanik ve termal yükleri yoğunlaştırdığı genişletici bölgelerin yakınında üç ana arıza modu öne çıkar:
- Gerilme yoğunlaşması dirseklerde ve kaynaklarda, akma mukavemetini aşıyor
- Açısal Hizasızlık flanşların deformasyonu, conta patlamalarına yol açıyor
- Kampana bağlantısı ayrılması itme-tipi sistemlerde sızdırmazlığın kaybı, kaçaklara neden oluyor
Ponemon Enstitüsü'nün 2023 yılında yaptığı son bir çalışmaya göre, endüstriyel tesislerdeki boru arızalarının yaklaşık üçte ikisi aslında termal gerilim sorunlarının kötü yönetilmesine dayanmaktadır. Borular tekrarlayan ısıtma ve soğutma döngülerine maruz kaldığında bu durum daha hızlı yorulma gelişimine neden olur. Sorun, boruların ya çok sıkı bağlandığı ya da yeterince desteklenmediği bölgelerde daha da ağırlaşır. Örneğin, ince cidarlı borulara fazla sıkıştırma kuvveti uygulandığında burada burkulma meydana gelme eğilimi gösterir. Diğer yandan çekme kuvvetleri, PVC gibi gevrek malzemelerde çatlakların yayılmasına neden olabilir. Boru tesisatı yeterince desteklenmiyorsa bu gerilmeler yalnızca yerel kalmaz; bunlar doğrudan vanalar, pompalar ve çeşitli ölçüm cihazları gibi diğer ekipman bileşenlerine de iletilir. Bu durum, mühendislerin 'felaket boyutunda flanş arızaları' olarak tanımladığı ciddi riskler yaratır. Hatta standart derecelendirilmiş sistemler bile bu kontrolsüz kuvvetlere zaman içinde maruz kaldıklarında şaşırtıcı derecede düşük basınç seviyelerinde — örneğin yaklaşık 740 psi civarında — tamamen arıza gösterebilir.
Uygun Genleşme Elemanı Seçimi ve Kurulumu için En İyi Uygulamalar
Genleşme Elemanı Türünün ve Kuvvet Profilinin Boru Malzemesine ve Duvar Kalınlığına Uygunlaştırılması
Uygun bir genleştirici seçimi, uygulanan kuvvetin borunun mekanik olarak dayanabileceği düzeyle eşleştirilmesine bağlıdır. Çelik borular, bakır veya PVC malzemelere kıyasla çok daha yüksek çekme mukavemetine sahip olduğundan, daha büyük radyal genişleme kuvvetini kaldırabilirler. Ancak duvar kalınlığını da unutmayın; çünkü bu faktör tüm bu durumda çok büyük bir rol oynar. İnce cidarlı HVAC sistemleri veya daha hafif endüstriyel boru tesisatı uygulamaları için genellikle burkulma veya ovalleşme gibi sorunları önlemek amacıyla genişleme oranlarını düşük tutmamız gerekir. Malzemelerden bahsettiğimize göre, PVC, sıcaklık 40 Fahrenheit derecenin (yaklaşık 4 Santigrat derece) altına düştüğünde oldukça gevrek hâle gelir. PVC ile 800 psi üzerinde basınçlı hava ile çalışan genleştiriciler kullanmak, çatlakların malzeme boyunca yayılma olasılığını artırır. Bakır ise daha sünek bir yapıya sahip olduğu için mekanik genleştiriciler kullanıldığında hasar oluşmadan daha büyük yer değiştirmelere izin verir. Herhangi bir projede çalışırken şu üç unsuru birlikte kontrol etmeniz gerekir: kullanılan boru malzemesinin özel sınıfı, duvar kalınlığı (schedule) bilgileri ve üreticinin önerdiği tork değerleri. Bu durum, kaynak dikişleri civarında özellikle önem kazanır; çünkü kaynak işleminden kaynaklanan arta kalan gerilmeler, boruların basınç altında daha kolay deformasyona uğramasına neden olabilir.
Aşırı Genişlemeyi Önleme: ASME B31.1/B31.9’e Göre Güvenli Yer Değiştirme Sınırlarının Hesaplanması
Aşırı genişleme, basınçlı sistemlerde bağlantı arızalarının önde gelen nedeni olmaya devam etmektedir. ASME B31.1 (Güç Boru Tesisatı) ve B31.9 (Bina Hizmetleri Boru Tesisatı) standartları, malzeme, sıcaklık ve geometriye bağlı olarak izin verilen maksimum genişlemeyi tanımlar. Genişleticilerin bu sınırlara göre kalibre edilmesi, şekil değişimini elastik aralık içinde tutar ve kalıcı şekil değişimi veya mikroçatlak oluşumunu önler:
| Boru Malzemesi | Maks. İzin Verilen Genişleme (%) | Kritik Eşik (ΔL/L) |
|---|---|---|
| Schedule 40 Çelik | ±6% | 0,05 (300 °F/149 °C’de) |
| Tip L Bakır | ±9% | 0,07 (200 °F/93 °C’de) |
| PVC 80 | ±4% | 0,03 (120 °F/49 °C’de) |
Genişlemeden sonraki doğrulama esastır: lazer profilometrisi, iç çapın (ID) nominal değerden ±%0,5 içinde kalmasını onaylamalıdır. Bu eşik değerini aşan sapmalar, döngüsel termal yükler altında sızıntı riskini artırır.
Genişleticilerin Etrafındaki Boruları Korumak İçin Destek ve Sabitleme Stratejileri
Genişleticiden kaynaklanan hareketi emmek için ankrajların, kılavuzların ve kaymalı desteklerin stratejik yerleştirilmesi
İyi destek sistemleri, genleşme elemanlarının kullanılması sürecinin tamamında termal hareketi etkili bir şekilde yönetir; bunlar yalnızca pasif kısıtlamalar olarak değil, aynı zamanda kuvvetleri sistemin tamamına aktif olarak dağıtan unsurlar olarak işlev görür. Ankrajlar, basınç itme kuvvetini karşılar ve sabit noktalarda herhangi bir eksenel hareketi engeller. Kılavuzlar, ileri/geri harekete izin verirken yanal hareketi sınırlandırır. Kaymalı destekler ise düşük sürtünmeli yüzeyleri sayesinde beklenen yer değişimini karşılar; genellikle eklem ve genleşme bölgelerinden 4 ila 10 boru çapı uzaklıkta yerleştirilir. Bu üç bileşen, sahada mühendislerin karşılaştığı temel sorunları — kaynak noktalarında gerilme birikimi, hizalamadan çıkan eklemeler ve basınç altında yanal olarak burkulma eğilimi gösteren borular — oldukça etkili bir şekilde çözer.
Yerleştirme işleminin doğru yapılması, aralıklar için yaklaşık tahminlerle yetinmek yerine, ısısal genleşme oranlarına ve tüm sistemin nasıl düzenlendiğine dikkat etmeyi gerektirir. Birincil destekler, bileşenlerin kendi ağırlığıyla oluşan sarkmaları önlemek ve her şeyi hizaya getirmek amacıyla kullanılır. İkincil destekler ise titreşimleri azaltarak ve rahatsız edici rezonans frekanslarını kontrol altında tutarak işlevini yerine getirir. Sıkma donanımlarının içinde yer alan izolasyon astarları da önemli bir işlev görür: metal parçaların doğrudan birbirine sürtünmesini engeller; bu sayede eksen boyunca serbest hareket sağlanırken, ısısal genleşmeyle ortaya çıkan kuvvetler de kontrol altına alınmış olur. Kesinlikle hiçbir hareket kabul edilemeyecek sabit noktalarda — örneğin pompa girişleri veya valf flanşlarında — tümüyle sabitlenmiş, ayarlanamayan destekler kullanılır. Ancak bazen sahada ayarlamalar gerekebilir; bu nedenle üreticiler, genel performansı bozmadan ayarlanabilen versiyonlar üretir. Sektör deneyimi, bu unsurların tamamının doğru şekilde birlikte çalışması durumunda mekanik ve termal gerilmelerin tüm tesisat boyunca dağıldığını göstermektedir. Bu mühendislik yaklaşımı, ekipman ömrünü önemli ölçüde uzattığı kanıtlanmıştır; bakım kayıtları, zaman içinde yaklaşık %70’lik bir iyileşme göstermektedir.
SSS
Isıl genleşmenin boru sistemlerindeki önemi nedir?
Isıl genleşme, boru sistemlerinde kritik bir rol oynar; çünkü sıcaklık değişimleriyle birlikte boruların önemli ölçüde genişlemesine veya daralmasına neden olabilir ve bu da gerilim noktaları, hizalama bozuklukları ve potansiyel yapısal arızalara yol açabilir.
PVC, çelikten daha fazla ısısal genleşmeye neden olur; bunun nedeni nedir?
PVC’nin termal genleşme katsayısı çeliğe kıyasla daha yüksektir; bu nedenle aynı sıcaklık değişiminde PVC yaklaşık beş kat daha fazla genişler. Bu durum, özellikle yüksek sıcaklık koşullarında PVC’de daha belirgin genleşme etkilerine yol açabilir.
Borulardaki ısıl genleşme etkilerini azaltmak için kullanılan bazı yöntemler nelerdir?
Uygun genleşme kompanzatörlerinin seçilmesi, kompanzatör tipinin boru malzemesi ve cidar kalınlığına uygun şekilde belirlenmesi ile destek ve sabitleme sistemlerinin stratejik olarak yerleştirilmesi, ısıl genleşme etkilerini yönetmek ve azaltmak için temel yöntemlerdir.
Basınçlı sistemlerde aşırı genleşmeden nasıl kaçınılabilir?
ASME B31.1/B31.9 gibi yönergelere uyulması ve genleştiricilerin belirlenen malzeme ve sıcaklık sınırlarına göre kalibre edilmesiyle aşırı genişleme önlenebilir; bu da şekil değişimini elastik aralıkta tutmayı sağlar.
