рекомендации по выбору и монтажу

Температурное расширение полипропиленовых труб

Температурное расширение полипропиленовых труб

Полипропиленовые трубы, по сравнению с металлическими, меняют свою длину при колебаниях температуры. Это колебание длины следует учитывать при проектировании трубопровода, особенно если используются неармированные трубы в системах горячего водоснабжения и отопления.

Изменение длины трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле ΔL=ΔLΔt, где ΔL –изменение длины трубы, мм; Δ –коэффициент линейного расширения трубы; L – длина расчетного участка, м; Δt – расчетная разность температур, °С.

Для неармированных труб коэффициент линейного расширения составляет 0,15 мм/м°С, для армированных – 0,03 мм/м°С.

Величину температурного удлинения труб можно определять также по схеме ниже.

Схема температурного удлинения неармированных труб

Пример: T1 = 20 °С, t2 = 75 °С, L = 6,5. По формуле ΔL=ΔLΔt получаем что, ΔL = 0,15 х 6,5 х (75 — 20) = 55 мм, Δt = 75 — 20 = 55 °С. По номограмме ΔL = 55 мм 

Расстояние между опорами при горизонтальной прокладке трубоппровода определяется по таблице:

Для компенсации линейного удлинения в неармированных трубах используют Г, П, и петлеобразные компенсаторы. Подробнее про компенсаторы можно прочесть далее.

Про компенсаторы здесь…

vodoprovod76.narod.ru

Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном для отопления: выбор и монтаж

Трубы полипропиленовые армированные стекловолокном

В последний десяток лет применение полипропилена в отоплении стало наиболее популярным способом монтажа водяных систем. И неудивительно, ведь удобство, быстрота проведения работ, а главное, — низкая стоимость материалов и работ поставили трубы ППР вне всякой конкуренции. Кроме того, здесь устранено самое слабое место систем из металлопластика – металлические фитинги, которые отличаются приличной ценой, а при эксплуатации подводят чаще всего. Пластиковые фитинги и полипропиленовые трубы для отопления после сборки становятся единым целым, служат надежно и долговечно.

Виды труб ППР

Трубопроводы из этой пластмассы появились в Европе еще в 80-е годы, изначально они применялись только для прокладки трубопроводов для холодной воды. На горячее водоснабжение и отопление пластиковая труба не годится, и вовсе не оттого, что расплавится от высокой температуры.

Дело в том, то линейное тепловое расширение данного материала достаточно велико, например, простая ППР труба диаметром 20 мм при перепаде температур 50ºС на каждых 10 м длины прибавит еще 65 мм. Это очень много, компенсировать такое удлинение невозможно никакими методами.

Поэтому позже были изобретены полипропиленовые армированные трубы для отопления и ГВС, чьи показатели теплового расширения значительно ниже. Значения линейного удлинения труб из металла, различных пластмасс и с армировкой представлены в таблице.

Уменьшение теплового расширения достигнуто благодаря введению в тело пластмассовой трубы армировки из тонколистового алюминия или стекловолокна. Эти материалы имеют более низкий коэффициент расширения и сдерживают увеличение размера пластика. Соответственно, можно разделить типы полипропиленовых труб на группы:

• обычная цельнополимерная труба, применяемая для холодного водоснабжения;
• трубы ППР для ГВС и отопления, стабилизированные алюминием;
• полипропиленовая труба, армированная стекловолокном, также применяемая для горячей воды температурой до 100ºС;
• новинка: используемые для тех же целей трубы, армированные базальтовым волокном.

Примечание: армированный полипропилен имеет маркировку «STABI», оттого в народе его прозвали «штабированным».

Все эти изделия пришли к нам из Европы несколько позже, но уже прочно завоевали рынок. Особенно популярны продукты с алюминиевой вставкой.

Спустя некоторое время в качестве армирующего слоя стали применять такой материал, как стекловолокно, чей коэффициент расширения немного больше, нежели у алюминия. Вы спросите: а какой смысл в таком нововведении, если есть изделия STABI, чья надежность проверена годами? Ответ прост: удешевление материала и упрощение пайки стыков.

Труба из стекловолокна

Особого внимания заслуживают чешские полипропиленовые трубы бренда EKOPLASTIK, где в качестве армирования из стекловолокна применено базальтовое волокно. Этот материал практически не расширяется при нагреве и введен в тело трубы по новейшей технологии — в сплаве с пластмассой. Результат впечатляющий, — по сравнению с цельнополимерным продуктом изделие с базальтовым волокном при нагреве удлиняется в три раза меньше.

Рекомендации по выбору

Современный рынок насыщен полимерными изделиями различных производителей. Условно их можно разделить на «наших», турецких и европейских. В таком же порядке растет качественное исполнение и цена на полипропиленовые трубы, хотя в последнее время некоторые российские предприятия выпускают трубопроводы, не уступающие по качеству турецким. Поэтому здесь каждый должен решить для себя сам, продуктами какой фирмы ему пользоваться. Что же до стоимости разных типов труб, то самые доступные для прокладки отопления – это с армированием из стекловолокна. Дороже всех – изделия с базальтовой вставкой.

Следует отметить, что не всегда стоит стремиться к дешевизне. Если ваша армированная труба прокладывается в открытом взгляду, доступном месте, то есть смысл сэкономить на стоимости материала. Это касается обычных систем отопления и горячего водоснабжения, монтируемых открытым способом внутри помещений.

Другое дело, когда стояки уходят в подвал или на чердак, а то и вовсе закладываются внутрь цементной стяжки. В таком случае заводской брак или недоработки монтажников устранить будет очень сложно, не говоря уже о последствиях. Поэтому для прокладки в недоступных местах или закрытом пространстве лучше применить качественные трубы из полипропилена для отопления с армирующим слоем из алюминия.

Для устройства теплых полов, чья стоимость и ответственность выполнения работ значительна, лучше взять трубы со слоем базальтового волокна. Чешский производитель EKOPLASTIK декларирует срок их службы до 50 лет.

Прежде чем покупать выбранный материал, обратите внимание на технические характеристики полипропиленовых труб, особенно если бренд производителя вам незнаком. Имеют значение 3 параметра: пропускная способность, выражаемая диаметром трубы, максимальная рабочая температура и давление.

Первый параметр определяется заблаговременно, это отдельная тема для разговора. Но следует понимать, что вода течет внутри трубы, а не снаружи, оттого изначально надо определить необходимый внутренний диаметр. На изделии же указывается наружный размер и толщина стенки. Самые распространенные диаметры полипропиленовых труб – это 20, 25, 32, 40 мм, хотя тот же EKOPLASTIK предлагает линейку размеров до 110 мм включительно.

Важно! Заблаговременно узнайте рабочую температуру и давление в ваших сетях и подбирайте трубы по ним. Ориентируйтесь на то, что высокая температура бывает в отопительных системах, а давление – в сети ГВС.

Несколько слов о цвете трубопроводов, мы знаем белый и серый. В действительности качество исполнения и срок службы не зависят от цвета, на это не стоит обращать особое внимание, хотя белый – конечно же, красивее.

Немного о монтаже

Процедура настолько проста, что отопление из полипропилена не паял, наверное, только ленивый. Для выполнения работ нужны следующие инструменты и приспособления:

• специальный паяльник с набором насадок под разные диаметры;
• ножницы для правильной обрезки трубы;
• приспособление, которым зачищают армирующий слой из алюминия, когда монтируются «штабированные» трубы;
• матерчатые перчатки.

Совет. Не следует игнорировать матерчатые перчатки, особенно новичкам. Температура паяльника достигает 300 ºС, а поверхности нагрева достаточно обширны. Лучше защитить руки, чтобы не получить ожогов.

Паяльник для соединения полипропиленовых труб

Монтаж выполняется в такой последовательности: сначала производится разметка и отрезка ножницами участков труб требуемой длины и раскладка их в соответствии со схемой. Перед включением к паяльнику прикрепляют насадку соответствующего диаметра либо сразу несколько насадок. Поскольку для соединения полипропиленовых труб необходимо пользоваться паяльником, разогретым до температуры не ниже 260 ºС, то его лучше включить и настроить заранее. Погасший светодиод на приборе покажет, что он готов к работе.

Места соединения на трубе и фитинге надо обязательно очистить от пыли и грязи, это очень важно. При наличии армирующего слоя из алюминия его придется снять с помощью специального приспособления для зачистки на длину стыка. Так как сварка полипропиленовых труб армированных стекловолокном или базальтом не требует зачистки, то их достаточно просто протереть от пыли.

Следующий этап – разогрев деталей, для чего трубу и фитинг одевают с двух сторон на насадку и выдерживают определенное время, зависящее от диаметра изделий. Для размера 20 мм это время 6 сек, 25 мм – 7 сек, 32 мм – 8 сек и 40 мм – 12 сек. Передерживать нельзя, иначе пластик «потечет» при стыковке и закроет половину проходного сечения. Затем детали снимают с насадки и осуществляют соединение полипропиленовых труб, продержав стык руками секунд 5—10.

Важно! При снятии деталей с насадки паяльника и последующей стыковке не допускается их вращать вокруг своей оси.

Подробности процесса пайки труб можно посмотреть на видео.

Заключение

На практике выбор и монтаж полипропиленовых труб осуществить достаточно просто, тут главное, — четко определить параметры для правильного подбора материалов. Перед пайкой же не помешает немного потренироваться на коротких отрезках труб, сделав несколько пробных соединений с фитингами.

cotlix.com

Температурные изменения полипропиленовых труб — может ли летом труба стать длиннее? | ImhoDom.Ru

Проблема:  На стояке отопления армированная полипропиленовая труба. При охлаждении (после отключения отопления) она стала длиннее! Определяется это потому что труба вышла из креплений на стене, а в период включенного отопления (труба нагрета) она укорачивается и обратно прижимается к креплению. Пожалуйста, объясните в чём может быть причина и насколько это опасно. Следов перемещения  трубы в перекрытиях нет.

Разбор:

  В 99% случаях разрушение полипропиленовых трубопроводов происходит из-за неграмотного монтажа.  Обычные полипропиленовые трубы способны удлиняться на 0,15 мм при повышении температуры всего на один градус. Например, если монтаж трубопровода происходил при 20С, то при эксплуатации в нормальном рабочем диапазоне, при 60С, каждый погонный метр удлинится на 6 мм. Поэтому при монтаже всегда необходимо предусматривать меры по компенсации расширений. И ни в коем случае не замуровывать трубы жёстко в стены или перекрытия.  Армированные стекловолокном полипропиленовые трубы имеют много меньший коэффициент температурного расширения (0,035) и не требуют устройства специальных компенсаторов. Однако и они не могут быть жёстко замурованы в стену. Внутренние напряжения многократно опаснее рабочих перегрузок.  Таким образом, если бы труба вылетала из креплений при нагреве, мы бы имели классический случай температурного удлинения. Но в нашем случае, наоборот, труба выходит из креплений при остывании. Что можно сказать с почти 100% уверенностью, причину нужно искать в монтаже.  Вариант может быть такой. При сборке трубопровода, либо последующих работах произошёл изгиб, либо защемление трубы. При нагреве она становится более пластичной и этот дефект не заметен. При остывании труба, тем более, если она армированная, приобретает большую жёсткость и стремится принять естественное для своего состояния положение, вылетая из креплений.    Рабочая температура воды для пропиленовых труб составляет 60-75С для горячей воды и порядка 20С для холодной. Нагрев до 90-95С они способны держать только «залпово», кратковременно. Существуют специальные марки полипропиленовых труб, способные кратковременно выдерживать нагрев теплоносителя до 110С. Однако, по словам самих же производителей, проводивших подобные испытания, эти трубы предназначены для расширения температурного диапазона всё тех же залповых нагрузок, выдерживаемых трубой без её разрушения.  Цитата из сопроводительных бумаг: «Оптимальным вариантом для применения полипропиленовых труб являются системы отопления с характеристиками 75-65C, 70-50C, 70-60C и низкотемпературные системы». Если соблюдать необходимые эксплуатационные параметры, их срок службы до 50 лет. Однако нужно учитывать, что: «Средний срок службы при температуре 75С и давлении 10 атм – 5 лет».

  Ещё несколько лет назад такая сторона их характеристик особо не афишировалась, но теперь любой добросовестный производитель труб из полипропилена это специально оговаривает.

• профессиональное отопительное оборудование «ВАТ» vat74.ru 

www.imhodom.ru

Тепловое расширение водопроводных труб

Водопроводные трубы, как и большинство материалов меняют свои размеры с изменением температуры. Свойство материала менять свой размер под воздействием изменения температуры характеризуется коэффициентом линейного расширения . У различных материалов коэффициенты линейного расширения могут отличаться на порядок, но в данном случае мы рассматриваем только материалы, из которых изготавливают водопроводные трубы- сталь, медь, полипропилен и металлопластик.

Из таблицы следует, что наиболее опасно тепловое расширение для полипропиленовых труб — 8 мм на один погонный метр, что необходимо учитывать при замене труб в квартире.

Формула теплового расширения

Тепловое расширение материалов подчиняется линейной формуле

dL=k*L

где L- длина предмета, k -коэффициент теплового расширения, dL-изменение длины предмета

Меры компенсации теплового расширения труб

Для снятия внутренних напряжений от тепловой деформации трубы должны иметь возможность перемещаться на длину своего теплового расширения. Это обеспечивается:

• отсутствием жестких креплений трубы (желательно применение обрезиненных креплений)
• отсутствием ограничителей по торцам трубы (наличие зазоров от торца трубы до препятствия)
• наличие компенсирующих петель

Ekoplastik

8

Tel.

+420 326 983 111

FAX

+420 326 983 110

E-MAIL

10. Инструкция по монтажу

Общая информация

Отдельные рекомендации, приведенные в Инструкции по монтажу

EkoplastikPPR,действительныидлятрубFIBERBASALTPLUS.Повышенное

внимание следует уделять защите труб от внешних ударов, главным

образом, при низкой температуре окружающей среды.

Линейное расширение и сжатие труб

Разница температур при монтаже и при эксплуатации приводит к

возникновению линейного расширения или сжатия.

Δl = α . L . Δt [мм]

Δl линейное изменение [мм]

α коэффициент линейного теплового

расширения [мм/м °C], для труб

Ekoplastik FIBER BASALT PLUS α = 0,05

L расчетная длина (расстояние между двумя соседними

неподвижными креплениями по прямой линии) [м]

Δt разница температур при монтаже и эксплуатации [°C]

Ls = k . √(D . Δl) [мм]

Ls компенсационная длина [мм]

k константа материала k = 20

D наружный диаметр трубопровода [мм]

Δl линейное изменение [мм]

Для компенсации линейных изменений у полипропилена

используется гибкость самого материала. Кроме компенсации

на изгибах трубопроводной трассы применяются П-образные

компенсаторы. Значения линейного изменения Δl и компенсаци-

онной длины Ls можно также можно определить по графику.

L

k

= 2 . Δ

l

+ 150 [мм] прицем L

k

≥10.D

Если линейные изменения трубопровода должным образом не

компенсированы, то в стенках труб возникают дополнительные

напряжения растяжения и сжатия, сокращающие срок эксплуатации

трубопровода. У полипропилена для компенсации линейных

изменений используется гибкость самого материала. Прокладку

трубопроводов необходимо выполнять так, чтобы труба могла

свободно двигаться в пределах величины расчетного расширения.

Это достигается за счет компенсирующей способности элементов

трубопровода (на изгибе трубопровода) или установкой

компенсаторов линейных изменений.

Подходящим способом компенсации линейного расширения явля-

ется тот, при котором трубопровод отклоняется в перпендикулярном

направлении от своей оси, а на этом перпендикуляре оставляется

компенсационная длина Ls, которая обеспечит то, что при

температурном изменении длины трубопровода не возникнут

значительные дополнительные напряжения растяжения и сжатия.

Компенсационная длина Ls (длина компенсатора) зависит от

вычисленного линейного изменения длины участка трубопровода,

материала и диаметра трубопровода. Показатели линейного

изменения Δl и компенсационной длины Ls (длины компенсатора)

можно также определить по графикам.

П-образный

компенсатор

нк

нк

Пк

Пк

Пк

нк

нк

нк

Пк

Пк

(мин. 10.D)

НК – неподвижное крепление

ПК – подвижное крепление

L – расчетная длина

трубопровода

Ls – компенсационная длина

Δl – линейное изменение

Lk – ширина компенсатора

Длина

трубо-

провода

Разница температур ∆t

10 °C 20 °C 30 °C 40 °C 50 °C 60 °C 70 °C 80 °C

Линейное изменение Δl [мм]

1 м

1

1

2

2

3

3

4

4

2 м

1

2

3

4

5

6

7

8

3 м

2

3

5

6

8

9 11 12

4 м

2

4

6

8 10 12 14 16

5 м

3

5

8 10 13 15 18 20

6 м

3

6

9 12 15 18 21 24

7 м

4

7 11 14 18 21 25 28

8 м

4

8 12 16 20 24 28 32

9 м

5

9 14 18 23 27 32 36

10 м

5 10 15 20 25 30 35 40

15 м

8 15 23 30 38 45 53 60

Линейное удлинение трубопровода Ekoplastik Fiber BASALT PLUS

Задание: L = 10, Δt = 40 °C

Тепловое расширение и способы его компенсации

Полипропиленовые
трубы, по сравнению с металлическими,
сущест­венно больше меняют свою длину
при колебаниях температуры. Это явление
следует учитывать при проектировании
трубопровода, в осо­бенности
при использовании неармированных труб
в системах горячего водоснабжения и
отопления.

Изменение
длины PPRC-трубопровода
при перепадах температуры определяется
по формуле AL
= eLAt,
где
AL
—
изменение длины трубы, мм;
s
— коэффициент
линейного расширения трубы; L
—
длина расчетного участка, м; At
— расчетная
разность температур, °С.

Для
неармированных труб коэффициент
линейного расширения со­ставляет
-0,15 мм/м°С, а для армированных -0,03мм/м°С.

Например,
если на участке неармированного
трубопровода длиной 6,5м
предполагается колебание температуры
от 20 до 75°С, то колебание длины
на этом участке составит: 0,15
мм/м°С’ 6,5м • 55°С =
54
мм.

Величину
температурного удлинения труб можно
определять также по
номограммам (см. рис. 4 и 5).

⁰
10 20 30 40 50 60 70 80 90
100 110 120 130 140 150 160

Температурные
изменения длины трубы д L,
мм

Рис.
4. Номограмма для определения температурного
удлинения труб PN
10uPN20

Запорная арматура и крепеж

ЗАПОРНАЯ
АРМАТУРА И КРЕПЕЖ

ТРУБЫ
И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ

Трубы

Муфты

Разъемные
соединения

Уголки,
тройники

1м

2и-

3м

4м

5м

6м

7м

8м

9м

10м

1м

2и-

3м

4м

5м

6м

7м

8м

9м

10м

1м
2м 3м 4м 5м 6м 7м 8м 9м 10м

1м

2и-

3м

4м

5м

6м

7м

8м

9м

10м

Рис. 5. Номограмма
для определения температурного удлинения
армиро­ванных
труб (PN
25)

Линейные
расширения трубопровода могут быть
скомпенсированы в
местах поворотов. Если этого недостаточно,
оборудуют специальные П-образные
компенсаторы или устанавливают
компенсирующие детали типа
«омега», т.е. петлеобразные компенсаторы
(см. рис. 6 — 8). При этом часть
креплений делают неподвижными, или
фиксирующими: они на­правляют
удлинение через подвижные (скользящие)
крепления в сторо­ну компенсирующих
элементов.

Конструкция
скользящейопоры
должна обеспечивать перемещение
трубы в осевом направлении.
Для оборудова­ния
неподвижной опоры можно установить
по обеим сторонам скользящей
опоры две муфты или
муфту и тройник. Непод­вижное
крепление трубопровода на
опоре путем сжатия трубы
не допускается

Рис.
6. Компенсация температурных удлинений
на PPRC-трубопроводе

Рис. 7. П-образный
компенсатор

Необходимая
длина подвижного участка Ls
компенсатора
(см. рис. 6-8) рассчитывается по формуле
Ls
=25 VdAL
,
где d
— наружный
диаметр трубы; AL
— линейное
удлинение

Дополнительную
компенсацию температурных удлинений
трубопро­вода
можно обеспечить предварительным
напряжением трубы в соответствующем
направлении. Для компенсации предварительно
напряженного
участка подвижный участок L_s
может
быть на 30% короче.

Температурные
колебания длины стояков также необходимо
учитывать.
Рекомендуется предусматривать необходимую
длину L_s
отводящей
трубы
(рассчитывается по приведенной выше
формуле), либо расширенный
проем в стене, сквозь которую проходит
отвод (см. рис. 9). Возможна и фиксированная
установка стояка, не требующая учета
температурных удлинений и оборудования
компенсаторов, при условии, что неподвижные
опоры располагаются непосредственно
до и после отвода.

Рис.
9. Способы обустройства отвода от стояка

Температурные
изменения длины трубы Д L,
мм

Рис.
10. Номограмма для определения длины
подвижного элемента Ly
компенсирующего
линейное удлинение AL
на трубах различного диаметра

Компенсация
удлинений PPRC-труб
может обеспечиваться также предварительным
прогибом труб при прокладке их в виде
«змейки» на сплошной
опоре, ширина которой допускает
возможность изменения формы прогиба
трубопровода при изменении температуры.

При
закладке PPRC-трубопровода
в бетон или штукатурку специаль­ных
компенсаторов, как правило, не требуется:
температурные колеба­ния размеров
компенсируются эластичностью материала
труб и фитин­гов.
Тем не менее, если длина заложенной
трубы превышает 2 м, для компенсации
линейных удлинений рекомендуется
помещать между трубой
и бетоном слой эластичного материала,
например теплоизоляции (см.
рис. 11).

Рис. 13. Приваривание
седельной муфты.

В
труднодоступных местах для сборки
PPRC-трубопровода
или ремонта
поврежденного участка можно использовать
электросварную муфту. Специфика
работы с такой муфтой состоит в том, что
в процессе сварки труба
может выталкиваться из муфты вследствие
расширения деталей

Рис. 14. Использование ремонтного штыря
для заделки отверстия

Резьбу
комбинированных фитингов можно уплотнять
лентой ФУМ и другими
герметиками. Следует помнить об
относительно невысокой прочности
пластиковых деталей и не прикладывать
чрезмерного усилия при
затяжке резьбы. При работе с диаметрами
до 32-40 мм надо обхо­диться без
использования гаечных ключей.

Специалисты
фирмы COES
рекомендуют для соединения с металли­ческим
трубопроводом использовать комбинированные
фитинги только с
наружной резьбой. Соединение с
металлической трубой при этом
осуществляется
при помощи сгона.

Рис. 15. Применение электросварной
муфты

После
соединения деталей рекомендуется
зафиксировать их на время, примерно
равное времени нагрева. В период
охлаждения (см. таблицу 5) нельзя
корректировать взаимное расположение
деталей и охлаждать сваренный
узел водой. По истечении времени
охлаждения соединение можно
подвергать умеренной механической
нагрузке. Заполнять трубо­провод
водой рекомендуется не ранее чем через
1 час после сварки.

Качественно
сделанное соединение может иметь
расхождение осей трубы и раструба не
более 5°. Раструбная деталь не должна
иметь тре­щин,
складок или других дефектов, вызванных
перегревом, а на трубе у кромки
раструба соединительной детали должен
быть виден сплошной (по
всей окружности) валик оплавленного
материала.

Сварку
полипропиленовых труб и соединительных
деталей следует проводить
при температуре окружающей среды не
ниже 0°С. Место сварки
надо защищать от атмосферных осадков
и пыли.

Температура
окружающего воздуха при монтаже имеет
очень важное значение. Время сварки
необходимо увеличивать при по­ниженной
температуре (до 50% при температуре 5°С)
и уменьшать
в условиях жары. Следует также учитывать
охла­ждение поверхности сварочного
аппарата. Для более точного соблюдения
температурного режима рекомендуется
использо­вать
контактный датчик температуры, позволяющий
убедить­ся, что нагревательная
поверхность достигла 260±5°С.

Нагревательные
элементы и сварочный аппарат следует
содержать в
чистоте, налипший материал сразу счищать
грубой салфеткой, избе­гать
повреждения тефлонового покрытия
нагревательных элементов. Нельзя
охлаждать аппарат водой!

Температурное линейное удлинение трубопроводов из различных материалов. Удлинение («расширение») труб при нагреве. Чугун, сталь, медь, латунь, алюминий, металлополимерные, ПП (PP), ПВХ, ПЭ (PEX), полибутилен. Таблица.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ И СПОСОБЫ ЕГО КОМПЕНСАЦИИ — КиберПедия

            1м 2м 3м 4м 5м 6м 7м 8м 9м 10м

Рис. 5. Номограмма для определения температурного удлинения армиро­ ванных труб ( PN 25)

Линейные расширения трубопровода могут быть скомпенсированы в местах поворотов. Если этого недостаточно, оборудуют специальные П-образные компенсаторы или устанавливают компенсирующие детали типа «омега», т.е. петлеобразные компенсаторы (см. рис. 6 — 8). При этом часть креплений делают неподвижными, или фиксирующими: они на­правляют удлинение через подвижные (скользящие) крепления в сторо­ну компенсирующих элементов.

Конструкция скользящей опоры должна обеспечивать перемещение трубы в осевом направлении. Для оборудова­ния неподвижной опоры можно установить по обеим сторонам скользящей опоры две муфты или муфту и тройник. Непод­вижное крепление трубопровода на опоре путем сжатия трубы не допускается

Рис . 6. Компенсация температурных удлинений на PPRC — трубопроводе

Рис. 7. П-образный компенсатор

Необходимая длина подвижного участка Ls компенсатора (см. рис. 6-8) рассчитывается по формуле Ls =25 VdAL , где d — наружный диаметр трубы; AL — линейное удлинение

Дополнительную компенсацию температурных удлинений трубопро­вода можно обеспечить предварительным напряжением трубы в соответствующем направлении. Для компенсации предварительно напряженного участка подвижный участок L_sможет быть на 30% короче.

Температурные колебания длины стояков также необходимо учитывать. Рекомендуется предусматривать необходимую длину L_sотводящей трубы (рассчитывается по приведенной выше формуле), либо расширенный проем в стене, сквозь которую проходит отвод (см. рис. 9). Возможна и фиксированная установка стояка, не требующая учета температурных удлинений и оборудования компенсаторов, при условии, что неподвижные опоры располагаются непосредственно до и после отвода.

Рис . 9. Способы обустройства отвода от стояка

Температурные изменения длины трубы Д L, мм

Рис. 10. Номограмма для определения длины подвижного элемента Ly компенсирующего линейное удлинение AL на трубах различного диаметра

Компенсация удлинений PPRC-труб может обеспечиваться также предварительным прогибом труб при прокладке их в виде «змейки» на сплошной опоре, ширина которой допускает возможность изменения формы прогиба трубопровода при изменении температуры.

При закладке PPRC-трубопровода в бетон или штукатурку специаль­ных компенсаторов, как правило, не требуется: температурные колеба­ния размеров компенсируются эластичностью материала труб и фитин­гов. Тем не менее, если длина заложенной трубы превышает 2 м, для компенсации линейных удлинений рекомендуется помещать между трубой и бетоном слой эластичного материала, например теплоизоляции (см. рис. 11).

Рис. 13. Приваривание седельной муфты.

В труднодоступных местах для сборки PPRC-трубопровода или ремонта поврежденного участка можно использовать электросварную муфту. Специфика работы с такой муфтой состоит в том, что в процессе сварки труба может выталкиваться из муфты вследствие расширения деталей

Рис. 14. Использование ремонтного штыря для заделки отверстия

Резьбу комбинированных фитингов можно уплотнять лентой ФУМ и другими герметиками. Следует помнить об относительно невысокой прочности пластиковых деталей и не прикладывать чрезмерного усилия при затяжке резьбы. При работе с диаметрами до 32-40 мм надо обхо­диться без использования гаечных ключей.

Специалисты фирмы COES рекомендуют для соединения с металли­ческим трубопроводом использовать комбинированные фитинги только с наружной резьбой. Соединение с металлической трубой при этом осуществляется при помощи сгона.

Рис. 15. Применение электросварной муфты

После соединения деталей рекомендуется зафиксировать их на время, примерно равное времени нагрева. В период охлаждения (см. таблицу 5) нельзя корректировать взаимное расположение деталей и охлаждать сваренный узел водой. По истечении времени охлаждения соединение можно подвергать умеренной механической нагрузке. Заполнять трубо­провод водой рекомендуется не ранее чем через 1 час после сварки.

Качественно сделанное соединение может иметь расхождение осей трубы и раструба не более 5°. Раструбная деталь не должна иметь тре­щин, складок или других дефектов, вызванных перегревом, а на трубе у кромки раструба соединительной детали должен быть виден сплошной (по всей окружности) валик оплавленного материала.

Сварку полипропиленовых труб и соединительных деталей следует проводить при температуре окружающей среды не ниже 0°С. Место сварки надо защищать от атмосферных осадков и пыли.

Температура окружающего воздуха при монтаже имеет очень важное значение. Время сварки необходимо увеличивать при по­ ниженной температуре (до 50% при температуре 5°С) и уменьшать в условиях жары. Следует также учитывать охла­ждение поверхности сварочного аппарата. Для более точного соблюдения температурного режима рекомендуется использо­ вать контактный датчик температуры, позволяющий убедить­ся, что нагревательная поверхность достигла 260±5°С.

Нагревательные элементы и сварочный аппарат следует содержать в чистоте, налипший материал сразу счищать грубой салфеткой, избе­гать повреждения тефлонового покрытия нагревательных элементов. Нельзя охлаждать аппарат водой!



Линейное расширение

Как учесть тепловое расширение при проектировании трубопроводной системы

Прочтите всю публикацию ниже или ознакомьтесь с инфографикой о тепловом расширении, чтобы получить краткий обзор этого сообщения в блоге.

Всем материалам присущи тепловые свойства, которые влияют на его характеристики в зависимости от количества тепла или холода, которому он подвергается. Чем больше нагревается, тем больше материалы склонны расширяться и размягчаться. Чем холоднее условия, тем больше материалы склонны к сжатию и затвердеванию.

В случае трубопроводных систем нас больше всего беспокоит линейное расширение и сжатие, которое влияет как на металлические, так и на термопластичные материалы трубопроводов. Если не учитывать при проектировании системы трубопроводов, колебания длины могут привести к дорогостоящим проблемам. Это особенно актуально для промышленных систем, которые часто подвергаются воздействию экстремальных температур и давлений в трубопроводе.

Например, если участок трубы ограничен с обоих концов, при нагреве линейное расширение вызовет сжимающее напряжение в материале.Когда эта чрезмерная сила превышает допустимую нагрузку на материал, это приведет к повреждению трубы и, возможно, кронштейнов, фитингов и клапанов.

В зависимости от масштаба этого повреждения заводы могут быть вынуждены проводить частые ремонтные работы, останавливать процессы и, возможно, преждевременно заменять систему трубопроводов.

К счастью, хотя расширение и сжатие неизбежны, возникающие в результате проблемы можно легко обойти с помощью надлежащих конструктивных соображений. В частности, с использованием одного из следующих механизмов отклонения:

• Петли расширения
• Смещения расширения
• Смена направления
• Расширительные швы

Прежде чем мы объясним, как развертывать каждый механизм, нам нужно взглянуть на четыре фактора, которые влияют на их конструкцию.

1. Величина линейного расширения

Величина расширения и сжатия трубы зависит от трех факторов:

Коэффициент линейного расширения

Каждый материал имеет коэффициент линейного теплового расширения, который просто говорит о том, что на градус изменения температуры у вас будет X величина линейного расширения. Для определения этого коэффициента проводятся эмпирические испытания всех материалов трубопроводов.

В приведенной ниже таблице вы можете увидеть, насколько разные материалы трубопровода меняются по длине при изменении температуры.

Разница температур

Разница температур — это диапазон температур, в котором будет находиться труба. Другими словами, разница между самой холодной и самой горячей трубой будет от времени установки до срока ее службы. Чтобы определить разницу температур в трубе, примите во внимание следующее:

• Какая температура при установке? В кондиционированном помещении это может быть одна из самых высоких температур.
• Какова температура жидкости, протекающей по трубе, и будет ли эта температура жидкости постоянной?
• Если труба находится на открытом воздухе, в чем сезонное изменение климата?

Длина трубы

Чем длиннее участок трубы, тем больше он будет расширяться или сжиматься. По сути, каждый дополнительный фут материала оказывает дополнительное влияние на то, как долго труба будет расширяться или сжиматься.

2. Рабочее напряжение

Рабочее напряжение — это максимальное напряжение, которому может подвергаться материал при использовании.Все материалы трубопроводов могут выдерживать некоторую степень перемещений без ущерба для своей структурной целостности.

3. Модуль упругости

Модуль упругости — это мера жесткости. Это внутреннее свойство материала трубы, которое выражает способность материала растягиваться или сжиматься при приложении силы.

4. Внешний диаметр трубы

Внешний диаметр трубы влияет на способность трубы отклонять напряжение.Например, участок трубы из ХПВХ длиной 100 футов подвергается макс. температура 120 ° F и мин. при температуре 80 ° F расширится на 1,6 дюйма независимо от внешнего диаметра трубы. Но 1 дюйм. труба может отклонять большее напряжение, чем 6-дюймовая. трубы, поэтому отклоняющий механизм (общая длина петли) должен составлять всего 2,47 фута для 1-дюймового. трубка. В такой же ситуации 6-дюйм. Для трубы потребуется отклоняющий механизм длиной 5,55 футов.

В зависимости от площади, по которой будет проходить труба, инженеры могут использовать четыре варианта механизма отклонения для учета теплового расширения и сжатия.Каждый из них допускает определенное перемещение трубы для предотвращения сжимающих напряжений.

Чтобы проиллюстрировать каждый механизм, мы включили сценарий участка трубопровода со следующими размерами:

• Материал трубы: ХПВХ
• Диаметр трубы: 4 дюйма
• Длина участка: 100 футов
• Разница температур: 40 °
  • Максимальная температура: 120 ° F
  • Минимальная температура: 80 ° F

В этой ситуации линейное расширение трубы равно 1.6 дюймов

1. Шлейф расширения

Этот механизм предпочитают инженеры.

Как это работает: В середине участка трубы расположена буква «U», а ее центр ограничен скобкой. Каждая сторона участка трубы, входящего в U, подвешена на подвеске или направляющей, что позволяет трубе двигаться вперед и назад. По мере расширения трубы U-образное отверстие сужается, а при сжатии трубы U-образное отверстие расширяется.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой общую длину петли, где 2 / 5L представляют каждую вертикальную часть, а 1 / 5L представляет горизонтальное поперечное сечение, в котором размещается ограничитель.

• L = 54,8 дюйма
• 1/5 L = 11,0 дюйма
• 2/5 L = 21,9 дюйма

2. Смещение расширения

Этот механизм используется, когда труба должна избегать неподвижных конструкций.

Принципы работы: При размещении в центре участка трубы каждое колено допускает некоторую степень отклонения, как и длина трубы по вертикали.Конец каждого участка трубы устанавливается с помощью подвесок или направляющих, расположенных на определенном расстоянии от колена. Как показано на схеме выше, когда труба расширяется, верхнее и нижнее колена вдавливаются внутрь, в результате чего длина по вертикали смещается вправо. При сжатии вертикальная труба будет наклоняться влево.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой общую длину смещения от подвески или направляющей с одного конца до противоположного. 1 / 4L обозначает расстояние от подвески или направляющей до ближайшего локтя.1 / 2L представляет собой перпендикулярное сечение трубы.

• L = 54,8 дюйма
• 1/4 L = 13,7 дюйма
• 1/2 L = 27,4 дюйма

3. Изменение направления

Вся система трубопроводов, естественно, включает изменения направления, которые также могут использоваться в качестве механизмов отклонения.

Как это работает: В конце длинного участка трубы угловое колено и прилегающая труба могут допускать некоторое перемещение. Если примыкающая труба достаточно длинная, инженеры могут разместить подвеску или направить на определенное расстояние от колена, чтобы учесть как расширение, так и сжатие.

Используя пример и предоставленное изображение: L представляет собой расстояние от локтя до подвески или направляющей.

Примечание: минимальное расстояние между опорами трубы должно быть принято во внимание при рассмотрении использования изменения направления для компенсации расширения и сжатия.

4. Деформационный шов

Этот механизм часто используется в тесных замкнутых пространствах, где сложно включить какие-либо петли расширения или смещения.

Деформационные швы — это специализированные узлы, которые действуют как амортизаторы, позволяя трубе свободно перемещаться внутри другой трубы, сохраняя при этом необходимое уплотнение. Часто это более дорогой вариант и используется в крайнем случае.

Чтобы помочь инженерам в проектировании трубопроводных систем Corzan ® из ХПВХ, мы разработали калькулятор расширения трубы. Просто введите длину и диаметр трубы, а также максимальную и минимальную температуру системы, и калькулятор предоставит требуемые размеры для контура расширения, смещения расширения и изменения направления с использованием трубы Corzan CPVC.Помните, никогда не помешает округлить и установить петлю большего размера, чем требуется.

Коэффициент теплового расширения

Коэффициент теплового расширения, сокращенно \ (\ alpha \) (греческий символ альфа), также называемый коэффициентом теплового расширения и коэффициентом линейного теплового расширения, представляет собой процентное изменение длины материала на градус изменения температуры нагретого твердого тела. или жидкость.

формулы коэффициента теплового расширения

Где:

\ (\ large {\ alpha} \) (греческий символ альфа) = коэффициент теплового расширения

\ (\ large {\ Delta l} \) = изменение длины трубы из-за изменения температуры

\ (\ large {E} \) = кратковременный модуль упругости

\ (\ large {S} \) = напряжение при изменении температуры

\ (\ large {\ Delta T} \) = перепад температур

\ (\ large {l_ {ur}} \) = длина свободной трубы

Коэффициент теплового расширения материалов Таблица

Основы теплового расширения труб

Материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Трубы не защищены от этих законов природы, поэтому они также будут расширяться и сжиматься при изменении температуры.

В этой статье представлены основные сведения о напряжениях и анкерных нагрузках, вызванных тепловым расширением.В качестве примера можно привести прямую ограниченную трубу. Мы также рассмотрим некоторые доступные варианты снижения напряжений в трубах и анкерных нагрузок.

Напряжения, вызванные тепловым расширением трубы — основы

Мы начнем с некоторых определений часто используемых терминов гибкости. Напряжение определяется как сила на единицу площади материала:

S = F / A (Уравнение 1)

S = напряжение (фунт / кв. Дюйм, может быть отрицательным или положительным)

F = Сила (фунт _f — может быть отрицательным или положительным)

A = Площадь (квадратные дюймы)

Деформация определяется как процент или отношение изменения длины к исходной длине:

ε = ΔL / L _o (Уравнение 2)

ε = деформация (дюйм / дюйм — может быть отрицательной или положительной)

ΔL = изменение длины (дюймы — могут быть отрицательными или положительными)

L _o = Начальная длина (дюймы)

Напряжение и деформация связаны законом Гука:

S = Eε (Уравнение 3)

S = напряжение (фунт / кв. Дюйм)

E = модуль Юнга (фунт / кв. Дюйм)

ε = деформация (дюйм / дюйм)

Материалы трубопроводов демонстрируют почти линейное расширение и сжатие в зависимости от температуры.Скорость теплового расширения и сжатия характеризуется коэффициентом теплового расширения a и имеет единицы дюйм / дюйм-° F или деформацию на градус Фаренгейта. Тогда изменение размеров объекта составит:

ε = a (T ₂ -T ₁ ) (Уравнение 4)

ε = деформация (дюйм / дюйм)

a = Коэффициент теплового расширения (дюйм / дюйм-° F)

T ₂ = Конечная температура (° F)

T ₁ = Начальная температура (° F)

Если объект представляет собой прямой стержень или трубу, более привычная форма этого уравнения:

Δ L = a L _o (T ₂ -T ₁ ) ( Уравнение 5)

ΔL = изменение длины (дюйм)

L _o = Начальная длина трубы (дюймы)

Рассмотрим стальную трубу диаметром 6 дюймов (ASTM A53) и длиной 100 футов, закрепленную на одном конце.Труба пуста, внутри атмосферное давление. Температура повышается на 200 градусов по Фаренгейту выше температуры окружающей среды. Расширение трубы из уравнения (2) составляет:

a = 6,33 x 10 912 · 10-6 дюймов / дюйм-° F

L _o = 1200 дюймов

T ₂ = 270 град F

T ₁ = 70 град F

ΔL = (6,33 x1 0 912 10-6 дюймов / дюйм-° F) (1200 дюймов) (270 ° F-70 ° F)

= 1.52 из

Если труба установлена ​​при температуре окружающей среды 70 ° F, а температура трубы повышается до 270 ° F, можно ожидать расширения примерно на 1,5 дюйма на 100-футовом участке без анкеровки. Если предположить, что труба имеет надлежащую опору по всей длине, напряжения останутся значительно ниже предела текучести стали.

Если теперь труба закреплена на обоих концах и подвергается одинаковым условиям, напряжения в трубе значительно увеличатся.Анкеры предотвратят расширение трубы при повышении температуры. Результатом, скорее всего, станет отказ анкеров, деформация трубы или и то, и другое.

Рис. 1. Анкерные силы в 6-дюймовой трубе, подвергающейся тепловому расширению

Труба находится в статическом равновесии, но единственными силами, действующими на нее, являются анкеры трубы (статическая неопределенность). Свойства материала могут сказать нам, сколько силы и напряжения будут создаваться в трубе.Сила реакции анкера должна равняться силе, необходимой для сжатия трубы на 1,5 дюйма (величина теплового расширения).

Подставляя уравнения 1 и 4 в уравнение 3, напряжение связано с термической деформацией следующим образом:

F / A = E a (T ₂ -T ₁ ) (Уравнение 6)

Чтобы найти силу в анкерах, уравнение 6 можно переписать как:

F = AE a (T ₂ -T ₁ ) (Уравнение 6)

Обратите внимание, что начальная длина и изменение длины не имеют значения при расчете напряжений и сил.Для нашей трубы диаметром 6 и 100 футов, удерживаемой анкерами:

A = 5,581 дюйм ²

E = 27,5 x 10 ⁶ фунтов _f / дюйм ²

a = 6,33 x 10 912 · 10-6 дюймов / дюйм-° F

T ₂ = 270 град F

T ₁ = 70 град F

Тогда напряжение вдоль продольной оси трубы составит:

S = Ea (Т ₂ -Т ₁ )

= (27.5 x 10 ⁶ фунтов _f / дюйм ² ) (6,33 x 10 ^-6 дюймов / дюйм- ° F) (270 ° F-70 ° F)

= 194 315 фунтов _f / 5,581 дюйм ²

= 34 815 фунтов на кв. Дюйм

Усилие в анкерах:

F = напряжение x площадь трубы

F = (5,581 дюйм ² ) (34815 фунтов _f / дюйм ² )

= 194 315 фунтов _f (нагрузка на якорь)

Если труба имеет диаметр 2, площадь равна 1.075 в ² , сила реакции составляет 37 410 фунтов _f , и результирующее осевое напряжение будет таким же, 34 815 фунтов на квадратный дюйм. Напряжение в этом простом случае зависит только от свойств материала и изменения температуры; однако анкерные нагрузки также зависят от размеров сечения трубы.

Таблица 1. Сравнение анкерных усилий для различных диаметров трубы (только прямая труба)

Жесткое соединение с насосом или другим оборудованием ведет себя как привязка к точке.Гидравлический институт и API публикуют стандарты для допустимых нагрузок на патрубки насоса, а производители другого оборудования устанавливают ограничения на нагрузки на соединители. Теперь должно быть очевидно, что тепловое расширение в системах трубопроводов необходимо учитывать при проектировании любой системы, подверженной изменениям температуры.

Снять стресс

Теперь, когда у нас есть представление о величине напряжений и анкерных нагрузок в трубопроводной системе, есть несколько способов исправить ситуацию.Самый простой способ — воспользоваться естественной гибкостью трубы. Если это нецелесообразно, рассмотрите возможность использования компенсаторов труб.

Гибкость трубы

Трубы гнутся даже под собственным весом. Чем длиннее труба, тем легче ее гнуть. Если труба согнута в пределах своего предела упругости (без остаточной деформации), она будет вести себя как пружина и вернется к своей исходной форме после снятия нагрузки. Если колена и анкеры на трубопроводной системе расположены так, чтобы допускать движение, силы будут намного меньше, чем при прямом участке.Рассмотрим рисунок 2 с пустой трубой диаметром 6 дюймов.

Рис. 2. Расположение пустой 6-дюймовой трубы и трех анкеров и результирующие нагрузки на анкеры

(без собственного веса — указанные силы вызваны только расширением)

Рис. 3. Расположение пустой 6-дюймовой трубы и двух анкеров, и результирующие нагрузки на анкеры

(без собственного веса)

Анкерные нагрузки и напряжения намного меньше, чем в случае прямой трубы, но есть компромиссы.Альтернативная компоновка вводит моментные (крутящие) нагрузки на анкеры. Трубы также сдвигаются на 1,5 дюйма, что может быть неприемлемо для данной системы. Геометрия может повлиять на это расположение — если одна нога короче, силы и моменты будут выше. Расчет напряжений и анкерных нагрузок без компьютера также является сложной задачей. Расчеты гибкости труб были важной темой исследований в начале 20-го ^{-го —} годов, и несколько статей были посвящены этому вопросу до того, как программное обеспечение для анализа напряжений труб стало широко доступным.

Расширительные швы

Геометрия трубопроводной системы обычно определяет анкерные нагрузки; однако не всякая система трубопроводов позволяет трубе естественным образом изгибаться. Примером может служить ограниченное пространство или туннель. В подобных случаях необходимы компенсаторы труб. В компенсаторах могут использоваться сильфоны, шланги и оплетка, шаровые шарниры, гибкие муфты или механизмы скольжения. Все они обладают своими уникальными свойствами, подходящими для данной системы.

Например, мы рассмотрим случай установки сильфонного компенсатора на нашем 6-дюймовом участке трубопровода. Если теперь предположить, что труба заполнена, изолирована и находится под давлением 150 фунтов на квадратный дюйм, анкерные нагрузки рассчитываются как:

Начальная температура = 70 ° F

Рабочая температура = 270 ° F

Эффективная площадь сильфона = 40 дюймов ² (по данным производителя — это площадь, рассчитанная на основе среднего диаметра витков сильфона)

Испытательное давление = 150 фунтов на кв. Дюйм

Рисунок 4.Деформационный шов

Анкерная нагрузка складывается из усилия давления, силы пружины и сил трения направляющих труб. Для этого примера:

Усилие давления сильфона = 150 фунтов на кв. Дюйм x 40 дюймов ²

= 6000 фунтов

Усилие пружины сильфона = Расчетное перемещение (1,5 дюйма) x жесткость пружины (555 фунтов / дюйм от производителя)

= 832,5 фунтов

Сила трения = коэффициент трения (предполагается равным 0.3) x вес всей трубы и изоляции (36,5 фунт / фут x 100 футов)

= 1095 фунтов

Общая анкерная нагрузка = 6000 + 832,5 + 1095

= 7927,5 фунтов

Это все еще значительная анкерная нагрузка, но намного меньшая, чем у трубы без компенсатора. Если давление и температура позволяют, можно использовать компенсатор для шланга и оплетки. Анкерные нагрузки в этом случае будут существенно меньше.

Рисунок 5.Гибкий компенсатор петли

Анкерные нагрузки, создаваемые гибким петлевым компенсатором, представляют собой просто движение, умноженное на жесткость пружины соединения. В предыдущем примере нагрузка на анкер составляет:

.

Анкерная нагрузка = жесткость осевой пружины (60 фунтов / дюйм от производителя) x 1,5 движения

= 90 фунтов

Как и в примере гибкости трубы, собственный вес трубы, изоляции и жидкости не включен в анкерные нагрузки.Показаны только силы, создаваемые компенсаторами.

Заключение

Важно помнить, что здесь представлены только два примера компенсаторов. Стоит потратить время и усилия, чтобы ознакомиться с преимуществами и ограничениями других доступных компенсаторов.

Температурные изменения вызывают нагрузки на трубы. Обойти это невозможно, но эффекты теплового расширения можно компенсировать путем тщательного размещения анкеров и правильного выбора компенсаторов.

Коэффициент линейного теплового расширения (CLTE): формула и значения

Что происходит при нагревании материала?

Под воздействием повышения температуры любой материал расширится. Это может привести к значительным изменениям размеров, короблению детали или внутреннему напряжению.

Коэффициент линейного теплового расширения (CLTE, часто обозначаемый как «α») — это свойство материала, которое характеризует способность пластика расширяться под действием повышения температуры.Он сообщает вам, насколько разработанная деталь останется стабильной по размерам при колебаниях температуры.

Линейный коэффициент ‘CLTE или α’ для пластмассовых и полимерных материалов рассчитывается как:

α = ΔL / (L ₀ * ΔT)

Где:

• α — коэффициент линейного теплового расширения на градус Цельсия
• ΔL — изменение длины испытуемого образца из-за нагрева или охлаждения
• L ₀ — исходная длина образца при комнатной температуре
• ΔT — изменение температуры, ° C, при испытании

Следовательно, α получается делением линейного расширения на единицу длины на изменение температуры. При сообщении среднего коэффициента теплового расширения необходимо указать диапазоны температур.

Области применения включают:

Разница в тепловом расширении приводит к возникновению внутренних напряжений и концентраций напряжений в полимере, что приводит к преждевременному выходу из строя. Следовательно, CLTE важен для экономики производства, а также для качества и функционирования продуктов .

• Требуется для целей проектирования. Термическое расширение часто используется для прогнозирования усадки деталей, изготовленных литьем под давлением… »Узнайте 3 основных причины, по которым можно эффективно избежать ухудшения качества пластика
• Помогает определять размерные характеристики конструкций при изменении температуры
• Он также определяет термические напряжения, которые могут возникнуть и вызвать разрушение твердого артефакта, состоящего из различных материалов, когда он подвергается резкому изменению температуры (специально для прогнозирования эффективного связывания материала или при использовании пластика с металлами)

Узнайте больше о линейном коэффициенте теплового расширения:

»Основные методы, используемые для измерения линейного КТР
» Факторы, влияющие на измерения коэффициента теплового расширения
»КТР, линейные значения нескольких пластмасс

Как измерить коэффициент линейного теплового расширения ?

Наиболее широко используемыми стандартами для измерения коэффициента линейного теплового расширения пластмасс ( термопластов, и термореактивных материалов , наполненных или ненаполненных, в форме листов или формованных деталей) являются ASTM D696, ASTM E831, ASTM E228 и ISO 11359.

Основными методами, используемыми для измерения КТР, являются:

(конечно, существуют и другие методы, но они здесь не обсуждаются) .

Техника дилатометрии

Это широко используемый метод, при котором образец нагревается в печи, а смещение концов образца передается на датчик с помощью толкателя. Толкатели могут быть из кварцевого стекла, оксида алюминия высокой чистоты или изотропного графита.

ASTM D696 — Этот метод испытаний охватывает определение коэффициента линейного теплового расширения для пластмассовых материалов, имеющих коэффициенты расширения более 1 мкм / (м.° C) с помощью дилатометра из стекловидного кремнезема. Природа большинства пластиков и конструкция дилатометра делают от -30 до + 30 ° C (от -22 ° F до + 86 ° F) удобным температурным диапазоном для измерения линейного теплового расширения пластмасс. Этот диапазон охватывает температуры, при которых чаще всего используются пластмассы.

ASTM E228 — Этот метод испытаний должен использоваться для температур, отличных от −30 ° C до 30 ° C, для определения линейного теплового расширения твердых материалов с помощью дилатометра с толкателем

Дилатометр для измерения теплового расширения
(Источник: Linseis)

Термомеханический анализ (ТМА)

Измерения выполняются с помощью термомеханического анализатора, состоящего из держателя образца и зонда, который передает изменения длины на преобразователь, который преобразует движения зонда в электрический сигнал.

ASTM E831 (и ISO 11359-2) — Эти методы применимы к твердым материалам, которые демонстрируют достаточную жесткость в диапазоне температур испытания. Нижний предел CTE с помощью этого метода составляет 5 × 10 912 · 10 -6 / K (2,8 · 10 912 · 10 -6 / ° F), но его можно использовать при более низких или отрицательных уровнях расширения с пониженной точностью и точностью. Применимо к диапазону температур от -120 до 900 ° C. Температурный диапазон может быть расширен в зависимости от используемых приборов и калибровочных материалов.

Интерферометрия

При использовании методов оптической интерференции смещение концов образца измеряется числом длин волн монохроматического света. Точность значительно выше, чем при дилатометрии, но поскольку метод основан на оптическом отражении поверхности образца, интерферометрия не используется намного выше 700 ° C (1290 ° F).

ASTM E289 предоставляет стандартный метод линейного теплового расширения твердых твердых тел с интерферометрией, применимый в диапазоне от –150 до 700 ° C (от –240 до 1290 ° F).Он больше применим к материалам, имеющим низкий или отрицательный КТР в диапазоне <5 × 10 912 · 10 -6 / K (2,8 · 10 912 · 10 -6 / ° F) или где только ограниченная длина толщины другого более высокого коэффициента расширения. материалы доступны.

Факторы, влияющие на измерения коэффициента теплового расширения пластмасс

1. Волокна и другие наполнители значительно снижают тепловое расширение. Степень анизотропии наполнителя и его ориентация оказывают большое влияние на линейный коэффициент теплового расширения
2. Вт.к.температура, величина КТР увеличивается с повышением температуры
3. Молекулярная ориентация также влияет на тепловое расширение пластмасс. На тепловое расширение часто влияет время охлаждения во время обработки. Это особенно верно в отношении полукристаллических полимеров , процесс кристаллизации которых требует времени

Линейный коэффициент значений теплового расширения некоторых пластмасс

Коэффициент линейного теплового расширения (или линейный коэффициент теплового расширения) находится между (в диапазоне рабочих температур для каждого случая):

• Ca.0,6 x 10 ^-4 до 2,3 x 10 ^-4 K ^-1 для большинства термопластов
• ок. 0,2 x 10 ^-4 до 0,6 x 10 ^-4 K ^-1 для термореактивных материалов

Нажмите, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C |
E-M |
PA-PC |
PE-PL |
ПМ-ПП |
PS-X

Коммерчески доступные марки полимеров с низким CLTE

Трубы на ходу — современные строительные услуги

Трубки в движении — Des Dolan.

Des Dolan из Durapipe отвечает на некоторые часто задаваемые вопросы об обеспечении теплового движения в пластиковых трубах.

Распространенным препятствием для использования пластиковых труб для горячего и холодного водоснабжения является проблема теплового движения в этих системах. Однако проблема расширения и сжатия может быть легко решена в рамках пластиковых водопроводных сетей, если система спроектирована таким образом, чтобы ее обслуживать. Необходимо рассмотреть ряд вопросов.

Металлические трубы расширяются и сжимаются так же, как пластмассовые?

Хотя металлические трубопроводы также страдают от теплового движения, широко признано, что пластмассовые материалы расширяются и сжимаются больше, чем металлы

Может ли расширение пластиковых трубопроводов вызвать проблемы в трубопроводной сети?

Проблема расширения обычно возникает только в системах горячего водоснабжения, но очень важно, чтобы и расширение, и сжатие учитывались на стадии проектирования проекта.Пластиковые трубопроводы всегда должны иметь возможность свободно расширяться и сжиматься, в противном случае могут возникнуть серьезные проблемы. Возможные последствия включают в себя в лучшем случае неприглядный вид труб или, в худшем случае, нагрузку на стыки труб, что со временем может привести к утечкам в системе.

Если это не обслуживается, расширение системы трубопроводов может вызвать сжатие трубы, что приведет к короблению и риску деформации.С другой стороны, сжатие трубы может снова вызвать ее растяжение, создавая растягивающие нагрузки в системе трубопроводов.

Какова скорость расширения пластиковых труб?

Важно отметить, что разные пластмассовые материалы расширяются с разной скоростью.

В системах горячего и холодного водоснабжения наибольшее разовое изменение температуры происходит, когда трубопровод впервые вводится в эксплуатацию, особенно если он устанавливается в холодных условиях.Для линий горячей и холодной воды система C-PVC расширяется / сжимается на 0,65 мм / м при изменении температуры на 10 К. Если температура окружающей среды составляет 10 ° C, а рабочая температура составляет 60 ° C, расширение на установленной длине трубы C-PVC 10 м будет примерно 32,5 мм.

Как и следовало ожидать, системы с охлажденной водой работают противоположным образом, поэтому, хотя наибольшее изменение температуры все еще происходит, когда труба вводится в эксплуатацию, это в большей степени проявляется в более теплые месяцы весной и летом.Для линий охлажденной воды система ABS расширяется / сжимается на 1 мм / м при изменении температуры на 10 К. Если температура окружающей среды составляет 30 ° C, а температура охлажденной воды — 6 ° C, усадка трубы длиной 20 м будет 48 мм.

Возможно ли расширение без покупки дополнительных компонентов?

Самый простой и наиболее экономичный метод компенсации теплового движения — использовать естественную гибкость системы трубопроводов путем строительства с изменением направления конструкции сети.Направление движения трубы можно контролировать, используя точки привязки в стратегических позициях.

Там, где нет изменений направления (например, на длинных прямых участках), можно установить расширительные петли с помощью колен 90 °. Еще одно экономичное решение — в расширительных контурах используются компоненты системы, что исключает необходимость в дополнительных механических приспособлениях. Однако изменение направления и петли расширения не всегда являются практическим решением, и их можно не учитывать из-за конструкции здания.

Существуют ли ситуации, когда использование гибкости трубы не работает?

Для приложений, требующих установки трубопроводов в ограниченном пространстве, например, на длинных прямых участках вдоль узких коридоров, использование гибкости трубопроводов иногда невозможно, и необходимо будет использовать устройства линейного расширения.В таких случаях подрядчикам и консультантам следует всегда искать систему трубопроводов, включающую расширительное устройство, поскольку диапазоны, предлагающие полностью интегрированные решения, будут более экономически эффективными, чем покупка системы трубопроводов и расширительных фитингов по отдельности.

Какие еще есть возможности для устранения теплового движения?

Если необходимы отдельные расширительные устройства, основными вариантами являются компенсаторы расширения, сильфоны и гибкие шланги. Их необходимо регулярно контролировать, поэтому они должны быть доступны.Должна быть возможность проверять, демонтировать и заменять детали, не нарушая работу других элементов системы.

Гибкие шланги обычно используются на трубопроводах меньшего диаметра, и очень важно, чтобы компенсатор не подвергался перекручиванию во время установки или эксплуатации, чтобы он оставался эффективным.

Другой альтернативой являются специальные компенсаторы расширения, предназначенные для определенных систем пластиковых труб. Этот тип фитинга необходимо зафиксировать в таком положении, чтобы он мог воспринимать любое расширение и сжатие, используя скользящий компонент внутри корпуса фитинга.

Самый дорогостоящий вариант — сильфон, как правило, используется на размерах большего диаметра. Сильфоны доступны из множества различных материалов, и важно, чтобы выбранный фитинг был совместим с конкретным материалом пластиковой трубы, к которой он подсоединяется.

Дес Долан — бренд-менеджер компании Durapipe в области строительных услуг.

Ссылки по теме:

Статьи по теме:

Тепловые характеристики полиэтилена — Бутелин

Теплопроводность

Когда любая среда, нагретая до температуры, превышающей температуру внешней среды, транспортируется по трубам, неизбежно будет потеря тепла из транспортируемой среды через стенку трубы во внешнюю среду.Эти потери тепла выражаются в количестве тепла, которое будет потеряно в соответствующих единицах измерения (Вт), умноженном на длину участка трубопровода (м). При расчете среда в трубе считается неподвижной. Результатом является коэффициент потерь тепла, выраженный в виде потерь энергии на единицу длины трубы (Вт / м).

Количество тепла, теряемого во внешнюю среду, напрямую связано с тепловыми характеристиками материала, из которого изготовлена ​​труба. В целом металлы обладают высокими показателями теплопроводности, в то время как большинство пластмасс, из которых изготавливаются трубы, имеют относительно низкие показатели теплопроводности.Из-за этого пластиковые трубопроводные системы будут передавать гораздо меньшее количество энергии от транспортируемой среды во внешнюю среду, а это означает, что с точки зрения сантехники нагретая вода будет оставаться более горячей при транспортировке в пластиковых трубах, чем в металлических трубах, а холодная вода меньше при очень низких температурах скорее всего замерзнет в пластиковых трубах, чем в металлических трубах .

Теплопроводность полиэтилена составляет 0,4 Вт / м на C.

Скорость расширения

Термическое расширение — это тенденция любого материала к расширению или сжатию из-за изменений температуры.
Все материалы будут обладать этим свойством, но некоторые могут быть затронуты в большей степени, чем другие. Изменение размера может быть рассчитано для данного повышения температуры и выражено в единицах измерения длины на градус повышения температуры.

В целом пластмассовые материалы демонстрируют большее тепловое расширение, чем металлы, поэтому следует ожидать, что системы пластиковых трубопроводов будут расширяться больше при повышении температуры, чем аналогичные металлические системы. Таким образом, при проектировании и установке пластиковых водопроводных систем следует всегда учитывать тепловое расширение, делая поправки на перемещение труб из-за изменений температуры. .

Коэффициент теплового расширения полиэтилена составляет 0,26 мм / ˚C.

Термическое расширение пластиковых труб для компостирования

Вчера я ввел в эксплуатацию еще одну систему аэрированных валков для компостирования. Эти аэрируемые валки имели ширину 25 футов, высоту 9 футов и длину 200 футов. Поскольку в климате много осадков, мы покрыли валок тканью Compostex. По длине сваи проходит одна труба из ПНД диаметром 6 дюймов, вентилируемая центробежным вентилятором и таймером.Четыре «кнопки» регистрации данных непрерывно измеряют температуру. После 4 недель первичного компостирования труба будет вытащена, а куча переформатируется на другой трубе в течение следующих 4 недель компостирования.

Крытый вентилируемый валок, вентилируемый с помощью надземных трубопроводов из ПНД.

Мы использовали трубопроводы из полиэтилена высокой плотности, и это напомнило мне о дискуссии, которая состоялась у нас в Совете по компостированию США. А как насчет теплового расширения? Что произойдет, если мы закопаем эту трубу или закроем ее бетоном? Что происходит, когда мы используем отрицательную аэрацию с этой трубой? При неограниченном коэффициенте расширения 120 x 10-6 м / м / oC и изменении температуры от -20 C до 70 C эта труба может расширяться или сжиматься до 2.17 футов! Если труба из ПВХ, коэффициент теплового расширения составляет 50,4 x 10-6 м / м / oC, то есть не так много, как у труб из HDPE!

Что делать, если труба зажата? Мы узнали об этом в 2004 году, когда поставили трубопровод аэрации для четырех аэрируемых валков на предприятии S&W Rock Products в Линдене, штат Вашингтон. Заказчик предпочел использовать трубы из полиэтилена высокой плотности, но его беспокоили различия в характеристиках теплового расширения. Экструзия для аэрации — ПВХ. Мы предоставили трубы из ПНД для двух валков и трубы из ПВХ для двух других валков.Мы полностью залили трубопровод бетоном, что было первым случаем применения такого типа вентилируемого пола.

Подготовка трубопровода из ПНД, который должен был быть полностью залит бетоном в 2004 году.

Спустя почти 10 лет газированный пол все еще хорошо функционирует. В бетоне не было трещин из-за дифференциального теплового расширения.

Газированный пол, который мы разработали для S&W Rock Products, по-прежнему хорошо работает уже почти 10 лет!

Что произойдет, если мы будем использовать отрицательную аэрацию, когда разница температур может быть намного больше? HDPE имеет более высокий температурный допуск, чем PVC, поэтому является лучшим вариантом для отрицательной аэрации.Я понимаю, что на некоторых объектах использовались трубы из ПНД под бетон для объектов с отрицательной вентиляцией. Я был бы склонен заключить трубопровод в бетон, чтобы обеспечить оптимальное ограничение от теплового расширения. В настоящее время мы работали с клиентом над проектированием патрубка для аэрации из полиэтилена, называемого патрубком Foundation Air, который позволит нам работать с трубами из ПВХ или HDPE, позволит нам врезать патрубок ниже уровня бетона, а также возможность отрицательной аэрации.