Lệch hướng của đường ống

Bài đăng này ban đầu được xuất bản vào tháng 12 năm 2017, nhưng đã được cập nhật để toàn diện hơn, bao gồm một video về CPVC trong quá trình thử nghiệm nén bẹp.

Giãn nở tuyến tính là một hiện tượng không thể tránh khỏi, ảnh hưởng đến tất cả các vật liệu đường ống—bao gồm cả kim loại và nhựa. Nếu đường ống bị hạn chế ở cả hai đầu, nhiệt độ tăng sẽ làm cho vật liệu giãn nở, dẫn đến ứng suất nén. Khi lực lắp này vượt quá ứng suất cho phép của vật liệu, hệ thống đường ống sẽ bị hư hỏng. Đó là bản chất của giãn nở tuyến tính

Trong quá trình thiết kế hệ thống đường ống, các kiến ​​trúc sư và kỹ sư phải xây dựng các vòng giãn nở để làm chệch hướng ứng suất nén này. Trong mỗi loại trong số ba loại, cần có một góc vuông.

Các vòng mở rộng, độ lệch mở rộng và thay đổi hướng cung cấp hướng tuyến tính cho đường ống di chuyển. Tuy nhiên, đặc tính nào của vật liệu giúp nó có thể chuyển hướng mà không gây hư hỏng đường ống?

Để tìm hiểu cách tính sự giãn nở nhiệt trong thiết kế hệ thống đường ống, hãy xem bài đăng trước của chúng tôi về chủ đề đó.

Hai đặc điểm vật liệu nào cho phép ống lệch khi sử dụng vòng giãn nở?

Mỗi vòng lặp phụ thuộc vào khả năng làm chệch hướng của đường ống mà không bị hư hại. Có hai đặc điểm vật liệu chính giúp thực hiện được điều này. Lệch hướng của đường ống để chống lại việc giãn nở của hệ thống.

1. Mô đun đàn hồi uốn
Mô đun đàn hồi uốn của vật liệu đường ống cho thấy mức độ căng thẳng có thể được đặt lên vật liệu trước khi nó không thể trở lại trạng thái ban đầu nữa. Về cơ bản, nó là tỷ lệ giữa căng thẳng và căng thẳng.

Khi ứng suất tác động lên vật liệu, sẽ xảy ra một lượng biến dạng nhất định – hoặc biến dạng. Khi ứng suất tác dụng lên vật liệu tăng lên thì độ căng cũng tăng theo. Tại một thời điểm nhất định, sức căng quá lớn, làm hỏng vật liệu.

Vật liệu cứng hơn có mô đun đàn hồi cao hơn. Cho dù vật liệu có cứng đến đâu, mô đun đàn hồi sẽ giảm khi nhiệt độ tăng – nghĩa là nhiệt độ càng cao thì đường ống càng dễ bị lệch.

Biểu đồ hiển thị mô đun đàn hồi uốn của Corzan ® CPVC ở nhiệt độ khác nhau.

Mô đun đàn hồi là một đặc tính của vật liệu và được xác định bằng Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM D790 cho các đặc tính uốn của nhựa không gia cố và gia cố cũng như vật liệu cách điện. Tiêu chuẩn này giải thích cách chuẩn bị mẫu thử và thiết lập hệ thống tải ba điểm để xác định đặc tính uốn của vật liệu nhựa. Trong quá trình thử nghiệm này, một tải trọng được đặt lên mẫu. Ứng suất uốn được tính toán từ đường cong tải trọng – độ võng. Đường cong ứng suất và biến dạng thu được được sử dụng để xác định một số tính chất:

• Phần tuyến tính của đường cong này là vùng đàn hồi, là phạm vi mà vật liệu sẽ giữ được các đặc tính của nó sau khi loại bỏ tải.
• Mô đun đàn hồi là độ dốc của vùng này.

2. Căng thẳng khi làm việc

Lệch hướng của đường ống để giảm việc hệ thống mở rộng. Ứng suất làm việc là ứng suất tối đa cho phép mà vật liệu có thể phải chịu trong khi sử dụng. Ở một mức độ căng thẳng nhất định, vật liệu sẽ hy sinh tính toàn vẹn của cấu trúc. Tất cả các vật liệu đều có mức độ ứng suất làm việc khác nhau và giá trị này phụ thuộc vào hình dạng hình học của vật liệu và nhiệt độ làm việc.

Hình dạng của vật liệu là dạng cuối cùng của hợp chất. Ví dụ, hợp chất CPVC có thể được sản xuất thành đường ống lịch 40 và lịch 80, được đúc tùy chỉnh thành các phụ kiện và chế tạo thành ống dẫn hoặc lớp lót. Mỗi hình học sẽ thể hiện một ứng suất làm việc khác nhau.

Tương tự như mô đun đàn hồi, ứng suất làm việc cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của ứng dụng. Ứng suất làm việc tối đa cho phép giảm khi nhiệt độ tăng.

Như thể hiện trong biểu đồ bên dưới, Corzan CPVC có thể xử lý ứng suất tối đa lớn hơn ở nhiệt độ thấp hơn ở nhiệt độ cao hơn.

Biểu đồ hiển thị ứng suất làm việc của Corzan CPVC ở nhiệt độ khác nhau.

Ứng suất làm việc là một giá trị được xác định cho từng loại vật liệu và hình dạng, và Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM D1598 về thời gian hư hỏng của ống nhựa dưới áp suất bên trong không đổi là phương pháp để thử nghiệm và tính toán ứng suất vòng (hoặc ứng suất làm việc) của ống dọc ứng suất phát sinh do áp lực lên đường ống.

Không phải là một phần của công thức vòng giãn nở được thảo luận dưới đây, nhưng một khía cạnh quan trọng của ứng suất mà đường ống phải vượt qua để làm lệch hướng một cách an toàn là ứng suất nén. Để hiểu đường ống sẽ phản ứng thế nào với ứng suất trong quá trình nén, có thể sử dụng thử nghiệm làm phẳng. Được nêu trong tiêu chuẩn ASTM F441 , một đường ống phải được nén cho đến khi khoảng cách bằng 40% đường kính ban đầu mà không bị tách hoặc nứt trong quá trình thử nghiệm làm phẳng. Corzan CPVC, như video bên dưới hiển thị, san phẳng 100% mà không ảnh hưởng xấu đến.

Thử nghiệm làm phẳng Corzan ^® CPVC

Công thức vòng lặp mở rộng: Buộc những thứ này lại với nhau

Để xác định độ giãn nở tuyến tính của đường ống và kích thước cần thiết của vòng mở rộng, các nhà thiết kế sử dụng Công thức vòng mở rộng. Các đặc tính của vật liệu đường ống được đề cập ở trên—mô đun đàn hồi và ứng suất làm việc—chiếm một nửa phương trình.

Công thức giãn nở tuyến tính

Dưới đây là cách mỗi biến tác động đến độ dài của vòng lặp mở rộng:

• Mô đun đàn hồi uốn ở nhiệt độ tối đa (E): Khi mô đun đàn hồi tăng thì chiều dài yêu cầu của vòng giãn nở cũng tăng theo. Khi tác dụng các lực bằng nhau lên các ống có cùng đường kính, ống cứng hơn sẽ cần chiều dài dài hơn để làm lệch khoảng cách tương tự như ống mềm hơn.
• Ứng suất làm việc ở nhiệt độ tối đa (S): Khi ứng suất làm việc tăng, độ dài vòng lặp cần thiết sẽ giảm. Nói cách khác, đường ống có thể chịu được càng nhiều ứng suất thì diện tích mà lực tác dụng do độ lệch cần phải trải qua càng ít.
• Thay đổi chiều dài do thay đổi nhiệt độ (∆L): Sự thay đổi chiều dài này được tính theo công thức giãn nở nhiệt , trong đó có tính đến chiều dài của ống, sự thay đổi nhiệt độ và hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu. Khi giá trị này tăng lên, độ dài cần thiết của vòng mở rộng cũng tăng lên.
• Đường kính ngoài của ống (D): Khi đường kính ngoài của ống tăng lên thì chiều dài vòng yêu cầu cũng tăng lên. Ống rộng hơn sẽ kém linh hoạt hơn và cần ống dài hơn để lệch qua.

Tính toán độ dài vòng lặp cần thiết cho hệ thống của bạn

Để giúp các kỹ sư thiết kế hệ thống đường ống Corzan CPVC xác định lệch hướng của đường ống, chúng tôi đã phát triển Máy tính co giãn rộng đường ống. Nếu bạn biết đường kính ống, nhiệt độ tối đa và tối thiểu cũng như chiều dài đường ống, máy tính sẽ cung cấp độ dài vòng lặp cần thiết cho hệ thống của bạn.

https://www.corzan.com/blog/the-key-material-characteristics-that-enable-pipe-deflection