Линейное расширение полипропиленовых труб

Противоречия в методах измерения

Вопрос линейного расширения армированных полипропиленовых труб поднимался неоднократно и казалось бы, что он навсегда закрыт. Однако, это не так. 

Ассоциация Трубопроводных Систем (АПТС) провела в достойных уважения лабораториях России замеры коэффициента линейного расширения ППРС труб армированных стекловолокном разных производителей, включая европейских. Методика измерения сводится к нагреву до 90гр. в тепловом шкафу отрезка трубы и измерению изменения длины при его остывании до комнатной температуры (метод АПТС). Метод был разработан для включения его в ГОСТ для труб со стекловолокном.

 Коэффициент линейного расширения (далее: коэффициент) однослойной трубы PPRC(без армирования) измеренного этим методом составляет 0,15 мм/(м х градус), что соответствует всем справочным данным на материал и трубу PPRC.

Измеренный методом АПТС коэффициент для армированной стекловолокном трубы (PPRC/GF) для разных производителей находится в диапазоне 0.

54 — 0,85. В таблице 1 приведен пример результатов измерений коэффициента,для проверки метода и уменьшения погрешности измерялись коэффициенты по двум образцам одного диаметра каждого производителя.

Таблица 1. Пример результатов измерения коэффициента для труб PPRC/GF разного диаметра.

Почти у каждого производителя PPRC/GF в руководстве по монтажу и в техническом каталоге указано, что коэффициент для трубы PPRC/GF равен не более 0.05, а для трубы PPRC– 0,15. Обратите на это внимание.

Естественно, возник вопрос: «Где правда?», ведь отличия по таблице 1 составляют до 70%.

Уважаемые европейские производители сообщили, что они используют другой метод (далее: европейский»), а именно: прокачивается вода с температурой 70-90 гр. через трубу с заданной длиной, труба находится в помещении с комнатной температурой и после выхода на стационарный режим измеряется удлинение трубы от первоначального значения. (Т.е. внешняя стенка трубы при измерении охлаждается воздухом).

В общем вполне жизнеспособный метод. Проанализируем корреляцию этих двух методов и возможности использования полученных значений коэффициентов.

Во- первых, сразу бросается в глаза, что коэффициент для трубы PPRC (0,15), получен по методу АПТС, а сравнивается с коэффициентом PPRC/GF (0,05), измеренным «европейским способом».

Во- вторых, коэффициент, полученный по европейской методике, нельзя использовать, если труба находится в утеплителе.

В-третьих, результат по европейскому методу зависит от давления и влажности воздуха, что усложняет сам метод и затраты с ним связанные.

Метод АПТС тоже не идеален, поскольку надо вводить коэффициенты пересчета при прокладке на воздухе, но он дает точную характеристику коэффициента материала трубы. 

Какова численная разница значений коэффициента при использовании разных методов?

Теплоотдачу от PPRC примем согласно таблице 2. (Выбор сделан на основании наибольшей корреляции результатов при пересчете теплоотдачи на стальную трубу по СН 398-69)

Таблица 2. Теплоотдача от 1 метра погонного полипропиленовой трубы в зависимости от теплового напора.

Очевидно, что теплоотдача от наружной поверхности трубы компенсируются таким же количеством тепла, подведенного от теплоносителя через стенку трубы.

Найдем распределение температуры внутри стенки PPRCSDR=6 трубы при температурном напоре 70гр., используя формулу:

∆T = (QxLn (D2/D1))/ (2 х 3,14 х λ), где

∆T- разница температуры внешней и внутренней поверхности трубы,

D2 -внешний диаметр,

D1- внутренний диаметр,

 λ – теплопроводность PPRC (0,23 Вт/м),

SDR отношение внешнего диаметра к толщине стенки трубы

Тепловой напор – разница температур теплоносителя и окружающего трубу воздуха.

График 1 Распределение температуры в стенкетрубы DN 32х5.4от текущего радиуса.

График 2 Распределение температуры в стенке трубы DN 90х15 от текущего радиуса.

На графиках для наглядности представлены также линейная аппроксимация и средняя по площади сечения трубы вертикальная линия. Отклонение линейной зависимости от логарифмической на точке среднего сечения приблизительно 5%.

Были посчитаны ∆T для трубы DN 20х3,4 и DN 50х8,3. На основании этих результатов была получена кривая коэффициента линейного расширения для труб разного диаметра, если бы его измеряли для трубы PPRC по «европейскому методу».

Для сравнения показана базовая линия с коэффициентом 0,15 мм/(м х гр.)

Т.е. для труб PPRC/GF, чтобы получить коэффициент измеренный по европейскому методу равный 0,05, коэффициент измененный по методу АПТС должен быть равным согласно таблице 3:

Таблица 3.

PPRC/GF

DN20

DN32

DN50

DN90

K, мм/(м х градус)

0,055

0,057

0,061

0,066

Полученные по испытаниям АПТС значения коэффициента, согласно таблице 1 больше чем, указанные в таблице 3, т. е. коэффициент этих труб больше чем, указанные в паспортах, 0,05 мм/(м х градус) даже полученные по европейскому методу.

Мы посчитали коэффициент для труб PPRC/GF SDR =6. Для этих же труб с SDR 7,4 ориентировочно пересчитанный коэффициент больше на 10%.

Для труб с армированных алюминием коэффициент в значительной степени зависит от толщины алюминиевого слоя, поэтому уделять большого внимания в этой статье этим трубам мы не будем. Однако очевидно, что для труб, армированных сверху, коэффициент будет значительно ниже, чем для труб армированных по середине, в связи с значительной разницей температурна внешней поверхности трубы и в середине стенки трубы, хотя по паспортам у тех и других коэффициент равен 0,35 мм/(м х градус).

Также хотелось бы отметить, что также как и для стальных труб теплоотдача труб существенно зависит от расположения трубы: вертикального, горизонтального, под потолком, на полу, в штробе и т.д. Для PPRC в таблице представлена теплоотдача горизонтальной и вертикальной трубы. Понятно, что и коэффициент в значительной степени будет зависеть от расположения трубы.

Зная коэффициент труб, измеренный по методу АПТС, можно получить значения коэффициента для реальных условий, что не составит значительных усилий.

Надо отметить, что основной характеристикой труб PPRC/GF является линейное расширение, других достоинств по отношению к трубе PPRC у нее нет. Поэтому важно понять — насколько велики эти преимущества.

Также отметим, что пластиковые трубы часто используются в утеплителе (например, в энергофлексе) и в этом случае принципиально важно знать реальное линейное расширение трубы полученное по методу АПТС, которое может быть значительно больше, чем значение, полученное по европейскому методу.

Проектирование систем трубопроводов и комплектующих PPRC :: ООО «Трубофф» Ярославль

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

4,80

5,00

0,009

0,030

0,620

0,104

0,155

0,214

0,282

0,259

0,443

0,536

0,746

0,988

1,261

1,565

1,900

4,031

6,918

0,1

0,1

0,2

0,2

0,4

0,4

0,5

0,6

0,7

0,7

0,9

1,0

1,2

1,3

1,5

2,2

2,9

 

0,010

0,021

0,035

0,051

0,071

0,094

0,119

0,146

0,177

0,245

0,323

0,412

0,510

0,617

1,296

2,206

3,346

4,712

6,304

 

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,6

0,6

0,7

0,8

0,9

1,4

1,8

2,3

2,8

3,2

 

0,003

0,006

0,011

0,016

0,022

0,029

0,037

0,045

0,054

0,075

0,099

0,126

0,155

0,188

0,391

0,661

0,995

1,395

1,858

2,384

2,974

3,626

5,121 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,3

0,3

0,3

0,4

0,5

0,5

0,6

0,8

1,1

1,4

1,7

2,0

2,3

2,5

2,8

3,4

 

 

0,002

0,004

0,005

0,007

0,010

0,012

0,015

0,018

0,025

0,033

0,042

0,052

0,063

0,130

0,218

0,327

0,456

0,605

0,774

0,963

1,171

1,645

2,197

2,826

3,532

 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,3

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,1

1,3

1,4

1,6

1,8

2,2

2,5

2,9

3,2

 

 

 

 

0,002

0,003

0,003

0,004

0,005

0,006

0,009

0,012

0,015

0,018

0,022

0,045

0,075

0,111

0,155

0,205

0,261

0,324

0,392

0,549

0,730

0,936

1,166

1,421

1,700

2,003

2,331

2,682

3,058

 

 

 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,3

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,1

2,3

2,5

2,8

3,0

3,2

3,5

 

 

 

 

 

 

0,001

0,001

0,002

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,014

0,024

0,036

0,050

0,065

0,083

0,103

0,124

0,173

0,230

0,293

0,364

0,443

0,528

0,621

0,721

0,828

0,942

1,064

1,192

1,328

1,471

1,621

1,778

1,942

2,113

2,292

 

 

 

 

 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,4

0,5

0,6

0,6

0,7

0,9

1,0

1,2

1,3

1,4

1,6

1,7

1,9

2,0

2,2

2,3

2,5

2,6

2,7

2,9

3,0

3,2

3,3

3,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,001

0,001

0,002

0,002

0,003

0,003

0,006

0,010

0,015

0,021

0,028

0,036

0,044

0,053

0,074

0,098

0,125

0,155

0,188

0,224

0,263

0,304

0,349

0,397

0,447

0,501

0,557

0,616

0,679

0,744

0,812

0,882

0,956

1,033

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,001

0,001

0,001

0,001

0,003

0,004

0,006

0,009

0,012

0,015

0,018

0,022

0,031

0,040

0,051

0,064

0,077

0,092

0,107

0,124

0,142

0,162

0,182

0,204

0,226

0,250

0,275

0,301

0,328

0,356

0,386

0,416

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,6

0,6

0,7

0,8

0,8

0,9

1,0

1,1

1,1

1,2

1,3

1,3

1,4

1,5

1,6

1,6

1,7

1,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,001

0,002

0,002

0,003

0,005

0,006

0,007

0,009

0,012

0,016

0,020

0,024

0,029

0,035

0,041

0,047

0,054

0,061

0,069

0,077

0,085

0,094

0,103

0,113

0,123

0,134

0,145

0,156

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,1

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,5

0,6

0,6

0,7

0,7

0,8

0,8

0,9

0,9

1,0

1,0

1,0

1,1

1,1

1,2

Материалы для трубопроводов.

Коэффициенты температурного расширения

Коэффициенты температурного расширения для материалов, используемых в трубах, таких как алюминий, углеродистая сталь, чугун, ПВХ, полиэтилен высокой плотности и другие.

Рекламные ссылки

Коэффициенты расширения, которые можно использовать для расчета температурного расширения труб и труб — указаны в таблице ниже:

9001 6 9 0037
Материал Коэффициенты расширения
10 -6 дюйм/дюйм o F
10 -6 м/м o C
Алюминий 12,8 23,1
Углеродистая сталь 6.5 11.7
Чугун 5.9 10.6
Медь 9.3 16,8
Нержавеющая сталь 9,9 17.8
ABS Acrylonitrile butadiene styrene 35. 0 63.0
HDPE High density polyethylene 67.0 120.0
PE Polyethylene 83.0 150.0
CPVC Chlorinated polyvinyl chloride 44,0 79,0
ПВХ Поливинилхлорид 28,0 50,4

  • дюйм/дюйм o F = 1200 дюймов/100 футов o F = 1,8 м/м o C

Внимание! Более высокие коэффициенты расширения пластиковых материалов делают пластиковые трубы чрезвычайно чувствительными к изменениям температуры. Всегда обращайте внимание на пластиковые трубы и трубки при изменении температуры.

  • Загрузить диаграмму температурного расширения Единицы СИ

  • Загрузить диаграмму температурного расширения Британские единицы

Пример. Тепловое расширение трубы из ПВХ

Труба из ПВХ длиной 6 м нагревается от 0 o C до 60 o C .

Расширение трубы можно рассчитать как

dl = (50,4 10 -6 м/м o C) (6 м) ((60 o C) — (0 o С) )

   = 0,018 м

   = 1,8 см

Рекламные ссылки

Связанные темы

Связанные документы

Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование в режиме онлайн!

Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, интересными и бесплатными приложениями SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!

Перевести

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложения на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Реклама в ToolBox

Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.

Citation

Эту страницу можно цитировать как

  • Engineering ToolBox, (2003). Материалы для трубопроводов – коэффициенты температурного расширения . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/pipes-temperature-expansion-coefficients-d_48.html [День обращения, мес. год].

Изменить дату доступа.

. .

close

Подземное тепловое расширение в трубе Aquatherm

1 ноября 2012 г. 012

Потребность в термокомпенсаторах в трубопроводных системах возникает из-за тенденции труба расширяется или сжимается из-за изменения температуры материала трубы. Это расширение может быть направлено либо в определенное место (например, компенсатор), закрепив трубу вдали от стыка и позволив ей расширяться/перемещаться в направлении стыка, либо позволяя трубе двигаться по всей ее длине в обоих направлениях. .

Для систем трубопроводов из полипропилена (PP-R и RP (RCT)) альтернативой этому подходу является ограничение длины трубы таким образом, чтобы она не могла расширяться или сжиматься. Обычно это не вариант для стальных труб, потому что силы, развиваемые в стальных трубах, намного выше (примерно в 300 раз), чем в PP-R или RP (RCT). Например, при изменении температуры на 100°F отрезок трубы Faser Aquatherm SDR 11 длиной 100 футов расширится на 2,3 дюйма, тогда как стальная труба сортамента 40 расширится на 1,0 дюйм. Для трубы с номинальным диаметром 8 дюймов это соответствует осевому усилию приблизительно 201 600 фунтов силы для стальной трубы, в то время как для трубы Aquatherm осевое усилие составляет всего 4 800 фунтов силы для SDR 7,4; 3400 фунтов силы для SDR 11 и 2180 фунтов силы для SDR 17,6.

Для подземных труб сила трения на границе раздела между грунтом и поверхностью трубы будет удерживать трубу до тех пор, пока осевая сила, создаваемая тепловым расширением, не станет достаточной для преодоления силы трения. Как только это произойдет, труба начнет двигаться в почве. Силу трения можно рассчитать по модифицированному уравнению Кулона, основанному на работе Potyondy (1961) 1 .

Ур. 1: F = A p C ƒ c  + L p Wtan(ƒ Ø Ø)

Где: A p  = π ( ODp )/2  Lp , ft 2  ; площадь поверхности трубы, опирающейся на грунт
C = сцепление грунта, фунт/фут 2
ƒ  c  = константа пропорциональности, основанная на испытаниях на сдвиг между поверхностью и грунтом
L p  = длина трубы, футы
OD p  = Внешний диаметр трубы, футы
W = 2W e  + W p  + W w  , фунт/фут; нормальная сила на единицу длины
W e  = вертикальная нагрузка на верхнюю и нижнюю поверхности (нагрузка призмы), фунт/фут
W p  = вес трубы, фунт/фут
Ww = вес воды в трубе, фунт/фут

Значения для ƒ c , ƒ Ø  и Ø указаны в таблице ниже, взяты из AWWA M23, Таблица 4-12 2 .

1 Таблица 1 – Свойства грунтов, используемых для подстилки
Группа почв* ф в С, фунт/фут 2 f Ø Ø, град
GW и SW 0 0 0,7 35
GP и SP 0 0 0,7 31
ГМ и СМ 0 0 0,6 30
ГХ и СК 0,2 225 0,6 25
Класс 0,3 250 0,5 20
МЛ 0 0 0,5 29
*Группа почвы согласно ASTM D2487 (таблица 4-6)

Минимальная сила трения по уравнению (1) будет иметь место, когда сцепление грунта незначительное или отсутствует (C~0), низкая плотность грунта (W~100 lb/ft 3 ) и (ƒ Ø  Ø) составляет минимум. Как видно из Таблицы 1, критерию наименьшей силы трения соответствуют илистый гравий (GM) или илистый песок (SM).

Использование этой наихудшей нагрузки на грунт для участка трубопровода Aquatherm SDR 7.4 PP-R длиной 13 футов (4 м) приводит к силе трения 5 634 фунта f  при глубине залегания 1 фут. осевая сила, вызванная тепловым расширением (4800 фунтов f для SDR 7,4; 3400 фунтов f для SDR 11 и 2180 фунтов f для SDR 17,6), и будет легко удерживать трубу от перемещения. Обратите внимание, что при глубине залегания 3 фута эта сила трения увеличивается до 16 350 фунтов 9 .0252 f  над этим же участком трубопровода.

На любой глубине залегания сила трения значительно ниже осевой силы, развиваемой в стальной трубе (201 600 фунтов f ), и поэтому стальная труба будет расширяться, что потребует использования компенсаторов для компенсации расширения.

Последний вопрос заключается в том, не вызовет ли такое ограничение трубопровода Aquatherm какое-либо повреждение самого материала трубы. Осевое напряжение в стенке трубы из-за ограничения будет составлять 210 фунтов на квадратный дюйм. Долговременная экстраполированная прочность материала трубы составляет 575 фунтов на квадратный дюйм при 180°F 9 .0020 3 .

Стоит также отметить, что в работе, выполненной Аламом и Аллоушем 4  фактическая сила трения, сдерживающая движение трубы, в ходе лабораторных испытаний хорошо согласовывалась с Потенди для связных и мелкозернистых грунтов и превышала расчетную для крупнозернистых грунтов. зернистый материал и мелкий гравий (т.е. более консервативный).


1 Потёнди, Дж. Г., 1961. Кожное трение между различными грунтами и строительными материалами, Геотехника, Том. XI, № 4, стр. 339.-353
2 Труба из ПВХ – Проектирование и монтаж, Руководство AWWA M23, 2-е изд., Американская ассоциация водопроводных сооружений
3  ISO 15874-2003, Системы пластиковых трубопроводов для систем горячего и холодного водоснабжения – полипропилен (ПП)
4 Алам, С.