Tại các khu trung tâm công nghiệp và hệ thống tuần hoàn của các tòa nhà, mạng lưới đường ống âm thầm thực hiện nhiệm vụ quan trọng là vận chuyển năng lượng và vật liệu. Hoạt động liên tục trong những điều kiện khó khăn về biến động nhiệt độ, biến đổi áp suất và rung động cơ học, các hệ thống này dựa vào một bộ phận thường bị bỏ qua để bảo vệ: khe co giãn đường ống.
Sự giãn nở và co lại nhiệt là hiện tượng vật lý cơ bản ảnh hưởng đến tất cả các hệ thống đường ống. Khi nhiệt độ tăng, đường ống nở ra; khi nhiệt độ giảm, chúng co lại. Mức độ của chuyển động này phụ thuộc vào vật liệu ống, chiều dài và chênh lệch nhiệt độ.
Hãy xem xét một đoạn ống thép 4 inch dài 100 feet. Khi được làm nóng đến 200°F, sự giãn nở nhiệt tạo ra lực đẩy hơn 120.000 pound—đủ để làm cong hoặc đứt đường ống và làm hỏng thiết bị được kết nối. Các ống dẫn khí gắn trên mái nhà tiếp xúc với nhiệt độ cực cao có thể xoắn như rắn, tạo ra mối nguy hiểm đáng kể về an toàn.
Nếu không có khe co giãn, các ứng suất nhiệt này sẽ tích tụ, có khả năng gây ra:
Thiết kế hệ thống đường ống thích hợp đòi hỏi tính toán giãn nở nhiệt chính xác. Các vật liệu khác nhau thể hiện hệ số giãn nở khác nhau - ví dụ như đồng giãn nở nhiều hơn thép trong các điều kiện giống nhau. Các tiêu chuẩn ASHRAE cung cấp các hướng dẫn để tính toán chuyển động nhiệt và tính linh hoạt của hệ thống.
Các công thức chính bao gồm:
Khai triển tuyến tính:ΔL = α × L × ΔT
Trong đó ΔL là sự thay đổi độ dài, α là hệ số, L là độ dài ban đầu và ΔT là chênh lệch nhiệt độ.
Mở rộng khối lượng:ΔV = β × V × ΔT
Trong đó ΔV là sự thay đổi âm lượng, β là hệ số thể tích và V là thể tích ban đầu.
Khe co giãn ống thổi:Nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí, những thiết bị này xử lý chuyển động dọc trục trong các ứng dụng nhiệt độ cao như hệ thống ống xả. Khả năng di chuyển hạn chế của chúng khiến chúng không phù hợp với các hệ thống lớn.
Khe co giãn không đóng gói:Được thiết kế cho các ứng dụng hơi nước áp suất cao, chúng cho phép thay thế đệm kín trong quá trình vận hành nhưng yêu cầu neo giữ đáng kể và bảo trì thường xuyên.
Ống thổi áp suất bên ngoài:Áp suất tác động bên ngoài ống thổi, cho phép chuyển động dọc trục lớn hơn với độ ổn định được nâng cao cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Bộ bù đồng:Các thiết bị đáng tin cậy, không cần bảo trì này cung cấp khả năng bù chuyển động dọc trục, thường được sử dụng trong các hệ thống sưởi ấm.
Các khớp nối linh hoạt này đáp ứng chuyển động đa hướng (trục, ngang và góc) với yêu cầu neo tối thiểu, mặc dù chi phí cao hơn.
Các vòng ống truyền thống yêu cầu không gian đáng kể, trong khi các giải pháp thay thế như khớp nối ống thổi kép hoặc khớp nối gimbal cung cấp các giải pháp nhỏ gọn cho chuyển động dọc trục và ngang trong các khu vực hạn chế.
Tổng tải trọng neo bao gồm ba thành phần:
Hướng dẫn và neo đúng cách là rất cần thiết. Hướng dẫn tiêu chuẩn đặt hướng dẫn đầu tiên ở 4 đường kính ống tính từ khớp, hướng dẫn thứ hai ở 14 đường kính và hướng dẫn thứ ba ở 40 đường kính. Móc treo không bao giờ được dùng làm hướng dẫn.
Những cân nhắc chính bao gồm:
Tại các khu trung tâm công nghiệp và hệ thống tuần hoàn của các tòa nhà, mạng lưới đường ống âm thầm thực hiện nhiệm vụ quan trọng là vận chuyển năng lượng và vật liệu. Hoạt động liên tục trong những điều kiện khó khăn về biến động nhiệt độ, biến đổi áp suất và rung động cơ học, các hệ thống này dựa vào một bộ phận thường bị bỏ qua để bảo vệ: khe co giãn đường ống.
Sự giãn nở và co lại nhiệt là hiện tượng vật lý cơ bản ảnh hưởng đến tất cả các hệ thống đường ống. Khi nhiệt độ tăng, đường ống nở ra; khi nhiệt độ giảm, chúng co lại. Mức độ của chuyển động này phụ thuộc vào vật liệu ống, chiều dài và chênh lệch nhiệt độ.
Hãy xem xét một đoạn ống thép 4 inch dài 100 feet. Khi được làm nóng đến 200°F, sự giãn nở nhiệt tạo ra lực đẩy hơn 120.000 pound—đủ để làm cong hoặc đứt đường ống và làm hỏng thiết bị được kết nối. Các ống dẫn khí gắn trên mái nhà tiếp xúc với nhiệt độ cực cao có thể xoắn như rắn, tạo ra mối nguy hiểm đáng kể về an toàn.
Nếu không có khe co giãn, các ứng suất nhiệt này sẽ tích tụ, có khả năng gây ra:
Thiết kế hệ thống đường ống thích hợp đòi hỏi tính toán giãn nở nhiệt chính xác. Các vật liệu khác nhau thể hiện hệ số giãn nở khác nhau - ví dụ như đồng giãn nở nhiều hơn thép trong các điều kiện giống nhau. Các tiêu chuẩn ASHRAE cung cấp các hướng dẫn để tính toán chuyển động nhiệt và tính linh hoạt của hệ thống.
Các công thức chính bao gồm:
Khai triển tuyến tính:ΔL = α × L × ΔT
Trong đó ΔL là sự thay đổi độ dài, α là hệ số, L là độ dài ban đầu và ΔT là chênh lệch nhiệt độ.
Mở rộng khối lượng:ΔV = β × V × ΔT
Trong đó ΔV là sự thay đổi âm lượng, β là hệ số thể tích và V là thể tích ban đầu.
Khe co giãn ống thổi:Nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí, những thiết bị này xử lý chuyển động dọc trục trong các ứng dụng nhiệt độ cao như hệ thống ống xả. Khả năng di chuyển hạn chế của chúng khiến chúng không phù hợp với các hệ thống lớn.
Khe co giãn không đóng gói:Được thiết kế cho các ứng dụng hơi nước áp suất cao, chúng cho phép thay thế đệm kín trong quá trình vận hành nhưng yêu cầu neo giữ đáng kể và bảo trì thường xuyên.
Ống thổi áp suất bên ngoài:Áp suất tác động bên ngoài ống thổi, cho phép chuyển động dọc trục lớn hơn với độ ổn định được nâng cao cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Bộ bù đồng:Các thiết bị đáng tin cậy, không cần bảo trì này cung cấp khả năng bù chuyển động dọc trục, thường được sử dụng trong các hệ thống sưởi ấm.
Các khớp nối linh hoạt này đáp ứng chuyển động đa hướng (trục, ngang và góc) với yêu cầu neo tối thiểu, mặc dù chi phí cao hơn.
Các vòng ống truyền thống yêu cầu không gian đáng kể, trong khi các giải pháp thay thế như khớp nối ống thổi kép hoặc khớp nối gimbal cung cấp các giải pháp nhỏ gọn cho chuyển động dọc trục và ngang trong các khu vực hạn chế.
Tổng tải trọng neo bao gồm ba thành phần:
Hướng dẫn và neo đúng cách là rất cần thiết. Hướng dẫn tiêu chuẩn đặt hướng dẫn đầu tiên ở 4 đường kính ống tính từ khớp, hướng dẫn thứ hai ở 14 đường kính và hướng dẫn thứ ba ở 40 đường kính. Móc treo không bao giờ được dùng làm hướng dẫn.
Những cân nhắc chính bao gồm:
