Obliczenia wytrzymałościowe

 

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

 

     Dzisiaj skupimy się na temacie rozszerzalności cieplnej. W kotłach spotykanych w energetyce zagadnienie ekspansji termicznej pojawia się w wielu miejscach. Generalnie istnieje zasada że nie należy blokować rozszerzalności cieplnej bez wyrażnej takiej potrzeby. Ma to na celu uniknięcie powstawania dodatkowych naprężeń. Układy projektowane są więc w taki sposób aby pozwolić na swobodną ekspansję. Tam gdzie jest to potrzebne wprowadza się celowo podatność układu dla skompensowania przemieszczeń termicznych. Takie rozwiązania stosowane są przy doborze podparć i zawieszeń rurociągów, wężownic czy kanałów powietrza i spalin. Zdarzają się układy gdzie ekspansja termiczna blokowana jest w sposób naturalny przez sam układ i powstają naprężenia termiczne, ale o tym później.

Ekspansję termiczną można liczyć następująco:

ΔL = α·L, gdzie:

α - współczynnik rozszerzalności [mm/m], L - długość układu [m]

 

Na początek przyjrzyjmy się belce na podporze przegubowej i przesuwnej. W przypadku wzrostu temperatury belki, układ może swobodnie rozszerzać się.

Swobodna ekspansja

Skupmy się teraz na prostej belce utwierdzonej obustronnie i poddanej działaniu temperatury. Układ przedstawiono poniżej:

 Ekspansja termiczna belki

 Ekspansja układu jest blokowana z powodu obustronnego utwierdzenia. Powstają siły wewnętrzne w układzie.

 

     W przypadku rurociągów najczęstszym rozwiązaniem jest poprowadzenie odpowiedniej trasy. Stosowane są kolanka, pętle i układy typu "Z"  w celu rozdystrybuowania przemieszczeń termicznych. Poglądowo przedstawiono to na rysunku poniżej.

 podatność rurociągu

Stosując powyższe rozwiązania wprowadza się podatność do układu.

 

c.d.n.

 

Zachęcam do pobrania programu do obliczeń współczynnika ekspansji:

Współczynnik rozszerzalności