SIŁY W RUROCIĄGACH.
SIŁY REAKCJI OD KOMPENSATORÓW.
Kompensatory w rurociągach przemysłowych pełnią istotną rolę w absorbowaniu ruchów spowodowanych zmianami temperatury, ciśnienia, drganiami czy innymi czynnikami zewnętrznymi. Dzięki nim można zminimalizować naprężenia w systemie rurociągowym, co przekłada się na jego dłuższą żywotność i niezawodność. Uwzględnienie przy projektowaniu sił reakcji od kompensatora jest kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania całego układu.
Przykładowo: Wyobraźmy sobie rurociąg przemysłowy przesyłający gorącą ciecz, który jest poddany rozszerzaniu termicznemu. Kompensator zainstalowany w tym rurociągu umożliwia jego wydłużenie w wyniku wzrostu temperatury. W momencie, gdy rurociąg się wydłuża, kompensator absorbuje tę zmianę długości, ale jednocześnie wywiera siłę przeciwną na rurociąg. Ta siła reakcyjna jest przenoszona na podpory, które muszą być zaprojektowane tak, aby mogły ją bezpiecznie absorbować, zapobiegając przeciążeniu rurociągu i podpór.
Jak obliczyć siły reakcji?
Obliczenia sił reakcji od kompensatora zależą od kilku czynników:
- Ciśnienie wewnętrzne i średnica:

Siła reakcji osiowa F [kN] generowana jest przez ciśnienie P wewnątrz kompensatora, zależna jest ona również od średnicy rurociągu (kompensatora). Obliczamy ją za pomocą wzoru:
F=P × A x 0,01
Gdzie:
– A to powierzchnia przekroju poprzecznego mieszka kompensatora (tzw. powierzchnia czynna, podawana przez producenta kompensatora) [cm2]
– P- maksymalne ciśnienie występujące w rurociągu (ciśnienie próbne), [bar]
- Sztywność osiowa kompensatora: Każdy kompensator ma określoną sztywność osiową K, która określa, jak duża siła jest potrzebna, aby go rozciągnąć lub ścisnąć o jednostkę długości. Siłę osiową związaną z rozciąganiem lub ściskaniem kompensatora można obliczyć za pomocą wzoru:
F=K×ΔL
gdzie ΔL to zmiana długości kompensatora.
- Siły boczne i kątowe: Siły boczne i momenty sił są bardziej skomplikowane do obliczenia i zależą od specyfikacji kompensatora, takich jak zdolność do kompensacji przesunięć bocznych i kątowych, oraz od konfiguracji rurociągu.
Jeśli rurociąg przemieszcza się w płaszczyźnie prostopadłej do swojej osi, kompensator absorbuje ten ruch i generuje siłę przeciwną działającą na rurociąg w kierunku przeciwnym do przemieszczania. Ta siła jest również przenoszona na podpory.
W przypadku ugięcia się rurociągu, kompensator absorbuje kątowe przesunięcia, generując moment obrotowy przeciwny do występującego. Ten moment jest przekazywany na podpory, które muszą być zdolne do jego absorpcji
Praktyczne aspekty uwzględnienia sił reakcji:
- Projektowanie podpór i mocowań:
Podpory rurociągów muszą być odpowiednio zaprojektowane, aby mogły przenosić siły reakcji generowane przez kompensatory. Obejmuje to:
- Dostosowanie podpór do typów sił: Podpory muszą być w stanie wytrzymać zarówno siły osiowe, jak i boczne oraz momenty obrotowe, w zależności od ruchów kompensatora.
- Rozmieszczenie podpór: Odpowiednie rozmieszczenie podpór wzdłuż rurociągu pomaga w równomiernym rozłożeniu sił reakcji, co zmniejsza ryzyko lokalnych naprężeń i uszkodzeń.
- Montaż kompensatora:
- Kompensatory muszą być zamontowane w sposób, który minimalizuje wstępne naprężenia i zapewnia, że siły reakcji są równomiernie rozłożone. (brak przesunięć bocznych, równoległość przeciwkołnierzy, brak skręcania)
Siły reakcji od kompensatora to kluczowy aspekt projektowania systemów rurociągowych, zwłaszcza w przemysłowych aplikacjach, gdzie zmiany temperatury i ciśnienia mogą być znaczne. Odpowiednie uwzględnienie tych sił w projekcie systemu pozwala na zapewnienie jego długotrwałej i bezawaryjnej pracy.