Коэффициент линейного расширения стали 20

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К-1).

Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.

По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.

Источник: В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.

Теплоемкость бетона Коэффициент расширения бетона

Теплоемкость бетона — это количество тепла, которое нужно передать бетону, для того что бы его температура изменилась, на одну единицу.

Связанные статьи: Преимущества пенобетона

Коэффициент расширения бетона

Температурно усадочные швы

• Дома из пенобетонных блоков
• Сколько цемента в кубе бетона

Теплоемкости бетонов

Теплопроводность пористого бетона и его разновидностей — составляет порядка 0.35 — 0.75 Bт/(m*ºC)= 0.3-0.6 ккал/(ч*m*ºC), учитывайте, что прочность таких бетонов значительно ниже.

Удельная теплоемкость тяжелых и пористых бетонов (сухих) — около 1кДж/(кг*ºС) = 0.2 ккал/(кг*ºC)

Объемная теплоемкость тяжелых бетонов — около 2.5 кДж/(м3*К), пористых же зависит и изменятся от их плотности.

Смотрите так же: Керамзитобетон состав и пропорции

Удельная теплоемкость бетонной смеси (жидкой)- около 1.5 кДж/(кг*ºC) = 0.3 kkal/(kg*ºC), не забывайте, что такая смесь легче, чем тяжелый бетон и тяжелее чем пористый.

Углеродистые стали

В таблице приведены значения коэффициента линейного расширения углеродистой стали в интервале температуры от -173 до 1000°С. При нагревании такой стали ее ТКЛР увеличивается и может достигать 19,8·10 -6 град -1 (для стали У8) в диапазоне температуры 27-650°С.

Хромистые стали

Хромистые стали имеют коэффициент линейного расширения в среднем от 10 до 13·10 -6 град -1 . Дополнительно стоит отметить стали ШХ15 и 40Х, значение ТКЛР которых составляет 13,4…15,7·10 -6 град -1 .

Хромомолибденовые стали

Хромомолибденовые стали по сравнению с другими типами имеют относительно невысокие значения ТКЛР. Коэффициенты линейного расширения стали этого типа имеют величину 9,7…15,5·10 -6 град -1 при температурах до 1000°С.

Теплоемкость

Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.

Углеродистые стали

В таблице приведены значения коэффициента линейного расширения углеродистой стали в интервале температуры от -173 до 1000°С. При нагревании такой стали ее ТКЛР увеличивается и может достигать 19,8·10 -6 град -1 (для стали У8) в диапазоне температуры 27-650°С.

Хромистые стали

Хромистые стали имеют коэффициент линейного расширения в среднем от 10 до 13·10 -6 град -1 . Дополнительно стоит отметить стали ШХ15 и 40Х, значение ТКЛР которых составляет 13,4…15,7·10 -6 град -1 .

Хромомолибденовые стали

Хромомолибденовые стали по сравнению с другими типами имеют относительно невысокие значения ТКЛР. Коэффициенты линейного расширения стали этого типа имеют величину 9,7…15,5·10 -6 град -1 при температурах до 1000°С.

Ленточный

Наиболее популярным основанием для возведения частного дома считают ленточный фундамент. Он представляет собой своего рода замкнутую ленту из бетона, проходящую под всеми несущими стенами здания.

Для средней полосы, при возведении небольших частных домов и бань, достаточно выполнить заглубление в пределах 1500 мм с высотой наземной части до 400 мм.

Формула расчета выглядит так:

V=h*b*l, где:

• V – объем раствора в м 3 ;
• h – высота в м;
• b – ширина в м;
• l – длина ленты в м.

В итоге получаем более точную формулу расчета объема бетона для ленточного фундамента:

V=h*b*l + 0,02*(h*b*l)

Полученное значение округляется до целого числа. Для наших примеров уточненное вычисление будет выглядеть так: для дома 6х6 V=24+0,02*24=24,48 (25) м 3 , для дома 10х10 V=48+0,02*48=48,96 (49) м 3 .

Столбчатый

Чтобы высчитать объем столбов с квадратным или прямоугольным сечением, нужно использовать следующую формулу:

V=a*b*l*n, где a и b – стороны сечения столба, l – длина столба, n – количество столбов в фундаменте.

Для вычисления объема бетона для заливки столбов с круглым сечением, понадобится формула нахождения площади круга: S=3,14*R*R, где R – радиус. Получаем формулу вычисления объема столбов с круглым сечением:

V=S*L*n

Для получения общего объема бетона, требуемого для заливки столбов и ростверка, необходимо сложить уже полученные показатели, не забывая про коэффициент погрешности в 2%.

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К -1 ).

Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.

По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.

Источник:
В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.

Коэффициент теплового расширения бетона

Теплоемкость

Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.

Теплопроводность

Теплопроводность – одна из важнейших теплофизических характеристик. Высокая теплопроводность тяжелого бетона является его недостатком. Панели для наружных стен производят из тяжелого материала с включением внутреннего слоя утеплителя.

Коэффициент температурного расширения бетона

Коэффициент расширения бетона

Так как коэффициенты температурного расширения бетона и стали по величине очень близки, то температурные напряжения не нарушают монолитности железобетона. [c.28]

Температурный коэффициент линейного расширения бетонов [c.188]

В жаростойком железобетоне арматуру располагают в местах, где температура не превышает 350° С. При более высоких температурах температурное расширение арматуры больше, чем у бетона, [c.72]

Предел прочности, МПа, при. сжатии растяжении изгибе Адгезия к бетону, МПа Коэффициент линейного температурного расширения в пределах температур 40. 100 °С, ГС [c.92]

Примечание 1. Эмпирические формулы для вычисления температурного коэффициента линейного расширения бетонов в интервале температур от —30″ до 0°С ( ) и от О до +40°С ) я з вискиости от лажностк по объему т (%) и температуры Г °С следующее [c.189]

Онлайн расчет температурного линейного расширения материалов, металлов, камней, пластиков

Если данный калькулятор был для Вас полезным, пожалуйста нажмите на одну или несколько социальных кнопочек. Благодарим за Ваш большой вклад в поддержку нашего проекта. Желаем Вам крепкого здоровья, счастья, успехов в профессиональной деятельности и дальнейшего процветания Вашего бизнеса. Огромное спасибо.

Больше интересного

В этой статье рассматривается ковровая плитка. Её достоинства и недостатки.

Стальные двери — залог безопасности вашего дома или квартиры. Что следует знать при выборе и на что нужно обращать внимание.

Описание инновационной системы теплого пола от фирмы Rehau. Преимущества системы низкая высота при монтаже и быстрая укладка греющего контура трубы

Расчет температурного линейного расширения

Так же, как и здание после строительства может дать «усадку», некоторые материалы, напротив, со временем увеличиваются или удлиняются. Это явление в физике называется тепловым расширением, потому что возникает оно по мере того, как на твердое тело воздействует высокая температура. Оно становится причиной увеличения площади, поэтому фактор расширения необходимо принимать во внимание при строительстве автомагистралей и зданий.

К примеру, при возведении дома с железобетонными элементами в климатических условиях, близким к тропическим или южным, строители могут не учесть вероятность линейного расширения. Впоследствии увеличенные металлические конструкции могут привести к повреждению других механизмов и преждевременному разрушению всей конструкции.

Подобный пример можно привести и при строительстве железнодорожных рельс. Нагреваясь под прямыми лучами солнечного света, молекулы металла расширяются и удлиняются. В холодное время года рельсы напротив, укорачиваются. Хотя это сложно заметить невооруженным взглядом, с целью безопасности нужно учитывать это при строительстве с применением не только металла, но и камня, даже пластика.

Как определить температурное линейное расширение

Чтобы избежать негативных последствий расширения материалов, используются специальные термометры. Они чувствительны к малейшим изменениям температуры. Но лучше предусмотреть возможные изменения и перестраховаться еще на стадии планирования производства. Для этого разработан онлайн-калькулятор, который моментально демонстрирует:

• коэффициент линейного теплового расширения;
• удлинение по осям Х, Y и Z;
• величину, на которую удлиняется материал при заданной температуре.

Все, что нужно сделать для этого – выбрать из выпадающего списка нужный материал, выбрать его параметры: толщину, дину и ширину. Если нужно конкретно узнать его состояние при той или иной температуре, можете выбрать и эту функцию на сайте. Отметим, расчеты проводятся относительно начальной температуры материала 0°C. Ответы выдаются на анализе коэффициентов линейного теплового расширения, и расчетам, которые уже проведены и запрограммированы на сайте. Система реагирует на изменения и самостоятельно выполняет подсчет.

Какие материалы чаще всего подвергаются расширению

Прежде всего, это – металлы: алюминий, купрум, медь. Среди камней можно отметить гранит базальт, кварцит и даже кирпич. Аналогично на высокие температуры реагируют дерево, сложные штукатурки и стекло. Из вышеперечисленных материалов наименьший коэффициент теплового расширения имеют:

• клинкерный и стеновой кирпич;
• дерево;
• штукатурка;
• базальт;
• стеновой кирпич.

Для сравнения, наибольший показатель – у алюминия, стали и меди. К примеру, КТЛР алюминия составляет 24•10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали. Поэтому монтаж трубопровода невозможен без предварительных расчетов, особенно если планируется использовать алюминиевые трубы для горячего водоснабжения или отопления. Изменение длины трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле

dL = a • l • (tmax – tc), мм, где:

• а – КТЛР материала, из которого изготовлена труба или другое изделие;
• tmax – наибольшая температура, которой достигает теплоноситель;
• tс — температура окружающей среды на момент установки конструкции;
• l — длина трубопровода.

Также есть специально составленные таблицы значений среднего температурного коэффициента линейного расширения различных материалов. Но прибегать к ним и сложным расчетам не обязательно, если под рукой есть интернет и безошибочное решение можно получить с помощью калькулятора за считанные минуты.

Коэффициент линейного расширения стали 20

В условиях Крайнего Севера в инженерных сооружениях, в частности на надземных магистральных газопроводных трубах изготовленных из низколегированных конструкционных сталей Северного исполнения, например: марки 09Г2С, 14Г2АФ, 17Г1С и т.п. в интервале годового перепада температур от плюс 30 °С до минус 40 °С смещение составляет 10 см. на трубу длиной 100 метров, что равняется 0,1 % деформации. Такое ощутимое периодическое смещение трубы при годовом градиенте температуры равном 70 °С, достигается в результате изменения физико-механических свойств, прочностных характеристик материалы трубы, и при образовании соответствующего уровня напряженно-деформированного состояния. При давлении природного газа в магистральных трубах равном (2,5–3,0) МПА, определенном уровне вибрационных колебаний, сезонном смещении грунта в условиях вечной мерзлоты, а также с учетом изменений в структуре стали из-за неоднородности теплофизических свойств основного металла и включений в результате температурного воздействия зарождаются дефекты, способные при своем развитии вызвать деградацию механических свойств металла труб и самих труб.

Исходя из сказанного, целью данной работы является – оценка влияния теплового расширения (смещения) на структурное состояние конструкционных сталей при понижении температуры.

Согласно работе Журкова С. Н. [1] чужеродные атомы расположенные по границам зерен или на стыке зерен в кристаллической решетке железа вызывают образование локальных областей присущим только им коэффициентом теплового расширения (КТР). Значение КТР чужеродных атомов и фаз отличается от КТР тела зерна (матрицы), т.е. локальные значения КТР вносят существенный вклад в создании пиковых напряжений при деформировании стали.

Материалы и методы исследования

Для выявления влияния микроискажений, образующихся из-за разницы величины термического расширения между чужеродными примесными атомами и атомами составляющими матрицу [1], нами анализировались формы рентгеновских дифракционных максимумов от плоскостей отражения (211) технически чистого α- Fe, феррито-перлитной стали Ст.3сп и стали У8А со структурой зернистого перлита. Выбор этих сплавов обусловлен тем, что они друг от друга отличаются по содержанию углерода (в сотых долях процента) почти на порядок, т.е. 0,02 %С; (0,14–0,24) %С и (0,76–0,83) %С – соответственно. Известно, что упругие деформации влияют на положение дифракционного максимума, а микроискажения на форму дифракционного профиля линии [2].

Рентгеновские исследования проводились в монохроматическом CrKα – излучении с помощью дифрактометра ДРОН – 3М. Съемка дифракционного профиля линии от плоскости дифракции (211) проводилась в схеме Ɵ–2Ɵ сканирования с фокусировкой по Бреггу – Брентано в интервале углов 2Ɵ = 156,50–158,50 °. Прецизионные съемки для выделения рентгеновских профилей линий осуществляли методом пошагового сканирования с шагом 0,02 ° и длительностью накопления импульсов в каждой точке 100 секунд. Обработку экспериментальных результатов по количественной оценке размеров областей когерентного рассеяния (ОКР), среднеквадратичным микроискажениям осуществляли с помощью программы JCPDS. Выбранный метод рентгеновской съемки особенно пригоден (важен) в случае определения величин микроискажений, поскольку они несут основной вклад в формировании формы дифракционного максимума в крайних его точках [2].

Образцы из технически чистого α- Fe, сталей Ст.3сп и У8А были в состоянии поставки и отжига, поскольку рентгеновский профиль дифракционного максимума в этом случае получается более четким и разделение вклада в профиль линии от микроискажений и ОКР методом аппроксимации [3] производиться почти без особых технических усилий. Термообработку исследованных сталей путем отжига проводили при температуре 700 °С в вакууме с целью предотвращения образования поверхностной окалины.

Известно [4], что температурный коэффициент линейного (теплового) расширения (КТР) – α является теплофизическим свойством материала и зависит от состава, структуры, а также температуры. Поскольку КТР представляет собой отношение относительного удлинения материала к разности температур, и каждый материал характеризуется собственным значением α, то можно предположить, что он непосредственно связан с микроструктурой.

В частности, при предположении, что:

,

где ∆а = а1 – а2; ∆t = t1 – t2;

а0 – параметр кристаллической решетки материала при температуре t0 = 20 °C;

а1 – параметр кристаллической решетки материала при температуре t1.

При равномерном нагреве материал подвергается деформации, описываемой соотношением:

,

где αij – коэффициент теплового расширения; ∆t – изменение температуры.

Традиционными методами измерения теплового расширения являются оптические методы, например, подсчет интерференционных полос, образуемых интерференцией света в маленьком воздушном зазоре. Для анизотропных материалов, в частности, в сплавах и сталях обычно применяют рентгеноструктурный метод [5] определения коэффициента теплового расширения через величину смещения дифракционного максимума профиля линии – ∆2θ, вызванное изменением температуры.

Межплоскостное расстояние d определяется согласно закону Вульфа – Брэгга:

где θ – угол Брэгга; λ – длина волны рентгеновского излучения.

Дифференцирование данного уравнения по температуре дает:

‚

откуда находим коэффициент теплового расширения измеренное через межплоскостное расстояния:

.

Изменение угла Брэгга , определяем путем записи дифракционного профиля линии на рентгеновском дифрактометре при двух различных температурах: t0 = 20 °C и ti ≠ 20 °C.

Измерение значения αd согласно закона отражения Вульфа – Брэгга, относятся к направлениям, перпендикулярным каждой плоскости Брэгга с индексом Миллера (211). Таким образом, для отражения 211 значение αd вычерчивают как функцию направления нормального к плоскости (211).

Рентгенографическое определение КТР требует прецизионного измерения параметров элементарной ячейки кристалла и достаточно точного определения температуры рентгенографирования.

Результаты исследований и их обсуждение

Проведенные нами рентгеноструктурные измерения и анализ формы профиля дифракционной линии согласно методики [3] показали, что при понижении температуры от плюс 20 °С до минус 150 °С вклад внесенный микроискажениями и ОКР обусловленные из-за разницы величин КТР от чужеродных атомов ( примесей) и атомов основного металла не отражается на форме профиля линии, т.е., форма профиля дифракционного максимума остается без изменений. Такие положения формы профилей могут быть обусловлены образованием незначительного количества вновь образованных микроскопических областей, которые не в состоянии внести вклад на форму дифракционного максимума, либо примесные атомы распределены относительно равномерно по всему металлу. Такое распределение, в частности по границам зерен может влиять при понижении температуры не на форму дифракционного максимума, а на его положение, т.е. на параметр кристаллической решетки (a), связь которого с межплоскостным расстоянием (d) в случае металлов с ОЦК структурой имеет вид [3]:

где (HKL) индексы Миллера для кристаллографических плоскостей.

Исходя из сказанного выше, можно предположить, что примесные атомы (например, атомы углерода), образуя жестко направленные связи между атомами основного металла и примесью в решетке железа уменьшают величину температурного изменения параметра кристаллической решетки (∆a), соответственно снижается значение КТР. Притом, чем больше концентрация примесных атомов, тем заметнее снижается значение температурного изменения КТР.

Для однофазных металлов и низкоуглеродистых сталей основным структурным показателем является размер зерна, который определяет уровень сопротивления металла к внешним и внутренним воздействиям. Известное соотношение Холла-Петча [6], используемое при анализе вклада величины зерна в прочностные характеристики стали, способствует рассмотреть размер зерна как расстояние между дисперсными частицами, т.е. относительно «мягкое» однородное тело зерна и «жесткая» граница зерен, где в основном концентрирована вся неоднородная дефектная микроструктура.

Температурная зависимость коэффициента теплового расширения сталей: У8А – ◊; Ст.3 сп. – □ и α – Fe – ∆ в состоянии отжига а) и поставки б)

С целью экспериментального подтверждения влияния концентрации примесных атомов на вид кривой температурной зависимости КТР, а также работоспособности модели «жесткого» каркаса и «мягкой» матрицы [7] нами были проведены низкотемпературные исследования используя метод рентгеновской дилатометрии [5] КТР на α- Fe, сталях Ст.3сп и У8А в состоянии поставки и отжига.

Рассматриваемые материалы содержат вредные примеси, газы, карбиды, а также неметаллические включения и т.п. Такое разнообразие фазовых включений, в основном сосредоточенных по границам и на стыках зерен, которые имеют неодинаковые теплофизические характеристика, в частности, коэффициенты теплового расширения, при понижении температуры могут генерировать значительные внутренние напряжения [8], способствующие образованию микротрещин в случае внешнего воздействия на исследуваемые материалы.

На рисунке представлены низкотемпературные зависимости КТР технически чистого α-Fe и сталей Ст.3сп, У8А. Полученные экспериментальные данные рентгеновской дилатометрии для исследуемых материалов показали, что ход кривых температурной зависимости КТР совпадают, т.е. изменение вида термической обработки (состояние поставки и отжига) не влияет на ход кривых на графике. На данном графике, более пологий характер хода температурной зависимости КТР у высокоуглеродистой стали Ст.У8А, что связано, по-видимому, с влиянием более «жесткого» каркаса межзеренного пространства, чем у α- Fe и стали Ст.3сп.

Итак, проведенные исследования низкотемпературной зависимости КТР технически чистого железа, сталей Ст.3сп и У8А методом рентгеновской дилатометрии показывают, что разница в ходе этих кривых у высокоуглеродистых сталей изменяется согласно модели более «жесткого», каркаса, чем у низкоуглеродистых. На существование «жесткого» каркаса из границ зерен и «мягкой» матрицы из тела самого зерна, также указывают усиление напряжений первого рода [7] на стальных образцах с различным содержанием углерода при понижении температуры.

1. Угол наклона каждой кривой низкотемпературной зависимости коэффициента теплового расширения технически чистого железа и сталей Ст.3сп, У8А может быть обусловлен, на наш взгляд, влиянием «жесткого» каркаса из границ зерен на основной металл (тело зерна).

2. Увеличение концентрации примесных атомов по границам зерен, в частности атомов углерода в стали У8А, может привести: с одной стороны к усилению «жесткости» каркаса из границ зерен, с другой стороны к уменьшению значения КТР в случае высокоуглеродистых сталей.

Коэффициент линейного расширения

Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.

Содержание

• 1 Коэффициент объёмного теплового расширения
• 2 Коэффициент линейного теплового расширения
  • 2.1 Для сталей
• 3 Отрицательный коэффициент теплового расширения
• 4 Измерение коэффициента теплового расширения
• 5 Примечания
• 6 См. также
• 7 Ссылки

Коэффициент объёмного теплового расширения

β = 1 V ( ∂ V ∂ T ) p >left(>right)_

> , К −1 (°C −1 ) — относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.

Вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:

• 0,53⋅10 −4 К −1 (при температуре 5—10 °C);
• 1,50⋅10 −4 К −1 (при температуре 10—20 °C);
• 3,02⋅10 −4 К −1 (при температуре 20—40 °C);
• 4,58⋅10 −4 К −1 (при температуре 40—60 °C);
• 5,87⋅10 −4 К −1 (при температуре 60—80 °C).

Коэффициент линейного теплового расширения

α L = 1 L ( ∂ L ∂ T ) p ≈ Δ L L Δ T =>left(>right)_

approx >> , К −1 (°C −1 ) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.

В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: α x ; α y ; α z ;alpha _;alpha _> . Для изотропных тел α x = α y = α z =alpha _=alpha _> и α V = 3 α L =3alpha _> .

Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10 −6 K −1 [1] .

Для сталей

Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10 −6 K −1 [2]

Отрицательный коэффициент теплового расширения

Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, то есть имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW₂O₈) [3] , некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.

Измерение коэффициента теплового расширения

Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами.

Линейное расширение труб

Под линейным расширением подразумевают способность изделия изменять свои размеры при повышенных температурах. Данная особенность свойственна для трубопроводов всех материалов, в том числе и из полипропилена.

• Что такое коэффициент линейного расширения
• Чем опасно линейное расширение
• Факторы, влияющие на тепловое расширение
• Особенности линейного расширения труб из поливинилхлорида
• Особенности линейного расширения труб из ABS
• Особенности линейного расширения труб из полиэтилена
• Особенности линейного расширения труб PVDF
• Особенности линейного расширения труб PB
• Особенности линейного расширения труб из металлопласта

• Особенности линейного расширения стали
• Особенности линейного расширения металла
• Особенности линейного расширения труб из полипропилена
• Сводная таблица линейного расширения разных пластиковых труб
• Как избежать линейного расширения
• Разновидности компенсаторов
• Пластиковые трубы не требующие компенсаторов
• Вопросы, комментарии, отзывы

Что такое коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения представляет собой физическую характеристику, которая показывает относительное увеличение линейных габаритов труб либо других изделий в условиях возрастания температуры на 1К (Кельвин) при неизменном давлении.

коэффициента линейного расширения осуществляется по формуле:

α– коэффициент линейного расширения;
Δl – удлинение трубы;
l1 – первоначальная длина трубы при Т1;
Δt – разность температур.

Независимо от того, из какого материала изготовлены трубы (металла, полипропилена или какого-то другого), в любом случае при проектировании трубопроводных коммуникаций следует учитывать линейное расширение стали, ПП и т.д.

В трубопроводах холодного водоснабжения изменения температуры практически отсутствуют, поэтому в этом случае трубы не изменяют свои размеры, следовательно, на данную величину можно не обращать внимания. Совсем иначе обстоят дела с системами подачи горячей воды и отопительными коммуникациями, в которых имеет место процесс температурного расширения.

Чем опасно линейное расширение

Стоит отметить, что у неармированных трубопроводных изделий коэффициент температурного расширения гораздо выше, нежели у армированных. Данное обстоятельство также следует учитывать при расчёте трубопроводов.

Если выпустить из виду линейное расширение полипропиленовых труб, то в результате воздействия температурных нагрузок возможно вырывание элементов крепежа и появление на прямолинейных участках синусоидальных деформаций. В таких местах начинает собираться воздух, на фоне чего ухудшится пропускная способность сети. В системах отопления происходит снижение температуры рабочей среды в радиаторе и поломка соединений.

Факторы, влияющие на тепловое расширение

Каждый материал отличается химическими характеристиками и физическими показателями, которые влияют на особенности эксплуатации и подверженность изделия воздействию внешних факторов.

Коэффициент линейного расширения труб во многом зависит от химического состава материала, из которого они изготовлены. Например, полипропиленовые изделия при многих своих преимуществах перед металлическими трубопроводами, более подвержены температурному удлинению. Но если говорить именно о трубах из ПП, то более устойчивы армированные модели.

Отдельного внимания заслуживает продукция «Акватерм», которая по сравнению с другими трубами из полипропилена гораздо устойчивее к температурным нагрузкам.

Рассмотрим особенности линейного расширения различных материалов.

Особенности линейного расширения труб из поливинилхлорида

Поливинилхлоридные (ПВХ) трубы так же, как и другие пластиковые изделия подвержены тепловым деформациям. В условиях эксплуатации ПВХ систем из поливинилхлорида происходит удлинение трубопровода. При этом линейное расширение составляет 0,06-0,08 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб из ABS

У труб ABS величина линейного удлинения составляет 0,09 мм/м ( о С), что гораздо больше, чем у полипропиленовых труб.

Особенности линейного расширения труб из полиэтилена

По сравнению с трубопроводной продукцией из полипропилена, полиэтиленовые трубы обладают достаточно высоким температурным удлинением – 0,15-0,20 мм/м ( о С). В то время, как этого недостатка лишены изделия из сшитого полиэтилена, у которого данный показатель составляет 0,024 мм/м ( о С). Благодаря этому, трубы PEX подходят для использования в системах, которые будут эксплуатироваться при повышенных температурных нагрузках. Но тем не менее для продления срока службы трубопроводной коммуникации крайне важно компенсировать тепловые деформации.

Особенности линейного расширения труб PVDF

Трубы из PVDF имеют много плюсов, но при этом у них довольно высокий коэффициент линейного расширения. Поэтому они менее подходят для создания отопительных сетей и коммуникаций горячего водоснабжения, чем полипропиленовые трубы. Тепловое удлинение трубы PVDF составляет 0,12-0,18 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб PB

Изделия из PB (полибутилена) при всех своих достоинствах реагируют на скачки температуры. У труб PB линейное расширение достигает 0,12 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб из металлопласта

Металлопласт представляет собой многослойную конструкцию. Каждый из входящих в состав материалов имеет разное тепловое расширение. В результате этого при температурных колебаниях возможно расслоение изделия и нарушение герметичности в месте соединения. В целом линейное расширение металлопласта не превышает 0,025 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения стали

Коэффициент линейного расширения стали зависит от марки металла, каждая из которых имеет свой состав. Включение тех или иных добавок обуславливает свойства материала. При создании отопительных коммуникаций из ПП изделий для компенсации линейного расширения реализуются разные решения. В большинстве ситуаций создаются угловые соединения. При необходимости создать строго прямолинейный участок данная проблема устраняется с помощью технологии скользящей трубы – создание подвижного соединения, которое располагается между двумя точками крепежа. При этом в случае повышения температуры обеспечивается нужное удлинение.

Особенности линейного расширения металла

Линейное расширение металла является одним из самых минимальных. Коэффициент теплового удлинения можно рассчитать самостоятельно или посмотреть в соответствующей справочной литературе. Наиболее подвержены температурным нагрузкам алюминий и медь. Если сравнивать алюминиевые и стальные трубы, то данная величина у изделий из алюминия в два раза больше, нежели у трубопроводной продукции из стали. Поэтому при использовании металлических труб для создания отопительных сетей, следует заранее выполнить необходимые расчёты (формула линейного расширения указана выше).

Особенности линейного расширения труб из полипропилена

Как показывает расчёт линейных расширений, обычные ПП трубы обладают высоким коэффициентом температурного удлинения. Так, например, если монтировать трубопровод при температуре 20 о С, а потом начать транспортировать по нему рабочую среду при температуре 90 о С, то сама коммуникация нагреется до 70 о С. В результате температурного воздействия произойдёт изменения размеров: 10,5 мм на каждый метр.

Эффективным решением данной проблемы стало изготовление армированных труб, у которых коэффициент температурного расширения в 5 раз меньше, нежели у изделий без армирования.

Из всего существующего ассортимента полипропиленовых трубопроводных систем, представленного на современном рынке, у труб «Акватерм» один из самых низких коэффициентов линейного удлинения.

Сводная таблица линейного расширения разных пластиковых труб

Как избежать линейного расширения

Такая особенность, как деформация в результате воздействия температур, со временем приводит к удлинению и провисанию системы. В случае с полипропиленовыми трубами вопрос решился благодаря гибким компенсаторам, которые устанавливаются на прямых участках коммуникации более 10 м. Данные компенсирующие детали представляют собой достаточно простые соединительные элементы, напоминающие завёрнутую петлю. В их задачу входит компенсация расширения труб в результате резких скачков температуры и давления.

• Обеспечить стабильное давление в трубопроводах на протяжении всего периода эксплуатации системы;
• Сохранить прямолинейность на всех участках трубопровода.

Использование гибких компенсаторов решает вопрос с линейным расширением у полипропиленовых труб. А у труб Акватерм он полностью нейтрализуется и значение приближается к 0. При этом остаются все положительные качества ПП труб, которые позволяют создавать надёжные и долговечные трубопроводы.

Как решить проблему линейного расширения труб из других материалов

Если для труб используются гибкие компенсаторы, то при монтаже коммуникаций из поливинилхлоридных комплектующих вообще не устанавливаются компенсирующие элементы. А для PVDF систем предназначены компенсаторы Козлова. Их установка положительно сказывается на качестве трубопровода и эксплуатационном периоде.

Разновидности компенсаторов

В настоящее время выпускаются разные модели компенсаторов:

Г-образные;
Z-образные;
П-образные;

Сильфонные, которые в свою очередь бывают сдвиговыми, осевыми и т.д.

О компенсаторах более подробно будет рассказано в нашем следующем обзоре.

Подводя итог, стоит сделать акцент на важность значения линейного расширения труб при проектировании трубопроводов, поскольку оно влияет на их качество и срок службы.

Пластиковые трубы не требующие компенсаторов

Пластиковые трубы от немецкой компании «Aquatherm» имеют много преимуществ, одним из которых является минимальное линейное тепловое расширение 0,035 мкм. Таким низким показателем не может похвастаться ни одна аналогичная продукция. В большинстве случаев коэффициент линейного термического расширения составляет 0,15 мкм.

Минимальная деформация гарантирует работу трубопровода без повреждений долгие годы и обеспечивает возможность не использовать компенсаторы при вертикальной прокладке в шахте и каналах.

Трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для подведения воды к бассейнам, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Произведена из материала Fusiolen