Wat zijn leidingondersteuningen?
Leidingsystemen moeten bestand zijn tegen de interne en externe krachten die erop worden uitgeoefend zonder dat de procesvloeistof uit het systeem lekt. Om dit mogelijk te maken, worden leidingondersteuningen gebruikt. Dit artikel bespreekt gangbare ontwerpen van leidingondersteuningen, typen, hoe leidingondersteuningen werken, het doel van leidingondersteuningen en veelvoorkomende problemen met leidingondersteuningen.
Variabele Leidingondersteuning Hanger
Waar worden leidingondersteuningen voor gebruikt?
Leidingondersteuningen worden gebruikt voor:
- Ondersteuning van het gewicht van een leidingsectie.
- Het opvangen van thermische uitzetting.
- Het opvangen van schokbelastingen (waterslag en hydraulische stuwkracht).
- Het opvangen van seismische activiteit (aardbevingen enz.).
- Het opvangen van windbelastingen (waar van toepassing).
Als je meer wilt leren over krachtwerktuigbouwkunde onderwerpen, zorg er dan voor dat je onze Power Engineering Fundamentals Videocursus bekijkt. Je kunt ook toegang krijgen tot downloadbare technische artikelen (zoals deze) en handboeken door je aan te melden voor onze nieuwsbrief.
Hoe werken veerleidingondersteuningen?
Het algemene werkingsprincipe van veerhangers is gebaseerd op de wet van Hooke, opgesteld door de Engelse wetenschapper Robert Hooke. Materiaalvervorming wordt gemeten in termen van elasticiteit en plasticiteit.
- Elasticiteit – wanneer een materiaal vervormt door toegepaste spanning en terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de spanning wordt verwijderd.
- Plasticiteit - wanneer een materiaal vervormt door toegepaste spanning en niet terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de spanning wordt verwijderd.
Binnen het elasticiteitsbereik van een materiaal wordt de hoeveelheid vervorming in relatie tot de hoeveelheid toegepaste spanning beschreven door de wet van Hooke. De relatie tussen spanning en vervorming wordt beter beschreven als de relatie tussen spanning en rek. Rek wordt uitgedrukt als een verhouding die de verandering in lengte vergelijkt met de oorspronkelijke lengte; deze verhouding is eenheidsloos, d.w.z. niet beperkt tot metrische, imperiale of enige andere vorm van afstandsmeting.
Wet van Hooke
Door vier variabelen te kennen, is het mogelijk te weten hoe ver een materiaal zal uitrekken zodra een bepaalde druk wordt uitgeoefend. De vergelijking is:
Deze eenvoudige lineaire relatie tussen de spanning (kracht) en de rek (verlenging) werd geformuleerd met behulp van de volgende notatie.
P = kracht die de verlenging van de staaf veroorzaakt (lbf voor imperiale eenheden, Newton meters voor metrische eenheden)
= lengte van de staaf (inches imperiaal, of millimeter, centimeter, of meter voor metrisch)
A = doorsnede van de staaf (inches vierkant imperiaal, of millimeter, centimeter, of meter vierkant metrisch)
δ = totale verlenging van de staaf (inches imperiaal, of millimeter, centimeter, of meter voor metrisch)
E = elasticiteitsconstante van het materiaal, genaamd de Elasticiteitsmodulus, of Young's Modulus (lbf/in.2 imperiaal, of Pascals (Pa) metrisch)
Let op dat één pascal gelijk is aan één Newton per vierkante meter.
De grootheid E, de verhouding van de eenheidsspanning tot de eenheidsrek, is de elasticiteitsmodulus van een materiaal bij trek of druk en wordt vaak Young's Modulus genoemd.
Dus, door de bovenstaande vergelijking en de bijbehorende vier variabelen te kennen, kunnen ingenieurs berekenen hoe lang een veer zal uitrekken zodra een bepaalde kracht wordt uitgeoefend. Dit betekent dat ingenieurs ook kunnen berekenen hoe ver een veer in een veerhanger zal uitrekken zodra een bepaalde kracht/belasting wordt uitgeoefend.
BELANGRIJK
De wet van Hooke is alleen relevant voor berekeningen binnen het elasticiteitsbereik van een materiaal! Zodra een belasting het elasticiteitsbereik van een materiaal overschrijdt, komt het in het plasticiteitsbereik, wat leidt tot permanente vervorming van het materiaal. De wet van Hooke geldt niet binnen het plasticiteitsbereik van een materiaal.
Wat is het verschil tussen primaire en secundaire ondersteuningen?
Een primaire ondersteuning is direct bevestigd aan de leidingsysteem onderdelen en/of componenten, terwijl een secundaire ondersteuning alleen is verbonden met de primaire ondersteuning. Een leidingsysteem wordt meestal geclassificeerd als elk item dat het systeem ondersteunt of eraan is bevestigd. Daarom worden secundaire ondersteuningen meestal beschouwd als onderdeel van een leidingsysteem.
Primaire en Secundaire Leidingondersteuningen
Classificaties van Leidingondersteuningen
Er zijn verschillende manieren om leidingondersteuningen te categoriseren, hoewel een van de meest voorkomende is op basis van constructieontwerp. Leidingondersteuningen kunnen rigide, elastisch of verstelbaar zijn.
Rigide Constructie
Rigide leidingondersteuningen zijn aan het systeem bevestigd via lassen of klemmen. Dit type leidingondersteuning is zeer gebruikelijk, heeft een eenvoudig ontwerp en buigt of past zich niet aan eenmaal geïnstalleerd. Gelaste schoenen, klem schoenen, ondersteuningsbeugels, klephouders en trunnions zijn allemaal typen rigide leidingondersteuning.
Elastische Constructie
Elastische leiding ondersteuningen voorzien in de beweging van het leidingsysteem. Hogetemperatuursystemen zullen altijd elastische ondersteuningen gebruiken om thermische uitzetting binnen het systeem op te vangen. Er zijn twee hoofdtypen elastische ondersteuningen, namelijk de variabele en constante typen (later in dit artikel besproken).
Verstelbare Constructie
Verstelbare leidingondersteuningen zijn vergelijkbaar met rigide leidingondersteuningen, maar ze bieden enige aanpassing bij installatie. Aanpassing houdt meestal in dat de ondersteuning kan worden gedraaid om deze uit te lijnen met de leiding, en/of de hoogte enigszins kan worden verhoogd of verlaagd om de leiding beter te ondersteunen.
Expansievoegen en Expansielussen
Expansievoegen en expansielussen worden ook gebruikt om thermische uitzetting binnen leidingsystemen op te vangen. Onderhoudsvereisten die verband houden met expansielussen zijn veel minder dan die van expansievoegen. Expansievoegen hebben de neiging om na verloop van tijd te barsten of breken, vooral wanneer ze worden blootgesteld aan agressieve omgevingen, zoals kustgebieden met een zoute corrosieve omgeving. Om deze reden zijn leidinglussen de laatste jaren een populairdere keuze geworden bij ontwerpers van leidingsystemen.
Leidinglus
Wat veroorzaakt thermische uitzetting in leidingsystemen?
Thermische uitzetting in leidingmateriaal treedt op wanneer de temperatuur van het materiaal stijgt. Naarmate materialen worden verwarmd, zetten ze uit door de kinetische energie die ze absorberen van de warmte. Wanneer een materiaal wordt afgekoeld, krimpt/krimpt het materiaal.
Leidingen die binnen een breed temperatuurbereik werken, zoals stoomsystemen, zullen uitzetten en krimpen naarmate de temperatuur respectievelijk stijgt en daalt. De mate van uitzetting of krimp hangt af van het type leidingmateriaal, de lengte van de leiding en het minimum en maximum temperatuurbereik (delta T).
Thermische Uitzetting van Leiding
Voorbeeld
Een leiding van 50 meter ervaart een temperatuurstijging van 50⁰C. Het resulterende effect op de lengte van de leiding zal zijn:
- 175 mm verlenging als vervaardigd uit PVC.
- 40 mm verlenging als vervaardigd uit koper.
- 25 mm verlenging als vervaardigd uit roestvrij staal.
Als leidingondersteuningen niet voorzien in deze uitzetting, zal de uitzetting een resulterende kracht creëren die inwerkt op elk vast item waaraan het leidingsysteem is bevestigd. De kracht zal elke beperking op het leidingsysteem ver overschrijden en dus is schade aan het leidingsysteem en de omgeving waarschijnlijk.
Veerondersteuningen
Veerondersteuningen gebruiken veren om thermische uitzetting binnen een leidingsysteem op te vangen en zijn een type elastische ondersteuning. Een veerondersteuning bevat een veer die wordt samengedrukt wanneer deze wordt belast. Wanneer niet belast, keert de veer terug/zet uit naar zijn oorspronkelijke vorm.
Veren kunnen individueel worden geïnstalleerd, of in serie (gestapeld op elkaar). Beweging wordt gecategoriseerd in termen van richting (omhoog en omlaag) en grootte (afstand van beweging).
Elke veer heeft een bepaald aantal spoelen (aantal windingen), en deze spoelen zijn gemaakt van ‘draad’. Spoelen worden gewikkeld om verschillende diameters te hebben, afhankelijk van hun ontwerp en doel; het verschil tussen elke spoel wordt gemeten door de spoed. Een grote diameter spoel wordt ‘los’ genoemd, terwijl een kleinere diameter spoel ‘strak’ wordt genoemd. Draden worden meestal vervaardigd volgens standaard draaddiameters met behulp van standaard goedgekeurde materialen.
Veer Nomenclatuur
Hoe de Stijfheid van een Veer Aan te passen
Het aanpassen van de dikte van de draad van een veer, of de strakheid van de spoel van een veer, zal de stijfheid (weerstand tegen geometrische verandering bij belasting) aanpassen. Bijvoorbeeld, een dikke draadveer zal meer kracht vereisen om samen te drukken dan een dunne draadveer. Evenzo zal een ‘strakker’ gewikkelde veer meer kracht vereisen om samen te drukken dan een ‘losser’ gewikkelde veer. Het veranderen van het materiaal van een draad zal ook de stijfheid veranderen, omdat de dichtheid en structuur van materialen variëren.
Veer Stijfheid
Veerondersteuningstypen
Er zijn twee typen veerondersteuning, de variabele en constante typen. Beide typen kunnen verder worden geclassificeerd als onder of boven leidingondersteuningen. Onder leidingondersteuningen ondersteunen leidingen van onderaf, terwijl boven leidingondersteuningen leidingen van bovenaf ondersteunen. Hangerondersteuningen zijn een type boven leidingondersteuning. Bodemondersteuningen zijn een type onder leidingondersteuning.
.png)
Onder Leidingondersteuning (bodemondersteuning)
Constante Veerondersteuning
De constante veerondersteuning wordt ook wel de ‘constante krachtsveerondersteuning’ genoemd. Dit type ondersteuning is zo ontworpen dat, ongeacht welke belasting wordt uitgeoefend (van het leidingsysteem) op de ondersteuning, de ondersteunende belasting constant blijft. De ondersteunende belasting varieert ook niet, ongeacht de positie van de leiding (mits de leiding binnen het ontworpen werkbereik van de ondersteuning valt).
Constante veerondersteuningen zijn duurder dan variabele veerondersteuningen en zijn ook niet in staat om de belasting zelf aan te passen; dit zijn de twee belangrijkste redenen waarom ze niet zo gebruikelijk zijn als variabele veerondersteuningen. Een ander nadeel is dat de levertijd langer is in vergelijking met variabele veerondersteuningen; dit is een probleem als een reserve snel nodig is.
Variabele Veerondersteuning
Naarmate een veer wordt samengedrukt, neemt de weerstand tegen verdere compressie toe, wat de reden is waarom de term ‘variabele veerondersteuning’ vaak wordt gebruikt om dit type ondersteuning te beschrijven (de ondersteunende kracht varieert). Variabele veerondersteuningen bieden geen constante ondersteuning, maar worden geprefereerd omdat ze goedkoper zijn dan hun constante ondersteunings-tegenhangers. Als vuistregel mag niet meer dan 25% van de maximale werkbelasting (meestal de belasting wanneer het leidingsysteem in de operationele of ‘hete’ toestand is) worden overgedragen aan een variabele veerondersteuning.