Arten von Spannungen in der Rohrleitung

Pipelines sind ein integraler Bestandteil der Infrastruktur verschiedener Industrie- und Gewerbebetriebe. Sie werden verwendet, um verschiedene Medien, einschließlich Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, zu transportieren. Jedoch treten beim Betrieb der Rohrleitungen unterschiedliche Spannungen auf, die zu Beschädigungen und Unfällen führen können.

Eine Art von Spannungen, mit denen Pipelines konfrontiert sind, ist die Belastung durch die Kombination von Kräften, die auf die Pipeline wirken. Diese Kräfte können das Gewicht der Rohrleitung selbst, das Gewicht des Mediums innerhalb der Rohrleitung sowie den Druck innerhalb der Rohrleitung umfassen.

Neben der Belastung durch die Kombination von Kräften können die Rohrleitungen einer Druckspannung ausgesetzt sein. Diese Spannung tritt auf, wenn eine Kompression durch die Umgebung oder andere Objekte auf die Rohrleitung wirkt. Wenn Sie beispielsweise ein Gebäude in der Nähe einer Rohrleitung bauen, kann es zu Druckbelastungen kommen.

Eine andere Art von Spannung in der Rohrleitung ist die Biegespannung. Es tritt auf, wenn eine Rohrleitung einer Biegebelastung ausgesetzt ist. Beispielsweise kann es an den Verbindungsstellen von Rohrleitungen oder bei einer Änderung der Richtung der Rohrleitung zu Biegespannungen kommen.

Schließlich können die Rohrleitungen durch Dehnung belastet werden. Diese Spannung tritt auf, wenn eine Kraft auf die Rohrleitung wirkt, die sie entlang der Achse zieht. Wenn Sie beispielsweise eine Rohrleitung über große Abstände zwischen den Stützen verlegen, kann es zu Spannungen durch Dehnung kommen.

Arten von Spannungen in der Rohrleitung

Kombination von Spannungen

Die Kombination von Spannungen stellt die gemeinsame Wirkung mehrerer Arten von Belastungen auf eine Rohrleitung dar. In diesem Fall treten verschiedene Kombinationen von Kompression, Biegung, Dehnung und anderen Spannungen auf.

Kompression

Eine Kompression ist eine Spannung, die durch äußere Kraft in einer Rohrleitung entsteht, die auf sie drückt und ihre Länge verringert. Durch die Kompression entsteht eine elastische Verformung des Rohrmaterials.

Biegung

Eine Biegung ist die Spannung, die beim Biegen einer Rohrleitung auftritt. Durch das Biegen wird ein Teil der Rohrleitung komprimiert und der andere Teil gedehnt.

Verstauchung

Eine Dehnung ist eine Spannung, die unter dem Einfluss einer äußeren Kraft in einer Rohrleitung auftritt, die sie zieht und ihre Länge erhöht. Durch die Dehnung entsteht eine elastische Verformung des Rohrmaterials.

Das Verständnis der verschiedenen Arten von Spannungen, die in einer Rohrleitung auftreten, ermöglicht eine Bewertung ihrer Festigkeit und Zuverlässigkeit sowie die Entwicklung wirksamer Methoden zur Verhinderung von Zerstörung und Beschädigung von Rohrleitungen.

Kombination von Spannungen

Die Kombination von Spannungen kann in folgende Typen unterteilt werden:

• Eine Kombination aus Kompression und Biegung. Dies sind Spannungen, die bei gleichzeitiger Wirkung von Druck- und Biegelastungen auftreten. Dabei wird die Leitung gleichzeitig komprimiert und gebogen, was zu Verformungen und Beschädigungen führen kann.
• Eine Kombination aus Dehnung und Biegung. In diesem Fall wird die Rohrleitung sowohl Zug- als auch Biegemaßnahmen ausgesetzt. Diese Kombination von Spannungen kann beispielsweise bei einer Änderung der Temperatur oder durch eine Änderung des Drucks in der Rohrleitung auftreten.
• Eine Kombination aus Kompression, Dehnung und Biegung. Dies ist die schwierigste Kombination von Spannungen, bei der die Rohrleitung gleichzeitig komprimiert, gedehnt und gebogen wird. Diese Kombination von Lasten kann zu schweren Verformungen und Konstruktionsschäden führen.

Bei der Konstruktion und Berechnung von Rohrleitungen müssen alle möglichen Spannungen einschließlich ihrer Kombinationen berücksichtigt werden. Dies verhindert verschiedene Verformungen und Beschädigungen und sorgt für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Rohrleitung während ihrer gesamten Lebensdauer.

Rohrleitungs-Kompression

Eine Rohrleitung wird komprimiert, wenn die entlang der Rohrachse gerichteten Druckkräfte darauf wirken. Diese Art von Spannung tritt beispielsweise auf, wenn eine Rohrleitung installiert wird oder wenn sie unter hohen Temperaturen oder hohem Druck betrieben wird.

Kompression kann zu Verformungen und verminderter mechanischer Festigkeit der Rohrleitung führen. Daher ist es bei der Konstruktion der Pipeline notwendig, mögliche Verdichtungen zu berücksichtigen und Maßnahmen zur Kompensation vorzusehen. Eine Möglichkeit, die Kompression einer Rohrleitung zu kompensieren, besteht darin, Kompensatoren zu verwenden, die es dem Rohr ermöglichen, sich frei zu dehnen und zusammenzuziehen, ohne die Konstruktion zu beschädigen.

Wenn eine Rohrleitung komprimiert wird, entsteht eine Spannung, die mit einer Formel ermittelt werden kann:

wo σ - Spannung, F - kraft, die auf die Rohrleitung einwirkt, A - Querschnittsfläche des Rohres.

Druckbelastungen an der Rohrleitung können dazu führen, dass sie sich biegen, dehnen oder reißen. Daher müssen bei der Konstruktion und dem Betrieb von Rohrleitungen Druckspannungen berücksichtigt und Maßnahmen ergriffen werden, um deren Auftreten zu verhindern oder deren Auswirkungen zu minimieren.

Rohrleitung biegen

• Geradlinige Biegung: bei dieser Form der Biegung wird die Leitung in einer Ebene gebogen.
• Gekrümmte Biegung: bei dieser Form der Biegung wird die Rohrleitung in verschiedenen Ebenen gebogen, was zu einem komplexen Spannungszustand führt.

Beim Biegen der Rohrleitung treten folgende Spannungen auf:

• Kompressionsspannung: entsteht durch die äußere Biegung der Rohrleitung und zeigt nach innen der Biegung.
• Verstauchung: entsteht durch die innere Biegung der Rohrleitung und ist entlang der Rohrachse gerichtet.
• Scherbeanspruchung: tritt in Rohrschnitten an den Kanten der Biegung auf und ist tangential zur Rohroberfläche gerichtet.

Das Biegen der Rohrleitung kann zu einer Verformung des Materials führen, daher ist es notwendig, seine Auswirkungen bei der Konstruktion und dem Betrieb der Rohrleitungen zu berücksichtigen.

Rohrleitung dehnen

Wenn die Rohrleitung gedehnt wird, erhöht sich ihre Länge, was zu Kräften innerhalb des Rohrmaterials führt. Wenn diese Kräfte die Festigkeitsgrenzen des Materials überschreiten, können verschiedene Beschädigungen auftreten, einschließlich Risse und Rohrrisse.

Die Dehnung der Rohrleitung kann sowohl durch statische Belastungen (z. B. durch das Gewicht eines Rohres oder durch hydrostatischen Druck) als auch durch dynamische Belastungen (Vibrationen oder Wärmezyklen) verursacht werden. Darüber hinaus können Temperaturänderungen zu erheblichen Veränderungen der Rohrleitungslänge und damit zu einer Dehnung führen.

Verschiedene Methoden werden verwendet, um die durch die Dehnung der Rohrleitung verursachten Spannungen zu reduzieren. Eine solche Methode ist die Verwendung von Kompensatoren oder flexiblen Gelenken. Kompensatoren ermöglichen die Dämpfung von Zugkräften und verhindern Beschädigungen und Verformungen des Rohres. Darüber hinaus werden bei der Konstruktion von Rohrleitungen die Zugfähigkeit berücksichtigt und Berechnungsmethoden verwendet, um die erforderlichen Abmessungen und die erforderliche Stärke des Rohres zu bestimmen.

Spannungen bei Druckänderung

• Eine Kombination von Spannungen. Eine Änderung des Drucks in der Rohrleitung kann eine Kombination verschiedener Spannungen verursachen, z. B. Biegespannungen und Zugspannungen. Diese Spannungen können je nach Konfiguration und Betriebsbedingungen an verschiedenen Stellen der Rohrleitung auftreten.
• Druckbeanspruchung. Wenn in der Rohrleitung ein Druckanstieg auftritt, entsteht eine Druckspannung. Diese Spannung wird durch den Druck des Rohrmaterials von der Innenseite gezeigt.
• Biegespannungen. Wenn sich der Druck in der Rohrleitung ändert, treten Biegespannungen auf, die sich als durch äußere Kräfte verursachte Rohrverformung manifestieren. Diese Spannungen können besonders an Stellen von Bedeutung sein, an denen die Rohrleitung Biegungen oder Übergänge aufweist.
• Dehnungsspannungen. Eine Verringerung des Rohrleitungsdrucks kann zu Zugspannungen führen, die zu einer Dehnung des Rohrmaterials führen.

Das Verständnis und die Berücksichtigung von Spannungen, wenn sich der Druck in einer Rohrleitung ändert, ist ein wichtiger Aspekt, um ihre Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. Dies ermöglicht eine angemessene Bewertung der Festigkeit und Haltbarkeit der Rohrleitung bei verschiedenen Betriebsarten.

Spannungen bei Temperaturänderungen

Eine Änderung der Temperatur in der Rohrleitung kann Spannungen verursachen, die bei der Konstruktion und dem Betrieb des Systems berücksichtigt werden müssen.

Wenn die Rohrleitung erhitzt wird, dehnt sie sich aus, was zu einer Längenzunahme führt. Dadurch entsteht eine Zugspannung, die dazu neigt, die Rohrleitung wieder in ihre ursprüngliche Form und Größe zu bringen. Diese Spannung kann eine Verformung oder sogar eine Zerstörung der Struktur verursachen.

Kompression ist eine andere Art von Spannung, die auftritt, wenn sich die Temperatur ändert. Wenn die Rohrleitung abgekühlt wird, nimmt ihre Länge ab, was zu einer Kompression des Materials führt. Diese Druckspannung kann auch zu Verformung oder Zerstörung führen.

Darüber hinaus kann eine Temperaturänderung auch Biegespannungen verursachen. Diese Spannungen treten auf, wenn verschiedene Rohrleitungsabschnitte unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beim Abkühlen oder Erhitzen einer Rohrleitung dehnt sich ein Teil davon schneller aus oder schrumpft schneller als der andere, was zu einer Biegung führt.

Zur Minimierung von Spannungen bei Temperaturänderungen werden spezielle Kompensatoren in der Rohrleitung eingesetzt, die es ermöglichen, Änderungen der Rohrlängen zu kompensieren, ohne dass erhebliche Spannungen entstehen. Sie können in verschiedenen Bereichen des Systems installiert werden: in geraden Bereichen, an Orten, an denen sich die Richtung oder der Durchmesserübergang ändert. Kompensatoren verhindern Überspannungen, indem sie die Integrität der Rohrleitung bewahren und ihre Lebensdauer verlängern.