Nosilne konstrukcije NKŽ NKŽ

1

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvoKKTS - LASOK

Nosilne konstrukcije

doc.dr. Boris Jerman, univ.dipl.inž.str.

Govorilne ure: • pisarna: FS - 414• telefon: 01/4771-414• [email protected]

(Tema/Subject: NK - ...)

7. del: Nosilne konstrukcije žerjavov (NKŽ)

1

NKŽ

Žerjavi so transportne naprave (stroji), namenjene transportu kosovnega blaga.

Vsak žerjav sestoji iz velike, na več načinov premične jeklene konstrukcije z ustreznimi mehanizmi, pogonskimi stroji in krmiljem.

NKŽ so zanimive, ker:• so obsežne konstrukcije;• so pestrih oblik;• imajo široko paleto obremenitev;• so zahtevne tudi s stališča varnosti;• zahtevajo kontrolo po mnogih različnih kriterijih dimenzioniranja.

2

NKŽ

Žerjavi so podvženi nizu predpisov (in standardov).Veliko jih obravnava NKŽ, ki zagotavlja velik del t.i. vgrajene varnosti.

Razlogi za to se skrivajo v veliki teži bremen (akumulirana energija), zaradi česar bi ob odpovedi NKŽ nastala:• velika navarnost za okolico (tveganje);• možnost velike škode.

Za strojne konstrukcije, ki nimajo lastnih predpisov se velikokrat uporabljajo kar predpisi za žerjave.

3

2

NKŽPredpisi za žerjave zajemajo sledeča področja:• snovanje;• izdelavo;• kontrolo izdelave;• predajo kupcu;• obratovanje;• vzdrževanje.

Za NKŽ je obvezna izdelava celotne tehnične dokumentacije, ki zajema:a) v fazi ponudbe:• projektni načrt• tehnični opis (delovanje, gradnja, materiali) b) ...

4

NKŽ

b) po pridobljenem poslu:• popolen statični izračun NKŽ:• drugi potrebni izračuni;• delavniška dokumentacija (se ne izroča kupcu*);• tehnolška dokumentacija (se ne izroča kupcu*);• atesti o uporabljenem materialu (ki atest potrebuje);• atesti varilcev;• atesti za vgrajeno opremo;• potrdila o strokovnem izpitu (odgovorne osebe, konstrukterji, ...);• ...

5

NKŽ

b) po pridobljenem poslu:• ...• navodila za uporabo žerjava;• navodila za vzdrževanje in pregledovanje;• spisek rezervnih delov;• izjava o skladnosti (CE);• primopredajni zapisnik in odločba o obratovanju.

Kopijo vse te dokumentacije (razen *) dobi tudi kupec. Vsa dokumentacija (vključno z *) mora biti arhivirana pri proizvajalcu.

Žerjav mora imeti Matično knjigo žerjava in Knjigo vzdrževanja.

6

3

NKŽ

Notranja kontrola pri proizvajalcu:a) proces snovanja;b) proizvodni proces.

Kontrolira se:• statika in drugi izračuni;• vhodni materiali;• kupljene komponente;• električne komponente;• mehanizmi.

Notranja kontrola: zelo koristna; izvajati jo morajo izkušeni projektanti; zagotovljen mora biti čas in denar zanjo.

7

Nekateri predpisi in standardi o snovanju NKŽ

Predpisi:• Pravilnik o varnosti strojev, Uradni list RS, št. 25/06, Ur.l. RS, št.

75/2008;• Seznam standardov, katerih uporaba ustvari domnevo o

skladnosti strojev z zahtevami Pravilnika o varnosti strojev, Uradni list RS, št. 56/2009;

• Pravilnik o varnosti in zdravju pri uporabi delovne opreme, Ur.l. RS, št. 101/2004

8


Standardi:• F.E.M. 1.001 (10.1998). Rules for the design of hoisting

appliances, 8 booklets;

• SIST EN 13001-1:2005 Varnost dvigala (žerjava) – Konstrukcija, splošno – 1. del: Splošna načela in zahteve;

• SIST EN 13001-2:2005 Varnost dvigala (žerjava) – Konstrukcija, splošno – 2. del: Bremenski učinki;

• SIST EN 1993-1-1 do 1-12 (2005 do 2007): Projektiranje jeklenih konstrukcij;

• ...

9

4


Neveljavni standardi:• JUS M.D1.050 (1968) – Žerjavi (Kranovi)

• DIN 15018-1 - Cranes; steel structures; verification and analyses• DIN 15018-2 - Cranes; steel structures; principles of design and

construction • DIN 15018-3 - Cranes; principles relating to steel structures; design

of cranes on vehicles• DIN 15019-1 - Cranes; Stability for All Cranes Except Non-rail

Mounted Mobile Cranes and Except Floating Cranes • DIN 15019-2 - Cranes; Stability for Non Rail-mounted Mobile

Cranes; Test Loading and Calculation

10

Obremenitve žerjavov

Največje koristno breme:� izhaja iz deklarirane nosilnosti posameznega žerjava;�vse, kar visi na nosilni vrvi, razen kavlja:

• na vrvi kavelj � breme in pomožna bremenska sredstva;• na vrvi prijemalo � breme in prijemalo;

� lahko je konstantno, ne glede na položaj obesišča bremena (za vse dvakrat podprte strukture);

� lahko je spremenljivo glede na položaj obesišča bremena (pri žerjavih z ročico.

11


Lastna teža vseh delov žerjava:• lastna teža vseh nepremičnih in premičnih delov žerjava;• premične mase potrebno upoštevati v vseh relevantnih položajih

(tako, kot pri bremenu): skrajne lege, lege z največjim upogibnim momentom, neugodne kombinacije položajev, ... .

12

5


Vztrajnostne (inercialne) sile:• so posledica premikanja (pospeševanje) mas (lastna teža in breme);

• delijo se v več skupin:a) vertikalne vztrajnostne sile (zaradi pospeškov gibanja);b) horizontalne vztrajnostne sile (zaradi pospeškov gibanja);c) vztraj. sile zaradi bočnih udarcev koles ob tirnice;d) vztraj. sile zaradi udarcev ob končne omejilnike;e) vztraj. sile zaradi kolizije s sosdnjimi objekti.

13


a) Vertikalne vztrajnostne sile:• so posledica delovanja dvižnega mehanizama;• dvižni motorji in zavore.

14

Največja sumarna sila v dvižnih vrveh:

Slika: Breme Q na vrvi mačka [P2-50/1] Slika: Sila v vrvi med dvigovanjem bremena [P2-50/2]


a) Vertikalne vztrajnostne sile:• so odvisne od:

�natezne elastičnosti vrvi:�elastičnosti NKŽ (okvir mačka in ogrodje žerjava oz. ročice in

stolpa, ...)�na vrvi viseče mase;�mase mačka, mostu, ...;�karakteristike motorja/zavore;�vtrajnostnih momentov rotirajočih mas;�izgub.

15

6

Obremenitve žerjavova) Vertikalne vztrajnostne sile:

• faktor sunkov ψ se lahko določi s pomočjo gibalnih enačb;• faktor sunkov ψ se lahko določi s pomočjo meritev;• v standardu je diagram, pridobljen s pomočjo meritev:

Za stolpaste žerjave (brez mostu ali ročice) ni diagrama. Tam je togost NKŽ še večja, faktor sunkov ψ pa lahko doseže tudi vrednost 2 in več.

16

Slika: Faktor sunkov ψψψψod vd [P2-50B/1]

Obremenitve žerjavova) Vertikalne vztrajnostne sile:�posebnost: naglo popuščanje sile v vrvi:

• če se vrv pretrga;• če se odlomi kavelj, • če odpove reduktor, ... ;

�NKŽ deluje kot napet lok, ki je sproščen v trenutku;�NKŽ močno zaniha. V DIN standardih se upošteva sila na NKŽ,

usmerjena navpično navzgor v iznosu ¼ bremena na vrvi.

Dvižni mehanizem mora biti opremljen z zavoro, ki preprečuje nenadzorovan spust bremena v primeru izpada el. energije. Zahteva se:• EU: zavora ob dvižnem motorju;• ZDA: zavora na bobnu dvižnega mehanizma.

17

Obremenitve žerjavovb1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):

RAZDELITEV ŽERJAVOV PO VIŠINI POSPEŠKOV

18

Hitrost, ki naj se doseže

1. SKUPINA:Nizke in zmerne hitr. z

dolgo vožnjo –NIZKI POSPEŠKI

2. SKUPINA:Zmerne in visoke hitrosti

–SREDNJI POSPEŠKI

3. SKUPINA:Visoke hitrosti – VELIKI

POSPEŠKI

v Tp a Tp a Tp a

[m/s] [s] [m/s2] [s] [m/s2] [s] [m/s2]4,00 - - 8,0 0,50 6,0 0,673,15 - - 7,1 0,44 5,4 0,582,50 - - 6,3 0,40 4,8 0,522,00 9,1 0,22 5,6 0,36 4,2 0,481,60 8,3 0,19 5,0 0,32 3,7 0,431,00 6,6 0,15 4,0 0,25 3,0 0,330,63 5,2 0,12 3,2 0,20 - -0,40 4,1 0,10 2,5 0,16 - -0,25 3,2 0,08 - - - -0,16 2,5 0,06 - - - -

7


b1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):• pospešek je omejen:

�z močjo pogonskega agregata;�z velikostjo sile trenja med tirnico in pogonskimi kolesi;�večji ko je željeni pospešek, večji % koles mora biti gnan;

• Pri žerjvaih z višjim težiščem je potrebno gnati kolesa na obeh konceh, saj bodo inercialne sile zmanjševale kolesni pritisk na eni strani ter povečevale njegovo vrednost na drugi strani.

19

Slika: Žerjav z visokim težiščem [P2-51/1]


b1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):• žerjavi in mački žerjavov imajo običajno s kolesi podprte 4 vogale;• v vsakem vogalu – oporni točki je lahko eno ali več koles;• v primeru večih koles so le-ta izvedena na način, ki zagotavlja

enakomerno obremenitev vsakega posameznega kolesa;• to se zagotovi z vozički - tehtnicami:

20

Slika: Voziček – tehtnica: shematsko [P2-51B/1]

Slika: Voziček – tehtnica: izvedba [P2-51B/2]


b1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):• velikost i-te sile, ki nastane zaradi pospeševanja i-te mase in

obremenjuje NKŽ (po standardu):

• rotirajoče mase, katerih hitrost vrtenja je neposredno mehansko povezana s hitrostjo gibanja, je potrebno reducirati:

21

Slika: Potek hitrosti od časa pri dejanskem in pri povprečnem pospešku

8


b1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):

• POTREBNO ŠTEVILO GNANIH KOLES: �izhaja se iz zahteve, da je vztrajnostna sila manjša od sile trenja:

22


�Predpis pravi, da morajo biti horizontalne inercialne sile znotraj omejitve tako, da je izpolnjena neenačba:

23

1/4 ... največji možni koeficient trenja med tirnico in tekalnim kolesom. Ta meja pride v poštev predvsem med zaviranjem.

1/30...predstavlja pogoj, da je pospešek dovolj velik, da ne pride do pregrevanja motorja med pospeševanjem. (Zaviranje - primer zaviranja brez zavor.)


b1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):NA VRVI VISEČE BREME

K translatornim masam spada tudi breme.

Njegov vpliv se ne upošteva aritmetično linearno ampak interferentno in je lahko:• večji od vpliva togo vpete mase;• manjši od vpliva togo vpete mase.

24

9

Obremenitve žerjavovb1) Horizontalne vztrajnostne sile (translatorna gibanja):NA VRVI VISEČE BREME

25


26


b2) Horizontalne vztrajnostne sile (rotacijsko gibanje):VRTEČE SE IN NIHAJOČE MASE

Upoštevati masne vztrajnostne momente:• vseh mas na vrtljivi nadgradnji;• vseh rotirajočih delov pogona rotacije nadgradnje.

Čas pospeševanja: 5 s ≤ TP ≤ 15 s

α ... kotni pospešekω ... kotna hitrost

27

10



28

Tangencialna inercialna sila:

Centrifugalna inercialna sila:

Slika: Tloris ročice žerjava in inercialne sile [P2-53/1]



29

Pri tem se kotni pospešek določi:


b2) Horizontalne vztrajnostne sile (rotacijsko gibanje):

NA VRVI VISEČE BREME

30

TANGENCIALNA

KOMPONENTA

Iz rotacijskega pospeška in hitrosti se določi tangencialni pospešek in hitrost � in določi tangencialno inercialno silo. Slika: Breme niha v radialni

in tangencialni smeri

11

Obremenitve žerjavovb2) Horizontalne vztrajnostne sile (rotacijsko gibanje):NA VRVI VISEČE BREME

31

RADIALNA KOMPONENTA

Je lahko pomembna. Standard je ne določa posebej, zato se uporablje centrifugalna sila. Na FS razvit postopek za točnejše določevanje:


b2) Horizontalne vztrajnostne sile (rotacijsko gibanje):

32

Dgr. za določitev koeficienta radialnih horizontalnih sil :

β=0,1 � ψ = 6,5632x-0,9808

β=5,0 � ψ = -0,1023x + 1,5264


c) Inercialne sile zaradi bočnih udarcev koles na tirnice:

33Ob udarcu nakolka ob tirnico se pojavi kratkotrajna sila – impulz sile.

Predpis: če je potovalna hitrost žerjava v<0,7 m/s � učinkov teh udarcev ni potrebno upoštevati.

Slika: Tloris mostnega žerjava [P2-53B/1] Slika: Tekalno kolo na tirnici –pogled od spredaj [P2-53B/2]

12



34

Sila zaradi bočnih udarcev se izračuna:

Impulz sile povzroči impulzni moment, ki usmeri žerjav drugam:

Zaradi kratkotrajnosti delovanja se te obremenitve upošteva le pri bližnjih elementih NKŽ (npr. čelni nosilec do spoja z glavnim nosilcem, če je le 1 kolo na vogalu ČN).

Slika: Učinek impulznega momenta [P2-53B/3]



35

Velikost so merili v bližini koles in sklepali na velikost impulza sile. Izdelan je dgr. koeficienta bočnih udarcev l:

Slika: Diagram za λ [P2-53B/4]


d) Inercialne sile zaradi udarca v končni omejilnik (blažilnik):

36

v ... potovalna hitrost;xk ... razdalja do omejilnika, ko se avtomatično izklopi pogon

žerjava � hitrost pada tudi, če zavore odpovedo.

Slika: Žerjav in končni omejilnik [P2-54/1]

13



37

Predpis: blažilnik mora obsorbirati vsaj ½ kinetične energije žerjava (bremena ni potrebno upoštevati):

xk dovolj velik, da se ob delovanju zavor žerjav ne dotakne blažilnika in da je hitrost ob morebitnem trku največ 70 % potovalne hitrosti žerjava � Ek.trk<Ek/2.

Obremenitve žerjavovd) Inercialne sile zaradi udarca v končni omejilnik (blažilnik):

38

Elastični (vzmetni) blažilnik: Blažilnik z dušilko (oljni blažilnik):

Velja:

Slika: Progresivna karakteristika končnega omejilnika [P2-54B/1]

Slika: Linearna karakteristika končnega omejilnika [P2-54B/2]



39

Za vzmetni blažilnik nadalje velja:

14


Sile, ki izvirajo iz klimatskih okoliščin

40

a) Veter;b) Potres;c) Sneg;d) Temperatura.


a) Veter (žerjavi, ki obratujejo na odprtem):

41

Zastojni tlak vetra (wind):

r ... gostota zraka (1,2928 kg/m3 pri 0 °C in 1013,25 mbar);

Sila na i-to ploskev konstrukcije:

ci ... količnik zračnega upora;Ai ... projekcija i-te ploskve na ravnino, pravokotno na

smer gibanja vetra.



42

Stavbe (gradbeništvo): • objekt mora, ne glede na trenutno obremenjenost, zdržati tudi

največje vetrove, predvidene za določeno pokrajino.

Žerjavi (stroji):• dogovorjena je mejna hitrost vetra (vw.mej), do katere je žerjav

sposoben obratovati (“Fw.mej + G + Qmax”);• nad to mejo se mora žerjav razbremeniti, konstrukcija pa mora

zdržati nejvečji predvideni (orkanski) veter (“Fw.max + G”).

15



43

Mejna obremenitev:

qw.mej ... mejni zastojni tlak pri mejni hitrosti vetra.

Gornjo obremenitev je potrebno upoštevati tudi, ko žerjav obratuje.

Vsak žerjav, ki obratuje na prostem, ima vgrajen aerometer, ki meri hitrost vetra.



44

Dogovorjene mejne hitrosti vetra in mejni zastojni tlaki:

Tip žerjava oz. dvogalne naprave Vw.mej

[m/s]/[km/h]qw.mej

[N/m2]

Na veter zelo občutljivi žerjavi, ki niso namenjeni neprekinjenemu obratovanju.

14 / 50 125

Žerjavi, ki ne sodijo v 1. ali 3. skupino (večina žerjavov)

20 / 72 250

Žerjavi, ki morajo obratovati čim bolj nemoteno, tudi pri večjih vetrovih (npr. luški žerjavi)

28 / 100 500



45

Največja obremenitev:

qw.ork ... največji zastojni tlak pri orkanskem vetru.

Gornjo obremenitev je potrebno upoštevati, ko žerjav NE obratuje več in breme ni prisotno.

Rotacijski žerjavi morajo imeti, ko ne obratujejo, zavoro vrtenja nadgradnje SPROŠČENO.

16



46

Največja obremenitev: Tri vetrovne cone (I, II, III), določene za vsako državo po zemljepisni legi in po velikosti zastojnega tlaka:

III. cona: vsi celinski kraji z nadmorsko višino hnm ≥ 500 m in primorje.

I. in II. cona: ostali deli države.



47

Največja obremenitev:

Lega... zemljepisna in geografska lega;

Hi.nt ... višina i-tega elementa nad tlemi.

Slika: Hitrost vetra glede na višino H od tal [P2-54B/1]



48

“Orkanski” zastojni tlaki (obrem.) v odvisnosti od Lege in Hi.nt:

Hi.nt [m] qw.ork [N/m2]

I II III

<10 450 700 1100

10 – (30) 600 900 1300

30 – (60) 700 1050 1500

60 – 100 800 1200 1700

17



49

Količnik zračnega upora: Določen s pomočjo preizkusov v vetrovnikih.

III. cona: vsi celinski kraji z nadmorsko višino hnm ≥ 500 m in primorje;

I. cona: večina preostale Slovenije;

II. cona: ostali deli države.


50

Količnik zračnega upora po F.E.M- 1.001 (1/2):


51

Količnik zračnega upora po F.E.M- 1.001 (2/2):

Opomba: Koeficienti zračnega upora, definirani v JUS znatno odstopajo od zgoraj navedenih.

18


52

Aerodinamična vitkost:

Profil dolžine l ci odvisen od:

Škatlasti profil višine b in širine d (vetru izpostavljena ploskev = l * b)

l/b, b/d

Profili valjaste oblike, premera D ((vetru izpostavljena ploskev = l * D)

D*vw

Ostali profili l/b, vrsta profila

Primer: Pravokotnik, dolžine l in višine b (vetru izpostavljena ploskev = l * b):



53

Sila vetra na ploskev “v senci” druge ploskve:

Slika: Sila vetra na nosilec v “senci” drugega nosilca [P2-56B/2]



54

Vrednosti koeficienta η:

Razmerje med razmakom med profili B in širino profilov b

koeficient ηηηη

Β = b 0,1

B = 2 b 0,2

B = 4 b 0,45

B ≥ 6 b 1

19



55

Vrednosti koeficienta η pri palčjih in drugih okvirnih konstrukcijah:

Slika: Paličje [P2-57/1]



56

Vpliv vetra pri poševnem delovanju:

Pozor: Nosilci, ki so bili morda “v senci”, se lahko “razkrijejo”, zaradi česar se poveča površina, na katero deluje veter.

Slika: Sila vetra na poševno površino [P2-57/2]


b) Potres (žerjavi, ki obratujejo v posebnih okoljih):

57

Sila na maso mi pri potresu:

Za posamezno državo obstaja zemljevid potresnih con. Glede na potresno cono lokacije žerjava in glede na namen oz. umestitev žerjava, se določi projektne pospeške:

Npr. za 9. potresno cono velja:• za običajne namene: apotres = 0,12 g; g ... težnostni pospešek• za posebne namene: apotres < g.

Projektne pospeške se lahko določa iz izmerjenih potresnih akcelerogramov in simulacij, ki upoštevajo ustrezno časovno periodo.

20


b) Potres (žerjavi, ki obratujejo v posebnih okoljih):

58

Opomba: 0,12 g je zelo majhen pospešek, zaradi česar se za potresna nosilnost za žerjave za običajne potrebe ne preverja.

Kontrola se izvaja za žerjave v jedrskih objektih (npr. polarni žerjav v zadrževalnem hramu jedrskega reaktorja) in včasih v kemijskih obratih.

Koeficient b popisuje odzivnost konstrukcije in je večji pri bolj elastičnih konstrukcijah:• stolpasti (nesidrani) žerjavi: b ≅ 1,6;• za mostne žerjave: b ≅ 1,0.


c) Sneg:

59

Vpliv snega na NKŽ se običajno ne upošteva, ker je obremenitev zanemarljiva glede na nosilnost elementov (npr. ročica žerjava, stebri in stolp žerjava).

Izjeme so večji ploski elementi, kot je npr. streha strojnice. V teh primerih se upošteva obremenitev iz gradbeniških predpisov in standardov.

Vrednosti za projektno obremenitev s snegom so spet odvisne od geografske lege, nadmorske višine itd. in se za Slovenijo običajno gibljejo od q=125 kg/m2 navzgor.


d) Temperaturne obremenitve:

60

Sprememba temperature jeklenih elementov povzroči spremembo njihove prostornine. Pri enoosnih nosilnih elementih se največ spremeni dolžina.

Če je raztezanje (krčenje) neovirano, se pojavijo deformacije, drugače pa tudi temperaturne napetosti.

21


d) Temperaturne obremenitve:

61

NKŽ so v večji meri konstruirane kot raznovrstni mehanizmi*, zaradi česar Dt povzroča pretežno deformacije.

Zaradi Dt se včasih pojavijo tudi napetosti. Primer so npr. nekatere izvedbe žerjavnih prog, ki so (zaradi zagotavljanja večje togosti) podprte statično nedoločeno.

Pri projektiranju NKŽ je potrebno upoštevati sezonsko nihanje temperatur ( za Slovenijo v mejah od -20 °C do +45°C (jeklo na soncu se lahko sicer segreje tudi bolj)):• deformacije � možna ovirana ali onemogočena

funkcionalnost;• napetosti: možne preobremenitve.


62

Kombinacije obremenitev, ki delujejo sočasno

a) 1. obremenitveni slučaj. Simbolna enačba:

b) 2. obremenitveni slučaj. Simbolna enačba:

c) 3. obremenitveni slučaj. Simbolne enačbe. Možne razne kombinacije. Npr.:


63

Normalne dopustne napetosti (deterministični pristop):

Upoštevanje obremenitev pri utrujanju:

Za preračun na utrujanje se običajno upošteva le kombinacije obremenitev I. obremenitvenega slučaja.

Veter in sneg se pojavita premalokrat, da bi jih bilo potrebno upoštevati. Običajno velja to tudi za temperaturne obremenitve.

22

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvoKKTS - LASOK

Nosilne konstrukcije

doc.dr. Boris Jerman, univ.dipl.inž.str.

Govorilne ure: • pisarna: FS - 414• telefon: 01/4771-414• [email protected]

(Tema/Subject: NK - ...)

8. del: Oprema pod tlakom

64

Uvod

Varnost opreme pod tlakom se zagotavlja:� z ustrezno vgrajeno varnostjo (konstruiranje);� z ustrezno dodano varnostjo (varovala in

varnostne naprave);� z ustreznimi ukrepi tekom Lh.

65

Izvajanje gornjih zahtev se zagotavlja:� z ustrezno zakonodajo in njenim izvajanjem;� z uporabo ustreznih standardov;� z ustrezno organizacijo VZD.

Zakonodaja

Zakon o tehničnih zahtevah za proizvode in o ugotavljanju skladnosti /ZTZPUS-1/Ur.l. RS, št. 17/2011

Krovni zakon, ki na splošno ureja področje varnosti proizvodov.

Velja za vse proizvode, ki nimajo zahtev urejenih v samostojnih predpisih.

66

23

S tehničnimi predpisi za proizvode (pravilniki in uredbe) se natančneje uredi najmanj enega od naslednjih elementov: – tehnične zahteve, ki jih morajo izpolnjevati, – postopke ugotavljanja skladnosti, – zahtev za organe za ugotavljanja skladnosti, – listine, priložene ob dajanju v promet, – obveznost in način označevanja.

67

Zakonodaja

Pravilnik o tlačni opremi, Ur.l. RS, št. 15/2002 Spremembe: Ur.l. RS, št. 47/2002, 54/2003, 114/2003, 138/2006, 17/2011-ZTZPUS-1, 101/2011 (PrTO)

Ta pravilnik vsebinsko povzema direktivo ES o tlačni opremi (97/23/EC)

68

Zakonodaja

Odredba o enostavnih tlačnih posodahUr.l. RS, št. 11/2002 Spremembe: Ur.l. RS, št. 138/2006, 17/2011-ZTZPUS-1 (OdETP)

Odredba vsebinsko povzema direktivo ES o enostavnih tlačnih posodah (87/404/EEC, 90/488/EC in 93/68/EC)

69

Zakonodaja

24

Pravilnik o pregledovanju in preskušanju opreme pod tlakom, Ur.l. RS, št. 92/2008 (PrPPOPT) določa: • vrste, postopke ter roke pregledov in preskusov

opreme pod tlakom (OPT) pri dajanju v uporabo in v uporabi,

• dolžnosti uporabnika in organa za periodične preglede v okviru zagotavljanja varne uporabe OPT.

70

Zakonodaja

OPT zajema: • tlačno opremo (PrTO), • sklope tlačne opreme (PrTO) in • enostavne tlačne posode (OdETP),

proizvedeno in dana na trg ali v uporabo:• skladno z veljavnima predpisoma PrTO in

OdETP ter• skladno s predpisi, ki so veljali pred

uveljavitvijo teh predpisov.71

Oprema pod tlakom

Tlačna oprema pomeni:• (tlačne) posode, • cevovode, • varovalno opremo in • tlačni pribor.

Tlačna oprema vsebuje tudi elemente, pripojene k delom pod tlakom, kot so: prirobnice, nastavki, spojke, podpore, dvižne zanke, itd.

Nekatere specializirane vrste tlačne opreme so izvzete iz PrTO. 72

Tlačna oprema

25

73

Tlačna oprema

“(Tlačna) Posoda“ - zaključeni sestavni del tlačne opreme, ki vsebuje fluide pod tlakom, vključno z neposrednimi povezavami do spojnega mesta, kjer se nadaljuje druga oprema. Posoda je lahko sestavljena iz več kot enega prostora.

prirobnica

podpora

dvižna zanka

nastavek

74

Tlačna oprema

prirobnicadvižna zanka

nastavek

podpora

“Cevovod“ - cevi in cevne komponente, namenjene transportu fluidov, če spojene skupaj tvorijo tlačni sistem. Za cevovod se šteje tudi izmenjevalnik toplote, ki je sestavljen iz cevi in je namenjen hlajenju ali gretju zraka.

75

Tlačna oprema

26

“Varovalna oprema“ – naprave, namenjene varovanju tlačne opreme pred prekoračitvijo dovoljenih meja. Take naprave vsebujejo: – naprave za neposredno omejevanje tlaka in – omejevalne naprave.

76

Tlačna oprema

Naprave za neposredno omejevanje tlaka(varovalni ventili, v. diski, v. klecna vretena, nadzorovani v. razbremenilni sistemi, ...)

77

Tlačna oprema

Omejevalne naprave - bodisi aktivirajo sredstva za popravek tlaka ali poskrbijo za zaustavitev ali izklop naprave (tlačna, temperaturna ali nivojska stikala in varovalne merilno kontrolne in regulacijske naprave).

78

Tlačna oprema

Električni regulacijski ventili z varnostno funkcijo,

27

“Tlačni pribor“ - naprave z obratovalno funkcijo in s tlačno obremenjenim ohišjem (ventili, zasuni, tlačna in temperaturna merila, ...).

Sklop pomeni več kosov tlačne opreme, ki jih proizvajalecsestavi tako, da tvorijo integralno in funkcionalno celoto

79

Tlačna opr. / Sklopi tl. opreme

Enostavne tlačne posodeso kakršnakoli varjene posode, obremenjene z notranjim relativnim tlakom, višjim od 0,5 bara, za shranjevanje zraka ali dušika in niso predvidene za segrevanje z neposrednim plamenom (kurjenje).

Izvzete so posode, posebej načrtovane za: • nuklearno uporabo in katerih napaka lahko povzroči

radioaktivno sevanje; • vgradnjo v ladje in letala ali za njihov pogon; • gasilne aparate.

Enostavne tlačne posode

80

Zahteve za ETP: • posamezni deli, ki prispevajo k trdnosti,

morajo biti izdelani iz nelegiranega kakovostnega jekla ali nelegir. aluminija ali alu. zlitin, ki se ne starajo.

• posoda mora biti sestavljena iz: – valjastega dela, z obeh strani zaključenega z

izbočenim in/ali ravnim dnom, ki sta isto-osna valjastemu delu, ali

– dveh izbočenih dnov, ki sta isto-osna, • obratovalni parametri: PS ≤ 30 bar;

PS · V ≤ 10 000 bar · l;–50 °C ≤ TS ≤ 300 °C za jeklene posode;

–50 °C ≤ TS ≤ 100 °C za posode iz alu./alu. zlitin.

Enostavne tlačne posode

81

28

Pravilnik o tlačni opremi

Fluidi so razvrščeni v dve skupini:

Skupina 1 – nevarni fluidi. “Nevaren fluid“ je snov ali pripravek opredeljen v Pravil. o razvrščanju, pakiranju in označevanju nevarnih snovi (Ur. l. RS, št. 73/99).

Skupina 1 zajema fluide, ki so opredeljeni kot: – eksplozivni, – zelo lahko vnetljivi, – zelo strupeni,– lahko vnetljivi, – strupeni,– vnetljivi, – oksidirajoči.

82


Skupina 2 – vsi ostali fluidi, ki niso navedeni v prejšnji točki.

Posodo z več prostori se razvrsti v najvišjo kategorijo vseh prostorov.

Kjer prostor vsebuje več fluidov, se ga razvrti glede na fluid iz najvišje kategorije.

83


Bistvene zahteve mora izpolnjevati sledeča tl. oprema, ki mora biti tudi označena s CE*:1. Posode (razen tistih iz točke 2.), namenjene za: a) pline, utekočinjene p., p. raztopljene pod tlakom, pare, kapljevine kjer je pri maxTS parni tlak > 0,5 bar: i. za fl. sk. 1 z V>1 l in PS·V>25 bar· l ali s PS>200 bar, ii. za fl. sk. 2 z V>1 l in PS·V>50 bar· l ali s PS>1000 barter vsi prenosni gasilniki in jeklenke za dihalne naprave; b) kapljevine, kjer je pri maxTS parni tlak ≤0,5 bar: i. za fl. sk. 1 z V>1 l in 200 bar· l ali s tlakom PS>500 bar, ii. za fl. sk. 2 s PS>10 bar in PS·V>10000 bar· l

ali s PS>1000 bar;

* ... za trge EU

84

T1

T2

T3

T4

29


2. Tlačna oprema s tveganjem pregretja (kurjena ali drugače ogrevana), namenjena proizvodnji pare ali vroče vode pri TS>100 °C z V>2 l in tlačna posoda za kuhanje; 3. Cevovodi namenjeni za: a) pline, utekočinjene p., p. raztopljene pod tlakom, pare, kapljevine kjer je pri maxTS parni tlak > 0,5 bar: i. za fluide skupine 1 z DN>25, ii. za fluide skupine 2 z DN>32 in s PS·DN>1000 bar; b) kapljevine, ki imajo pri maxTS parni tlak ≤0,5 bar: i. za fl. sk. 1 z DN>25 in s PS·DN>2000 bar, ii. za fl. sk. 2 s PS>10 bar, DN>200 in PS·DN>5000 bar.

85

T5

T6

T7

T8

T9


Tudi tlačna oprema, ki je na meji ali pod mejo, navedeno v točkah 1. do 3. in s1. do s3. (in ji ni treba izpolnjevati bistvenih zahtev), mora biti načrtovana in proizvedena v skladu z dobro inženirsko prakso tako, da se zagotovi varna uporaba. Opremljena naj bo z ustreznimi navodili za uporabo in nosi naj primerne oznake, ki omogočajo identifikacijo: – proizvajalca ali pooblašč. zastop. s sedežem v ES ali – dobavitelja v Republiki Sloveniji.

Tlačna oprema, opredeljeni v gornjem odstavku, ne sme nositi oznake CE! 86


V prilogi II PrTO so navedeni diagrami, s pomočjo katerih se TO, ki mora izpolnjevati bistvene varnostne zahteve, razvrsti v 4 kategorije, ki služijo za:•določitev rokov PP;•izbiro modulov za ugotavljanje skladnosti.

Te kategorije so:•Kategorija I � Modul A;•Kategorija II � Modul A1, D1, E1;•Kategorija III � Modul B1+D, B1+F, B+E, B+C1, H;•Kategorija IV � Modul B+D, B+F, G, H1.

87

30


Varovalno opremo je potrebno razporediti v kategorijo IV.

Izjemoma se lahko varovalno opremo, ki je izdelana za posebno OPT, razporedi v kategorijo, ki ji pripada varovana OPT.

Tlačni pribor se razvršča glede na:• njegov PS;• njegov V oz. DN;• skupino fluidov, kateri je namenjen.

88

Priloga II PrTODiagram 1 (T1)

Izjema: posode za hranjenje nestabilnih plinov, ki po T1

sodijo v kategorijo I ali II, morajo biti razvrščene v kategorijo III.

89

Točka 1.a) i.


Izjema: posode prenosnih gasilnih aparatov in dihalnih aparatov morajo biti vedno razvrščene vsaj v kategorijo III.

90

Točka 1.a) ii.

31


91

Točka 1.b) i.


V osnovni različici

pravilnika ni

številk v

diagramih.

* ... v dopolnitvi

pravilniku

je napaka.

** ... v popravku

pravilnika je

napaka.

92

Točka 3.b) ii. **

*

Priloga II PrTO

Iz diagramov 1 do 9 (T1 do T9) je razvidna:• delitev TO na opremo, ki mora izpolnjevati

bistvene varnostne zahteve in opremo, ki mora biti izdelana v skladu z dobro inženirsko prakso;

• delitev TO, ki mora izpolnjevati bistvene varnostne zahteve na module I, II, III in IV.

32

PrPPOPT

Delitev glede na stopnjo nevarnosti:– oprema z nizko stopnjo nevarnosti in – oprema z visoko stopnjo nevarnosti.

Razvrstitev opravi uporabnik ali organ za periodične preglede (PP), v skladu s Prilogo I Pravilnika o pregledovanju in preskušanju opreme pod tlakom (PrPPOPT).

94

PrPPOPT - Priloga I - izsek (1/10)

OPT je, glede na vrsto fluida, pogoje obratovanja in vrsto opreme, razvrščena v 12 skupin, znotraj katerih se vrši delitev glede na stopnjo nevarnosti. Te skupine so:

1. Kurjena ali drugače ogrevana oprema pod tlakom z nevarnostjo pregrevanja (Diagram 1), razen nekatere

opreme pod tlakom iz 2. točke.

Analogija s PrTO: T5: 2. Kurjena ali drugače ogrevana tlačna oprema s tveganjem pregretja, namenjena proizvodnji pare ali vroče vode pri TS>100 °C z V>2 l in tlačna posoda za kuhanje;

95

PrPPOPT - Priloga I - izsek (2/10)

96

33

Primerjava PrTO in PrPPOPT

97

** ... zeleno je iz PrTO - 5. člen: Bistvene zahteve in uvrstitev v tabele za ugotavljanje skladnosti – T5.

Dob

ra in

ženi

rska

pra

ksa Bistvene varnostne zahteve

* ... črno je iz pravilnika PrPPOPT – Priloga I, Razvrstitev opreme pod tlakom glede na stopnjo nevarnosti.

III III

IV

PrPPOPT - Priloga I - izsek

2. Kurjena ali drugače ogrevana oprema pod tlakom z nevarnostjo pregrevanja (Diagram 2), ki je pretežno izdelana iz cevi do premera 32 mm in z

naslednjimi tehnčnimi podatki (glej dgr. 2)

Analogija s PrTO: T5: 2. Kurjena ali drugače ogrevana tlačna oprema s tveganjem pregretja, namenjena proizvodnji pare ali vroče vode pri TS>100 °C z V>2 l in tlačna posoda za kuhanje;

98


99

34

100

Dob

ra in

ženi

rska

pra


III III

IV





Diagrami za 4., 5., 6., 7., 9., 10., 11. skupino niso prikazani.

8. Cevovodi (Diagram 8) za:- pline in pare skupine 1 ali- ogrete tekočine skupine 1, katerih parni tlak pri maxPS je najmanj za 1 bar višji od atmosferskega in z naslednjimi tehničnimi podatki:

- imenska velikost večja od DN 32,- načrtovan obratovalni tlak PS > 1 bar in- PS·DN > 1000 bar.

101


102

35

103

Dob

ra in

ženi

rska

pra


25

0,5 bar




Tabela rokov PP (0/3)

104

Periodični pregledi se izvajajo: - za OPT z nizko stopnjo nevarnosti: po navodilih proizvajalca;- za OPT z visoko stopnjo nevarnosti: v določenih časovnih presledkih:• ki jih, s posebnim programom pregledov, določi

proizvajalec;• če proizvajalec ne določi rokov, se upošteva predpisan

program pregledov (Prilogi III pravilnika PrPPOPT). Čer organ za PP med uporabo OPT ugotovi, da predpisan program PP ne ustreza več dejanskemu stanju, mora o tem obvestiti uporabnika, le-ta pa proizvajalca opreme pod tlakom in njegov priglašeni organ, ki po potrebi spremeni oziroma dopolni navodila za uporabo in za opremo pod tlakom pripravi poseben program PP.


105

**

** ... Priloga I pravilnika PrPPOPT, Razvrstitev opreme pod tlakom glede na stopnjo nevarnosti.

*

* ... Priloga II pravilnika PrTO,Tabele za ugotavljanje skladnosti.

36


106


107

Tabela rokov PP za OPT s predpisanim programom pregledov je Priloga III pravilnika PrPPOPT.

Priloge PrTO

Priloga I - Bistvene varnostne zahtevePriloga II – Tabele za ugotavljanje skladnosti (Že

predstavljene)Priloga III – Postopki ugotavljanja skladnostiPriloga IV – Minimalni pogoji pri določanju

priglašenih organov in imenovanih

neodvisnih organov

Priloga V – Pogoji pri določevanju uporabnikovega

notranjega nadzornega organa

Priloga VI – CE označevanjePriloga VII - ES izjava o skladnosti (vsebina) 108

37

Priloga I - Bistvene varnostne zahteve

Uvodne opombe• Proizvajalec mora analizirati nevarnosti in opredeli

tiste, ki so povezane z njegovo opremo.• Bistvene varnostne zahteve so obvezne glede

nevarnosti, ki se pojavljajo pri namenski uporabi.• Pri izpolnjevanju zahtev naj se upošteva stanje tehnike in obratovalne prakse v času načrtovanja in proizvodnje, kakor tudi tudi tehnične in gospodarske razloge, ki morajo biti združljivi z visoko stopnjo zdravstvene varnosti in zaščite.

109


Splošno• TO naj bo konstruirana, izdelana in preverjena,

opremljena in nameščena tako, da je zagotovljena njena varnost.

• Načela se upošteva v naslednjem vrstnem redu:– odprava/zmanjšanje nevarnosti, kolikor je izvedljivo– uporaba varovalnih ukrepov pred preostal. nevar.,– obvestiti uporabnike o preostalih nevarnostih in

opozoriti na nujnost sprejema posebnih ukrepov• Čer so možnosti neustrezne uporabe znane � TO

načrtovana tako, da so tudi tedaj preprečene nevarnosti.

110


NačrtovanjeTO mora biti načrtovana tako, da je zagotovljena njena varnost v celotni predvideni življenjski dobi.

Načrtovanje mora vključevati ustrezne varnostne faktorje in uporabo vsestranskih metod, za katere je znano, da dosledno vključujejo ustrezne varnostne dodatke za vse možnosti porušitve.

111

38


Načrtovanje za ustrezno trdnostTO mora biti načrtovana glede na obremenitve, značilne za njeno predvideno uporaboi:– notranji/zunanji tlak,– temp. okolice in obratovalne temp.,– statični tlak in masa vsebine (obratovanje/preskusi),– obremenitve prometa, vetrov in potresov,– reakcije na podporah, priključkih, ceveh itd.,– korozija in erozija, utrujenost itd.,– razpad nestabilnih fluidov.Preučiti je treba sočasnost različnuh obremenitev.

112


Načrtovanje za ustrezno trdnost

mora temeljiti na:– v splošnem na računski metodi, ali– na metodi načrtovanja s preskušanjem brez izračunov, če je PS·V<6000 bar·l ali PS·DN<3000 bar.

Prikazan bo primer opredelitve računske metode.

113

Računska metoda

a) Tlačna trdnost in drugi vidiki obremenitevDopustne napetosti morajo biti omejene. Zato morajo biti uporabljeni varnostni faktorji.Računske metode morajo dosledno zagotavljati zadostne varnostne dodatke, kjer je potrebno.Uporabi se ene od naslednjih metod, lahko kombinirano z drugimi metodami:– načrtovanje z empiričnimi enačbami,– načrtovanje z analitskimi postopki,– načrtovanje z lomno mehaniko.

114

39

Računska metoda

b) OdpornostUstrezni konstrukcijski izračuni morajo dokazovati (1/3):– v računih upoštev. tlaki ≥ najviši dopustni obratov. tl. - če je več komor, mora biti delilna stena načrtovana na podlagi največjega možnega tlaka v določeni komori in najmanjšega možnega tlaka v sosednji komori.– računske temp. morajo upoštevati varnostne dodatke,– potrebno je upoštevati vse možne kombinacije temperature in tlaka,– dejanske napetosti morajo biti v varnih mejah,

115

Računska metoda

b) OdpornostUstrezni konstrukcijski izračuni morajo dokazovati (2/3):– upoštevati je dokumentirane lastnosti materiala in ustrezne varnostne dodatke:–meja plastičnosti glede na temperaturo,–natezna trdnost,–časovno odvisna trdnost ali t.i. trdnost pri lezenju,–dinamični trdnostni podatki, –razteznost,–modul elastičnosti E, –udarna trdnost,–faktorji spojev, –lomna žilavost,

116

Računska metoda

b) OdpornostUstrezni konstrukcijski izračuni morajo dokazovati (3/3):–načrtovanje mora primerno upoštevati vse predvidljive mehanizme poteka propadanja (npr. korozija, lezenje, utrujanje, obraba…)–lezenje: načrtovano število obratovalnih ur pri Tobrat,–utrujenost: št. nihajev pri določenih napetostih,–korozije: pribitek za korozijo

117

40

Računska metodac) Vidiki stabilnostiKadar izračunana debelina stene ne zagotavlja zadostne stabilnosti konstrukcije, je potrebno izvesti ustrezne ukrepe, ob upoštevanju tveganj, ki se pojavljajo pri transportu opreme in rokovanju z njo.

118

Prikaz zahtev produktnega standarda

119

SIST EN 13445-1:2009 Neogrevane* tlačne posode - 1. del: Splošno

SIST EN 13445-2:2009 Neogrevane tlačne posode - 2. del: Materiali

SIST EN 13445-3:2009 Neogrevane tlačne posode - 3. del: Konstruiranje

SIST EN 13445-4:2009 Neogrevane tlačne posode - 4. del: Proizvodnja

SIST EN 13445-5:2009 Neogrevane tlačne posode - 5. del: Kontrola in preskušanje

SIST EN 13445-6:2009Neogrevane tlačne posode - 6. del: Zahteve za konstruiranje in proizvodnjo tlačnih posod in tlačnih delov posode iz nodularne litine

SIST EN 13445-8:2009Neogrevane tlačne posode - 8. del: Dodatne zahteve za tlačne posode iz aluminija in aluminijevih zlitin

* ... slab prevod (unfired = nekurjene)


120

Debelina stene tlačne posode

41


121

Koeficient spoja z, glede na testno skupino, ki jo izberemo za tlačno posodo

Testna skupina

Primer določitve računske (dopustne) napetosti za neavstenitna jekla:


122

Debelina cilindričnega dela: Tlak pri znani geometriji:

Debelina sferičnega dela: Tlak pri znani geometriji:

ali

ali

Nadtlak P v posodi (tlak):


123

Valjasti del: Sferični del:

42


124

Izgled torisferičnega dna:


125

Spoj med valjastim in stožčastim delom:a) brez prehoda b) s toroidnim prehodom


126

Valjasti del, podprt z dnoma:Izbere se ea; Izračuna se:

kjer se ε odčita iz grafa. S pomočjo razmerja Pm/Py se določi Pr. Na koncu mora veljati:

kjer je P zunanji nadtlak in S varnost.

Lupine pod zunanjim nadtlakom:

43


Taki valji imajo pogosto sunanj ojačitvene obroče:

Lupine pod zunanjim nadtlakom:

127


Grelni kanali / tuljava – kot ojačitve:

a) ločeni

b) prekrivajoči se

128


Odprtine v plašču posode:Samostojna odprtina v valjastem delu s povečano debelino pločevine.

129

44


Odprtine v plašču posode:Samostojna odprtina v sferičnem delu s povečano debelino pločevine.

130


Odprtine v plašču posode:Samostojna odprtina v valjastem delu z ojačitvenopločevino.

131


Odprtine v plašču posode:Samostojna odprtina v valjastem delu z ojačitvenimobročem.

132

45


Odprtine v plašču posode:Samostojna odprtina v valjastem delu s cevnim nastavkom a) na pločevini in b) v odprtini.

133


Drugi zanimivi detajli:

134



135

46



136


Položaj lukenj in ojačitvenihpločevin ali cevnih nastavkov:

137


Bližnje odprtine:

138

47


Ravno dno z razbremenilnim utorom:

139


Varjena prirobnica s ploščatim tesnilom:

140


Prirobnica iz celega s tesnilom v obliki O-obroča:

141

48


Toplotni izmenjevalniki:

142


Kompenzatorji temperaturnih raztezkov:a) Neojačani mehovi U-oblike

b) Ojačani mehovi U-oblike

143


Kompenzatorji temperaturnih raztezkov:Delovanje mehov: kompenzacija linearnih premikov

144

Kompenzacija stranskih premikov

49


Kompenzatorji temperaturnih raztezkov:Delovanje mehov: kompenzacija zasukov

145


Dvižna ušesa:

146


Dvižna ušesa: Postavitev dvižnih ušes:

147

50


Dviganje z dvižnimi ušesi:

148


Dviganje s pomožnimi bremenskimi sredstvi:

149

Prikaz zahtev produktnega

standardaDviganje s pritrditvijo za podporne konzole:

150

51


Podpore: (simetrična in nesimetrična tlačna posoda)

151F2>F1


Valjasti deli plašča brez ojačitvenega obroča:

152


Valjasti deli plašča brez ojačitvenega obroča:

153

52


Valjasti deli plašča z ojačitvenim obročem:a) obroč podprt po širini posode; b) v 2 točkah (npr. nogi)

154


Valjasti deli plašča z ojačitvenim obročem, položeni na sedlasto podporo:

155


Valjasti deli plašča s konzolo: Vrste konzol:

156

53


Valjasti deli plašča s konzolo:

157


Pokončna posoda, podprta z nogami na dnu posode:

158


Pokončna posoda, podprta z nogami na dnu posode:

159

54


Pokončna posoda, podprta s podpornim obročem na dnu posode:

160


Nosilnost na utrujanje:(časovno spremenljive napetosti nihajo za vrednost ∆σR)

161

Odpoved

162

55

Odpoved

163

Odpoved

164

Odpoved

165

56

Odpoved

166

Odpoved

167

Odpoved

168

Documents

Nosilne konstrukcije NKŽ NKŽ