Upload
poimandres
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/30/2019 om17conducte
1/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
171
V. ORGANE PENTRU CONDUCEREA I NCHIDEREA
CIRCULAIEI FLUIDELOR
17.1. Conducte
17.1.1. Definire. Pri componente
Prin conductse nelege un ansamblu de elemente montate pe un traseu
determinat, separnd un spaiu nchis, prin care se transport materiale n stare
fluid sau fluidizat (soluii sau corpuri solide aflate n suspensie).
De regul, fluidul transportat umple ntreaga seciune transversal a
conductei. Cnd fluidul umple numai parial aceast seciune, conducta se
numete canal.
Prile componente.
1. tubulatur (elementul principal)
2. flane
3. piese fasonate (ramificaii)
Pomp
6
1
2 4 3
4
6
1
5
7/30/2019 om17conducte
2/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
172
4. armturi
5. compensator de dilatri
6. supori (dispozitive de rezemare)
Forma constructiv, dimensiunile i materialul conductelor depind de
proprietile fizico-chimice ale materialelor transportate, presiune, temperatur
i debit.
Dimensiunea caracteristic a conductei i elementelor sale este diametrul
nominal care corespunde cu seciunea de trecere, fiind STAS 2099 (D =12000
mm). De asemenea sunt standardizate presiunile nominale (pn), presiuni de
regim i presiuni de ncercare ( STAS 2250 ).
pregim = pn pentru t < 120o
C
7/30/2019 om17conducte
3/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
173
17.1.3. Elemente constructive
1. Tubulatura
Seciunea transversal a conductei poate avea teoretic orice form, dar n
majoritatea cazurilor este circular (inelar), deoarece asigur aria maxim la
acelai perimetru.
Tuburile cu seciune inelar care au lungimea mult mai mare dect
diametrul se numesc evi.
Asamblarea conductelor se face innd seama de materialul elementelor
de mbinat, condiii de funcionare, de montaj, de siguran n exploatare i de
aspectele economice.
Asamblrile pot fi: 1. nedemontabile, 2.demontabile
1. Asamblri nedemontabile
a) prin sudare se aplic la evi din oel. Se evit sudura atunci cnd
produsul transportat corodeaz materialul de aport al sudurii, cnd se cere o
demontare frecvent sau cnd se afl ntr-o zon cu pericol de incendiu sau
explozie de la lucrul cu flacr sau scnteie.
b) asamblare cu muf una din poriunile de conduct este prevzut cu
muf, n care intr captul celeilalte poriuni. Permit mici devieri de la
coaxialitate la montaj.
23 14 1 muf2 umplutur de etanare3 rondel4 - conduct
7/30/2019 om17conducte
4/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
174
c) asamblri prin lipire i ncleiere
Se aplic rar la tuburile de oel. La tuburile din PVC se recomand utilizarea
manonului intermediar.
2. Asamblri demontabile
a) Asamblri cu presetup
Pentru asigurarea etaneitii, umplutura moale se preseaz cu lunetele 2
filetate, sau prevzute cu flane i strnse cu uruburi de flanele montate.
Se utilizeaz pentru presiuni mici p < 16 bari (at)
Se utilizeaz, n special, pentru tuburi din materiale neelastice (font,
sticl).
Prezint avantajul unor mici devieri coaxiale i chiar mici deplasri
axiale.
b) Asamblri filetate pentru conducte de joas presiune (p 6 at) pentru
ap, abur, aer comprimat, acolo unde mbinarea sudat e dificil sau
neadmisibil. Etanarea se asigur prin nfurarea filetului cu cli de in
(cnep) uni cu past de minium de plumb. Pentru temperaturi mari se
utilizeaz azbestul.
c) Asamblri cu flane este cea mai rspndit form de asamblare (dei
consumurile de material i de manoper sunt mai ridicate), deoarece e sigur n
1
2
3 1 2
7/30/2019 om17conducte
5/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
175
exploatare, comod la montaj). n STAS 1155 se d clasificarea general a
flanelor din oel.
Fs fora de strngere a flanelor cu uruburile
3. Piesele fasonate
Sunt elemente de conducte care au rolul :
- de a lega evi cu acelai diametru sau diametre diferite
- de a schimba direcia traseului conductei
- de a ramifica o conduct special, sau a nchide un capt sau orificiu al
acesteia.
Forma constructiv = f(rol funcional, material, proces tehnologic, dimensiune
nominal).
4. Compensatoarele de dilatare
Sunt elemente de conduct care, prin forma lor constructiv, pot prelua
deformaiile mari ale conductelor produse de variaiile de temperatur
Tub delegtur
Cot de racordare la90o
Ramificaiesimpl
Ramificaiedubl
DFs
D
Fs
Flane platesudate
Flane cu gtpentru sudare
7/30/2019 om17conducte
6/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
176
- fluid
- anotimp fr a crea n pereii conducteitensiuni periculoase i fr a
periclita etaneitatea.
Dup principiul de funcionare i forma constructiv:
a) compensatoare cu evi ndoite
b) lentriculare
c) cu presetup
a) Compensatoare cu evi ndoite
Avantaje - capacitate mare de compensare ( < 400 mm)
- ncrcri mici ale reazemelor
- uurin de execuie
Dezavantaje - gabarit relativ mare
- rezistene hidraulice mari
- apariia fenomenelor de oboseal n materialul compensatorului
b) Compensatoare lenticulare funcioneaz pe baza ncovoierii elastice a
plcilor plane sau pe dilatarea ondulatorie a prilor compensatorului.
Avantaje: capacitatea i uurina manevrrii
Dezavantaje: reaciuni mari n reazeme, capacitate mic de compensare (5 10
mm pentru o cuti max 80)
evi ndoiteD 250 mm
evi cu cute din oelD > 250 mm
evi ondulate evi n form decerc
7/30/2019 om17conducte
7/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
177
Materiale: oel, Cu, Al
c) Compensatoare cu presetup cel mai simplu funcioneaz prinposibilitatea de deplasare axial a conductelor. Funcionarea este aceeai cu a
mbinrilor cu presetup.
Sunt indicate pentru conducte din materiale puin elastice (font, sticl,
ceramic).
Presiunea maxim 16 at i D < 150 mm
Capacitatea mare de compensare > 300 mm
Dezavantaje eforturi axiale mari transmise reazemelor
Mrimea dilataiei liniare cauzat de variaia to a temperaturilor este :
l = l t
unde :l = lungimea iniial a poriunii de conduct ce revine compensatorului
l dilataia liniar
- coeficient de dilatare termic liniar
Dac extremitile poriunii de conduct nu au posibilitatea de deplasare liber,n pereii conductei iau natere tensiuni t :
tEl
tlE
l
lEEt =
=
==
Reaciunea introdus de aceste tensiuni n reazemele capetelor conductei (R)
tAEAR cct == unde Ac - aria net a seciunii conductei
Lenticulare cu o und
- n special pentru
conducte care lucreaz
n vacuum sau la
presiuni sub 6 at i D>
(100150) mm
Lenticulare cu 2
unde
Lenticulare tip
burduf- se execut prinsudur din 2discuri de tabl
7/30/2019 om17conducte
8/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
178
Pentru un compensator dat, se poate determina diferena maxim de
temperaturt
Et
ta
= max
ta - tensiunea admisibil din reazem
17.1.4. Elemente de calculul tubulaturii
Calculul tubulaturii are 3 aspecte a) calculul hidraulic
b) calculul eonomic
c) calculul de rezisten
a) Calculul hidraulic prin care se stabilete legtura dintre caracteristicile detransport ale fluidului (debit, vitez, presiune, temperatur) i caracteristicile
constructive ale conductei (seciune, lungime, traseu).
- diametrul interior al tubulaturii di din condiia de debit
v
Q4
v
G4dvd
4QG i
2i
=
=
==
unde : G debitul gravimetric al fluidului (N/s)
Q debitul volumetric al fluidului (m3/s)
- greutatea specific a fluidului (N/m3)
v viteza medie recomandat a fluidului (m/s)
v = f (materialul fluidului i scop transport)
v = 0,65 m/s pentru ap
530 pentru abur
1030 pentru aer
b) Calculul economic
Costul unei conducte C = C1+ C2
C1 costul materialului i al ntreinerii
C2 costul pierderilor de energie de transport n timpul exploatrii
Calculul economic const n determinarea diametrului optim (dIoptim) C= minim
7/30/2019 om17conducte
9/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
179
1ma
2i1m
a
ii1mi1a1 aL
pd
2aL
2
pddaLsdPC
=
==
P = greutatea materialului conductei
di diametrul interior al conductei
a1 = costul unitar al materialului i ntreinerii
==a
i
2
pds
grosimea pereilor din ecuaia Laplace (tensiunile din
pereii vaselor sub presiune)
m = greutatea specific a materialului conductei
L = lungimea conductei
p= presiunea din conduct (presiune nominal - presiune hidrodinamic)
a = rezistena admisibil a materialului conductei
C2 = ?
C2 = W.a2
a2 - costul unitar al energiei;
W= energia cinetic a materialului transportat;
=== tdLg2vQtQpW i
2
p 5i
3
2i
2
2i
d tLQg8tdLd4
Qg2Q
=
= coeficient de pierderi liniare
= f2(Re)
= ievd
R (invariantul Reynolds)
2
i
2i
d4
Qvvd
4Q
=
=
25i
3
2 ad
tLQ08260C
= ,
Deci : 25i
3
1ma
2i21 aLtd
Q08260aL
pd
2CCC +
=+= ,
7/30/2019 om17conducte
10/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
180
di = di optim cnd
0d
C
i
=
0daLtQ082605daL
p
22 6i2
311m
a
=
,
7
1
23
m
aoptimi a
atQp750d
= ,
sau grafic
c)Calculul de rezisten
Conductele sunt expuse la solicitri complexe permanente sau accidentale,
provenite din presiunea interioar a fluidului 21d
d
i
e ,= tuburi cu perei subiri
- grosimea pereilor
aat
i Cp2
pdcs +
=+= (dedus din ecuaia Laplace la sudura vaselor
sub presiune)Ca = adaos = Ca1 + Ca2 ;
= coeficient de calitate a sudurii: dac conducta nu este sudat atunci = 1
p = presiunea interioar a fluidului pentru conductele verticale sau nclinate se
adaugi presiunea hidrostatic.
d
d
di
C2
CC1
di optim
7/30/2019 om17conducte
11/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
181
Calculul complex const din calculul la stabilitate pentru tuburile supuse i unei
presiuni exterioare.
17.2. Organe de nchidere (armturile)
17.2.1. Caracterizare. Rol funcional
Armturile sunt dispozitive montate pe conducte, pe instalaii similare
(recipiente, cazane, rezervoare) sau pe pri de maini (motoare, compresoare,
maini-unelte) au rolul de a nchide, controla sau dirija circulaia fluidelor, de a
regla unele caracteristici ale acestora (debit, nivel, vitez, presiune).
Dup rol - armturi de nchidere
- armturi de dirijare
- armturi de reinere
- armturi de reglare
- armturi de siguran
- armturi de aerisire
Din punct de vedere constructive: element de acionare
organ de execuie a comenzii primite
Armturi de nchidere
Cu ventil(supap)
Cu sertar(van)
Cu valv Cu cep
7/30/2019 om17conducte
12/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
182
Condiii cerute la armturile de nchidere :
- rezisten mecanic suficient
- asigurarea unei bune etaneiti
- rezisten la coroziune
17.2.2. Organele de nchidere (robinetele) cu ventil
Forma i dimensiunile robinetelor din fonti oel turnat sunt STAS 1357,
1519
Elemente de calcul
a) Calculul hidraulic
- Diametrul nominal al ventilului este acelai cu al conductei din care se face;
- Cursa ventilului (nlimea de ridicare) h
Din condiia de continuitate a fluidului :
4
D
D4
Dh
vhDvD4
n
1
2n
12n
=
=
6
54
3
2
1
1 ventil2 tija ventilului3 cutie de etanare4 piuli fix5 roata de manevr6 piuli de fixare
7/30/2019 om17conducte
13/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
183
Pentru a compensa pierderile
prin schimbarea direciei fluidului, h
rezultat se majoreaz.
Pentru robinete STAS, se
majoreaz cu 70%.
Diametrul camerei D3 trebuie s
fie suficient de mare pentru a permite
trecerea fluidului pe lng ventilul ridicat, fr strangulare:
( )
b2DD
DDDvDD4
vD4
n2
22
2n3
22
23
2n
+
+=
=
Pentru scurgerea uoar se aplic o majorare de 10%.
b) Calculul de rezisten
- Talerul ventilului
Fore - fora F1 produs de presiunea fluidului p = pn+ph pe faa activ a
talerului
( ) pbD4pD4F
2
1
2
m1 +
=
=
- fora F2 reprezentnd reaciunea
scaunului la apsarea talerului n scopul asigurrii
etaneitii.
( ) eme21
222 bpDpDD4
F =
=
=+=
Bzpentrumm
N30
fontpentrumm
N013
cpap
2
2
e
,
Fora total ce trebuie acionat asupra talerului: F = F1 + F2
- Tija ventilului
- asupra ei acioneaz fora total F = F1 + F2
h
Dn
bD
1
D2
D3
F
b D1
D2
pe
ppe
7/30/2019 om17conducte
14/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
184
Sunt cazuri cnd forele F1i F2 au
sensuri diferite. Se trateaz cazul cel
mai defavorabil
F = F1 + F2
Pentru realizarea forei F, dirijat n
lungul tijei, este necesar un moment
de rotire a tijei la roata de manevr,
avnd valoarea :
Mt = Mt1 +Mt2+Mt3
Mt3 = momentul de frecaredintre capul tijei de form sferic cu raza i taler.
15010
Fd3
1M
HertzE
F22d
3
c33t
3c
,,
,
=
=
E modulul de elasticitate al materialului urubului
Dac tija este solidar cu ventilul, frecarea are loc pe o suprafa inelar de
etanare
21
22
31
32
33t DD
DDF
3
1M
=
( )
( ) F31
DD4
DDF
12p2
DD
12
2
3
r
2rrdrp2MM 21
22
31
32
31
32
2
D
2
D
2
D
2
D
3
f3t
2
1
2
1 =
=
= ===
D1 = 0 cazul n care tija este direct pe taler.
Mt2 momentul de frecare al tijei n cutia de etanare
lf
dc
dt2
d1
Etanare
Lunet
h
Mt
Mt3
Mt2
Mt1
F
dc
F
7/30/2019 om17conducte
15/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
185
( )
( ) Htx
nx
f
tgt22t
phd2
dF
2
dF
2
dphdM
==
=
de regul pg = 0,4 pe presiunea medie dintre garnituri i tij
Presiunea de etanare obinut prin strngerea lunetei ( ) me p3251p ,
2 = coeficient frecare 0,060,1
Mt1 = momentul de frecare ca urmare a nurubrii tijei n piuli
( )'+== 222
1t tg2
dF
2
dHM
d2 diametrul mediu al filetului n zona filetat a tijei.Cunoscnd fora totali momentele de torsiune, tija se predimensioneaz
la solicitare compus (traciune i torsiune) i se verific din flambaj (lungimea
la flambaj lf fiind de la captul tijei i mijlocul nlimii piuliei).
A
ii
5042OL90
37L0pentru150
i
l0
f minmin
min
;
,
=
== pentru flambaj elastic
pentru flambajul plastic avem : 3ccba aff0 =
== '';
Roata de manevr se determin diametrul Dr din condiia de transmitere a
momentului Mt.
2
DFM r
nt= Fn fora periferic aplicat de om
n
tr
n
FM2D
N150100F
=
=
Luneta cutiei de etanare
Fora de strngere :
( ) e2t
22s pdd4
F
=
7/30/2019 om17conducte
16/16
Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi
186
ncovoierea n seciunile I-I i II-II
Is
rsiI Wi
aF =
is numr de uruburi
IIs
s
iII Wi2
lF
=
Bibliografie
1. Rdulescu Gh. .a. - ndrumar de proiectare n construcia de maini,
vol II, Edit.Tehnic, Bucureti, 1986;
2. Drghici I. .a. ndrumar de proiectare n construcia de maini, vol II,
Edit.Tehnic, Bucureti,1982;3. Pavelescu D. .a. - Organe de maini. Edit. Didactic i Pedagogic,
Bucureti, 1985;
4. *** Organe de maini Standarde i comentarii, Editura Tehnic,
Bucureti, 1972.
I
I
ar
d2
dt
l
II
II