8

บทท 3

ผลการค านวณ

ในการปฏบตหนางานจรง ใชเวลา 15 นาท นายา 80 L

3.1 ค านวณหาอตราการไหล

Q = 320 L/hr.

= 0.32 m3/hr.

อตราการไหล = 8.89 x 10-5 m3/s

(กาหนด หนาตดหวฉด 0.08 x 0.002) m2

รปท 3.1 แสดงขนาดทางเขาและออกของหวฉด

3.2 ค านวณหาความเรวขาออกของหวฉด

Q out = A out V out

=

=

= 0.55 m/s

9

3.3 ค านวณหาพนททางเขาของหวฉด

อตราสวนการลดขนาดของหวฉด เปน 2:1 จงไดวา 2A out = A in

A in = 2 x (0.08 x 0.002)

= 3.2 x 10-4 m2

3.3.1 น าขนาดของพนทมาหาเสนผานศนยกลาง

พ.ท. วงกลม

A in =

D = √

= √

= 0.02018 m 0.02 m

3.4 ค านวณหาความเรวขาเขาของหวฉด

v in =

=

= 0.283 m/s

10

3.5 ค านวณหาความดนภายในถงโดยน าคาความสญเสยตางๆมาคดดวย

3.5.1 หาเลขเรโนนมเบอร

หา Re D จาก สมการ 2.2 และ 2.3

=

_____ (2.2)

= _____ (2.3)

3.5.2 หาคาความหนดของของเหลว

V ของนายา CRS-2

100 ◦F = 100 – 400 saybolt เทยบจากตาราง คดทคาเฉลยท

= 250

250 saybolt = 53.9 cst

1 cst = 1 mm2/s = 10-6 m2/s

53.9 cst = 5.39 x 10-5 m2/s

ตารางท 3.1 แปลคา cst เปน m2/s

11

ตารางท 3.2 แปลงคา saybolt จาก cst

12

กาหนดความยาวจากกนถงถงหวฉดยาว 8 m พจารณาคาความสญเสยทเกดขน

รปท 3.2 แสดงสวนประกอบทมคาความสญเสย

= 1 kg/L

= 1000 kg/m3

L = 8 m

3.5.3 แทนคาตวแปลลงในสมการท 2.3

=

= 1000 5.39

= 0.0539 kg/m.s

3.5.4 แทนคาตวแปลลงในสมการท 2.2

=

= 104.99

มของอ90องศา

และบอลวาลว

ลดขนาด 2:1

บอลวาลว

13

3.5.5 จากคา Re D < 2300 หาคาตวประกอบความเสยดทานจาก

f laminar =

=

= 0.61

จากระบบยาว 8 m

3.5.6 หาคาความสญเสยหลก

การสญเสยหลก h l =

= 0.6

= 9.77 m2/s2

3.5.7 หาความสญเสยรอง

พจารณาการสญเสยรอง

วาลวชนดบอล K = 3

2ตว K = 6

ของอ ขนาด 20 mm

K = 1.7

ลดขนาด 2:1 K = 0.06

ทางเขาจากถง K = 0.5

K รวม K = 6 + 1.7 + 0.6 + 0.5

= 8.26

14

h lm =

= 8.26

= 0.33 m2/s2

3.5.8 ความสญเสยรองเทากบ

h lt = h main + h sub

= 9.77 + 0.33

= 10.1 m2/s2

3.5.9 ใชสมการแบรนนลหาความดนในถง

(

)

=

=

=

=

= 10.18 m2/s2

P1 = 10.18 x 1000

= 10,180.1 N/m2

P1 = 10.2 kPa

15

P1 คอ ความดนเกจภายในถงทตองการเปนอยางนอยทสด

จากการคานวณไดความดนในถงตาสด 10.2 kPa (4 kPa = 0.6 Psi) =1.53 psi

ความดนทเพมประสทธภาพการทางานขณะใชจรง

ใชความดนเกจท = 2 bar

1 bar = 105 Pa

3.6 ตองการเพมแรงดนภายในถงเปน 2 bar แลวหาความเรวปลายสายยาง

2 bar = 2 x 105 Pa

laminar

3.6.1 เขาสมการแบรนนล

(

)

=

=

(

)

= (

)

= (

)

=

=

= √

16

3.6.2 เปนการไหลแบบราบเรยบ

Laminar

นาคาตวประกอบความเสยดทานแทนลงในสมการ

=

( (

))

(

) =

= 0

= 0

=

17

3.7 ค านวณหาอตราการไหลหลงจากเพมความดนเปน 2bar

รปท 3.3 ภาพแสดงขนาดของหวฉดประกอบการคานวณ

3.8 ค านวณหาขนาดถง

ปรมาตรในถงทตองการ 140 L = 0.14 m3

3.8.1 คดปรมาตรทกนถง

(จาก พ.ท. ทรงกลม = ) (ครงทรงกลม =

)

Vbottom =

= 0.0565 m3

18

3.8.2 สวนปรมาตรของตวถงหาไดจากการ น าปรมาตรทงหมดลบออกดวยปรมาตรกนถง

0.14 – 0.0565 = 0.0835 m3

ปรมาตร = พ.ท. x สง

V = A h

=

กาหนดให D = 0.6 m

0.0835 =

h = 0.295 m 0.3 m

Side View

รปท 3.4 แสดงขนาดของถง

600

300

300

19

Top View

รปท 3.5 แสดงขนาดของถง

Stainless Steel AISI 302

Unit: mm

3.9 พจารณาความเคนทเกดขนบรเวณผวของถง

=

=

= 20,000 kPa = 20 MPa

=

=

= 10,000 kPa = 10 MPa

V = 140 L

Pin = 200 kPa (2

bar)

T (ความหนา) =

3 mm

R300

20

3.9.1 หาความเคานทปลอดภย

คา E ของ stainless steel AISI 304 cold = 520 MPa, กาหนดคา safety factor[N] = 3

=

=

= 173 MPa

กนถง จากสตร =

= 10 MPa

= 173 MPa ; ใชจรงเกดความเคน = 20 MPa

ถงสามารถทนแรงดนได

3.10 หาความหนาถงจากมาตรฐาน ASMF ซงน าประสทธภาพรอยตอ E มาคดดวย

รอบถง t =

=

แนวยาว t =

21

=

P = ความดน, t = ความหนา, R = รศม, S = ความเคนทอนญาต,

E = ประสทธภาพรอยตอ

คานวณหา t โดย

P = 10 x 105 N/m2, R = 0.3 m, S = 173 MPa

E = 0.6

t =

ทความดน 10 bar ; t = 0.0029 m = 3 mm

รปท 3.6 ภาพตวอยางของถง

22

` ของ สแตนเลส

รปท 3.7 แสดงลกษณะของถงและกนถง

3.11 หามวลรวมจาก เชล+กนถง+ฝาถง =

=

=

มวลเชล m x =

=

3.11.1 มวลของหถง =

= 5.8

= 4.58 kg

3.11.2 หามวลกนถง =

=

=

=

=

=

มวลทกนถง =

23

3.11.3 มวลฝาถงโดยแยกฝาเปน 3สวน

(3)

=

(1)

=

(2)

=

=

รวม =

=

=

=

=

=

รวม =

=

24

แรงดนทฝา

รปท 3.8 ภาพแสดงความดนทเกดขนทฝา

3.12 ค านวณหาแรงทกระท าทฝาโดยคดจากความดน

=

=

=

=

= ฝา =

3.13 ค านวณหาคาความแขงแรงของโบลท

คา Tensile Strength for Bolt = 800 MPa, คาความปลอดภย = 2.5

=

= 320 MPa

เลอกใชโบลท M12 จานวน 4 ตว [M12; D = 12 mm, A = 113.1 mm2]

=

=

=

F=25.78x9.81

=252.9 N.

P= 𝑃𝑎

25

โบลท 1 ตว ทนได = 36.19 kN

โบลท 4 ตว ทนได = 144.8 kN

คานวณ บรเวณ ลอคฝาถง แรงกระทาตอโบลท 1 ตว 36.2 kN

3.14 ค านวณออกแบบหลอคฝาถง

Gy = 0.82 Gu

= 0.6 Gy

Gu stain less = 520 Mpa

Gy = 426.4 Mpa

= 255.84 Mpa

3.14.1 ก าหนดใหหลอกฝาถงกวาง 8mm จากนนหาความหนาจาก

=

ความหนา h = 17.68

26

รปท 3.9 แสดงขนาดของหลอคฝาถง โดยมองดานขางและมแรง F มากระทา

หาขนาดรอยเชอมโดยสมมตขนาดของรอยเชอมยาว 40 mm

3.14.2 หาความหนาของรอยเชอมจาก

M = F.L = 36.2kN

= 1158.4 kN.mm

Gy =

t = 0.707 h

426.4

ความหนารอยเชอมอยางนอย h = 7.2 mm

F=36.2N

27

รปท 3.10 ถงทมการออกแบบเสรจแลว

+

รปท 3.11 ฝาถงทออกแบบเสรจแลว

28

3.15 หาน าหนกถงเบอบรรจน ายา

นาหนกถง = ถง ฝาถง

= 31.8 + 25.78 = 56.96 kg

แอสฟล 80L = 0.08 m3

= =

รวม = =

=

3.16 น าหนกปมลม = =

รปท 3.12 รปถงลม

29

Spec ของเหลกทใช

เหลกแผน t = 2 m

=

75 x 75 t = 4 mm W = 8.59 kg/m A = 10.95 cm2

I = 90.2 cm4

50 x 25 t = 3.2 mm W = 3.24 kg/m A = 4.13 cm2 Ix = 11.6 cm3 Iy = 3.8 cm3

30

=

=

3.17 หาน าหนกตวถงโดยรวม

=

=

W = =

=

=

W = =

=

=

W =

=

Wรวม =

= =

31

รปท 3.13 คาความยาวทวดไดเกดความคลาดเคลอนจากความหนาของวสดและมมการประกอบ

รปท 3.14 แบงรถเปนสามสวนแลวคดนาหนกเปนสวน

32

3.18 ค านวณหาน าหนกของแตละชวง

ชวงท1 w = 8.59 kg/m

m = L x W

m = 0.5m x 8.59 kg/m

m = 4.295 kg = 42.1 N

ชวงท2 w = 8.59 kg/m

ใชเหลกยาวรวม = 1.2+1.2+1 = 3.4 m

= 3.4 m x 8.59 kg/m

= 29.2 kg = 286.5 N

ชวงท3 w = 8.59 kg/m

ใชเหลกยาวรวม = 2.5 + 2.5 + 2.5 + 1.3 + 1.3 + 1.3 + 1.3

= 12.7 m

= 12.7 m x 8.59 kg/m = 109.09 kg

w= 3.24 kg/m

ใชเหลกยาวรวม = (0.35 x 6)+(2.5 x 2)+(1.3 x 2)

= 9.7 m

= 9.7 m x 3.24 kg/m = 31.43 kg

w= 15.7 kg/ m2

ใชเหลกแผนพนทรวม = (1.3 x 2)+2(2.5 x 0.3)+2(1.3 x 0.3)

= 5.53 m2 = 5.53 m2 x 15.71 kg/ m2

= 86.9 kg

รวมนาหนกชวงท 3 = 109.1 + 31.43 + 86.9 = 227.4 kg = 2231 N

33

FBD รถเทลเลอรและอปกรณ

3.19 หาระยะลอถงหวเทลเลอร

∑Fy = 0

98.1 – 42.1 -286.5 – 981 – 1344 – 2231 + Fwh = 0

Fwh = 4786.5 N

∑Ma = 0

(Fwh x X)-(42.1 x 0.25)-(286.5 x 1.0)-(981 x 2.0)-(1344 x 2.7)-(2231 x 2.75) = 0

ระยะลอ = 2.466 m

42.1 N

FA =98.1 N

Fwh=?

286.5 N

981 N

1344 N 2231 N

34

FBD ของแรงทกระทาตอเทลเลอร

3.20 หาแรงและโมเมนสงสดทเกดขนกบเทลเลอร

∑Fy = 0

FA + Fwh - 981 – 1344 = 0

FA = 1344 + 981 – Fwh

∑MA = 0

(Fwh x 2460) – (1344 x 2700) – (981 x 2000) = 0

Fwh = 2272.683 N

FA = 1344+981-2272.683

= 52.317N

981N 1344N

Fwh=2272.683N FA=52.317N

35

Vmax = 1344N

Mmax = 322.56kN/mm

Gmax = 𝑀 𝐶

𝐼

= 13.4 MPa

Gallเหลก = 𝐺𝑢

𝑁 =

= 133.3 MPa >Gmax

52.317N

-928.683N

0

0

2000mm

460mm

1300mm

104.634kN.mm

-322.56kN.mm

0

1344N

240mm

I = 90.2 cm4

= 902400 𝑚𝑚

37.5 mm

36

3.21 ค านวณออกแบบสปรงรอบรบ

1 ลอ = 2393.25 N

F สภาวะปกต = 2393.25 N

F สภาวะถกแรงกระแทก = 2

= = 4.78kN

เลอกใชเหลก ASTM A229

d = ? mm สมมต D = 80 mm

ปลายตรงเจยระไน nt = n+2

สมมต 10 ขด , n = 10 - 2 = 8 ขด

หาคา k สปรง โดย k =

= 19.9 20

หา d จาก

n = 8 =

=

(

)

d = 9.51 mm

ขนาดของลวด = 9.51 mm

ระยะยบใชงาน =

=

= 239.3 mm

ความยาวแขงตว Ls = d(n+2)

= 9.51(8+2) = 95.1 mm

37

ระยะยบแขงตว จากความเผอ

rc =

0.2 =

= 287.8 mm

= 287.16 mm

ความยาวอสระ

L = = 287.16 + 95.1

= 382.26 mm

ณ สภาวะปกตตองการใหยบ 20 mm

ในสภาวะปกต

= 119.6 mm

น าไปรวมกบระยะยบทตองการ 20 mm

119.6+20 = 139.6 m

ตองกกระยะสปรงใหยาว = ระยะฟร – ระยะยบ+ระยะทตองการใหยบตวเมอไมมแรงกระแทก

= 383.5 – 119.6+20

ระยะความสงของสปรง = 283.9 mm(เปนระยะทสปรงถกกกระยะยดโดยโชคอพ)

รปท 3.15 สปรงขณะอสระ รปท 3.16 สปรงขณะถกกดโดยกาหนดระยะยด