graficki rad cia mijat

UNIVERZITET U BEOGRADUMAŠINSKI FAKULTET CEVOVODI I ARMATURA

Zadatak broj: 1

List/listova: 1/17

Reg. broj Prezime i ime: Smer: Šk. god. Datum: Pregledao:

290/09 Marković Stefan 2010/2011


Zadatak broj: 1

List/listova: 2/17



1. Tehnički opis cevovoda

Cevovod se izrađuje od cevi DN 100 (Ø 1114,3 x 3,6 mm) materijala Č 1212 (S 235 G2T) prema standardu SRPS C.B5.122 za transport tople vode temperature 120°C i pritiska 5 bar. Sastoji se iz četiri deonice:

- prva horizontalna, dužine 25 m,- druga horizontalna, dužine 28 m,- treća vertikalna, visine 5,1 m i - četvrta horizontalna, dužine 27 m.

Čvrsti oslonci se nalaze na krajevima cevovoda, na deonici 1 kao i na deonici 2, tačne pozicije oslonaca su prikazane na crtežu. Pokretni oslonci se nalaze na rastojanju od 7m.

Na deonici 1 cevovoda se nalazi U - kompenzator. Izvršeno prednaprezanje iznosi

∆ l pCD=∆ lCD

2.

Kao izolacioni materijal je predviđena mineralna vuna specifične gustine ρ=200Kg

m3 ,

termičke provodljivosti λ=0,0465Wm∙ K

. Površina koju je porebno prekriti mineralnom

vunom je 50 m2, pa prema tome potrebno je 100 tabli mnineralne vune standardnih dimenzija 0,5 x 1 m, debljine 40 mm. Izolacija je spolja zaštićena aluminijumovim limom debljine 0,3 mm, površina lima potrebnog za zaštitu izolacije je 50 m2.

Predviđeni materijali:

- cevovod DN100: Č1212 (S 235 G2T),- svi elementi pokretnih oslonaca: Č0361 (S 235 JRG2),- svi elementi nepokretnih oslonaca: Č0361 (S 235 JRG2),- zastitni lim izolacije: aluminijum,- izolacija: mineralna vuna.

Kolena potrebna za cevovod su standardan poluprečnika krivine R=2∙ d, dimenzije su date na crtežu. Za realizaciju cevovoda je potrebno ukupno 7 kolena, od toga 6 na 90° i jedno na 120°. Kolena se za cevovod privaruju.

Ispitivanje cevovoda se vrši vodom pod pritiskom.

Kontrola zavarenih spojeva je predviđena da se vrši radiografskom metodom, prema standardu SRPS C.T3.035 i prema standardu SRPS M.E2.159.

Zavareni spojevi su izrađeni MIG postupkom.

Zaštita cevovoda od korozije izvodi se farbanjem. Za farbanje cevovoda potrebno je 7 kanati farbe od 1kg.


Zadatak broj: 1

List/listova: 3/17



2. Dimenzionisanje cevovoda

Preporučena brzina strujanja tople vode kroz cevovod je (1,5 ÷ 3,5) m/s. Usvojena brzina strujanja tople vode kroz cevovod je w = 2,5 m/s.

2.1.Unutrašnji prečnik cevi

m=ρ ∙w ∙ A

A=mρ ∙w

=

850003600

943,396 ∙2,5=0,01001111m2

A=du

2 ∙ π4

→du=√ 4 ∙ Aπ

=0,113m

gde je:

m=85th

– potrebni maseni protok fluida u cevovodu

ρ=ρ (5 , 120℃ )=943 ,396kg

m3 – gustina vode

(Tabela 4.2.6 ,str.44, [2])A – površina poprečnog presekadu – unutrašnji prečnik cevi

2.2.Debljina zida cevi

s0=du ∙ p

20 ∙KS∙ v−p

= 0,113 ∙5

20∙207,78

1,6∙1−5

=2,18 ∙10−4m

gde je:

K=207,78N

mm2 - proračunska čvrstoća Č1212 na temperaturi 120 °C

(Tabela P3.22 ,str.153, [1]),

S=1,6 – stepen sigurnosti za tople cevi sa atestom,

v=1 – za bešavne cevi.

2.3.Ukupna debljina zida cevi

s=s0+C1+C2=0,218+1+0,024=1,242mm

gde je:

C1=1mm – dodatak za bazičnost, kiselost, habanje i sl.

du = 113 mm


Zadatak broj: 1

List/listova: 4/17



C2=a

100−a∙ s0=0,024mm – dodatak na tehničke uslove i uslove isporuke

(ds<130 mm → a = 10)

1.3.Spoljašnji prečnik cevi

d s=du+2 ∙ s=113+2,484=115,484mm

1.4.Uslov ispravnosti proračuna

dsdu

=115,484113

=1,022<1,7

Proračun može da se koristi, tako da se usvaja cev bez šava materijala Č1212 (S 235 G2T) DN 100 (Ø 1114,3 x 3,6 mm) prema SRPS C.B5.122 tabela P.4.11 ,str.168, [1].

1.5.Stvarna brzina strujanja fluida u cevovodu

wST=mρ ∙ A

=4 ∙ m

ρ∙ du2 ∙ π

=4 ∙

850003600

943,396 ∙0,10712∙ π=2,78

ms

gde je:

m=85th

– potrebni maseni protok fluida u cevovodu

ρ=ρ (5 , 120℃ )=943,396kg

m3 – gustina vode

du=107,1mm – unutrašnji prečnik cevi

1.6.Proračun maksimalnog dozvoljenog napona unutar cevi

σ dop=KS∙V= 130 N/mm2 = 130 MPa


Zadatak broj: 1

List/listova: 5/17



gde je:

K=207.78 N/mm2 -proračunska čvrstoća cevi, (Tabela P3.22 ,str.153, [1]),

S=1,6 -stepen sigurnosti za tople cevi sa atestom,

V=1 -za bešavne cevi.

2. Provera samokompenzacije pojedinih deonica cevovoda

2.1.Provera samokompenzacije deonice AB

2.1.1. Provera napona u cevi

σ=α ∙ E ∙∆T

gde je: = 1,25 · 10-5 °C-1 - koeficijent linearnog širenja,E = 2 · 105 MPa - modul elastičnosti,∆T=95℃ - razlika temperature radnog fluida i temperature pri

montaži.

σ=1,25 ∙10−5∙2 ∙105 ∙95=237,5MPa

Pošto je napon u cevi veći od dozvoljenog napona σ>σdop (237,5>130 ) potrebno je odraditi kompenzaciju U-kompenzatorom.

2.1.2. Ukupno izduženje deonice AB

lAB = lAB t = 1,25 · 10-5 · 4 · 95 = 0,00475m = 4,75 mm


Zadatak broj: 1

List/listova: 6/17



gde je :

= 1,25 · 10-5 °C-1 - koeficijent linearnog širenja

Usvojili smo da je lAB = 4 m.

2.1.3. Prednaprezanje cevovoda

lPAB =

ΔlAB2

=4 .75

2 = 2,375 mm

2.1.4. Dužina koju treba da primi kompenzator

lsAB = lAB - lPAB = 4,75 – 2,375 = 2,375 mm

2.1.5. Izbor dimenzija U kompenzatora

Za vrednosti d1 = 107,1 mm , lsAB = 23,75 mm i l3 = 0,5 · l2 uzimamo vrednosti sa nomograma P.6.1 ,str.206, [1].

H = 1,6 m - visina kompenzatora,

B = 0,8 m - dužina kompenzatora,

PK = 0,02 t = 0,2 kN - sila elastične deformacije.

2.1.6. Sila od težine cevi

T = · q ·

lAB2 = 0,6 · 377 ·

42 = 452,4 N

gde je:

= 0,6 - koeficijent trenja pokretnog oslonca,

q=377Nm

– težina dužnog metra cevi (proračun na str. 12).

2.1.7. Sila u nepokretnom osloncu


Zadatak broj: 1

List/listova: 7/17



N = PK + T = 200 + 452,4 = 0,6524 kN

2.1.8. Napon od statičkog pritiska tečnosti

a = p⋅d2

4⋅δ = 5⋅105⋅114 ,3⋅10−3

4⋅3,6⋅10−3= 3,97 MPa

2.1.9. Rezultujući napon

R =

NS p

+σ a=N

π4⋅(d

22−d

12 )

+σ a

=

465π4⋅(0 ,11432−0 ,10712 )

+3. 97⋅106

= 4,34 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 4,34 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop = 130 MPa, tako da dolazi do samokompenzacije.

2.2.Provera samokompenzacije deonice BC (L-krivina)

2.2.1. Napon od temperaturnih dilatacija

s(a) = C⋅α⋅E⋅d2⋅

Δtlm =

5 .2⋅1,25⋅10−5⋅2⋅105⋅0 ,1143⋅9519

⋅106

= 7,43 MPa

Usvojili smo da je na deonici BC, lm = 19 m, l = 21 m

n =

lδlm = 1,1

Ugao = 30 je zadat kao ulazni podatak. Za ove podatke dobijamo vrednosti koeficijenata A, B, C:


Zadatak broj: 1

List/listova: 8/17



C = 5,2 (Nomogram P.6.5 ,str.210, [1]), A = 20 ; B = 32 (Nomogram P.6.6 ,str.211, [1]).


a = p⋅d2

4⋅δ = 5⋅105⋅114 ,3⋅10−3

4⋅3,6⋅10−3= 3,97 MPa


R = a + s(a) = 7,43 + 3,97 = 11,4 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R= 11,4 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop= 130 MPa, tako da dolazi do samokompenzacije.

2.2.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I =

π64

⋅( d24−d

14 )

=

π64

⋅( 0 ,11434−0 ,10714 )= 1,92 10 -6 m4

2.2.5. Otpori oslonaca

Px = A · · E · I ·

Δtlm

2 = 20 · 1,25 · 2 · 1,92 · 10-6 ·

95

192= 25,26 N

Pz = B · E · I ·

Δtlm

2 = 32 · 1,25 · 2 · 1,92 · 10-6 ·

95

192= 40,42 N

gde je:

A=20 - koeficijent (Nomogram P.6.6 ,str.211, [1]),B=30 - koeficijent (Nomogram P.6.6 ,str.211, [1]),

α=1,25 ∙10−5℃−1 – koeficijent linearnog širenja materijala,E=2∙105 MPa - Jungov modul elastičnosti,∆ t=120−25=95℃ - razlika radne temperature i temperature pri montaži,I=1,92 ∙10−6m4 – moment inercije cevi.


Zadatak broj: 1

List/listova: 9/17



2.3.Provera samokompenzacije deonice CD (Z-krivina)

2.3.1. Napon od temperaturnih dilatacija

s(a) = C⋅α⋅E⋅d2⋅

Δtlm =

5 .8⋅1 ,25⋅2⋅0 ,1143⋅9510. 2 = 15,44 Mpa

Usvojeno je na deonici CD: lm = 9 m, l = 5,1 m, a l = 27 m.

za

p=lm+lδl

=9+275 . 1

=7 . 06

n=lm

lm+lδ= 9

9+27=0 . 25

Za ove podatke dobijamo vrednosti koeficijenata A, B, C

C = 5,8 (Nomogram P.6.7 ,str.212, [1]), A = 11,2 B = 1,75 (Nomogram P.6.8 ,str.213, [1]).


a = p⋅d2

4⋅δ = 5⋅105⋅114 ,3⋅10−3

4⋅3,6⋅10−3= 3,97 MPa


Zadatak broj: 1

List/listova: 10/17




R = a + s(a) = 3,97 + 15,44 = 19,41 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 19,41 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop = 130 MPa, tako da dolazi do samokompenzacije.

2.3.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I =

π64

⋅( d24−d

14 )

=

π64

⋅( 0 ,11434−0 ,17014 )= 1,92 · 10-6 m4

2.3.5. Otpori oslonaca

Px = A · · E · I ·

Δtlm

2 = 11,2 · 1,25 · 2 · 1,92 · 10-6 ·

95

92= 63,05 N

Py = B · · E · I ·

Δtlm

2 = 1,75 · 1,25 · 2 · 1,92 · 10-6 ·

95

92= 9,85 N

gde je:

A=11,2 - koeficijent (Nomogram P.6.8 ,str.213, [1]),B=1,75 - koeficijent (Nomogram P.6.8 ,str.213, [1]),α=1,25 ∙10−5℃−1 – koeficijent linearnog širenja materijala,E=2∙105 MPa - Jungov modul elastičnosti,∆ t=120−25=95℃ - razlika radne temperature i temperature pri montaži,I=1,92 ∙10−6m4 – moment inercije cevi.

3. Izbor izolacije

3.1.Temperatura izolacije

Maksimalna temperatura koja je dozvoljena na spoljašnjoj strani izolacije je:

t3 = 50 C.


Zadatak broj: 1

List/listova: 11/17



3.2.Specifični toplotni fluks

Specifični toplotni fluks po 1m dužine cevi

q¿

c=d3⋅π⋅α2⋅( t3−t2 )

ili

q¿

c=t1−t2

1d1⋅π⋅α 1

+ 12⋅π⋅λ1

⋅lnd2

d1

+ 12⋅π⋅λ2

⋅lnd3

d2

+ 1d3⋅π⋅α2

gde su:

1 = 52,3 W/mK - termička provodnost materijala cevi (Tabela 6.4 ,str.112, [2]),

2 = 0,0465 W/mK - termička provodnost mineralne vune (Tabela 6.5 ,str.114, [2]),

t1 = 120°C – temperatura vode unutar cevi,

t2 = 25°C - temperatura pri ugradnji cevovoda ,

t3 = 50°C - maksimalna temperatura koja je dozvoljena na spoljašnjoj strani

izolacije,

d1 = 0,1071 m – unutrašnji prečnik cevi,

d2 = 0,1143 m – spoljašnji prečnik cevi,

d3 = 0,195 m – spoljašnji prečnik izolacije,

α1 = 505 – koeficijent prelaženja toplote sa strane fluida u cevi (preporučena

vrednost),

α2 = 5 – koeficijent prelaženja toplote sa izolacije na okoline (preporučena

vrednost).

3.3.Određivanje prečnika izolacije pomoću specifičnog toplotnog fluksa

q¿

c=d3⋅π⋅α2⋅( t3−t2 )=d3⋅π⋅5⋅(40−25)= 235,5·d3


Zadatak broj: 1

List/listova: 12/17



q¿

c=120−25

10 ,1071⋅π⋅505

+ 12⋅π⋅52 ,3

⋅ln0 ,11430 ,1071

+ 12⋅π⋅0 ,0465

⋅lnd3

0 ,1143+ 1d3⋅π⋅5

Za vrednost prečnika d3 = 0,189 m = 189 mm dolazi do poklapanja vrednosti specifičnog toplotоg fluksa.

3.4.Debljina izolacionog materijala

=

d3−d2

2 =

189−114 ,32 = 37,35 mm

Usvaja se standardna debljina izolacionog materijala koji iznosi = 40 mm čime se menja i prečnik cevi d3.

3.5.Usvojena vrednost spolljašnjeg prečnika izolacije

d3 = d2 + 2 =114,3 + 2·40 = 194,3 mm = 195 mm

4. Određivanje težine dužnog metra cevi

4.1.Težina cevi

qc=mc ∙ g

l=9,8125 ∙9,81

1=96,26

Nm

gde je:

l=1m,

mc=ρc ∙V c=9,8125kg – masa dužnog metra cevi

ρc = 7850, kg/m3 – specifična gustina materijala cevi

(Tabela 6.4 ,str.112, [2]).

V c=ds

2−du2

4π ∙ l=0,11432−0,10712

4∙ π=0,00125m3


Zadatak broj: 1

List/listova: 13/17



4.2.Težina radnog fluida

q f=m f ∙ g

l=ρf ∙V f ∙ g

1=83,29

Nm

gde je:

l=1m,

ρ f=943,396kg

m3 – specifična gustina radnog fluida (Tabela 4.2.6 ,str.44, [2]).

V f=du

2 ∙ π4

∙ l=0,10712 ∙ π4

∙1=0,009m3

4.3.Težina izolacije

q iz=miz ∙ g

l=ρiz ∙V iz ∙ g

1=40,91

Nm

gde je:

l=1m,

ρiz = 200 kg/m3 - gustina materijala za mineralnu vunu

(Tabela 6.5 ,str.114, [2]).

V i=d3

2−ds2

4π ∙1=0,1952−0,10712

4∙ π=0,02085m3

4.4.Određivanje težine dužnog metra cevi

q=qc+q f+q iz=96,26+83,26+40,91=220,46Nm

4.5.Opterećenje cevovoda usled spoljašnjih uticaja

4.5.1. Vertikalno opterećenje cevovoda


Zadatak broj: 1

List/listova: 14/17



qv=q+qs=220,46+156=376,46Nm

gde je:

qs=psm2 ∙Pc

l=800 ∙0,195

1=156

Nm

– opterećenje uzrokovano snegom po

dužnom

metru cevi,

psm2=500÷1000

N

m2 – opterećenje uzrokovano snegom po m2 horizontralne

površine izolovanog cevovoda,

Usvaja se psm2=800N

m2 ,

Pc=d3 ∙l=0,195 ∙1=0,195m2 – horizontalna površina dužnog metra izolovanog

cevovoda,

q=220,46Nm

– težina dužnog metra cevi, od mase cevi, nosioca toplote i

izolacije.

4.5.2. Horizontalno opterećenje cevovoda

qn=k ∙ω2

2∙ ρv ∙d3=0,7 ∙

152

2∙1,293 ∙0,195=19,86

Nm

gde je:

k=0,7 – aerodinamički koeficijent za usamljene cevi,

ω=15m /s – usvojena brzina vetra,

ρ v=1,293kg /m3 – gustina vazduha (Tabela 3.1 ,str. 21, [2]).

4.5.3. Ukupno opterećenje cevovoda

qr=√qv2+qn2=√376,462+19,862=377

Nm

5. Određivanje rastojanja između pokretnih oslonaca

Uslovi koji moraju biti ispunjeni:


Zadatak broj: 1

List/listova: 15/17



Da ugib cevi ne pređe dozvoljenu vrednost u pogledu deformacije

2mm≤ f doz ≤10mm - za tečnosti

Usvojena vrednost f doz=10mm.

f max=0,8 ∙ f doz=8mm

lmax1=4√ 384 ∙ E ∙ I ∙ f max

q

gde je:

f max - maksimalni ugib cevi,

E=2∙105 MPa - modul elastičnosti,

I=1,92 ∙10−6m4 - moment inercije preseka cevi,

q=377Nm

- opterećenje cevi po dužnom metru.

I= π64

(ds4−du4 )= π64

(0,11434−0,10714 )=1,92 ∙10−6m4

lmax1=4√ 384 ∙2∙105 ∙1,92 ∙10−6 ∙8 ∙10−3

377=7,48m

Da sila izvijanja ne pređe kritičnu vrednost:

lmax2≤250 ∙√ IA

gde je:

I=1,92 ∙10−6m4 - moment inercije preseka cevi,

A=1,25∙10−3m2 – površina poprečnog preseka cevi.


Zadatak broj: 1

List/listova: 16/17



A=π4

(ds2−du2 )=π4

(0,11432−0,10712 )=1,25 ∙10−3m2

lmax2≤250 ∙√ 1,92 ∙10−6

1,25 ∙10−3

lmax2≤9,8m

Maksimalno rastojanje između pokretnih oslonaca l=min (lmax 1; lmax2 )=7,48m.

Usvaja se rastojanje između pokretnih oslonaca l=7m.

6. Zaštita cevovoda od korozije

Zaštita cevovoda od korozije se vrši farbanjem. Jednom kantom od 1kg farbe može da

se premaže 5 m2.

P=ds ∙ π ∙l=0.1134 ∙ π ∙85.1=30.30m2 - ukupna površina cevovoda

k=30,305

≈7 - broj kanti porebnih za farbanje

Za zaštitu cevovoda od korozije potrebno je 7 kanti farbe od 1kg.


Zadatak broj: 1

List/listova: 17/17



7. Literatura

[1] Bogner, M., Petrović A.:Konstrukcije i proračuni procesnih aparata, Mašinski fakultet, Beograd 1991.

[2] Kozić, Đ., Vasiljević, B., Bekavac V.:Priručnik za termodinamiku, Mašinski fakultet, Beograd 2008.

graficki rad cia mijat

Documents