Vegyipari készülékek tervezése I.

Átírás

1 Vgyipari készülékk trvzés I. GEVGT0-B Előadó: Dr. Siménfalvi Zoltán gytmi docns Gyakorlatvztő: Ptrik Máté doktorandusz Kövtlményk: Aláírás, fltétl : évközi fladatok tljsítés, db zh tljsítés

2 Ajánlott irodalom. Krszts János: Tartályok és készülékk I., II., III., Tankönyvkiadó, Bp.. Fábry György: Vgyipari Gépészk Kézikönyv, Műszaki könyvkiadó, Bp Bodor-Szabó: Nyomástartó brndzésk szilárdsági mértzés, Műszaki könyvkiadó, Bp Szabó Józsf: Fémtartályok, Műszaki könyvkiadó, Bp Varga László: Nyomástartó dényk trvzés, Tankönyvkiadó, Bp /06 (XI.8.) NGM rndlt a nyomástartó brndzésk és rndszrk biztonsági kövtlményiről és mgfllőség tanúsításáról 7. /06. (I. 5.) NGM rndlt a nyomástartó brndzésk, a töltő brndzésk, a kistljsítményű sűríttt gáztöltő brndzésk műszaki-biztonsági hatósági flügyltéről és az autógáz tartályok időszakos llnőrzéséről 8. MSZ EN 3445-,, 3, 4, 5, 6, 8:04 Unfird Prssur Vssls.rész: Általános kövtlményk.rész: Szrkzti anyagok 3.rész: Trvzés 4.rész: Gyártás 5.rész: Vizsgálatok 6.rész: Gömbgrafitos öntöttvasból kialakított nyomástartó dényk és a nyomással trhlt részk trvzési és gyártási kövtlményi 8. rész: Alumíniumból és alumíniumötvöztből készült nyomástartó dényk kigészítő kövtlményi 0. rész: Nikkl és nikklötvöztű nyomástartó dényk kigészítő kövtlményi

3 Alapfogalmak I. Fogalmakat a 44/06 NGM rndlt tárgyalja Nyomástartó brndzés: dény, csővzték, biztonsági szrlvény és a nyomással igénybvtt tartozékok Edény: nyomással igényb vtt töltt bfogadására trvztt és gyártott gység lső csatlakozásáig a hozzá tartozó szrkzti lmkkl Csővzték: a töltt szállítására szolgál, csőszakasz és szrlvényi Biztonsági szrlvény: jllmző nyomás túllépés lln szolgál, közvtln működésű ill. határoló készülék Tartozék: nyomástartó házzal rndlkző üzmlttési fladattal rndlkző szrlvény Egyszrű nyomástartó dény: a 43. () bkzdésébn mghatározott ismérvknk mgfllő, lvgő vagy nitrogén bfogadására szolgáló hgszttt dény PS (Pmg) > 0.5 bar, nincs kitév tűz hatásának Ötvöztln acélból, alumíniumból, vagy örgdésálló alumíniumötvöztből készül Domború és/vagy síkfdlkkl lzárt körhngr PSxV<0 000 bar x litr; Pop.<30 bar Top.>-50 C; Top.<300 C acél; Top.<00 C alumínium és ötvözti PSxV<50: hlys mérnöki gyakorlat; PSxV>50 PED B modul 3

4 Alapfogalmak II. Közgk A töltt az. csoportba tartozik és vszélys tölttnk minősül, amnnyibn a) az anyagok és kvrékk alábbi fizikai és gészségi vszélysségi osztályokba soroltak:. instabil robbanóanyagok vagy az..,..,.3.,.4. és.5. alosztályba tartozó robbanóanyagok;. tűzvszélys gázok,. és. katgória; 3. oxidáló gázok,. katgória; 4. tűzvszélys folyadékok,. és. katgória; 5. azok a 3. katgóriába tartozó tűzvszélys folyadékok, amlyk lgnagyobb mgngdtt hőmérséklt a lobbanáspont fölött van; 6. tűzvszélys szilárd anyagok,. és. katgória; 7. önraktív anyagok vagy kvrékk, A-F típus; 8. piroforos folyadékok,. katgória; 9. piroforos szilárd anyagok,. katgória; 0. vízzl érintkzv tűzvszélys gázokat kibocsátó anyagok és kvrékk,.,. és 3. katgória;. oxidáló folyadékok,.,. és 3. katgória;. oxidáló szilárd anyagok,.,. és 3. katgória; 3. szrvs proxidok, A-F típus; 4. akut orális toxicitás,. és. katgória; 5. akut drmális toxicitás,. és. katgória; 6. akut inhalációs toxicitás,.,. és 3. katgória; 7. célszrvi toxicitás - gyszri xpozíció,. katgória, vagy b) a nyomástartó brndzéskbn található olyan anyag vagy kvrék, amlynk lgnagyobb mgngdtt hőmérséklt a töltt lobbanáspontja fölött van. 4

5 Katgória Modul I. A modul II. Alapfogalmak III. A, D, E modulok III. B (trvzési típus) + D, B (trvzési típus) + F, B (gyártási típus) + E, B (gyártási típus) + C, H modulok IV. B (gyártási típus) + D, B (gyártási típus) + F, G, H modulok Nyom ástartó dényk Kazánok Csővztékk folyadék halm.áll. gáz gáz folyékony folyékony Folyadék csoport v s z é l y s g y é b v s z é l y s g y é b v s z é l y s g y é b v s z é l y s g y é b Diagram m lléklt II

6 Alapfogalmak IV. Nyomástartó dényk műszaki biztonsági kövtlményi szrint bsorolás és mgfllőség értéklési modul rndszr: (pl. töltt gáz, nyomás alatt oldott gáz, gőz és olyan folyadék, amlynk gőznyomása a mgngdhtő lgnagyobb hőmérsékltn nagyobb, mint 0,5 bar túlnyomás,. csoportú anyag) Kazánok: nyomástartó dény+tüzlés és hősugárzás hatásának kitév 6

7 Alapfogalmak V. Nukláris brndzésk: nyomástartó, radioaktiv trhlés, földrngés, fszültséganalízis, fáradási élttartam, külön biztonsági szabályzat, osztályba sorolás (ABOS,, 3, 4) Vszélys tölttű folyadéktárolók: Pop.=0-50 mbar; nagy űrtartalom, vszélys töltt Közös jllmzők: Fogalmak: Alaptrhlés blső és/vagy külső nyomás Mértzési ljárások azonosak (MSZ EN 3445) Trvzés, gyártás, üzmlttés ngdélyhz kötött Időszakos vizsgálat kötlző Nyomáshatárolás Nyomás (túlnyomás) PS max. mgngdtt nyomás, trvzési nyomás TS max. mgngdtt hőmérséklt V térfogat, nyomással igényb vtt rész DN névlgs mért 7

8 Mértzési alapadatok I. Alaptrhlés a nyomás: Blső nyomás: homorú flültr hat; növkvő P, növkvő w; a gomtriai jllgt nm változtatja mg; határérték a folyáshatár (R H ), a törés (R m ); (nyomáshatárolóval vagy anélkül) Külső nyomás: domború flültr hat; növkvő P, a görbülti sugár csökkn; lőször arányos, majd P kr lérés után horpadás, stabilitás vsztés; Statikus nyomás: ha dp/dt<=0.5 bar/s Üzmi nyomás: Pop, tchnológiai paramétr, gy üzmi ciklusban a lgnagyobb normális tchnológiai nyomás. Gáztéri nyomás Mértzési nyomás: PS, alaptrhlés a szilárdsági mértzéshz, P S P op Hidrosztatikus nyomás: P h =ρgh; P =P+ P h Üzmi hőmérséklt: T op a tchnológiai töltt hőmérséklt, amlyn a folyamat ljátszódik Mértzési hőmérséklt: T D, a lgnagyobb pozitív hőmérséklt a mgngdtt fszültség mghatározásához (hőtchnikai számítások, vagy mérési rdményk alapján). T D, min=0 C 8

9 Mértzési alapadatok II. 9

10 Mértzési alapadatok III. Próbanyomás: közg víz (5-40 C), lvgő stén P t 50%-ig trhlni, majd bunkrbn 0%-onként növlni, végül P t =P S f a /f t vizsgálati állapotra csökkntni Próbanyomás érték: Tsting group --3: max (, ) Tsting group 4:.. anyagcsoport (acél R H < 75 MPa) c < mm c mm 8.. anyagcsoport (ausztnits acél Cr < 9 %) 0

11 Mértzési alapadatok IV. Gomtriai adatok: fő mértk: R, D, L (szabványos átmérő) Estlgs külső trhk: önsúly tölttsúly, üzmi állapotban víz tölttsúly próbanyomáskor csatlakozó lmk okozta thr (pl. csővzték) mtorológiai thr (hóthr és széltrhlés) szizmikus trhlés (gépk, földrngés) dinamikus igénybvétl (nyomás, külső grjsztés) hőfszültségk szállítási és tlpítési trhlésk Hgszttt kötésk szilárdsági tényzőj (z, varratszilárdsági tényző): : tljs varratban roncsolásos és roncsolásmnts vizsgálattal igazolt 0,85: roncsolásmnts vizsgálattal, szúrópróbaszrűn 0,7: szmrvétlzés

12 Mértzési alapadatok V. Mgngdtt fszültségk

13 Fszültséganalízis I. Fontosabb fogalmak: Mohr-szrinti rdukált fszültség: maximális alakváltozási nrgia lv szrint (von Miss): rdukált fszültségamplitúdó: Mohr von Miss nagy szrkzti folytonossági hiány: fszültség- vagy alakváltozáscsúcs forrása, a szrkzt nagy részér van hatással. Pl. csatlakozási zóna, falvastagság változás, kivágások, csonkok környzt hlyi szrkzti folytonossági hiány: az anyag viszonylag kis térfogatára van hatással, éls sarkok, bmtszésk, rpdésk mmbránfszültség: a normálfszültség azon gynlts loszlású komponns, amly az lm vastagság mnti átlagfszültség értékévl gynlő hajlítófszültség: az lm vastagsága mntén frdszimmtrikusan loszló normálfszültség lsődlgs fszültségk (P): mchanikus trhlésk által okozott fszültség, amlynk loszlása a szrkztbn olyan, hogy a trhlés kövtkztébn kialakuló mgfolyás rdményként nm jön létr a trhlés újraloszlása lsődlgs mmbránfszültség (Pm): blső, külső nyomás, a szrkzt gészét trhlő rő nyomaték hatására kialakuló mmbránfszültség 3

14 Fszültséganalízis II. lsődlgs hlyi mmbránfszültség (P L ): koncntrált rőhatások közvtln környztébn kialakuló mmbránfszültség. Hlyink minősül az a mmbránfszültség, amly lgfljbb,0 R hosszon haladja mg az, f D értékt lsődlgs általános hajlítófszültség (P b ): a szrkzti lm valamly mtsztébn az gész mtszt mntén mgoszló hajlítófszültség másodlagos fszültségk (Q m, Q b ): korlátozott alakváltozások kövtkztébn kialakuló fszültség; önhatároló, azaz plasztikus alakváltozással kigynlítődik csúcsfszültség (F): nm okoz torzulást, káros hatása, hogy a fáradásos vagy ridgtörés lhtségs forrása fszültségk flbontása: mmbrán (σ m ), hajlító (σ b ), linarizált (σ l = σ m + σ b ), nmlináris (σ nl = σ - σ l ) a 4

15 Fszültséganalízis III. A fszültséganalízis során fltétlzzük, hogy - az anyag kövti a Hook törvényt - az anyag izotróp - az lmozdulások és az alakváltozások kicsinyk 5

16 szabványos ljárások (MSZ EN 3445) Falvastagság dfiníciók cél a szilárdságilag szükségs falvastagság () mghatározása az lsődlgs fszültségk alapján falvastagság dfiníciók: : szilárdságilag szükségs falvastagság n : névlgs falvastagság min : minimális gyártási falvastagság (mérés) a : analízis falvastagság (számításokhoz) c: korróziós, róziós pótlék : névlgs falvastagság ngatív tűrés m :gyártástchnológiai pótlék x : falvastagságtöbblt a névlgs falvastagság léréséhz korróziós+róziós élttartam: vc korrózió: a szrkzti anyag roncsolódása kémiai hatásokra korrózió sbsség (v c ) 0-0,35 mm/év; normális viszonyok stén; táblázat, tapasztalat, kísérlt - falvastagság csökknéssl jár (c) - falvastagság csökknést nm okoz: + lyuk v. pont korrózió (kloridok) + kristályközi korrózió (hidrogén mtán+vas; térfogat nő, ridgdés, szén csökkn) + fszültségi (húzó) korrózió (közg+szrkzti anyag=diffúzió) + réskorrózió 6

17 MSZ EN Szrkzti anyagok I. Általános kövtlményk: - Korrózióállóság; közg és a szrkzti anyag kölcsönhatása (pl. ötvöztln szénacél llnáll a tömény kénsavnak és a száraz klórnak, Ti jó ndvs savakkal szmbn, d a száraz klórra nm) - Thrvislőképsség; a fszültségkatgóriáknak mgfllőn a mértzési hőmérsékltn (lgndő képlékny tartalékkal rndlkzzn az anyag; A>4%, régn 6%!) - Biztonság a ridgtörés lln - Gazdaságosság (8/8-as plattírozott) - Korlátozó lőírások (D b, P, min ) - Gyárthatóság (hgsztés, alakítás) Mértzési anyagjllmzők (trvzés) - anyagszabványok - nm szabványos anyagoknál bizonylat - a bépíttt anyagok jllmzőink igazolása (vizsgálatok), gépkönyv (mindn dényr) - R m, R m/t, R H, R H/t, A, E, G,,,, stb. Anyagcsoportok - 7

18 Szrkzti anyagok II. 8

19 Szrkzti anyagok III. 9

20 Műanyagok Szrkzti anyagok IV. hőr lágyuló v. hőr kménydő műanyagok korrózióálló fladatokra - hőr lágyuló: olvadáspontjuk jllmzi - hőr kménydő: térhálós molkulák, nincs határozott olvadáspontjuk szilárdsági tulajdonságok: acélhoz képst kdvzőtln (lágyuló<kménydő), kúszás korrózióállóság: jobb, mint a lgtöbb fémé, pl. halogén vgyültk, klórtartalmú közgk Egyéb szrkzti anyagok szrvtln, nmféms szrkzti anyagok: pl krámiaanyagok (hőtágulás!) szén és grafit: az oxidáló légkör kivétlévl mindnnk llnállnak, porozitásuk miatt közvtlnül nm használhatók, imprgnált formában alkalmazzák (pl. korobon hőcsrélők) 0

21 Forgáshéjak mmbránfszültségi állapota I. Illsztési fladat Egységnyi trhlésk hatására kialakuló lmozdulás: w (p) w (Q) w (M) R p N M Q w (N) w (N) 0 ( N) (N) 0 w p w Q w M Q N M Q M p p w w R w (p) p w(q) Q w(m) M w (p) p w (Q) Q w (M) M ( p) p (Q) Q (M) M (p) p (Q) Q (M) M t ( p) (p) 0 6M t ( p) t (M) E w 6M R R w E l l 6M t E t R R w w R t w R E R w 6M

22 Forgáshéjak mmbránfszültségi állapota II. Mmbránfszültségi állapot: a trhlést a héj középflülténk síkjában mmbránrők ki tudják gynsúlyozni. Fltétl, hogy a flültr ható mgoszló trhlés folytonos lgyn, a prmtrhlésk érintőlgsn támadjanak, valamint a héj - középflült folytonos lgyn - kivágások, ugrásszrű görbült és vastagság változások n lgynk - prmi szabadon lmozdulhassanak Tiszta mmbránfszültségi állapot vgyipari készüléknél nm tljsülht, zért gyorsan csillapodó hlyi jllgű hajlítófszültségk kísérik Trhlési modll az X R (N/mm ) mgoszló rőrndszr, amlyt X, X, X 3 érintőirányú komponnskr bontunk, amllyl gynsúlyt tartanak az N, N, N, N mmbrán élrők (középflült mtszésvonalának gységnyi hosszára rdukált blső rők) Fltétlzzük, hogy az dény vékony (/D<0,09) rugalmas héjakkal hlyttsíthtő, és a flültr mrőlgs normálfszültségk lhanyagolhatóak. A kéttnglyű fszültségi állapot a N N N mmbránfszültségkkl, és a Hook törvény alapján számítható (N N) (N N) E E G rugalmas alakváltozásokkal jllmzhtő. N N N x 3 X 3 X X x x N N

23 Forgáshéjak mmbránfszültségi állapota II. A mmbránrők mghatározásához x, x, x 3 irányú gynsúlyi gynltkt kll flírni rdφ és r dυ oldalhosszúságú héjlmr (4 gynlt 4 ismrtln) x tngly (mridián) irányú külső és blső rők gynsúlyi fltétléből: N Nr N cos Xr r x tngly (krülti) irányú külső és blső rők gynsúlyi fltétléből N Nr N cos Xr r x 3 tngly (normális) irányú külső és blső rők gynsúlyi fltétléből: x 3 tngly (normális) körül forgató rők gynsúlyi fltétléből: Egynltsn mgoszló túlnyomás (P) okozta mmbránrők a héj flültér ható trhlésk: X =X =0, X 3 =P N r N X3 r N N mivl a külső trhlés tnglyszimmtrikus a blső rők krülti irányban nm változnak: (...) 0, N r dr d N r d r d 0 N N 0 r N r N cos 0 N r N r p 3

24 Forgáshéjak mmbránfszültségi állapota III. szétválasztható diffrnciálgynlthz jutunk, amlyt intgrálva kapjuk: pr pr r N N r Egyszrsn görbült forgáshéjak (hngr, kúp): pr - hngr r, r R N N N pr r r pr pr - kúp r r R stén N N sin cos cos cos r =r=r N N N N r r R 4

25 b Forgáshéjak mmbránfszültségi állapota IV. Kétszrsn görbült forgáshéjak: pr - gömb (r =r =R) N N tökélts gynszilárdságú szrkzt a a a - lliptikus héj: r r sin 3 b b b pa pa N N 0, stén N N b b pa b r N N r a - tórusz héj: r r r r N N pa a N sin b N a sin b pa a b 5

26 Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra I. - forgásszimmtrikus héjak - a mértzési nyomás az gész flültn állandó - névlgs mért: D k külső átmérő (szabványos) Hngr- és gömbhéjak mmbránfszültségi - fltétl: / D 0.6, ahol D a külső átmérő Hngrs héjak - a P mértzési nyomás hatására ébrdő mmbránfszültségi állapot (a héj középflültén): PD t r P t (főfszültség) a - D középflült hlytt alkalmazható a D i (blső) vagy a D (külső - szabványos) átmérő: D i D D D PDi PD f z P f z P - lmzövkből történő gyártásánál kifutó varrat a roncsolásos vizsgálathoz (azonos anyag, görbült) - llnőrzés: mgngdtt nyomás ( a a pótlékolás nélküli falvastagság + x ): f z a Pmax D Gömbhéjak PDi PD 4f z P 4f z P P max 4f z D a 6

27 h Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra II. Záróflültk - állandó falvastagságú, nm gynszilárdságú héjak - a külső (névlgs) átmérők a szabványos sor szrint - az azonos szrkztű, d különböző mértű záróflültk gomtriailag hasonlók - különböző flültk sarokgörbülttl csatlakoznak - a körhngrhéjhoz szakállal csatlakoznak (járulékos trhlésk lkrülés a varratban) - a szakállrész hossza nagyobb, mint 0. Di, azt a hngrs héj összfüggési szrint mértzni kll, különbn a vastagsága a fnék vastagságával gyzik mg Félgömb dényfnék - alkalmazás: flhabzó anyagok, nagy gőztér, csővég lzárás síkfdél hlytt - mértzés a gömbhéjak összfüggésivl PDi PD 4f z a Pmax 4f z P 4f z P D - hidrosztatikai trhlés: N 0 N 0 gr(r h) N R gr h r=r hlyn (a gömbsüvg prmén): h R N 0 3 h 0 N gr stabilitás!! 3 ha P h >0.05P, akkor a fdlt hidrosztatikai + gáznyomásra kll mértzni. R 3 N R gr h R 3 P h R N r N 7

28 Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra III. Kosárgörb alakú (torisphrical) dényfnék - Alak: skélydomborítású (Kloppr, régn A típus): R/D=; r/d=0. mélydomborítású (Korbbogn, régn C típus): R/D=0.8; r/d= lggyakrabban alkalmazott hazai dényfnék - mmbránfszültségk: -gömb; -tórusz; 3-hngr 3 D PR PD 4 Pr 3 3 PD PD 4 mmbrán gömb tórusz hngr mmbrán 8

29 - Mértzés: Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra IV. max,, s y b s P R f z 0.5P y P(0.75R 0.D ) i f P (0.75R 0.D ) i f R ahol f.6 R p0./ t, hidgn hngrlt, varrat nélküli ausztnits korrózióálló acélra f b b.5. 5 β mghatározható diagramból (f:( d i /R)P/f, paramétr r/d i ), vagy számítási ljárás rdményként. b b D r i p0./ t 9

30 Ellipszis alakú dényfnék - fltétl:.7<k<., ahol K=D i /(h i ) - mértzés és llnőrzés kvivalns a kosárkörb alakú dényfnékkl, az összfüggéskbn Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra V. r=d i ((0.5/K)-0.08) és R= D i (0.44K+0.0) Kúpos dényfnék - alkalmazás: : zagyok, szilárd porok, alsó záróflült (rézsűszög) : raktorok, gynltsbb gázloszlás a blépő oldalon 3: átmnti darab (különböző átmérőjű hngrs övk kapcsolása), változó krsztmtsztű kolonna cos( ) a - szabvány alól kivétl: >75, rövid kúpos kapcsolat, D c héjcsatlakozás 30

31 Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra VI. - Mértzés: con P D i f z P cos( ) con P D f z P cos( ) P max f z cos( ) con D m D D cos( ) D (D D )/ i D k Dc l Dc l cos( ) A hngrs és a kúpos héj kapcsolata (nagy átmérőn):. Kapcsolat sarokgörbült nélkül: alkalmazási fltétlk: a tompavarrattal rögzíttt kapcsolat a hngr és a kúp között falvastagság csökknés nélkül jön létr; a hgsztési varrat 00%-ban roncsolásmnts vizsgálatnak lgyn alávtv, kivév, ha a hgsztésnél a köpnyk falvastagsága.4 j - Mértzés: D k m D r cos( ) l sin( ) i Dk c A hngrs héj csatlakozás szükségs falvastagsága: max P D D tan( ) c c 0.5 j f 3 / cos( ) hossza: j min.4 cyl, j l A kúpos héj csatlakozás szükségs falvastagsága: cyl PD f z P con P D f z P cos( ) min.4 hossza: l max con, j 3

32 Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra VII. mghatározása grafikus úton: Ellnőrzés: itrációs folyamat. Kapcsolat sarokgörbülttl: - a görbült gy tóruszflült rész, amly csatlakozik a hngrs és a kúpos héjhoz - r<0.3d c Mértzés: 3 D c j tan( ) 0.5 / cos( ) 0.08r D / c j cos( ). 0. j P D c f 3

33 Héjszrkztű lmk mértzés blső nyomásra VIII. Hngrs csatlakozás: Kúpos csatlakozás: Ellnőrzés: itrációs folyamat Hngrs és kúpos héj kapcsolata (kisbb átmérőn): fltétlk: - falvastagság l hosszon, falvastagság l hosszon lgyn alkalmazva - érvénysk az cyl, con lőírások Mértzés: - és flvétl - s= / - ha s< a falvastagság min hossza: >.4l ; 0.5l (ábra!) max a falvastagság min hossza: >.4l ; 0.7l (ábra!) max s s s cos( ) - különbn s D tan( ) c s H cos( ) f z P - ha D c H a falvastagságok lfogadhatóak, különbn és/vagy érték növlndő cyl, j con, j Ellnőrzés: P max f z D c H 33

34 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra I. Fszültségk hatása lmi csuklóra (gytnglyű fsz. áll.) - húzó igénybvétl: F növkdésévl az lm kigynsdik, mgnyúlik, lszakad. Stabil állapot. - nyomó igénybvétl: F növkdésévl a csukló a vízszints rő hatására lmozdul, az lm rövidül, majd összcsuklik. stabil-labilis-instabil állapot. - Síkbli fszültségi állapot (kéttnglyű): lmzk, héjak - Makroszkópikusan: a kritikus rő függ az anyagjllmzőktől (E,, R H ), a gomtriai alaktól (mértktől). A stabilitás lvsztés után új alak! (gyns rúd mghajlik, a héj bhorpad) - kritikus thr: F kr, P kr, M kr : készülékjllmző Fltétlzhtő, hogy a szrkzti lmk stabilitása a szrkzti anyag struktúrájának rndztlnségévl hozható kapcsolatba. A húzóigénybvétl a rndzttségt növli, a nyomóigénybvétl csökknti. A B pont gyik stbn az AC tngly irányába mozdul, míg a másik stbn távolodik. A mchanikai modllk a tstk gynsúlyát (rudak, héjak) makroszkópikusan, ill. virtuálisan kihajlott állapotban vizsgálják és fltétlzik, hogy a tstr a nyomórőn kívül makroszkópikus hajlítónyomaték is hat. Ez az állapot hasonló a mikroszkópikus modllhz (lmi csukló), azonban a kihajlás mgindulásának okát a stabilitási lméltk nm tárgyalják. A kritikus trhlés (stabilitás vsztés határállapota) nm ok, hanm állapot! Trhlési stk - hidrosztatikus trhlés: az dényt mindnhol ugyanazon nyomás vszi körül - kitámasztott fnék - lángcső - hőfszültség, hőcsrélő csövk 34

35 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra II. Jllmző horpadási alakzatok Hálós horpadás (Yoschimura alakzat) vékonyfalu hngr Spirálhorpadás silók, hőfszültségk, kitámasztás Axiális horpadás gyűrűalakú, csomópontok az rdti flültn Krülti irányú hullámok n=4, m= (fél) mindn mtsztbn azonos 35

36 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra III. Axiálisan szabadon nyomott cső (L/D=5.78) Hálószrű horpadás n=4 krülti félhullámmal Kívülről támasztott axiálisan nyomott cső (száraz hüvlybn) L/D=5.8 Spirálhorpadás Kívülről támasztott axiálisan nyomott cső (zsírozott hüvlybn) L/D=5.77 Spirálhorpadás 36

37 l=l'/ l=l' l= l' Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra IV. Horpadási hullámok értlmzés - Axiális félhullámok: m (gész számok) csomópont: c= félhullám: m=c-=-= c=3 m=3-= c=5 m=5-=4 - Krülti félhullámok: n (gész számok) (n=csomópontok száma a fél krsztmtsztn) stabil alakváltozás c=0 n=0 c= n= c=3 n=3 c=4 n=4 37

38 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra V. MSZ EN általános mgjgyzésk: a falvastagság nm lht kisbb, mint ugyanakkora blső nyomásra adódó falvastagság nm ausztnits acélok stén: ausztnits acélokra: R p0./ t.5 R p0./ t minimális biztonsági tényző trvzéskor S=.5, vizsgálati állapotban S=. - Mrvíttln hngrs héjak: trhltln hossz: L L 0.4h 0.4h cyl 30 L L cyl 0.4h 30 L L 0.4h cyl L con 38

39 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra VI. falvastagság számítása: : : P y P m R a E a R a n cyl Z n R ( ) cyl Z R Z L 3: P m /P y számítása, majd P r /P y mghatározása n cyl Z P<P r /S, llnkző stbn a növlés 39

40 Héjszrkztű lmk mértzés külső nyomásra VII. - Mrvíttt héjak: (a szabvány részltsn tárgyalja) a) rős mrvítés b) lágy mrvítés c) fűtő/hűtő bordázat 40

41 Kivágások, csonkok héjszrkztkn I. - mgbomlik a nyomástrhlés okozta mmbránfszültségi állapot - a kivágás prmétől távolodva a zavarás csökkn - görbült dényfalakon kialakított kivágások végtln nagy síklmzzl modllzhtők, amnnyibn a kivágás mért a görbülti sugárhoz viszonyítva nm nagy. Egytnglyű húzófszültséggl trhlt síklmz (állóhngrs folyadéktartály) 4 a a a cos r 4 r r r 4 a a 0 3 cos 4 r r 4 0 a a xy 3 sin 4 r r d A furat prmén: a r 0 r (nincs a furatban nyomás) cos Fszültségkoncntráció: cos Hngrs készülékbn (folyadékkal töltött, lapos fnkű hngrs tartály): 0 a 0 0 xy 3 r r 0 H 4K K 3 max 0 0 ( 30) min 0 D K D k b R 4

42 Kivágások, csonkok héjszrkztkn II. Kéttnglyű húzófszültséggl trhlt síklmz (hngrs dény) - az lőző st és a 90 -kal lfogatott trhlés szuprpozíciója Fszültségkoncntráció: t 0 t PD cos 0.5 cos t.5 0 4K.5 H K 0 0 t t a 0 Kéttnglyű húzófszültséggl trhlt síklmz (gömbhéj, kosárgörb záróflült) Fszültségkoncntráció: 0 t PD 4 cos cos állandó K H K

43 Kivágások, csonkok héjszrkztkn III. A kivágás zavaró hatása - a közli kivágások hatása nm hanyagolható l - a szabad kivágások prmén a lmz szilárdságának tljs kihasználása mlltt a folyáshatárt mghaladó (fáradást okozó) fszültség ébrd (lokális) - gydülállónak tkinthtő a kivágás, ha a gátmért (t g ) t t d g d d t g d a 3 d d d.5 3 r/a - görb flültn (héjak): t g D - lyuksor gátjaiban kialakuló fszültségk (pl csőkötgfal): DP d d k 0.87d 4 x (t x) 4x 4(t x) Furatok prmén rpdésk kltkzhtnk k t d t t d d t d 4 43

44 Kivágások, csonkok héjszrkztkn IV. Kivágásba illszttt csonk - szabványos lmk (karima, cső, hngrs toldat) - csőátmérő: áramlástanilag szükségs krsztmtszt - falvastagság: nyomásnak mgfllő, szabványos érték - búvónyílás (DN500, DN600) Köpny kialakítása a csonk környztébn (alaptípusok): mrvítés csonkkal Csonk+párnalmz Lmzöv vastagítás kismértű csonk közps mértű kivágás nagy mért, vagy lyuksor d d d D D 5 D 44

45 - légzőfurat szrp: hgsztéskor gázok távozása hgsztési varrat llnőrzés furatot lzárni! (korrózió) Kivágások, csonkok héjszrkztkn V. Köpny szilárdságilag szükségs falvastagsága: - lv: trhlő flültr ható rő = thrvislő krsztmtsztbn ébrdő rővl (flült összhasonlító lj.) - Trhlő flült: Ap (nyomással trhlt flült) P - Thrvislő flült: Af (mgngdtt fszültséggl trhlt flült) Ap i Af Af Af f 0.5P Af f 0.5P Af f 0.5P PAp Ap 0.5Ap s w s p op fob min(f s,fb) f min(f,f ) op s p - mivl A p tchnológiai mértkből adott, zért Af módosítandó, amly tartalmazza a héj falvastagságát - a flültk részlts P D kifjtésévl gy v gyngítési tényző fogalmazható mg: f v v f (l,l,d,d,, ) so bo a,b a, s b ob s b i Csonkcsatlakozások kialakítása csonk, bnyúló csonk, tárcsa, tárcsa+bnyúló csonk, rősíttt csonk, kihúzott csonk, rugalmas csatlakozás, csppntőél, gőzbvztés probléma 45

46 Tömítésk, karimák I. Nyugvó tömítésk - a készülékk bontható flülti között biztosítja a tömör zárást - -6: lágy tömítésk (It, gumi, műanyag lmz, profilos gumi, fonott zsinór, stb.) - 7-5: részbn vagy gészbn fémlmzzl borított lágy tömítés (fém: szilárdság, alaktartósság növlés, átszivárgás mgakadályozása) - 6-9: spiráltömítésk vagy lágy tömítőanyag-fémlmz kombináció közps nyomásra és nagy hőmérsékltr (V alakú fémbtét blső nyomásra; fémgyűrűk központosításra és szilárdságnövlésr) - 0-9: fémtömítésk nagy nyomásra és hőmérsékltr (kis érintkző flült nagy flülti nyomás, az az élk mgfolynak) 46

47 Tömítésk, karimák II. Tömítőflültk és tömítésk változatai - a: átmnő tömítés ign lágy tömítőanyaghoz - f, g: vákuumkészülékkhz - h: O-gyűrű kismértékű lőfszítés, tömítést a közg nyomása fjti ki, csavar igénybvétl kicsi 47

48 Tömítésk, karimák III. Tömítési tényző: - üzmi állapotban a tömítés fltétl a flültk közötti p 0 érintkzési nyomás: P 0 m P - m tömítési tényző: lágygumi (0.5-), műanyagok (.5-3), It lmz (.5-.75), spirál fémlmz btéttl (.5-3), fémgyűrű (4-6.5) Karima tömítés thrbírás llnőrzés: - csavartrhlésk: H G P H G b G m P 4 szrlési állapotban a minimális csavarrő: W A b G y y: min. tömítési nyomás üzmi állapotban: W H H op G a szükségs csavar krsztmtszt: W W A op AB,min max ; fb,a fb - karima nyomatékok: H B D 4 C B g h D P h G A W H T C G B,min H H A B h T f D C B G 4 B,A 48

49 H G H H Tömítésk, karimák IV. szrlési állapotban: üzmi állapotban: Karima fszültségk M op M szrlési állapot: CF M MA B üzmi állapot: CF M Mop B W A h G H D h C F D H T h T H G B max ; 6 d B m 0.5 h G K A / B l0 Bg0 H M g r (.333 F l0 l Tömítés hatásábrája - a csavarok és a tömítés rugalmas alakváltozása, az üzmi és a tömítőrő közötti összfüggést ábrázolja - a tömítési nyomás a csavarok között változik a karima és a tömítés rugalmas alakváltozása miatt vagy a tömítőflültk gomtriai gyntlnségénk hatására - priodikusan lükttő üzmi rő hatására az rők aránya a rugalmassági viszonyok arányában változik - mghatározható a minimális tömítőrőhöz és a tömítés maximális thrbírásához tartozó szrlési csavarrő 0 )M M y r K K, F, V, W op Erő függvényk ' 3' 3 l B l G W A l 49

50 Tömítésk, karimák V. További tulajdonságok, mgfontolások - rlaxáció: a tömítés vagy a működő csavar alakváltozás nélküli fszültségcsökknés; az It-t 4, a tflon tömítést 4 óra ltltévl ismétltn lő kll fszítni - tömítésk szivárgása: a tömítésk anyagán vagy a flültk között átáramló anyagmnnyiség - a karima-igénybvétl csökkntés: az rők hatásvonalának ltolása (pl. kngyls mgoldás zománcozott készülékknél) - jllmző karima kialakítások: laza karima: nm túl nagy nyomás, alakítható anyagok kötőgyűrűs karima: mgmunkált tömítőflült hgszttt lapos karima: korlátozott igénybvétl összttt készülékkarima hgsztőtoldatos karima 50

51 Edényk nm nyomásalapú trhlési I. Trhlési stk - gömb és hngrs héjak csonktrhlési - mlőfülk - vízszints dényk alátámasztása (nyrg- és gyűrű trhlés) - függőlgs dényk alátámasztása (pata, láb, szoknya, gyűrű) - kolonnák, oszlopok szél- és földrngés trhlés Emlőfülk - alkotóirányú (ábra) - krülti irányú F R W cos - mértzési ljárás: párnalmzzl v. anélkül F F R R,max 5

52 Edényk nm nyomásalapú trhlési II. Vízszints dény alátámasztása nyrggl - lggyakrabban alkalmazott alátámasztás - a támasztórő nagy flültn oszlik mg, zért nm tkinthtő koncntráltnak - alkalmazás fltétli: * nincs külső nyomás * tölttsűrűség < 000 kg/m 3 * mgngdtt fsz. > 30 Mpa * hgsztési tény. > 0.8 b. Din - számítási modll: W q W L 4H /3 M F W q D /6 0 i F i i W n - nyomatékok és nyírórők ( szimmtrikus nyrg): nyomaték a nyrgnél: M q l /8 nyírórő a nyrgnél: Q 0.5 F nyomaték az dény közpén: számítása nm szükségs, mrt kisbb, mint a nyrgnél - trhlésszámítás a nyrgnél: * párnalmzzl v. anélkül * alkotóirányú és krülti irányú trhlésk számítása, F min F, F i,max 3,max 5

53 Edényk nm nyomásalapú trhlési III. - gyéb mgfontolások: * hő okozta trhlés biztosítása (töltési fok max 95-97%) * ahol nyomófszültség alakulhat ki horpadással kll számolni * az alátámasztás krsztmtsztébn parabolikusan mgoszló igénybvétl: llipszis dformáció Vízszints dény alátámasztása gyűrűvl - kisnyomású vékonyfalú tartályok, különösn vákuumtartályok stén - nagyobb másodrndű nyomaték, mint blső gyűrű stén - blső gyűrűnél az üríthtést biztosítani kll a a gyűrű mgszakításával (alul kvésbé vszélys) - különböző profilú gyűrűk: 53

54 Edényk nm nyomásalapú trhlési IV. Függőlgs dény alátámasztása patával - általában 4 pata (bmlés, támaszkodás) - az alkotóirányú élrő, a nyomaték és a tangnciális élrő kövtkztébn az alkotó dformálódik - mértzés párnalmzzl v. anélkül Függőlgs dény alátámasztása készüléklábakkal - párnalmz szükségs, amlynk az éli mntén adódik át a trhlés - blső nyomás stén kdvzőbb hlyzt alakul ki, mint ürs dény stén - az dényfnék görbültváltozásain kívül kll lhlyzni 54

55 Edényk nm nyomásalapú trhlési V. Függőlgs dény alátámasztása szoknyával - főlg magas készülékknél alkalmazzák - Csatlakozási módok: A: csatlakozás a hngrs héj mgtámasztásával B: csatlakozás az dényfnékhz, 0 0 C: csatlakozás a hngrs héj folytatásával (korrózió vszély!) - hajlítófszültség stén (pl. szélnyomás) horpadásra llnőrzés - ha a varratkrsztmtszt nm lgndő, növlni kll Függőlgs dény alátámasztása gyűrűvl - a súlytrhlést mgoszló rőként vszi fl - dényhz hgszttt kivitl - nm dényhz hgszttt kivitl 55

56 Edényk nm nyomásalapú trhlési VI. Toronyszrkztk, kolonnák - H>>D - mindig szabadban hlyzkdnk l - blső szrkztük a tchnológiától függőn változik (ürs, töltléks, tányéros, stb.) - művlti nyomás szmpontjából: * vákuumtornyok * atmoszfrikus tornyok * túlnyomásos tornyok - környzti hatások a széltrhlés és a földrngés szuprponálódnak a mmbránállapotra - a készülék (Q ) és a töltt (Q ) súlya, a nyomás (P) ismrtébn az ébrdő fszültségk mghatározhatók - a súlyok miatt lflé növkvő nyomófszültség stabilitás! - gyéb szrkzti lmk (pl. rfluxtartály) xcntrikus és/vagy koncntrikus trhlést okoznak - szélnyomás problémája: * szélirány flőli oldalon nyomásnövkdés, a túloldalon nyomáscsökknés, gynltsn mgoszló trhlés * a szélsbsség a magasság fv-bn parabolikusan változik, d állandóval 35 km/h-val számolunk (az lőző 50 évbn min 5s-ig tartó széllökés) * hajlító igénybvétl (húzó+nyomó) az örvénylválások miatt lükttő fárasztó igénybvétl (lkrülhtő spirális flülttl) F r F sz 56

57 Edényk nm nyomásalapú trhlési VII. - földrngés trhlés: * pl. nagytljsítményű komprsszorok grjsztés * gyorsulási folyamat, vszélys a vízszints össztvő * mérés MSC (Mrcalli Sibrg Cancani)-intnzitás, vagy Richtr-magnitudó skálán (nm lináris) F r m a G g a a/g szizmikus kofficins (Mo-on 0.38) * thttlnségi rő, lgnagyobb igénybvétl az alsó bfogás krsztmtsztébn * a priodikus széltrhlést is figylmb vév cél, hogy a torony sajátfrkvnciája közléb n krüljön a grjsztés: lhangolás! (pl. vákuum-mélybb hang, nyomás élsbb hang) * különböző önrzgésszámú rndszrk összkapcsolásával az rdő sajátfrkvncia: * a blső szrkztk (tálcák, töltléktartó) mrvítésként működnk * alátámasztás lgtöbbször szoknyával a G g 57