PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Poack Mihály Műszaki Főiskolai Kar Gépszerkezettan tanszék Glöckler László MŰSZAKI MECHANIKA III. Acélszerkezetek példatár Pécs 00.
Szerző: Glöckler László főiskolai adjunktus Pécsi Tudományegyetem Poack Mihály Műszaki Főiskolai Kar Kéziratot lektorálta: Dr. Kosaras Geért okl. közlekedésmérnök ny. főiskolai tanár Kiadó: Pécsi Tudományegyetem Poack Mihály Műszaki Főiskolai Kar Pécs Az Acélszerkezetek példatár az ERFP-DD00-HU-B-01. sz Phare pályázat alapján készült ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
BEVEZETÉS Az épületgépész szakos üzemmérnökök gyakorlati munkájában nagyon sokféle acélszerkezet fordul elő, melyeket vagy meg ke terveznie, vagy el ke készítenie, vagy karban ke tartania. Ezért feltétlenül szükséges, hogy a tárgykört ismerje olyan szinten, hogy egyszerűbb tervezéseket el tudjon végezni, ietve az acélszerkezetek kivitelezésében jártas legyen. Az egyes témakörök elején mindig egy jeegzetes mintapéldát mutatunk be, részletesen kidolgozva. Ezután közöljük a feladatokat és a feladatok megoldását. A példatárban megtalálhatók a feladattal kapcsolatos tudnivalók, a feladat kiírása, ietve a szükséges táblázatok. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
TARTALOMJEGYZÉK 1. Csővezetéki rendszerek...5 1.1 Hőtágulás-kiegyenlítők...5 1. Csőmegfogások...8 1. Csővezeték tartószerkezetei...1. Tervezési feladat...1.1 Csőtávvezeték...1. Alátámasztások távolságának meghatározása.... Csőtartók...8. Tervezési feladat...9. Csavarozott, szegecselt kapcsolatok....1 Mintafeladatok.... Feladatok...8. Hegesztett kapcsolatok...7.1 Tompavarratos kapcsolatok...7.1.1 Mintafeladatok...7.1. Feladatok...8.. Sarokvarratos kapcsolatok...5..1 Mintapélda...5.. Feladatok...0 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
1. CSŐVEZETÉKI RENDSZEREK 1.1. Hőtágulás kiegyenlítők A csővezetékeknél a hőmérséklet által okozott hosszúságváltozás felvételéről abban az esetben, ha több könyökcső vagy ív van a vezetékben nem ke külön gondoskodni, mert a könyökcsövek felveszik a hosszváltozást. Különösen akkor, ha a könyökcsöveket ilyen igénybevételre számítva rugalmas acélból készítjük. Ha a könyökcsövek nem elegendőek a hosszváltozások feltételére, akkor külön hőtágulás-kiegyenlítő szerkezeteket ke a csővezetékbe beépíteni. Ennek a feladata a fix megfogások közötti vezetékszakasz hőtágulásának felvétele. A kiegyenlítőket aszerint osztályozhatjuk, hogy irányváltozást igényelnek-e vagy sem. 1.1.1. Irányváltozást igénylő kiegyenlítők Ezek a kiegyenlítők általában csőből készülnek. Kivitelezésük egyszerű és ezért gazdaságos is, gyakorlatilag karbantartást nem igényelnek és bármely üzemi nyomáson üzembiztosak. Ezért hőtágulás kiegyenlítésére ez az egyik legelterjedtebb megoldás. Ide soroljuk az ívcsöveket, valamint az U és líra alakú hőtágulás-kiegyenlítőket (kompenzátorokat). 1.1.1.1. Ívcső A csőívek, amint nevük is mutatja, legtöbbször 90 o -os szögben meghajlított csőszakaszok, amelyek a hozzájuk csatlakozó egyenes szárak hosszváltozásait a szög kisebbedése révén veszik fel. Az acél ívcsöveket a vezetékbe hegesztéssel építik be, mert a karimás kötések a hibaforrások számát növelik. Ugyanis a karimák síkjai a hőtágulási nyomatékok hatására nem maradnak párhuzamosak, ezért a tömítések könnyen áteresztővé válnak. A csőívek készíthetők hideg, vagy meleg (1.1/a. ábra) hajlítással. Különösen hidegen hajlított ívcsöveknél a csőívekben maradó feszültségek keletkeznek, ezek azonban nem veszélyesek, tehát utólagos feszültségmentesítésre nincs szükség. A redőzött csőíveket csak melegen végzett redőzéssel lehet készíteni (1.1/b. ábra). 1.1/a. ábra 1.1/b. ábra A csőíveket általában előfeszítés nélkül építik be. Ennek oka egyrészt az, hogy az ívek csak a beszerelés után a teljes szárhossznak megrövidítésével feszíthetők elő. Másrészt pedig elegendő szárhosszaknál az előfeszítés szükségtelen a viszonylag kis értékű erők miatt. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 5
1.1.1.. U- és líra alakú hőtágulás-kiegyenlítők Csak hosszú egyenes szakaszoknál alkalmazzák. Ívcsövekből és egyenes csődarabokból á, így az ívcsövekre mondottak ezekre a kiegyenlítőkre is vonatkoznak. Az U alakú kiegyenlítők azonos vagy különböző szárhosszúsággal készíthetők (1./a., 1./b. ábra). 1./a. ábra 1./b. ábra Ha a szükséges kinyúláshoz nem á rendelkezésre elegendő építési hely, vagy egy kiegyenlítővel nagy hőtágulási erő keletkezne, akkor a kiegyenlítő rugalmassága két kiegyenlítő tag összeépítésével fokozható (1.. ábra) A líra alakú kompenzátorok csak kialakításban különböznek az U alakú kiegyenlítőktől, de alak eltérésük következtében rugalmasabbak, ugyanolyan hőtáguláshoz kisebb helyet igényelnek. Elkészítése viszont nehezebb, ezért többnyire csak ott alkalmazzák, ahol kisebb helyigénye előnyösen kihasználható. A kiegyenlítő rugalmasságának növelése érdekében két tag is összeépíthető (1.. ábra) Ezeket a kiegyenlítőket rendszerint előfeszítéssel építik be, ezzel kisebb kinyúlású kiegyenlítő készíthető, ezért a kiegyenlítő előfeszítése mindig gazdaságos. Az előfeszítés a hőmérséklet függvénye, értékét a teljes hőtágulás százalékában fejezzük ki és nagysága általánosa a teljes tágulásnak50 %-a. 1.. ábra 1..ábra Előfeszítés alatt értjük a kompenzátor szárainak még a készítéskor meghatározott távolsággal való szétfeszítését. Ennek célja a cső szilárdságának minél jobb kihasználása. Azáltal, hogy az előfeszítéskor eenkező előjelű feszültségeket hozunk létre a cső keresztmetszetében, az üzemi körülmények között feépő feszültség ennek megfelelően kisebb lesz, mivel a vezeték tágulásakor a szerelési feszültségről 0-ra csökken, majd további tágulásnál 0-ról az üzemi maximális értékig nő. Az 1.5. ábrán egy előfeszítetlen U kompenzátor tágulási viszonyai, míg az 1.. ábrán egy 50%-osan előfeszített U kompenzátor tágulási viszonyai láthatók. 1.5. ábra 1..ábra ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
1.1.. Irányváltozást nem igénylő kiegyenlítők Ha a vezetékbe helyhiány vagy egyéb ok miatt csőből készült kiegyenlítőt nem lehet beépíteni, akkor a hőtágulás felvételére más típusú hőtágulás-kiegyenlítőt ke alkalmazni. Ide soroljuk a tömszelencés, a lencsés és huámlemezes kiegyenlítőket. 1.1..1. Tömszelencés kiegyenlítő Ez a hőtágulás-kiegyenlítő a vezeték hőtágulását mozgó csövének elmozdulása révén veszi fel. A kompenzátor tömítése miatt áandó felügyeletre és karbantartásra szorul, a tömítést gyakran ke cserélni. A tömítés szorító hatása miatt a csúszó felületek között súrlódó erő ébred, amely a fix csőmegfogásokra fejti ki hatását. A súrlódó erő nagysága a tömítőfelületek simaságától, a tömítőanyagtól és a szorító hatástól függ. Az összerozsdásodás megakadályozására célszerű mind a háznál, mind a szelencénél bronzgyűrűt alkalmazni (1.7. ábra). 1.1... Lencsés kiegyenlítő 1.7.ábra Ez a kompenzátor a nyúlásokat a huám alakú lencse elem segítségével veszi fel. A lencse elem a vezeték falvastagságával azonos, vagy ettől kevésbé eltérő vastagságú lehet. Anyaguk lehet ötvözetlen, vagy ötvözött szénacél, mely meleg áapotban sajtolással, vagy hegesztéssel készül. Általában csak kisebb nyomásoknál alkalmazható. A keresztmetszet áandósága egyik oldalon behegesztett betétcső alkalmazásával biztosítható. Többszörös lencse elem beépítésével nagyobb nyúlások felvételére is alkalmas lesz. Hátrányuk, hogy vízszintes beépítés esetén a lencse elemben lerakódás jöhet létre, ami üzemzavarok előidőzője lehet (1.8. ábra). ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 7
1.1... Huámlemezes kompenzátor 1.8.ábra Csak abban különbözik az előbbi típusú kompenzátortól, hogy a tágulást különleges acéemezből készült huámlemez veszi fel, amelynek vastagsága kicsi és anyaga ötvözött acél. Tulajdonságai megegyeznek a lencse típusú kompenzátoréval. Kicsi huámszám esetén a huámlemez közvetlenül a két csővéghez rögzíthető (1.9. ábra). Nagyobb huámszám esetén a kihajlás elkerülésére vezetőcső alkalmazható (1.10. ábra). 1.. Csőmegfogások 1.9. ábra 1.10.áb A csőmegfogások a tartószerkezeteknek olyan részei, amelyek közvetlenül kapcsolódnak a csővezetékhez, feladatuk pedig a vezeték rögzítése a tartószerkezetekhez oly módon, hogy a vezetékszárak a fix megfogások között szabadon tudjanak elmozdulni. Ha a csőtartók ezt nem engedik meg, akkor a vezetékben a hőtágulások hatására meg nem engedhető feszültségek jönnek létre, amelyek előbb-utóbb a cső tönkremenetelét okozzák. Jól kialakított csőtartóknál a hőtágulásból származó erőket a fix megfogások veszik fel. Figyelemmel ke lenni a csőtartók kialakításánál arra, hogy a mozgások a cső szigetelését ne károsítsák, a vezetékhez való hozzáférhetőséget a karbantartási munkánál biztosítsák. Szerkezeti kialakítása és feladatától függően lehet fix megfogás, alátámasztás, felfüggesztés és különleges csőmegfogás. 8 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
1..1. Fix megfogás Ez a megfogás a vezetéket mereven rögzíti a tartószerkezethez, ezáltal a vezeték üzem közbeni elmozdulását (vízlengés, vízütés) meggátolja. A vezeték rögzítése a fix megfogásban csőtengely irányú erőket ébreszt, ezért szerkezeti kialakításukat elsősorban ez a szempont szabja meg. 1..1.1. Csavaros kapcsolású fix megfogás Az ilyen fix megfogásoknak ott van jelentősége, ahol gyakran ke azt feloldani akár üzemvitel, akár karbantartás céljából. Kisebb méretű, szigetelés nélküli vezetékhez egyvagy kétszáras leszorítókengyeles megfogás alkalmazható (1.11/a. ábra). Nagyobb méretű hőszigetelt vezeték esetén a leszorítókengyeleket lemezből készített saruhoz ke csavarozni (1.11/b. ábra). Ha a vezetéket vasbeton védőcsatornában vagy betonalapzat fölött ke vezetni, akkor idomacélból készített bakszerkezet tartja, amelyet betonalapzatba építenek (1.11/c. ábra). 1.11.ábra Amennyiben a tengelyirányú (axiális) erőhatások nagyok, úgy a vezetékre ütközőlemezeket ajánlatos hegeszteni, amelyek a vezeték megcsúszását a bilincsek lazulása esetén megakadályozzák. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 9
1..1.. Hegesztett kapcsolású fix megfogás Ez a megfogási mód egyszerűbb kivitelű, mint az előző. Olyan esetekben célszerű alkalmazni, amikor fix megoldást a vezeték üzembe helyezése után nem ke megbontani. Az 1.1/a. ábra lemezből készített sarut ábrázol, amelyet a csőhöz és a tartószerkezethez hegesztenek. Az 1.1/b. ábrán a saru melegen hajlított U idomacélból készült. Az 1.1/c. ábra lemezből készített ütközőbakos fix megfogást ábrázol, melynek előnye az egyszerűség és a nyomatékmentesség. Főleg szabadban elhelyezkedő csővezetékek esetén alkalmazzák. Ha a vezeték nyomvonalvezetése miatt a fix megfogásból származó nyomaték felvételére a tartószerkezet nem alkalmas, akkor ilyen helyen az 1.1/d. ábra szerinti csuklósan elforduló fix megfogást ke beépíteni. Ha szükség van bizonyos hossztengelyre merőleges elmozdulásra akkor az 1.1/e. ábra szerinti fix megfogást ke alkalmazni. 1... Alátámasztások Az alátámasztások a fix megfogásoktól abban különböznek, hogy lehetővé teszik a vezeték elmozdulását. Kialakításuknál ügyelni ke arra, hogy a csúszó saru kinyúljon a szigetelésből, de azért minél kevesebb keresztmetszet vegyen részt a hőkivezetésben. Az alátámasztásokat az alábbi csoportokba oszthatjuk: csúszó, görgős, gördülőhengeres, gördülő golyós, vezetett. 1...1. Csúszó alátámasztások 1.1.ábra A csúszó alátámasztás kialakításánál fontos, hogy az alátámasztás a vezeték elmozdulásával minél kisebb súrlódó erőt adjon át a tartószerkezetre. Ezért csúszó alátámasztás főleg olyan helyen alkalmazható, ahol a feépő viszonylag tetemes súrlódó erő nem befolyásolja a tartószerkezet méreteit. Csúszó alátámasztás esetén a csőre erősített saru a vezeték hőtágulásakor csúszósúrlódással csúszik el a tartószerkezeten. A keletkező súrlódó erő a felületek közötti csúszósúrlódási tényező függvénye. A csúszó alátámasztás esetén a csúszó felület lehet acél, beton, vagy keramit. Ezen két utóbbi felületet olyan helyen célszerű alkalmazni, ahol nagy a veszélye az összerozsdásodásnak, ietve kívánatos a súrlódó erő csökkentése. A csúszó alátámasztások (1.1/a. ábra) közül a legegyszerűbb a csúszó saru, amely lemezből készíthető és a csőhöz hegesztéssel vagy csavaros kapcsolattal köthető. Ha a támaszt olyan helyen alkalmazzuk, ahol fokozottan van kitéve korróziónak, akkor a csúszó talpra félgömb alakú szegecsfejeket vagy kis lapocskákat hegesztenek (1.1/b. 10 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
ábra). A köracélból készült csúszószánkós alátámasztást főleg szigetelt vezeték esetén alkalmazzák, olyan helyen, ahol a hővesztesség csökkentés a cél. (1.1/c. ábra). 1... Görgős alátámasztások 1.1.ábra Ezeknél az alátámasztásoknál a csőre erősített sarú nem közvetlenül a tartószerkezeteken, hanem csapágyakban forgó hengeren fekszik fel és a sarú elmozdulásakor a henger forgó mozgást végez. Ez az alátámasztás előnyösebb, mint a csúszó, mert a tartószerkezetekre azonos súrlódási tényezők meett kisebb erőket ad át. 1.1.ábra Hőszigetelt vezetéknél általában hengeres görgőt alkalmaznak hegesztett kapcsolattal, vagy bilincses kialakítással (1.1/a. ábra). Amennyiben hőszigeteletlen a vezeték a saru elhagyásával közvetlenül helyezhető rá a kúpgörgőkre (1.1/b. ábra). A nagyobb méretű vezetéket gurulókerekes sarura vagy kocsira lehet fektetni (1.1/c. ábra). ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 11
1... Gördülőkerekes alátámasztás Abban különbözik a görgős alátámasztástól, hogy a hengergörgő a sarú alatt haladó mozgást végez. A görgő egyenes haladása vezetőkerettel (1.1/d. ábra), vagy a görgő alatt elhelyezett két vezetősínnel biztosítható. 1... Gördülőgolyós alátámasztás Ennél az alátámasztási típusnál a hengergörgőket golyók helyettesítik (1.1/e. ábra). Ezt a típust különösen ott használják, ahol a vezeték több irányban mozog. 1...5. Vezetett alátámasztások Vezetett alátámasztások esetén a vezeték csak meghatározott irányban mozoghat. A vezetett golyós-keretes és a vezetett hengergörgős-keretes (1.1/f. ábra) alátámasztás esetén a vezeték oldalirányú mozgását lehet megakadályozni. 1... Csőfelfüggesztések A csőtartók harmadik csoportjába a függesztések sorolhatók. Ezekre az jeemző, hogy a csővezetékek csuklós kiképzésű horgokra vannak felakasztva és a horgok a cső mozgására függőleges síkban ferde helyzetbe kerülnek. Előnyük az egyszerű kivitel, de hátrányuk az, hogy a csövet függőleges síkba tengelyirányban kiemelik, a cső huámvonal alak felvételét ezáltal elősegítik. 1.15.ábra Az elmozduláskor létrejövő kis erők elérése céljából aránylag hosszú horgokat ke alkalmazni, ami az építési magasságot erősen megnöveli. Szabadban való vezetésnél a szélerők felvétele is nehézséget okozhat, a vezeték oldalirányú lengésbe jöhet, ezért az ilyen vezeték felfüggesztését oldalirányú mozgásgátló szerkezetekkel ajánlatos kiegészíteni. 1 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
A függesztés méretezésénél arra is figyelemmel ke lenni, hogy szerelési pontatlanságok miatt az egyes horgokra a szomszédos horgok terhelései is átadódhatnak. Ezért a függesztéseket mindig az egy függesztésre eső terhelés kétszeres értékével ke figyelembe venni. F méretezési F [kn] Viszonylag nagy mozgású vezetékekhez használható csőfelfüggesztést a (1.15/a. ábrán) láthatunk. A horog hossza a beépített feszítőanyával változtatható. A horog alsó füle a csőhöz hegesztett vagy csavarozott kötéssel kapcsolható. Ha a vezeték hideg közeget száít, a bilincs az 1.15/b. ábra szerint alakítható ki. Kis szerelési magasság esetén a horog hossza az 1.15/c. ábra szerint kialakítással növelhető. Ha a vezeték nem huámosodhat, vagy a rendelkezésre áó építési magasság kevés a horgos felfüggesztésre, akkor az 1.15/d. ábrán látható megoldás javasolt, ahol a tartószerkezetre átadódó erő a csúszó vagy gördülő alátámasztásnak veendő figyelembe. 1... Különleges csőmegfogások 1.1.ábra Ide soroljuk a rugós és az eensúlyos csőmegfogókat. Ilyen alátámasztásokat csak indokolt esetben alkalmazunk, amikor a vezeték rezgéseit ke felfogni vagy az alátámasztásról való felemelkedést ke megakadályozni. 1...1. Rugós csőmegfogások Jeemzőjük, hogy a vezeték dinamikus erőhatásait csiapított értékekkel továbbítják a tartószerkezetre, vagy veszik át a tartószerkezetekről. Ezért ezeket elsősorban akkor al- ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 1
kalmazzuk, ha az alátámasztó szerkezet rezgése a vezeték üzembiztonságát veszélyezteti, vagy a vezeték rezgése káros a tartószerkezetre. Valójában minden csőmegfogás rugók beépítésével rugós csőmegfogásként is alkalmazható.(1.1.ábra) 1... Eensúlyos csőmegfogások Ez a csőmegfogás az eensúly tömegének nagy tehetetlensége miatt dinamikus és gyors rezgések felvételére nem alkalmas. A karon függő eensúlyos csőmegfogás viszonylag kisebb, a csigákon függő pedig nagyobb elmozduláshoz használható.(1.1.ábra) 1..5. Egyéb csőmegfogások Az előzőekben felsorolt csőmegfogások nemcsak acél-, hanem réz- és alumínium csövekhez is használhatók. A kisebb átmérőjű ólomvezetéket, igen csekély szilárdsága miatt, idomacél vályúba fektetik és így erősítik a tartószerkezethez. A nagyobb átmérőjű ólomvezetéket viszont idomacélból készült kosárszerkezetbe helyezik. Ugyanígy szerelik a PVC csöveket is. Kemény PVC csövet az acélcsőhöz hasonlóan fémbilinccsel lehet rögzíteni. A PVC cső igen érzékeny a karcolásra, ezért a bilincset lágy anyaggal (gumi) előzetesen be ke burkolni. Ha a csőben meleg közeget száítanak, akkor a csövet idomacél vályúba vagy kosárszerkezetbe ajánlatos helyezni. 1.. Csővezetékek tartószerkezetei Egy egy csővezeték létesítése során a tartószerkezetek egész sorából létrehozott tartószerkezeti rendszer kialakítható beton, vasbeton vagy acélszerkezeti elemekből. A csővezeték és tartószerkezet viszonyát csőelrendezésnek nevezzük. A csőelrendezés meghatározza a tartószerkezeti elemek kialakítását. 1..1. Csőelrendezés 1..1.1. Vízszintes csőelrendezés 1.17.ábra A vízszintes csőelrendezés esetében a csövek vízszintes síkban egymás meett helyezkednek el. Az elrendezés lehet egy és többsorú. (1.17. ábra) 1 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
1..1.. Függőleges csőelrendezés Függőleges a csőelrendezés, ha egymás alatt függőleges síkban vezetjük a csöveket. A csöveket ez esetben függőleges tartószerkezeti elem hordja, vagy más esetben nagy átmérőjű vezetékre függesztik a kisebb átmérőjű csöveket. Egymás meett több függőleges síkban elhelyezett csőhálózat esetén több oszlopú függőleges csőelrendezésről beszélünk. (1.18. ábra) 1..1.. Vegyes csőelrendezés 1.18.ábra Leggyakoribb a függőleges és a vízszintes csőelrendezés kombinációja. Ez esetben a tartószerkezetek vízszintes és függőleges tartószerkezeti elemei is vannak. (1.19. ábra) 1.19.ábra A csővezetékek a bennük lévő közeg száításán kívül egyben tartószerkezeti feladatot is eátnak. A vezetékrendszeren belül a csöveket meghatározott távolságban ke alátámasztani, ietve rögzíteni. Az alátámasztási, függesztési vagy rögzítési pontok közötti szakaszon a csővezeték önhordásáról beszélünk. Az önhordó szakasz hossza különböző átmérő esetén az alábbi táblázat adatai szerint változik. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 15
Cső külső átmérője [mm] 5 0 8,5 57 7 89 108 1 159 19 19 7 5 Szigeteletlen Szigetelt vezetékek vezeték 50C o -ig 100C o -ig 150C o -ig 00C o -ig gáz, levegő, gőzvezeték,,8,,,9 5, 5,,1,8 7,5 8, 8,7 9,7 10, 11, vízzel töltött vezeték,,,9,1,5,5,8 5, 5,8,,8 7, 7,8 8,7 9, gáz, vízzel levegő, töltött gőzvezeték vezeték 1,9,,5,7,1,,5 5,1 5,8, 7, 7,8 8,7 9, 10, gáz, levegő, gőzvezeték vízzel töltött vezeték Önhordó támaszhossz [m] 1,9,,5,,0,9,,7 5, 5,7,,8 7,5 8, 8,7 1,9,,,7,0,1, 5,0 5,, 7,1 7, 8,5 9,5 10, 1,9,1,,,9,9,1,7 5, 5,7,,7 7, 8, 8,7 gáz, vízzel levegő, töltött gőzvezeték vezeték 1,9,1,,7,0,1, 5,0 5,, 7,0 7,5 8,5 9, 10,0 1,9,1,,,8,8,1, 5,1 5,,,7 7, 8,1 8, gáz, levegő, gőzvezeték 1,9,1,,,9,0,,9 5,5,1,8 7, 8, 9, 10,0 vízzel töltött vezeték 19 1,1 9,5 11,1 9, 11,0 9, 10,9 9, 10,8 9, Az értékek tájékoztató jeegűek. 1,8,1,,5,8,8,1, 5,1 5,5,, 7, 8,1 8, 1... Tartószerkezetek A vezetéktartó rendszert a terepszinthez viszonyított magassági elhelyezkedés szerint osztályozhatjuk. Így megkülönböztetünk terepszint alatti, terepszint közeli és terepszint feletti csővezetési módot. 1...1.Terepszint alatti tartószerkezeti rendszer A csővezetékek ebben az esetben lefektethetők közvetlenül a földbe ásott árokba földtakarással, vagy elhelyezhetők csőalagútba ietve csőcsatornába. A terepszint alatti vezetés előnyei: Külső behatás, sérülés eeni fokozottabb védelem. A csővezeték fölött a forgalom akadálytalanul lebonyolítható. A külső hőmérséklet változásból adódó hőingadozás csekély. 1...1.1. Közvetlenül árokba fektetett vezetékrendszer Ehhez ke a legkevesebb tartószerkezet. A fagy eeni védelmet a megfelelő földtakarás biztosítja. Nehézséget jelent, hogy a megrongálódott szakasz nehezen hozzáférhető és 1 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
nehezen cserélhető. Minden javítás külön földmunkával jár. A kibontások veszélyeztetik a szomszédos csővezetékek épségét. Üzemeltetési szempontból sem a legjobb megoldás, mert a csőhálózat nem áttekinthető. 1...1.. Csőalagút Csőalagútról akkor beszélünk, ha a vezetékrendszer védelmére nem bontható födémszerkezetű, szelvényben járható, terepszint alatti védőszerkezetet létesítenek (1.0. ábra). 1.0.ábra A csőalagút készülhet földtakarással, de a leggyakrabban födémszerkezete fölött közvetlenül út alépítménye, vagy terepszint kezdődik. A csőtartó és rögzítő elemek az alagút köpenyszerkezetéhez kapcsolódnak. Az alagút belmagassága legkevesebb 1,9, m között legyen. Keresztmetszete négyszög, kör, félkör, vagy egyéb síkgörbékből összeáított szelvény lehet. A szerkezet anyaga általában vasbeton, szerkezete pedig részben vagy egészében előre gyártott. A csőalagutas vezetési mód előnye, hogy a csőhálózat vezetése zavartalan, a karbantartása és javítási munkák nem járnak külön bontási munkálatokkal. Az alagútba szerelt vezetékhálózat nincs kitéve az időjárás viszontagságainak. Hátrányos a nagy építési költség, ami a csőalagút magassági és szélességi méreteitől függ. A hőtágulás-kiegyenlítő szerkezetek választéka szűkül. 1...1.. Csőcsatorna A csővezetékeket és vonalvezetésüket csatornaszerkezet védi. A csatorna a csőalagúttal szemben bontható födémszerkezetű, úgynevezett fedlapokkal borított. A csatornaszelvény magassága általában 0, 1,5 m között változik. Szelvény keresztmetszete jól kihasználható, mivel járhatónak ke lennie. A csőtartó szerkezeti elemeket a csatorna falába betonozzák. Kialakítása leggyakrabban vízszintes csőelrendezést tesz lehetővé (1.1. ábra). Csőcsatornák tervezésekor a hőtágulás-kiegyenlítő rendszer kialakítása a legfontosabb feladat. Hosszú egyenes szakaszon kompenzátorfülkét ke létesíteni. A terepszint alatti vezetésmódok mindegyike olyan, hogy az üzem vagy üzemrész esztétikai összhangját nem zavarja, ami sok esetben fontos szempont lehet. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 17
1.1.ábra 1... Terepszint közeli tartószerkezeti rendszer Terepszinti vezetésmódról beszélünk abban az esetben, ha a csővezetékeket magassági értelemben a rendezett terepszint közelében, külön védőszerkezet beépítése nélkül vezetik. A csőhálózat vezetése lehet: bevágásban (1./a. ábra) a környező terep szintjével azonos magasságban (1./b. ábra) töltés kialakítással (1./c. ábra) A csövek elrendezése ilyen esetben vízszintes. A csőmegfogást beton vagy vasbeton támaszokkal valósítják meg. Tartószerkezeti szempontból ez a legolcsóbb vezetési mód. Előnye, hogy könnyen áttekinthető. Meghibásodás esetén bontási munka nélkül hozzá lehet férni a hibás csőszakaszhoz. Hátránya, hogy helyigényes és a keresztező műtárgyak (utak) kialakítása költséges, kialakításához nagy kiterjedésű földmunka szükséges. 1..ábra 1... Terepszint feletti tartószerkezeti rendszer Kialakításuk szerint megkülönböztetünk: Oszlopsoros csővezeték alátámasztást. Keretsoros csővezeték alátámasztást. Hídszerkezetes csővezeték alátámasztás 18 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
1...1. Oszlopsoros csővezeték alátámasztás A csőelrendezés két cső esetén függőleges, kettőnél több cső esetén általában vízszintes. Az alátámasztó oszlopokat a számított alátámasztási távolságra ke elhelyezni (1.. ábra). Gyakran előfordul, hogy egy kis átmérőjű csővezetéket ke nagy átmérőjű cső vagy csövekkel együtt vezetni. Ekkor a nagyobb átmérőjű vezeték figyelembevételével ke az alátámasztási távolságot megáapítani és a kis átmérőjű csöveket, erre függesztik fel. A terhelés számításakor a kis átmérőjű csövekből adódó többletterhelést is figyelembe ke venni. Ezen tartószerkezeti rendszer oszlopelemei kétfélék lehetnek: Csőtengely irányú, vízszintes terhelést felvevő úgynevezett fix oszlopok Erőtengely irányú, csőmozgást nem akadályozó, úgynevezett elmozdulást biztosító fejkiképzésű oszlopok Az oszlopok csőből, ietve osztott szelvényű kivitelben készülhetnek. A hőtágulás-kiegyenlítő alátámasztására külön alátámasztó oszlopot ke elhelyezni. 1..ábra 1... Keretsoros csővezeték alátámasztási rendszer Ilyen esetben a csőrendszer vízszintes, és nagyon gyakran több sorban helyezkedik el. A csöveket a csőtengelyre merőleges irányú keretszerkezetekkel támasztjuk alá. A hőtágulás-kiegyenlítő rendszer sarokívekkel oldható meg és így külön tartószerkezet a kiegyenlítő rendszernek nem ke (1.. ábra). 1..ábra A keretsoros csőtartó szerkezetek áttekinthető csőelrendezést adnak. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 19
1... Csőtartó hídszerkezetek Leggyakrabban kéttámaszú kialakítású hidakat alkalmaznak, melyek lehetnek aláfeszítettek, rácsos vagy gerinclemezes főtartójúak. Az aláfeszített hídszerkezetek kis teherbírású rendszerek kialakításához alkalmazhatók (1.5. ábra). Hasznos teherbírásuk kn/m értékig, fesztávolságuk 15 m-ig gazdaságos. Az ilyen jeegű csőtartó hidakat hegesztett kivitelben készítik és csavarozott kapcsolatokat csak a helyszíni iesztéséhez és bekötéséhez használunk. Kialakítás szempontjából megkülönböztetünk járható és nem járható hidakat. Általában 15 0 kn/m hasznos teherbírás fölött célszerű a hidakat járhatóan kialakítani. Így a csövek jól eenőrizhetők, javíthatók és a szerelvények könnyen kezelhetők. 1.5.ábra Elterjedt még a függesztett rendszerű csőtartó híd alkalmazása is. A függesztő rendszer lehet kötélsokszög alakú vagy feszítőszáras (1.. ábra) rendszerű. A szerkezeti kialakítás általában függőleges csőelrendezést tesz lehetővé. 1..ábra 0 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
. TERVEZÉSI FELADAT.1. Csőtávvezeték tervezése A csőtávvezetékek tervezésénél az áramlástani viszonyoknak megfelelő átmérőjű cső szilárdsági méretezése is fontos feladat. Olyan szempontokat ke figyelembe venni, hogy az áramló közeggel (hőszigeteléssel) terhelt cső önsúlyát és a hozzá tartozó szerelvényeket (tolózár, szelep stb.) is beleszámítva az alátámasztások közötti szakaszok szilárdságilag is megfelelők legyenek. Mindezek meett egyik lényeges feladat a hő okozta tágulások felvétele, ietve azt felvevő eszközök, berendezések méretezése. Ez általában bonyolult matematikai formulákkal, többismeretes egyenletekkel oldható meg. Tervezési feladatoknál azonban a bonyolult matematikai összefüggések helyett szilárdsági képleteket, hozzá kapcsolódó diagrammokat alkalmazunk oly módon, hogy azok érvényességi feltételeit is figyelembe vesszük. Tervezéskor ajánlatos a megfelelő szakirodalom tanulmányozása is, melyből néhányat az alábbiakban sorolunk fel: Szerkezetterv gyűjtemény TTI 9-5 Szántay B.: Vegyipari készülékek szerkesztése Őry R.: Vegyipari csővezetékek A hőtágulási hatások vizsgálatánál az alábbiakból induljunk ki: Lineáris hőtágulás nagysága ahol: L α L o t 5 mm St7 anyagra α 1,17 10 o mmc ietve a.1. diagram szerint más anyagokra is meghatározhatjuk. Ez utóbbi előnyösebb, mert a hőtágulási együttható a hőmérséklettel változik és az anyag ötvözői is befolyásolják. (.1. diagram) Az anyag rugalmassági modulusa (E [MPa]) szintén hőmérséklet és anyagfüggő, ezért célszerűen a.. diagram segítségével vehetjük figyelembe. A hőtágulásokat minden körülmények közt ki ke egyenlíteni, a szabad tágulást korlátozni nem szabad, mert ez tetemes többlet feszültség feépésével jár. A kiegyenlítés módjai: a csővezetékek megfelelő vonalvezetésével (ívcsöves kiegyenlítő) U alakú kompenzátor Csőlíra Z kompenzátor egyéb (tömszelencés, huámlemezes, csuklós stb.) kompenzátorok alkalmazása. A továbbiakban ezen kiegyenlítők méretezéseihez használható összefüggéseket vesszük sorba, melyek a csőtávvezeték tervezéséhez szükségesek. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 1
.1.1. Egyszerű ívcsöves kiegyenlítő (Sarokforduló-kiegyenlítés a csővezeték vonalvezetésével).1. ábra A.1. ábrán bemutatott egyszerű ívcső (sarokforduló) méretezéséhez a következő szilárdsági összefüggések, ietve a kapcsolódó.. diagram használhatók: D L D b N / mm L D c N / mm L I. pontnál: a N / mm [ MPa] hj II. pontnál: [ MPa] hj III. pontnál: [ MPa] I Ho L I Vo L M K ahol: H 1 V hj [ N] L irányba ható erő [ N] L irányba ható erő D a cső külső -je (m) L L 1 + L kiterített hossz (m) a és b feszültségszorzó (N/mm ) a.. diagram alapján H o és V o egységerők (Nm /cm ) a.. diagramból. A.. diagram görbéi a következő feltételek meett érvényesek: A csővezeték hajlítási sugarai egyenlők (R) A lekerekítési sugár R D ~ (NA) D csővezetékek külső -je A diagram (St7) anyagra vonatkozik 50%-os előfeszítés esetén 00 o C hőmérsékletre és figyelembe veszi többek között a Kármán-féle horpadási elméletet is. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
A megengedett feszültségek t o C hj meg előfeszítéssel MPa hj meg előfeszítés nélkül MPa 0 10-ig 90 70 10 00-ig 80 55 Az összefüggések alkalmazására szolgáljon az alábbi példa: Sarokforduló szárai: L 1 8,5 m L 1 m Csővezeték: Hőmérséklet: L L A.. diagramból H V 1 D 5 x, mm I 7 cm K 7,9 cm t 50 o C 1 1,1 L L 1 + L 0,5 m 8,5 a,55 10 N / mm o o 10 Nm 0 Nm / cm / cm Ezek ismeretében az I. pontban 0,5 hj,55 10, N / mm < hj meg 70 N / mm 0,5 7 H 10 18 N 1,8 kn 0,5 7 V 0 5 N,5 kn 0,5 Mivel a sarokfordulót nem 00 o C-ra, hanem 50 o C-ra ke számítani, a kapott értéket a.. diagramból vett számmal meg ke szorozni. St7-es anyagra 50 o C-nál ez 0,9! Az ívcsövet előfeszítés nélkül alkalmazzuk, melyet szintén át ke számolnunk: 100 v 100 0 50 50 tényezővel ke szorozni az 50%-ra kapott értékeket. Így: hj, 0,9 7, N / mm > hj meg 70 MPa Mivel a feépő feszültség nagyobb a megengedett értéknél, ezért a sarokfordulót elő 100 50 ke feszíteni. Az előfeszítést 50%-ra felvéve 1, vagyis ezzel ke szorozni, 50 így a, 0,9 1 8,1 N / mm < 80 MPa hj hj meg A feépő fixponti erők: H 1,8 0,9 1,15 kn V,5 0,9, kn M 8,1,75 10 7 1,09 10 7 Nmm ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
Előfeszítés: A csővezetéket szereléskor a hőtágulás bizonyos %-ával megrövidítve szerelik össze, ezáltal az üzemi igénybevétel kisebb lesz. Az előfeszített áapotban keletkező húzó igénybevétel üzemi áapotban nyomó feszültséggé válik. Megjegyzés: A csővezeték L 1 /L tényezője meett (legkedvezőbb az 1/1) a kiterített csőhossznak (L) van a legnagyobb jelentősége. Ez az erőknél különösen érvényes, mert az L a második hatványon szerepel..1.. Normál U alakú kompenzátor Leggyakoribb formája:..ábra Az alábbi számítási mód a következő feltételek esetén érvényes: a. Valamennyi sugár (R) egyenlő b. A szárak egymástól való távolsága b min.,5 R E feltételek meett a szárban feépő legnagyobb fajlagos feszültség Reakcióerő hajl. E D L 10 A C E I L H 9 10 A C o 100 v 100 100 v 100 [ N] [ N / mm ] E a csőanyag rugalmassági modulusa az üzemi hőmérsékleten [N/mm ].. diagram L a cső teljes megnyúlása [mm] A D U kompenzátor kinyúlása [m] cső külső [mm] R x D hajlítási sugár [mm] ~ NÁ ( D) v előfeszítés %-ban A C o és C áandókat a.5. és.. diagram tartalmazza az s falvastagság, a D, R A X és függvényében. E számítási mód szintén figyelembe veszi a Kármán-féle NA R csőkeresztmetszet laposodásának elméletét, amelyek nemcsak a H fixpont-erőre, hanem még fokozottabb mértékben a hajlító igénybevétel ( hajl ) nagyságára vannak kihatással. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
Példa: egy egyenes, 50 m hosszú, 5 x, mm, 00 o C-os gőzvezeték részére ke kialakítani U kompenzátort. D 5 mm s, mm St7-es anyag A.1. diagram alapján a teljes megnyúlás: cm L 0, 50 m 18 cm m A.. diagram alapján: 5 [ E 1,9 10 N / mm ] Az előfeszítés: v 50%-os legyen, hajl. meg 80 MPa-nak feltételezve max ED L 10 A C o 5 100 v 1,9 10 5 180 100 50 189,5 100 10 A C 100 A C Az A kinyúlást felvéve: A m-re; R 5 50 150; x 5 A A 1 m ;, R C o (.5. diagramból) 189,5 hajl. max 5, N / mm < meg 80 MPa 1 Tehát megfelel. A fixpontban ható reakcióerők: I, 10 7 mm 5 7 EI L 100 v 1,9 10, 10 180 100 50 H 9 9 10 A C 100 10 C 100 A.. diagramból C 1,55 tehát 8978 H 579 N 5,8 kn 1,55.1.. Egyenlőszárú Z kompenzátor o o 8978 C..ábra Számítás módja hasonló a.1.1. alatti sarokfordulóhoz. Ugyanazok az egyenletek használhatók, csak az áandók mások, azok a.7. diagramban találhatók. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 5
Hajlítási feszültség az I. és IV. pontban: hajl a A II. és III. pontban: hajl b D L D L [ MPa] [ MPa] Reakcióerők: L 1 irányában: I H H o L [ N] L irányában: I V V o L [ N] ahol: L L 1 +L +L m-ben A.7. diagram szintén St7-es csőanyagra, 00 o C hőmérsékletre és v 50%-os előfeszítésre vonatkozik. Az esetleges átszámításokat a.. diagram alapján ke végezni. Amennyiben L 1 és L között nem nagy a különbség, úgy a fenti számításmód alkalmazható, a hiba nem jelentős. Az eredő erő: F H V [ N] a rendszer súlypontján keresztül ferde irányban hat. e +.. Alátámasztások távolságainak meghatározása Az alátámasztási távolság meghatározása két követelmény kielégítésével történik. Az alátámasztási távolságnak olyannak ke lenni, hogy a vezetékből a folyadékot maradéktalanul le lehessen üríteni, azaz a vezetékben eenesés ne keletkezzen. Eenesés kritériuma: azt mondja ki, hogy a csőtengely rugalmas lehajlási vonalának inflexiós pontjába húzott érintőnek vízszintesnek ke lennie, hogy az ürítés maradéktalanul megvalósítható legyen. Ehhez az egyik alátámasztást ke annyival lejjebb helyezni, azaz a vezetéket olyan lejtéssel fektetni, hogy az inflexiós pontba húzott érintő vízszintes legyen. Az alátámasztási távolság csak olyan nagy lehet, amelynél a vezetékben keletkező igénybevételek a megengedett határt nem lépik túl. Az alátámasztási távolságot mindkét feltételre meg ke határozni és a mértékadó távolságként a kisebb távolságot ke választani...1. Pakusa szerint A vezeték alátámasztása az alábbi modeel közelíthető meg, amelynél:.. ábra ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
A támaszköz: ahol: 1 0,015 a E I 10 q [ m] a mm/m maximális lejtés engedhető meg E N/mm (.. diagramból) I cm q N/m folyóméterenkénti csősúly q 1, q cső + q víz + q szig. szig v szig ~ 000 N/m salakgyapot sűrűsége cm szigetelés vastagsága... A cső szilárdsági méretezése alapján 1K p D m s n q meg A támaszköz 1 ( cm) m 0,8 biztonsági tényezők n 1,1 K a cső keresztmetszeti tényezője mm meg 100 N/mm p belső nyomás N/mm D cső külső átmérője mm s cső falvastagsága mm q centiméterenkénti csősúly N/cm... A csővezeték maximális lehajlása alapján A valóságban az ilyen csővezetékek többtámaszú határozatlan tartók, amelyeknél a lehajlás meghatározása viszonylag bonyolult. Ezért közelítő módszerként kéttámaszú tartónak feltételezzük és a lehajlást ez alapján, határozzuk meg: f cső 5q l f 8 I E meg A csővezetéknél a megengedett lehajlás értéke: f meg l 500 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 7
.. Csőtartók A csőtartók helyes kialakítása a tervezés egyik fontos része, mert ezeknek a nem megfelelő kialakítása esetén a csőben vagy a tartószerkezetben meg nem engedhető igénybevételek keletkeznek, amelyek a csővezeték üzemét lehetetlenné teszik. A csőtartók feladata a vezeték rögzítése a tartószerkezethez oly módon, hogy a vezetékszárak a fix megfogások között szabadon tudjanak elmozdulni. Ha a csőtartók ezt nem engedik meg, akkor a vezetékben a hőtágulások hatására meg nem engedhető feszültségek jönnek létre, amelyek előbb-utóbb a cső tönkremenetelét okozzák...1. Alátámasztások A csőre erősítendő saruk kialakításánál ügyelni ke arra, hogy a csúszósaru kinyúljon a szigetelésből, de azért minél kevesebb acél keresztmetszet ájon rendelkezésre a hőkivezetéshez. A csúszó alátámasztás jeemzője az, hogy a saru csőtengely irányában elcsúszik a tartószerkezeten. A tartószerkezet lehet acél, beton, vagy keramit. Az összerozsdásodás elkerülése miatt lehetőleg beton vagy keramit alátámasztást célszerű választani. A sarut a csőhöz hegesztéssel ke rögzíteni. A csúszó támasz hegesztési varratának szilárdsági vizsgálata..5.ábra Az adott támaszközű csővezeték egy támasztásra jutó súlyerő (G), a cső önsúlyából (szigetelő anyaggal együtt), és a vezetékben lévő folyadék súlyából határozzuk meg. Így a súrlódó erő: F s m ahol a csúszó súrlódási tényező értékei: G - acél betonon µ 0,5 - acél acélon µ 0, - acél keramiton µ 0, A hegesztési varratot a súrlódó erő hajlításra és nyírásra veszi igénybe. Az igénybevételek nagysága: M F k; T s F s 8 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
A varratban feépő feszültségek: M - tompa varrat a l h a 0,8 - varrat méret v min l h l d - hasznos varrat hossz t T a l A redukált feszültség: h r + H Abban az esetben, ha a támasz görgős, a súrlódó erőt a f + m r F s G R képletből számoljuk, ahol f 0,05 cm a gördülő eenáás karja µ csúszó súrlódási tényező r görgő csapjának sugara R a görgő sugara.. Tervezési feladat Tervezze meg a meékelt csővezeték nyomvonal (.. ábra) és az alapadatok ismeretében a csővezetéket a szükséges fix megfogásokkal, ietve alátámasztásokkal és tervezzen a B szakaszra csővezeték tartó hidat, ietve az f-g szakaszhoz szükséges tartóoszlopot, vagy oszlopokat. p.. MPa h m t o C Q m /s A m B m Szerelési hőmérséklet 0 o C A feladat kidolgozása során rajzolja meg: csővezeték kétvonalas főösszeáítási rajzát, részletes kiviteli tervet, alkatrészrajz szintig. A számításokat összefűzött, megkeretezett A-es írólapokon (tintával írva) ke beadni. ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 9
A feladat kidolgozása során:.. ábra a víz áramlási sebességének (v m/s); nyomásának, térfogatáramlásának ismeretében válassza ki a szükséges szabványos csővezetéket (d szabv. ), számítsa ki a víz tényleges áramlási sebességét (v tényl. ), eenőrizze a cső falvastagságát (s) ha meg 100 MPa (St7; 0 o C-on) CC 1 +C mm (kerekített érték), határozza meg a fix megfogások és alátámasztások helyeit, és tervezze meg a hőtágulás okozta feszültségek kiegyenlítését, iránytörések (kompenzátorok) közbeiktatásával, számítsa ki a fix megfogásokra jutó erőt, tervezze meg az egyenes csőmegfogó szerkezeteket (fix megfogás, alátámasztás), tervezzen a B szakaszra egy csővezeték tartó hidat és méretezze szilárdságilag, tervezzen az f-g szakaszra csővezeték tartóoszlopot és méretezze szilárdságilag, készítsen műszaki leírást a tervezési feladathoz. 0 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.1. diagram.. diagram ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 1
.. diagram.. diagram ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.5. diagram ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.. diagram ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.7. diagram ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 5
. CSAVAROZOTT, SZEGECSELT KAPCSOLATOK.1. Mintafeladat Méretezzük az alábbi csavarozott kapcsolatot és eenőrizzük az alapanyagot, ha a lemez anyaga S5JR meg 10 MPa p meg.l 0 MPa a csavar anyaga 5. meg 10 MPa p meg.cs 0 MPa.1.ábra A függőleges Q terhelésből egy csavarra jutó terhelés Q 1 Y kn n A vízszintes F terhelésből egy csavarra jutó terhelés F 0 X 5 kn n A csavarkötést terhelő nyomaték M k Q 0,5 1 8 knm A nyomaték okozta nyíróerő a csavarban M M Fy x max ; Fx y max Σr Σr i Σ r i -a csavarkép súlypontja és a csavarok közti távolságok négyzetösszege. Σ r i r i 0,05 9,8 10 m..ábra ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
8 Fy,5 10 9,8 10 F 8 9,8 10,5 10 x 8,57 kn 8,57 kn A legjobban igénybevett csavarban (1. pont az ábrán) feépő nyíróerő T ( X + F ) + ( Y + F ),77 kn 1 x y Az egyszeresen nyírt csavar szükséges keresztmetszete T,77 10 l A min t meg 10 Az iesztő csavar szükséges átmérője A d 1,8 mm p,7 mm Ehhez választott csavar M1-os iesztőcsavar, mert ennek 17 az iesztett átmérője. Eenőrzés palástnyomásra Tl 770 p 17,5 N / mm v d 0 17 min p 17,5 MPa < p meg 0 MPa. A lemezek eenőrzése: I z ( 150 17) 0 mm A 0 0 150 1 0 17 1 A feépő feszültségek Húzás: + 0 17 5 17,5 MPa Tehát megfelel. Ez a lemezre is megfelel.,77 10 0000 F 8, N / mm h A 0 Hajlítás: mm 8, MPa M 8 10 e 75 15,78 MPa hj I,77 10 A maximális feépő feszültség: z max h + hj 8, + 15,78 1, MPa Mivel max < meg 10 MPa, ezért a keresztmetszet megfelel!..ábra ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 7
.. Feladatok..1. Határozza meg az alábbi szegecselt kapcsolatoknál a legnagyobb szegecserőt, és méretezze a szegecset. A szegecs anyagára megengedett feszültségek: meg 10 MPa p meg 0 MPa Megoldás M 1 0,5 8 knm X, kn Y 1,78 kn r i..ábra ( + 0 ) + 0, 10 mm 0 x max y max 0 mm 8 10 Fx Fy 0 11,1 10 N 11,1 kn, 10 T (, + 11,1 ) + ( 1,78 + 11,1 ) 18,5 kn max 18,5 10 A min,1 mm 10 d 7,9 mm Választott szegecs 8 mm. p 18,5 10 8 8 max 89,5 MPa 8 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
... Megoldás M 15 knm Y 5 kn r i 0 x max y max 0 mm +.5.ábra ( 0 + 0 ), 10 mm 15 10 Fx Fy 0,5 10 N 5 kn, 10 ( 5 + 5) 9.05 kn Tmax 5 + 9,05 10 A min 185,95 mm 10 d 15,8 mm Választott szegecs 1 mm. p 9,05 10 1 8 max 05,08 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 9
.....ábra Megoldás M 10, 0, + 0,115,85 knm X 1, kn Y,08 kn r F i 0,85 10, 10 + 10, 10 mm x 10 1,17 10 N T 1,17 kn ( 1, + 1,17) +,08 17,9 kn max 17,9 10 A min 1,5 mm 10 d 7,8 mm Választott szegecs 8 mm. p 17,9 10 8 10 max 18, MPa 0 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
....7.ábra Megoldás M 5,98 0,1 + 0,5 15 10,1 knm X,9 kn Y,75 kn r i 50 10 mm 10,1 10 Fx Fy 50 5,05 10 N 50,5 kn 10 T (,9 + 50,5) +,75 57, kn max 57, 10 A min 1,19 mm 10 d 1,17 mm Választott szegecs 1 mm. p 57, 10 1 1 max 1,9 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 1
..5. Megoldás M 0,7 15 10,8 knm X 5 kn Y,5 kn r F F T i 0 10,8 10, 10 +.8.ábra ( 0 + 0 ), 10 mm x 0,7 10 10,8 10, 10 y 0 1,8 10 N 7 kn 18 kn ( 5 + 7) + (,5 + 18) 8 kn max 8 10 A min 90,8 mm 10 d 10,7 mm Választott szegecs 1 mm. p 8 10 1 10 max 1,7 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
... Megoldás M max 7,11 knm F max 9,1 kn 9,1 Y 1,5 kn.9.ábra r i 0 + (0 + 100 ) 7,11 10 x 100,9 10 F 7,11 10 y 0,9 10 F 5, kn 1,8 kn 900 mm ( 1,5 + 1,8) 59,5 kn Tmax 5, + 59,5 10 A min 11,55 mm 10 d 1, mm Választott szegecs 1 mm. p 59,5 10 10,8 1 max 8,57 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
..7. Eenőrizze a rácsos tartó megadott csomópontjainak szegecskapcsolatát. A szegecs átmérője: 18 mm meg 10 MPa p meg 0 MPa Megoldás S 1 0 kn S, kn S -1,1 kn S 70 kn p 70 10 18 π max 70 10 18 10 max.10.ábra 8,77 MPa 19, MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
..8. Eenőrizze az I 00-as tartót, ha csavarozott kapcsolattal oldjuk meg a toldást. A tartó terhelése a toldás helyén: M 50 knm; F y 5 kn A csavarok anyaga 5. meg 10 MPa; p meg 0 MPa Megoldás: M g 8,8 knm Gerinccsavarok Övcsavarok 5 Y 1 r i 0, kn 1,05 10 F x 7,58 kn 5 mm.11.ábra M öv 1, knm F y,9 kn (,9 + 0,) 10, kn Tmax 7,58 + 10, 10 A min,7 mm 10 d g 5, mm Választott csavar M-os. p 10, 10 10,8 max 1, T max 17, kn 0, 17, 8 Tmax 1 17,17 159,87 MPa kn ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 5
17,17 10 Amin 81,7 mm döv 10 Választott csavar M1-es. p 17,17 10 1 15 öv max 95,9 MPa 10, mm ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
. HEGESZTETT KAPCSOLATOK MÉRETEZÉSE.1. Tompavarratos kapcsolatok.1.1. Mintapélda Eenőrizzük a csomólemez III. osztályú X varratát. A szerkezet anyaga S5JR A varrat határfeszültsége: H 00 MPa A varrat hasznos méretei: a v min mm l h L-δ L a 80 1 8 mm A varrat igénybevétele: H Q.1. ábra o ( F1 + F ) cos5 ( 5 + 8) 0,707 51, kn o ( F F ) sin 5 ( 5 8) 0,707 1,0 kn 1 Mivel a C csomópont a varrat hossztengelyétől k, mm külpontossággal helyezkedik el, így a varrat igénybevételei: M k H 0,0 51,, knm nyomaték T H 51, kn nyíróerő, ietve Q 1,0 kn húzóerő A varratban feépő feszültségek Húzó: Hajlító: l a l Q h 1,0 10 8 7,5 N / mm 7,5 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 7
Nyíró: a l, 10 8 M h 1, N / mm 1, MPa T 51, 10 1,5 1,5 8, N / mm 8, MPa a l 8 A varratban feépő maximális feszültség:.1.. Feladatok h l ( + ) + π ( 7,5 + 1, ) + 8, 78,8 MPa r r 78,8 MPa < H 00 MPa Tehát megfelel!.1..1. Két különböző vastagságú lemezt gyökutánhegesztés nélküli III. osztályú tompavarrattal kötünk össze. Eenőrizzük a varratot, ha a varrat határfeszültsége: H 00 MPa.. ábra Megoldás a 0,8 v 1 8 mm l h 180 8 1 mm l 8 10 1, MPa 8 1 10 1,5 8 1 9,7 MPa, 10 8 1 ( 1, + 89,) + 9,7 118, MPa r 89, MPa 8 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.1... A vázolt cső jelzett keresztmetszetében gyökutánhegesztés nélküli III. osztályú V varrattal van toldva. Eenőrizzük a varratot az adott igénybevételre, ha a varratra a határfeszültség: H 00 MPa Megoldás a 0,8 s, mm 50 10 0 π 7, π 10 0 π 7, π l.. ábra 0,75 MPa,95 MPa 80 10 0 10,9 MPa 0 π 7, π (,95 + 10,9),71 MPa r,75 + ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 9
.1... Eenőrizze a lemezbekötések III. osztályú tompavarratait, ha a varratra a határfeszültség: H 00 MPa.1...1... ábra Megoldás 1. jelű varrat. a 8 mm l h 100-1 8 mm F 0 kn T kn M 0,15 0,9 knm l 0 10 0,9 10 9,7 MPa 95, MPa 8 8 8 8 10 1,5 8 8 1,9 MPa ( 9,7 + 95,) + 1,9 1,8 MPa r. jelű varrat a 8 mm l h 8 mm F 0 kn T kn M 1, knm l 0 10 1, 10 9,7 MPa 17,55 MPa 8 8 8 8 10 8 8 8,9 MPa ( 9,7 + 17,55) + 8,9 157,8 MPa r 50 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.1....5. ábra Megoldás 1. jelű varrat a 8 mm l h mm F 15 kn T 10 kn M 50 knmm l 15 10 8 50 10 8 9, MPa 10 10 1,5 8,1 MPa 9, MPa ( 9, +,1) + 9, 10, MPa r. jelű varrat a 10mm l h 0mm F 15 kn T 10 kn M 950 knmm l 15 10 5 MPa 10 0 950 10 10 0 10 10 10 0 158, MPa 1,7 MPa ( 5 + 158,) + 1,7 18,8 MPa r ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 51
.1..... ábra Megoldás M max knm a 8mm l h 1mm 10 1, MPa 8 1 r 5 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.1... Eenőrizze a lemeztoldások III. osztályú tompavarratát, ha a varratok gyökutánhegesztés nélkül készültek és a varratra a határfeszültség: H 00 MPa.1...1..7. ábra Megoldás a 10mm l h 0mm F 1,1 kn T 1,1 kn M 8,0 knm l 1,1 10 10 0 8,0 10 10 0 1,1 10 1,5 10 0, MPa 99,9 MPa 9, MPa (, + 99,9) + 9, 107, MPa r ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 5
.1....8. ábra Megoldás 1. varrat a,mm l h 107, mm F 5 kn T 5 kn M 1,175 knm l. jelű varrat a, mm T 5 kn 5 10 7,9 MPa, 107, 1,175 10, 107, 5 10 1,5, 107, 95,8 MPa 10,9 MPa ( 7,9 + 95,8) + 10,9 10, MPa r 0,15 10, 187, 5 10 1,5, 187,, l h 187, mm M 0,15 knm +,, MPa r, MPa 9, MPa 5 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
.1... Megoldás a8mm A 15 00 + 8 170 I z 00 1 18 170 1.9. ábra 5,8 10 870 mm 7 mm 00 170 18 7 I y,5 10 mm 1 1 F 00 kn M z 0 knm M y 0 knm l l 00 10 870 0 10 5,8 10 7 0 10,5 10 7, MPa l l r + + 85,9 MPa 100,7 MPa 1,97 MPa ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 55
.. Sarokvarratos kapcsolatok..1. Mintapélda Eenőrizze a sarokvarratos kötés hegesztési varratait, ha a határfeszültség: H 00 MPa.10. ábra Az 1. jelű kapcsolat eenőrzése: Az ábrán megadott III. osztályú varrathosszak hasznos hossznak tekinthetők (a T szelvény a valóságban körbehegesztett) A kapcsolat igénybevétele: M 0,55 1,1 + 0,5 1,1 1,7 knm T g 1,1 kn (csak a gerincvarrat veszi fel) N 1,1 kn A hegesztett T szelvény (alapanyag) másodrendű nyomatéka a súlyponti y y tengelyre. 10 100 80 10 I y + 10 100 1 1 A hajlítónyomatékból az alapanyag szélső szálaiban a feszültség: ( 75 50) + + 80 10 ( 110 75 5),19 10 mm M 7 1,7 10 e 5 197,9N / mm A 1 I,19 10 B y I M 7 1,7 10 e 75, N / mm y,19 10 197, MPa, MPa 5 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
Így az övben és gerincben ébredő erőhatás Föv A Aöv 197,9 10 80 158155 N F g B A Az N normálerő a teljes varratot terheli l l 10 l g 158,15 kn, 10 100.0 N, kn 1,1 10,7 MPa + 10 80 ( 80 + 0) l, MPa Az öv varrataiban feépő feszültségek: ( M y nyomatékból) F 5 öv 1,58 10 öv 11,8 N / mm 11,8 MPa A 10 öv ( 80 + 0) öv öv öv 80,0 MPa Így az öv varrataiban feépő eredő feszültség: (nyomott oldal) l l ( + ) + ( + ) (, + 80,00) + (, + 80,00) 1,8 MPa r öv öv öv öv r < H Tehát az övvarratok megfelelnek! A gerinc varrataiban feépő feszültség: ( M y nyomatékból) l g l g A l g Fg gv 5, 10,7 N / mm 80 10 l g 187,8 MPa T,7MPa g 1,1 10 g 8,8 N / mm 8,8 MPa (Nyíróerőből) A 80 10 g v Így a gerinc varrataiban feépő eredő feszültség: l l l l ( + ) + ( + ) rg g g + (, 187,8) + (, 187,8) + 8,8 1, MPa > H Tehát a gerincvarratok az adott igénybevételekre nem felelnek meg. Növeljük meg a T szelvény l méretét 00 mm-re, így az l g gerincvarrat hasznos hosszúsága 10 mm re nő. Ezzel a megadott x s értéke 15 mm-re növekszik. Így az igénybevételek: g M y 0,575 1,1 + 0,5 1,1 1,08 knm T g 1,1 kn N 1,1 kn ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 57
A hegesztett T szelvény (alapanyag) másodrendű nyomatéka súlyponti y - y tengelyre. 10 190 80 10 Iy + 10 190 0 + + 80 10 70 1 1 Az alapanyag szélső szálaiban a feépő feszültségek: A feépő erőhatások: 7 1 A 75 8,05 N / mm B,08 10 7 1,1 10,08 10 7 1,1 10 7 1 15 1, N / mm 8,05 MPa 1,1 10 1, MPa Föv A Aöv 8,05 10 80 880 N 8,8 kn Fg b Ag 1, 10 190 798 N 7,5 kn Az N normálerőből feépő feszültség: l l 10 l 1,1 10,08 N / mm,1 MPa + 10 10 ( 80 + 0) l,18 MPa Az öv varrataiban feépő feszültség: Föv 8,8 10 öv 9,1 N / mm A 10 öv öv öv öv ( 80 + 0),85 MPa Az öv varrataiban feépő eredő feszültség: 9,1 MPa l l ( + ) + ( + ) (,18 +,85) + (,18 +,85) 5,58 MPa r öv öv öv 7 mm r öv 5,58 MPa < h 00 MPa. Tehát az övvarratok megfelelnek! A gerinc varrataiban feépő feszültségek: l g l g A Fg g l g 5,75 10 85,1 N / mm 10 10 l g 0,9 MPa 1,1 10 g, N / mm 10 10 A gerinc varrataiban feépő eredő feszültség: l l l l ( + ) + ( + ) r g g, MPa + 85,1 MPa (,18 0,9) + (,18 0,9) +, 108,19 MPa g 58 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL
r < H. Tehát így már a bekötés megfelel. A -es és a -as jelű varratok eenőrzése. A hasznos varrathossz: l h l a 10-10 110mm A varratok igénybevétele: M 0, 1,1 0,0 1,1, knm A nyomatékból a varratban feépő nyíróerő: M, 10 To 5875 N 5,9 kn h 80 A terhelés vízszintes komponensének egy varratra jutó hatása: 1,1 10 X 55 N A terhelés függőleges komponensének egy varratra jutó hatása: 1,1 10 Y Így a feszültség: A. jelű varrat: o + X a l 55 N 5,9 10 +,5 10 5 110 T h a l Y h,5 10 5 110,55 MPa, N / mm 5,5 MPa, MPa r + +,55 +,55 + 5, 5 r 77, MPa H 00 MPa Tehát megfelel! A. jelű varrat: T o 5,9 X 10,5 10 1,7 MPa a l 5 110 h, MPa,55 MPa r + +,55 +,55 + 1,7 58,9 MPa Tehát megfelel! ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL 59
... Feladatok...1. Határozza meg a III. osztályú sarokvarratokban ébredő feszültségeket....1.1..11. ábra Megoldás F 5 kn T 10 kn M 5,75 knm a 5 mm l h 00 10 190 mm l 5 10, MPa 5 190 l l l 1,8 MPa 5,75 10 95,57 MPa 7,78 MPa 5 190 10 10 5 190 5, MPa ( 1,8 + 9,78) + ( 1,8 + 7,78) + 5, 10.8 MPa r 0 ERFP-DD00-HU-B-01 PROJECT. MODUL