48418933-carte-2
TRANSCRIPT
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
1/56
nlimea compensatorului H funcie de diametrul nominal i dilatarea de preluat
Diametrulnominal
Ra
zadecurbur
DN50R=250mm
DN80R=350mm
DN100R=450mm
DN125R=550mm
DN150R=650mm
DN200R=900mm
DN250R=1100mm
DN300R=1300mm
H
nfunciede
diam.nominal
DN
H H H H H H H H
mm mm mm mm mm mm mm mm
10DN 600 11 900 16 1140 21 1400 26 1650 32 2160 43 2670 54 3250 6412DN 720 17 1080 26 1370 33 1680 41 1980 49 2600 67 3200 83 3900 10014DN 840 25 1260 36 1600 48 1960 58 2310 70 3000 95 3740 117 4550 140
16DN 960 34 1440 49 1830 64 2240 78 2640 94 3450 126 4260 157 5200 18820DN 1200 53 1800 78 2280 102 2800 125 3300 150 4320 204 5340 250 6500 30224DN 1440 79 2160 114 2740 150 2360 184 3960 220 5200 298 5400 370 - -28DN 1680 110 2520 158 3100 206 3920 250 4620 305 6000 412 - - - -32DN 1920 143 2880 207 3650 270 4480 333 5280 400 - - - - - -36DN 2160 188 3240 274 4100 356 5040 444 5940 -
- - - - - -
Fig. 6.10 Elementele dimensionale pentru compensatorul n form de U; P, F. punct fix
Pentru determinarea pe cale grafic a braului H al compensatorului, [28], se
calculeaz urmtoarea mrime ajuttoare: pentru faza de montaj (indice m):
( ) 1100
1 mltE
kAt
ai
tt
vm
=
, [m] (6.54)
pentru faza de regim (indice r):
1100
mltE
kAt
ai
tt
vr
=
, [m] (6.55)
n care: ai tensiunea admisibil la ncovoiere a materialului de baz al compensatorului la
temperatura t de lucru, n N/m2
;kv coeficientul de pretensionare, determinat cu formula:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
2/56
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
3/56
IEIII
xIyIkR t
xyGyGxG
xyGxG
vy
+=
2 , [N] (6.59)
n care:kv coeficientul de pretensionare, calculat cu relaia (6.56);IxG, IyG momentele de inerie liniare ale compensatorului n raport cu axele x G i yG,
ce trec prin centrul su de greutate, n m3;IxyG momentul de inerie centrifugal al compensatorului n raport cu axele xG i yG, ce
trec prin centrul su de greutate, n m3;Et modulul de elasticitate longitudinal al materialului de baz al compensatorului, n
N/m2;
( )4464
ie DDI =
- momentul de inerie geometric al seciunii transversale a peretelui
tubulaturii compensatorului, n m4; x i y dilataiile pe direciile x i y ale compensatorului, pentru intervalul
compensat (delimitat prin dou puncte fixe), n m.
Valorile dilataiilor pe direciile x i y, se evalueaz cu formulele (vezi fig. 6.12): pentru compensatoarele n form de U:
( ) tRLLLx t +++= 4531 , [m] a)
( ) tLLy t = 24 , [m] b) pentru compensatoarele n form de Z:
( ) tRLLx t ++= 231 , [m] a)
( ) tRLy t += 22 , [m] b) pentru compensatoarele n form de L:
( ) tRLx t +=1 , [m] a)
( ) tRLyt += 2 , [m] b)
Reaciunea elastic rezultant, respectiv fora R rezultant att n centrul elastic alcompensatorului, ct i n punctele fixe, va fi:
22
yx RRR += , [N] (6.63)iar momentul ncovoietor, ntr-un punct i al sistemului, datorat funcionriicompensatoarelor respective, va fi:
Mi = F hi , [N m] (6.64)unde hi este distana de la punctul i , aflat pe sistem, pn la suportul forei R, n mm.
Tensiunile dup direcia meridional, corespunztoare momentelor ncovoietoare, secalculeaz cu formulele:
pentru poriunile rectilinii ale sistemului:
W
Midxi
= , [N/m2] (6.65)
pentru poriunile curbe ale sistemului:d
x
c
x iim = 1 , [N/m2](6.66)
n care: ( )4432
ie
e
DDD
W =
, este modulul de rezisten a seciunii transversale a
tubulaturii sistemelor compensatoare de dilataie, n m3;m1 coeficientul de amplificare a tensiunilor dup direcia meridional din
tubulaturile curbe.
(6.60)
(6.61)
(6.62)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
4/56
Coeficientul m1 se poate calcula fie cu relaia Clark-Reissner, fie cu formulaHovgaard-Karman:
18
65
3
22
1
+=
km (6.67)
n care: este caracteristica curbei:
2
m
T
r
sR = (6.68)
R raza de curbare, n m;sT grosimea peretelui evii, n m;rm raza median a seciunii transversale, n m;k coeficientul lui Karman, care se calculeaz cu urmtoarele formule:
pentru > 0,3:
2
2
1210
121
++
=k
(6.69) pentru = 0,20,3:
42
42
1600137935
16001791
++++
=k (6.70)
pentru < 0,2:
65,1
=k (6.71)
Condiia de rezisten va fi:t
a
p
xxi + (6.72)
sau, dac se consider i tensiunile dup direcia meridional datorit frecrii n reazemele de
ghidare sau mobile, cnd este cazul, sau cele datorite vntului etc., condiia de rezisten va fi:ta
v
x
f
x
p
xxi ++++ ... (6.73)
n care:
ix - tensiunea dup direcia meridional, corespunztoare momentelor ncovoietoare
(pe poriunile rectilinii dxi sau pe poriunile curbec
xi ), n N/m2;
p
x - tensiunea dup direcia meridional, generat de presiunea interioar, n N/m2;f
x - tensiunea dup direcia meridional datorit frecrii n reazeme, n N/m2;v
x - tensiunea dup direcia meridional datorit vntului, n N/m2.
Fig. 6.12 Schema de calcul:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
5/56
a compensator n form de U; b compensator n form de Z; c compensator n form de L
6.4.2. Compensatoarele lenticulare
Generaliti:
Realizarea traseelor de conducte, autocompensate sau compensate, cu compensatoaretubulare din eav ndoit impune dezvoltarea sistemului n trei dimensiuni i, deci, utilizareaa multor curbe pentru schimbrile de direcie dorite. Aceasta conduce la ocuparea unui spaiutehnologic apreciabil, spaiu care de cele mai multe ori nu se afl la dispoziia
proiectantului. De asemenea, procedndu-se astfel, se ajunge la creterea lungimii traseului,cu dese schimbri de direcie, ceea ce conduce la cderi mari de presiune, problem care demulte ori deranjeaz procesul tehnologic i, n acelai timp, conduc la cheltuieli suplimentare.De aceea, de multe ori, mai ales n cadrul traseelor de conducte de pe platformele instalaiilortehnologice, preluarea dilataiilor conductelor se face cu ajutorul compensatoarelorlenticulare.
Compensatoarele lenticulare de dilataie se compun din elemente de legtur ielemente flexibile cu proprieti elastice i de rezisten mecanic, ce permit compensareadilataiilor termice i amortizarea vibraiilor.
Compensatoarele lenticulare pot prelua deplasri axiale, laterale (perpendiculare peaxul lor) sau unghiulare i aceasta pe baza flexibilitii la ncovoiere a elementului (sau agrupului de elemente) ondulat(e), frecvent numit(e) lentil(e).
n orice domeniu industrial unde se lucreaz cu diferene de temperatur sau cu maseneechilibrate n micare (vibraii) se utilizeaz, din ce n ce mai frecvent, compensatoarelelenticulare de dilataie cu urmtoarele avantaje: compensarea dilataiilor termice; amortizarea vibraiilor; reducerea forelor de reaciune; reducerea cheltuielilor de ntreinere legate de dimensionarea punctelor fixe; creterea fiabilitii i siguranei n exploatare.
Buna funcionare a compensatoarelor lenticulare de dilataie
depinde, n mare msur de:
procesul tehnologic de execuie; geometria elementului flexibil; numrul de straturi i calitatea materialului utilizate pentru execuia elementului lenticular.
Constructiv, un compensator lenticular este constituit din una sau
din mai multe lentile, racordate la tubulaturile de capt.n funcie de deplasrile ce le pot prelua i de modul lor de funcionare,
compensatoarele lenticulare pot fi:Compensatoarele lenticulare axiale.
Sunt construite pentru a fi montate pe conducte i aparate deschimb de cldur n vederea prelurii dilataiilor termice dup direciaaxial.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
6/56
Fig. 6.13 Compensator lenticular axial
Capacitatea de compensare este dependent de:
elasticitatea elementului lenticular; numrul de lentile; pretensionarea la montaj.
Utilizare:
Conducte i aparate de proces
n
PDNAF c
n
PDNAS c prin care circul fluide cu:
temperatura 2000C;
presiunea 2 N/mm2;
50 mm.
n
PDNADF c
2
n
PDNADS c
2 Conducte i aparate de proces
prin care circul fluide cu:
temperatura 2000C;
presiunea 1,6 N/mm2;
120 mm.
n
PDNATF c
3
c
c
Pn
PDNATS
3 Conducte i aparate de proces
prin care circul fluide cu:
temperatura 2000C;
presiunea 1,6 N/mm2;
120 mm.
Fig. 6.14 Tipodimensiuni i simbolizri pentru compensatori
lenticulari axiali unistrat simpli
Utilizare:
Conducte i aparate de proces
n
PDNBAS c
n
PDNBAF c prin care circul fluide cu:
temperatura 3500C;
presiunea 3,0 N/mm2; regim de curgere laminar
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
7/56
n
PDNBAS c
n
PDNBAF c Conducte i aparate de proces
prin care circul fluide cu:
temperatura 3500C;
presiunea 5,0 N/mm2;
regim de curgere laminar.
n
PDNBAS c
c
c
Pn
PDNBAF
Conducte i aparate de proces
prin care circul fluide cu:
temperatura 3500C;
presiunea 5,0 N/mm2;
Fig. 6.15 Tipodimensiuni i simbolizri pentru compensatorilenticulari axiali cu inel de blindare
unde:A compensator axial;
F cu flan de capt;S cu tu de capt;D cu dou grupe de lentile;T cu trei grupe de lentile;B cu inel de blindare;DN diametrul nominal;Pc presiunea de calcul;n numrul de lentile; - capacitatea de compensare axial.
Pentru presiuni mari sunt utilizate compensatoarele axiale multistrat, care prezint
urmtoarele avantaje: siguran n exploatare; reaciune elastic mic; capacitate de compensare ridicat; rezisten la presiune, temperatur i coroziune; etaneitate la vid; rezisten la oboseal.
Utilizarea tehnologiilor moderne n procesul de fabricaie conduce larealizarea compensatoarelor lenticulare axiale multistrat cu o naltflexibilitate, fiabilitate i rezisten, cerine impuse de solicitrile aprute
n exploatare.Compensatoarele lenticulare laterale.Acestea sunt amplasate n cadrul traseelor de conducte tehnologice
n scopul prelurii dilataiilor propagate pe o anumit direcieperpendicular la axa longitudinal a conductei.
Deoarece compensatorul lateral nu poate prelua deplasritransversale dect pe o singur direcie, ele sunt utilizate numai ncazurile cnd se cunoate direcia deplasrii laterale, alte deplasrilaterale fiind excluse. Compensatorul lenticular lateral (fig. 6.16 i 6.17)este alctuit din dou grupuri de lentile legate ntre ele prin tubul central,putnd fi cu cuple sferice (fig. 6.16 ) sau cu cuple de rotaie, (fig. 6.17).
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
8/56
n
PDNLSF c
2
Fig. 6.16 Compensator lenticular lateral cu cuple sferice.
n
PDN
LRSc
2
Fig. 6.17 Compensator lenticular lateral cu cuple de rotaie.
unde:L compensator lateral;
R cu cuple rotative;F cu flan de capt;S cu cuple sferice;S cu tu de capt;DN diametrul nominal;Pc presiunea de calcul;n numrul de lentile; - capacitatea de compensare lateral.
Compensatoarele laterale se utilizeaz pe sisteme de conducte curbe n plan sau nspaiu, montndu-se totdeauna pe legtura dintre dou tronsoane paralele i comparabile din
punct de vedere al mrimii dilatrilor termice.Compensatoare lenticulare unghiulare.
Pentru preluarea dilatrilor termice ale sistemelor de conducte curbe plane seutilizeaz compensatoare lenticulare de dilataie unghiulare cu articulaie cu cuple de rotaie(fig. 6.18 i 6.19 )
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
9/56
Fig. 6.18 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu articulaie cu cuple derotaie n stare de funcionare
Sunt elemente flexibile care permit rotirea axei compensatorului cu unghiul ntr-un singur plan i descarc aciunea forei axiale generat de presiunea interioar a fluidului
vehiculat.
Utilizare:
n
PDNURF c
n
PDNURS c Conducte curbe:
temperatura 2500C;
presiunea : max 0,5 N/mm2;
150 DN 3000
Fig. 6.19 Compensator lenticular de dilataie cu cuple de rotaie
unde: U compensator unghiular;R cu cuple de rotaie;F cu flane de capt;S cu tu de capt;DN diametrul nominalPc presiunea de calcul;n numrul de lentile; - capacitatea de compensare unghiular.
Utilizare:
n
PDNBURF c
n
PDNBURS c Conducte curbe:
temperatura 3500C;
presiunea 1,0 N/mm2;
150 DN 2000
Fig. 6.20 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu
articulaii cu cuple de rotaie cu inele de blindare.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
10/56
n cadrul sistemelor de conducte tehnologice spaiale n care expansiunea termicprovoac deplasri pe cele trei direcii se utilizeaz compensatorul lenticular de dilataieunghiular cu cuple cardanice. Acesta are elemente flexibile prevzute cu articulaii cardanicealctuite dintr-un inel de care se leag prin cuple de rotaie, diametral opuse, patru arnieresolidarizate cu tuurile compensatorului (fig. 6.21 i 6.22)
Fig. 6.21 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu articulaii cu cuple cardanicen stare de funcionare
Elementele componente ale articulaiei cardanice permit: rotirea axei compensatorului cu un unghi n dou plane; descarc aciunea forei axiale generat de presiunea interioar a fluidului vehiculat
Utilizare:
n
PDNUKS c
n
PDNUKF c Conducte curbe cu:
temperatura 2500C;
presiunea 0,5 N/mm2;
150 DN 3000
Fig. 6.22 Compensator lenticular unghiular cu articulaii cu cuplecardanice
unde:U compensator unghiular;K cu cuple cardanice;S cu tu de capt;
F cu flan de capt;DN diametrul nominal;Pc presiunea de calcul;n numrul de lentile; - capacitatea de compensare unghiular.
6.4.3. Compensatoarele alunectoare (cu presetup) care-i bazeaz principiulfuncional pe deplasarea axial a unui sistem telescopic prevzut cu cutie de etanare(presetup)
Folosirea acestor compensatoare, executate din oel turnat sau prin sudur, se facepn la presiunea de 1,6 N/mm2 (1,6 MPa). Ele sunt utilizate, de obicei, pe conductele dinmateriale cu elasticitate redus (font, sticl, ceramic, faolitul etc.) i care nu prezint pericol
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
11/56
de gripare din cauza coroziunii. Soluiile constructive folosite la realizarea acestorcompensatoare sunt prezentate n figura 6.23.
Dup modul de construcie al acestora, ele pot prelua dilatri numai dintr-o parte saudin ambele pri. Corpul lor se fixeaz, de obicei, pe un reazem fix, iar la construcia lortrebuie luate msuri pentru limitarea deplasrilor tubului, pentru ca, n cazuri accidentale,
acesta s fie mpiedicat s ias din corp.Avantajul principal al acestor compensatoare l constituie capacitatea lor mare decompensare (300mm i uneori mai mult), precum i gabaritul lor redus.
Dezavantajele lor sunt: etanrile nu sunt suficient de sigure n exploatare, motiv pentru care nu pot fi utilizate
pentru produse inflamabile, toxice sau explozibile; eforturile mari axiale transmise reazemelor; funcionare nesigur, din cauza posibilitii nepenirii mobile.
bFig. 6.23 Tipuri de compensatoare cu presetup: a turnat; b sudat
7. RECIPIENTE SUB PRESIUNE CU PEREI SUBIRI
7.1. GENERALITI
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
12/56
Recipientul de presiune, numit i aparat de presiune, reprezint orice nveli metalic,nchis etan, care poate conine n interiorul su, n condiii sigure de rezisten i etaneitate,un fluid tehnologic aflat la o presiune mai mare dect presiunea atmosferic i n care potavea loc procese fizice sau chimice.
Recipientele sub presiune la care presiunea maxim admisibil de lucru este mai mate
de 0,7 bar sunt proiectate, instalate, exploatate, reparate i verificate numai n conformitate cuinstruciunile cuprinse n prescripiile tehnice I.S.C.I.R., PT-C4/2-2003 i PT-C4/1-2003 isunt supuse controlului de Stat pentru Cazane, Recipiente i Instalaii de Ridicat (I.S.C.I.R.).
Nu intr sub incidena prevederilor respectivelor prescripii urmtoarele tipuri derecipiente:
recipientele ce fac obiectul unor studii i cercetri tiinifice experimentale; recipientele cu volumul interior mai mic sau egal cu 50 l, cu condiia ca
produsul dintre volumul interior al recipientului, exprimat n litri i presiunea,exprimat n MPa, s nu depeasc cifra 20.
Recipientele de presiune cu perei subiri au :
2,1ie
D
D
a)
sau (7.1)
05,0iD
sb)
unde: De diametrul exterior al recipientului, n m;Di diametrul interior al recipientului, n m;s grosimea peretelui, n m.Recipientele de presiune se construiesc n uzine specializate, din materiale nsoite de
buletine de calitate emise de productor, sub controlul I.S.C.I.R.-ului, fiecare recipient avndo carte a sa cu caracteristici, n care se trec toate observaiile i modificrile fcute pe tot
parcursul duratei sale de serviciu.Dat fiind gama foarte mare de tipuri constructive, recipientele sub presiune cu perei
subiri se pot clasifica dup urmtoarele criterii: dup poziia n spaiu:
- recipiente cu ax orizontal;- recipiente cu ax vertical.
dup locul de montare:- recipiente supraterane care pot fi montate la sol sau supranlat pe fundaie sau
construcie metalic;- recipiente ngropate.
dup forma geometric:- recipiente cilindrice avnd acelai diametru;- recipiente cilindrice de diametre diferite;- recipiente sferice;- recipiente n form de pictur.
dup destinaie:- recipiente sub presiune de uz general;- recipiente de proces.
dup posibilitatea de transport:- recipiente gabaritice ale cror dimensiuni de gabarit se nscriu n limitele gabaritelor
de transport pe ci rutiere sau feroviare;
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
13/56
- recipiente agabaritice la care, datorit dimensiunilor de gabarit mari, transportulctre locul de montaj se face pe tronsoane.
dup mobilitate:- recipiente fixe;- recipiente transportabile (butelii, cisterne auto sau de cale ferat).
dup modul de asamblare:- recipiente sub presiune demontabile la care elementele componente sunt montate
prin asamblri demontabile;- recipiente sub presiune nedemontabile asamblate prin sudur i prevzute cu guri de
vizitare sau control. dup temperatura pereilor:
- nenclzite;- nclzite.
7.2. CONSTRUCIA RECIPIENTELOR SUB PRESIUNE
7.2.1. Elementele componente
Recipientele sub presiune sunt realizate n general din laminate din oel carbon sauoel aliat.
Un recipient sub presiune, n cazul cel mai general, (fig. 7.1) este construit din: recipientul propriu-zis compus din: mantaua, fundurile (capacele), racordul de ncrcare,
racordul de tras (golire), gur de vizitare, racordul pentru manometru, racordul pentrusupapa de siguran, racordul pentru indicatorul de nivel, sistemul de susinere(suporturile) etc.;
echipamentul obligatoriu constituit din: supapa de siguran, manometrul (eventual i
termometru), indicatorul de nivel, placa de timbru; echipamentul interiorimpus de scopurile tehnologice i care este ntlnit la recipientele
(aparatele) cu destinaie special (de ex: talerele n cazul coloanelor de fracionare) i carenu comport calcule mecanice deosebite;
construcii de deservire (n general metalice) pentru crearea condiiilor optime deexploatare i ntreinere a recipientului compuse din podee, scri, dispozitive de ridicareetc.
Mantaua cilindric a recipientelor este realizat, n general, din virole sudate cap la cap.Virolele sunt realizate prin vluire, dintr-un numr minim de table, limile tablelor trebuinds corespund limilor standardizate de tabl (cu excepia virolei de nchidere).
Fundurile recipientelor sunt executate, n general, prin ambutisare (presare) la cald, eleputnd avea diverse forme geometrice, confecionate dintr-o singur bucat de tabl (atuncicnd diametrul desfurat al acestuia se ncadreaz n limea de tabl standardizat), sau dindou sau mai multe buci.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
14/56
Fig. 7.1 Recipient sub presiune orizontal:1 mantaua; 2 fundurile; 3 racordul de ncrcare; 4 racordul de tras (golire); 5 gura devizitare; 6 racordul pentru manometru (termometru); 7 racordul pentru supapa de siguran; 8 racordurile pentru indicatorul de nivel; 9 sistemul de susinere (suporturile); 10 supapa desiguran; 11 manometrul; 12 indicatorul de nivel; 13 placa de timbru.
La diametre mari de funduri se recurge la confecionarea acestora din segmeni i ocalot sferic (rozet central), fig. 7.2.
Fig. 7.2 Fund semisferic executat din mai multe buci
Avnd n vedere profilul geometric al suprafeei mediane, fundurile i capaceleaparatelor de tip recipient sunt de urmtoarele tipuri: semisferice, fig. 7.2; elipsoidale (sau eliptice), fig. 7.3; sferice cu racordare toroidal (torosferic), fig. 7.4;
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
15/56
sferice fr racordare, fig. 7.5; plane, fig. 7.6 i 7.7; conice, fig. 7.8.
Fig. 7.3 Fundul elipsoidal (eliptic)
Fig. 7.4 Fundul sferic cu racordare toroidal (torosferic)
Fig. 7.5 Fundurile sferice fr racordare:a, b sudat; c,d prevzut cu flane; 1 corpul recipientului; 2 fundul sferic fr racordare; 3
inel de rigidizare; 4 flan.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
16/56
Fig. 7.6 Fundurile plane sudate fr racordare:a pentru diametre de 150550 mm; b pentru diametre de 6003000 mm
Fig. 7.7 Fundurile plane cu racordare:a cu poriunea cilindric de grosime egal cu grosimea corpului; b cu trecerea continu de la
grosimea corpului la grosimea fundului.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
17/56
Fig. 7.8 Fundurile conice:a, b, c neracordate; d racordate simple; e racordate combinat; f tronconice; g bitorice
Fundurile semisferice: forma semisferic asigur o stare de tensiuni minim, n
condiiile presiunii interioare, prin calcul rezultnd grosimi de rezisten mai mici dectpentru nveliul cilindric, necesitnd spaii de montare mai mari dect alte forme constructivgeometrice.
Fundurile elipsoidale (eliptice) sunt recomandate a fi utilizate la presiuni mari idiametre Di < 4000 mm (Di diametrul interior al recipientului). Aceste funduri suntcaracterizate prin coeficientul de elipticitate, ke = Di/2H. De valorile acestui coeficientdepinde intensitatea tensiunilor dezvoltate, ca i modul de repartizare al lor.
Fundurile sferice cu racordare toroidal (torosferice), cunoscute i sub denumirea nmner de cos, sunt realizate dintr-o calot sferic de raz R, racordat la o poriune cilindricde capt prin intermediul unei zone toroidale de raz r (fig. 7.4).
Fundurile sferice fr racordare sunt construite n dou variante, i anume: fie pentrunchiderea unui recipient cilindric la care se sudeaz (fig. 7.5 a i b), fie cu rol de capacdemontabil, caz n care este prevzut cu flane de legtur (fig. 7.5 c i d). Deoarece trecereade la corpul aparatului la fundul sferic neracordat este un puternic concentrator de tensiuni dencovoiere, zona de mbinare a fundului cu corpul se ntrete prin intermediul unor inele deconsolidare rigidizare (fig. 7.5 b). La recipientele care lucreaz la presiuni sub 0,7 bar itemperaturi mai mici de 1000C, aceste tipuri de funduri i capace sunt preferate celor plane.
Fundurile (capacele) plane sunt preferate pentru recipientele care funcioneaz lapresiuni i diametre mici, deoarece sunt ieftine i uor de realizat. Pentru diametre de 150550 mm sunt utilizate fundurile plane fr racordare (fig. 7.6 a), iar pentru diametre de 6003000 mm sunt recomandate fundurile plane fr racordare (fig. 7.6 b).
Fundurile plane pot fi realizate i cu racordare de tipul nedemontabil (fig. 7.7), eleasigurnd condiii mai bune de lucru pentru cordonul de sudur, fa de cele neracordatesudate.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
18/56
Fundurile conice sunt utilizate la recipientele verticale pentru ca scurgerea s se facn condiii linitite, fr agitare, ceea ce constituie o necesitate, de exemplu, n cazuldecantrii, cnd dintr-un aparat trebuie s se elimine materiale pulverulente sau lichide cu unmare coninut de substane solide.
Din punct de vedere constructiv se deosebesc:
funduri conice neracordate (fr bercluire), utilizate la presiuni mici, n general sub 0,1MPa (fig. 7.8 a, b, c); funduri conice racordate (bercluite sau cu zon toroidal), care pot fi:- simple (fig. 7.8 d);- combinate (fig. 7.8 e).
funduri cu zone tronconice (fig. 7.8 f) sau bitorice (fig. 7.8 g), utilizate n cazul aparatelorde tip coloan cu zone de diametre diferite (de exemplu coloanele de distilare n vid), ntronsoanele de reducere a diametrului.
Fundurile conice de diametre mici se construiesc dintr-o singur bucat, prin vluireconic (fundurile conice neracordate i zona conic a celor racordate) i sudur pegeneratoare.
Fundurile conice de diametre mari se construiesc din segmeni (mai ales zona toroidal).
7.3. CALCULUL ELEMENTELOR RECIPIENTELOR CU PERETESUBIRE
7.3.1. Solicitrile recipientelor sub presiune
La calculul de dimensionare i verificare a elementelor componente recipientelor subpresiune se iau n considerare urmtoarele solicitri: solicitri datorate presiunii, care pot fi:
- interioar, manometric sau hidrostatic;- exterioar propriu-zis (la aparatele cu manta dubl) sau datorit vacuumului din
interior (de exemplu la coloanele de distilaie n vid). solicitri speciale provenite din:
- sarcini masice (mediu tehnologic i greutatea proprie);- sarcini accidentale, n general sarcini climatice cum ar fi solicitrile eoliene
(importante la recipientele care ofer o suprafa transversal mare aciunii vntului,cum ar fi coloanele);
- sarcini extraordinare, n general seismice, la recipientele nalte i zvelte (de exemplu lacoloane).
solicitri diverse cum ar fi:- solicitri locale datorate rezemrii pe suporturi sau mpingerii axiale din conductele
calde de interconectare ale recipientelor;- solicitri dinamice de rezonan;- solicitri provenite din explozii, detonaii etc;- solicitri datorit mpingerii pmntului la recipientele ngropate.
La proiectarea unui recipient sub presiune trebuie analizat care solicitare estepredominant i eventual fcut o nsumare a efectelor solicitrilor.
De exemplu, n cazul unui recipient cilindric orizontal sau sferic de presiune mare,predominant este solicitarea din presiunea interioar, iar n cazul aparatelor de tip coloan,predominante sunt solicitrile masice, eoliene i eventual seismice, care trebuiesc nsumate.
n cadrul capitolului de fa se consider, n general, numai solicitrile din presiuneainterioar.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
19/56
7.3.2. Noiunea de membran i teoria de membran
Membranele sunt corpuri delimitate de dou suprafee foarte apropiate, deci degrosime foarte mic.
Membranele sunt, deci, nveliuri cu perei subiri.Clasificarea membranelor se poate face dup urmtoarele criterii: dup natura lor:
- naturale, cu grosimea n general neuniform (de exemplu coaja unui pepene, coaja deou etc.);
- tehnice, cu grosimea constant sau variabil dup anumite legi. dup tip:
- nchise (exemplul la recipiente);- deschise ce se pot obine prin secionarea oricrei membrane nchise. dup form:
- simetrice, n general cu simetrie axial sau de revoluie (majoritatea membranelortehnice);- asimetrice.
Elementele caracteristice ale membranelor sunt: suprafaa median, care reprezint locul geometric al punctelor echidistante fa de cele
dou suprafee (exterioar i interioar); grosimea membranei, care reprezint distana pe normal dintre suprafaa interioar i cea
exterioar; razele principale de curbur ale suprafeei mediane care au valori extreme.
Majoritatea membranelor tehnice prezint simetrie, n general, de revoluie.Din punct de vedere al rezistenei, membranele au proprieti foarte bune; ele sunt
capabile s preia numai tensiuni normale i teoretic nu pot prelua deloc tensiuni de ncovoiere(din cauza grosimii foarte mici).
Acesta este modul cel mai simplu de a trata problema nveliurilor tehnice de revoluie(rotaie), ca pe nite membrane, solicitate numai la traciune sau, cum se mai spune, n teoriade membran sau teoria fr momente.
7.3.3. Ecuaiile nveliurilor de revoluie (rotaie) cu perei subiri ncrcatesimetric n teoria de membran
Considernd un nveli de revoluie (fig. 7.9, a), a crui geometrie este definit de:
s1 grosimea de rezisten a nveliului; 00 axa nveliului; curbele meridian sunt definite de interseciile nveliului cu plane ce conin axa 00; curbele paralel sunt definite de intersecia nveliului cu plane normale la axa 00; 01 centrul de curbur al unui meridian n punctul P; 02 centrul de curbur al unui paralel n punctul P; R1 prima raz principal de curbur n P; R2 a doua raz principal de curbur n P
Se detaeaz un element de nveli prin dou plane paralele i dou plane meridiane(fig. 7.9 a,b). Pe suprafeele de secionare ale elementului de nveli detaat, se introduc
forele de legtur care sunt normale pe suprafeele respective.Se noteaz tensiunile principale:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
20/56
x tensiunea orientat dup meridian; - tensiunea orientat dup paralel.Fora din presiune acioneaz dup normala din centrul elementului.Ecuaia de echilibru (ecuaia de proiecie) dup normala din centrul elementului este:
dxdRpRdx
dRsd
dxRsx 212111 2
sin22
sin2 =+
(7.2)ntruct unghiurile dx i d sunt foarte mici, se pot aproxima:
22sin
dxdx i
22sin
dd .
mprind ecuaia (7.2) cu R1R2dxd , se obine ecuaia:
121s
p
RR
x =+
(7.3)
care reprezint ecuaia lui Laplace, fundamental n calculul recipientelor cu perei subiri.
7.3.4. Calculul de dimensionare i verificare pentru mantale cilindrice
Pentru recipientele cu perete subire
2,1
i
e
D
D, calculul de dimensionare pentru
mantaua cilindric se face pe baza teoriei de membran considerndu-se mantaua ca fiind unnveli de rotaie, avnd profilul determinat de o curb meridian, seciunile transversale peaxa longitudinal fiind cercuri.
Fig. 7.9 Schemele de calcul pentru stabilirea ecuaiei de echilibru:a- mrimile geometrice principale ale suprafeei mediane; b elementul de structur; c schem de calcul
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
21/56
Fig. 7.10 Schema de calcul a mantalelor cilindrice
Considernd un element din mantaua recipientului (fig. 7.10), separat la o distan
destul de mare de sistemul de rezemare sau de mbinarea fund-manta, aplicnd ecuaia luiLaplace (7.3), n care:
x tensiunea orientat dup direcia meridional, n N/m2; - tensiunea orientat dup paralel (direcia inelar sau tangenial), n N/m2;R1 raza de curbur pentru meridian, n m;R2 raza de curbur pentru paralel, n m;
p presiunea interioar, n N/m2;s1 grosimea de rezisten a peretelui recipientului, n m.Mantaua cilindric este caracterizat prin aceea c are raza de curbur pentru meridian
infinit, iar cea pentru paralel (circumferenial) constant i egal cu raza medie a mantalei.
1
R a)
22
mm
DRR == b)
unde: Dm diametrul mediu al nveliului, n m.Mantaua recipientului se afl n stare plan de tensiuni, x i fiind tensiunile
principale. A treia tensiune principal, pe direcia normalei, este R = -p la suprafaainterioar i R = 0, la cea exterioar. ntruct recipientele sub presiune cu perei subiri seconstruiesc pentru presiuni relativ mici (maxim civa MN/m2), Rse neglijeaz.
innd seama de relaiile (7.4), din relaia (7.3), rezult:
12s
Dp m= (7.5)
Scriind ecuaia de proiecii pe axa recipientului (fig. 7.11) se obine:
(7.4)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
22/56
Fig. 7.11 Schema de calcul pentru determinarea tensiunii dup direcia meridional
1
2
4sDpDF
mxmax
== (7.6)
14s
pDmx =
(7.7)Aplicnd teoria a III-a de rezisten (teoria tensiunilor tangeniale maxime), rezult:
( )tat
aech sauf = minmax (7.8)Deoarece:
max = a)i (7.9)
min = R= -p 0 b)
Pentru mantalele realizate prin sudur, condiia de rezisten va fi:t
a
m
fs
pD
= 12 sau ( )t
a (7.10)
n care: - coeficientul de rezisten al mbinrii sudate;t
af sau ta - tensiunea admisibil a materialului de construcie, calculat pentru
temperatura de calcul.Din relaia (7.10), grosimea de rezisten a mantalei cilindrice este:
t
a
m
f
pDs
=
21 (7.11)
Dac se ia n consideraie procesul de coroziune i procedeul de fabricaie al virolelormantalei, relaia de calcul a grosimii de proiectare a mantalei va fi:
212
ccfpDst
a
m
p ++=
(7.12)
unde: c1 adaosul pentru pierderi de grosime, datorate coroziunii i eroziunii, n m, exprimatprin expresia:
Scwc =1 (7.13)wc viteza de coroziune, n m/an, determinat n funcie de grupa de rezisten la
coroziune din care face parte materialul de construcie;c2 adaosul de rotunjire, a crui valoare este egal sau mai mare dect tolerana n
minus la grosime a tablelor, n m.Pentru a trece de la relaia (7.12), care cuprinde diametrul mediu al mantalei (Dm), la
relaii ce cuprind diametrul interior (Di) sau diametrul exterior (De) al mantalei cilindrice, seine seama c:Di = Dm s1 a)De = Dm + s1 b)
iar expresiile grosimii de proiectare n funcie de D i i De vor fi (dup teoria a III-a derezisten):
212
ccpf
pDs
t
a
ip
++
=
a)
212
ccpf
pDs
t
a
e
p +++=
b)
Verificarea mantalei recipientului la presiunea de prob hidraulic se face cu relaia:
(7.14)
(7.15)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
23/56
( )t
a
p
piph
ef fccs
ccsDp
+
=21
21
2(7.16)
7.3.5. Calculul fundurilor semisferice
Deoarece nveliul sferic este caracterizat prin aa-numita simetrie sferic, rezult c:
2
m
mx
DRRR === a)
14 f
m
xs
pD== b)
Aplicnd teoria a III-a de rezisten i considernd c fundul este sudat, grosimea derezisten a fundului semisferic va fi:
t
a
mf
f
pDs
41= (7.18)
unde: Dm diametrul mediu, n m;p presiunea de calcul a recipientului, n N/m2; - coeficientul de rezisten al mbinrii sudate;
t
af sau ta - tensiunea admisibil a materialului de construcie determinat pentru
temperatura de calcul, n N/m2.Pentru a trece de la relaia (7.18), care cuprinde diametrul mediu al fundului (Dm), la
relaii ce cuprind diametrul interior (Di) sau diametrul exterior (De) al fundului semisferic, seine seama c:
1fmisDD = a)
1fmesDD += b)
iar expresiile grosimii de rezisten a fundului semisferic vor fi:
pf
Dps
t
a
if
=
41a)
pf
Dps
t
a
ef +
=
41b)
Grosimea de proiectare a fundului semisferic va fi:
214
ccpf
pDs
t
a
ip
f ++=
a)
214 ccpf
pD
s ta
ep
f +++= b)Presiunea maxim de lucru a fundului semisferic se determin cu relaia:
( )1
1
max
4
csD
csfp
p
fi
p
f
t
a
+
=
(7.22)
7.3.6. Calculul fundurilor elipsoidale (eliptice)
Forma (semi)elipsoidal este caracterizat prin raportul semiaxelor Di/2H, (fig.
7.12), numit coeficient de elipticitate.
(7.17)
(7.19)
(7.20)
(7.21)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
24/56
H
Dk ie
2= (7.23)
Valorile coeficientului de elipticitate sunt cuprinse ntre 1,25 3,5. n cazul n care ke= 2,0, starea de tensiuni n fundul elipsoidal este aproximativ egal cu cea de la montareacilindric.
Datorit formei geometrice, n condiiile presiunii interioare, fundul elipsoidal aretendina de a se calibra, adic de a trece la forma sferic, fapt ce face ca n calculul derezisten a fundurilor elipsoidale s se in seama de momentele ncovoietoare dezvoltate defenomenul de calibrare.
Fig. 7.12 Fundul elipsoidal
De aceea, relaiile de calcul pentru fundurile elipsoidale se obin din relaiile stabilitela mantalele cilindrice afectate de un coeficient de form ( ):
( )226
1ek+= (7.24)
Considernd relaiile (7.15) i innd seama de coeficientul de form dat de (7.24), seobin expresiile de calcul a grosimii de proiectare a fundului de form elipsoidal, aplicndteoria a III-a de rezisten:
212
ccpf
pDs
t
a
ip
f ++=
a)
212
ccpf
pDs
t
a
ip
f +++
=
b)
Presiunea maxim de lucru a fundului elipsoidal se determin cu relaia:( )
1
1
max
2
csD
csfp
fi
p
f
t
a
+
=
(7.26)
7.3.7. Calculul fundurilor sferice cu racordare toroidal (torosferic)
(7.25)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
25/56
Dac la fundul cu profil eliptic caracteristic era variaia continua a razelor de curbur,la fundul sferic cu racordare toroidal, caracteristic este variaia brusc a curburii, astfel czona toroidal este o zon de concentrare a tensiunilor (concentrarea tensiunilor se atenueazcu ct valoarea r/R, crete).
Fig. 7.13 Fund sferic cu racordare toroidal (torosferic sau mner de co)
Pentru calculul grosimii de rezisten se trateaz ca un nveli sferic de raz R, corectatde coeficientul de form ks, rezultnd urmtoarele relaii pentru calculul grosimii de proiectarea fundului sferic cu racordare toroidal:
214
ccpf
kpDs
t
a
sip
f++
=
a)
214
ccpf
kpDs
t
a
sip
f +++
=
b)
Coeficientul de form ks se determin funcie de raportul H/Di, din nomogramareprezentat n figura 7.14.
Fig. 7.14 Nomogram pentru determinarea coeficientului de form ks
Presiunea maxim de lucru a fundului sferic cu racordare toroidal (torosferic) sedetermin cu relaia:
(7.27)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
26/56
( )1
1
max
4
cskD
csfp
p
fsi
p
f
t
a
+
=
(7.28)
Elementele geometrice caracteristice ale fundurilor sferice cu racordare toroidal(torosferice) sunt:
= 26270
= 64630
R = 0,9Dir = (0,210,19)R
Observaie:Fundurile de form elipsoidale (eliptice), solicitate la presiune interioar lucreaz mai
bine dect cele sferice cu racordare toroidal (torosferice) datorit variaiei continue a razei decurbur, tensiunile de ncovoiere fiind mai mici.
7.3.8. Calculul fundurilor sferice fr racordare
Sunt folosite n dou variante constructive: funduri sferice nentrite (fig. 7.15) ifunduri sferice ntrite (fig. 7.16) cunoscute i sub numele de capace tip taler.
Fundurile sferice nentrite nu sunt admise n construcia recipientelor ce lucreaz la opresiune manometric de regim mai mare de 0,07 MPa sau la o presiune hidrostatic de regimmai mare de 0,1 MPa.
Fig. 7.15 Fund sferic fr racordare nentrit
Grosimea de proiectare a fundului sferic fr racordare nentrit, se determin curelaia:
212
6,5cc
pf
pRs
t
a
p
f ++=
(7.29)
n care: p presiunea de calcul, n N/m2;R raza de curbur, n m.n general R = Di.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
27/56
Fundurile sferice neracordate ntrite prin flane.
Fig. 7.16 Tipuri de funduri sferice fr racordare ntrite prin flane.
innd seama de notaiile din figura 7.17, grosimea de proiectare a calotei sferice sepoate calcula cu relaia [41]:
212
5cc
f
pRs
t
a
c
p++
=
(7.30)
Fig. 7.17 Schema de calcul a capacelor sferice neracordate ntrite cu flaneiar grosimea de proiectare a flanei este [51]:
( )( )
+
++=20
1
122 ;maxaf
mm
fDDD
MDDkJFFh (7.31)
cu condiia ca: cpsh
n care:
( )DDfDRpD
Ft
af
=1
22
8
4a)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
28/56
21
21
DD
DD
Df
MkJ
t
af
rm
+
= b) (7.32)
( )hdn
Dkm +
=2
2 c)
d diametrul nominal al uruburilor;n numrul de uruburi;Mr momentul ncovoietor total pe flan n condiii de regim, n N m, [51];Mm momentul ncovoietor pe flan n condiii de strngere (montaj), n N m, [51].
7.3.9. Calculul fundurilor (capacelor) plane
Fundurile plane cu i fr racordare se utilizeaz la recipientele la care presiunea delucru este mic sau atmosferic.
Fundurile plane cu racordare (fig. 7.7) sunt mai scumpe, ns asigur condiii de lucrumai bune pentru custura sudat dect cele plane neracordate (fig. 7.6).
Grosimea de proiectare a fundurilor plane, circulare, cu excepia celor care au i rol deflan se calculeaz [51] cu urmtoarea relaie:
21
0
8 ccf
pD
k
ks
t
a
c
p
f ++= (7.33)
n care: k 0 coeficientul de slbire pentru funduri cu guri, [51];k8 factor de form ai fundului, [51];Dc diametrul de calcul, conform figurilor din [51]
7.3.10. Calculul fundurilor conice.
Cazul fundurilor conice fr racordare.n funcie de condiiile concrete de lucru, recipientele cu fund conic neracordat (fig.
7.8 a, b, c) pot fi calculate la urmtoarele trei tipuri de solicitri: numai la presiune manometric; numai la presiune hidrostatic dat de nlimea coloanei de lichid din recipient; la presiune hidrostatic i la presiune manometric.
n primul caz, al recipientelor ce lucreaz numai la presiune manometric, orice punctde pe suprafaa a nveliului conic se poate considera c face parte din suprafaa unui cilindruechivalent de raz Rx (fig. 7.18).
cos
x
x
rR = (7.34)
Aceast raz este maxim pentru punctul A i are valoarea:
cos2mDR = (7.35)
unde: Dm diametrul suprafeei mediane a mantalei, n m; - semiunghiul conului.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
29/56
Fig. 7.18 Schema de calcul pentru fundul conic fr racordare
Diametrul de calcul D al cilindrului echivalent se va determina cu relaia:
cos2 m
DRD == (7.36)
Din relaiile de calcul de dimensionare pentru mantalele cilindrice, aplicnd teoria aIII-a de rezisten (7.12 i 7.15), rezult pentru grosimea de proiectare a fundului conicneracordat solicitat la presiune manometric relaiile:
21
cos2
cc
f
pDs
t
a
mp
f ++=
a)
21cos2
ccpf
pDs
t
a
ip
f ++=
b) (7.37)
21cos2
ccpf
pDs
t
a
ep
f +++=
c)
n care: p presiunea interioar a gazului sau aburului, n N/m2.Presiunea maxim de lucru a fundului conic neracordat se determin cu relaia:
( )21
21
max
cos2
ccsD
ccsfp
p
fi
p
f
t
a
+
=
(7.38)
Aceste relaii se pot aplica pentru < 60.Pentru = 0, cos = 1, se obin relaiile de calcul de la mantalele cilindrice.Pentru < 300, se pot utiliza cu aproximaie relaiile de la mantalele cilindrice.Pentru = 900, cos = 0, teoria de membran nu se mai poate aplica, deoarece n
acest caz, fundul a devenit o plac supus la ncovoiere.Pentru > 800, se pot utiliza relaiile de la plcile circulare.n al doilea caz, att mantaua cilindric, ct i fundul conic, sunt solicitate de presiunea
hidrostatic dezvoltat de coloana de lichid. Relaiile de calcul pentru grosimea de proiectarea fundului conic neracordat [41], sunt:
21
1
cos2cc
f
Dghs
ta
mp
f ++
=
a)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
30/56
21
1
1
cos2cc
ghf
Dghs
t
a
ip
f ++
=
b) (7.39)
21
1
1
cos2cc
ghf
Dghs
t
a
ep
f +++
=
c)
n care: - masa specific a lichidului, n kg/m3;g acceleraia gravitaional, n m/s2;h1 nlimea maxim a lichidului n poriunea cilindric a recipientului, n m;Dm diametrul suprafeei mediane a mantalei, n m.n cazul al treilea, cnd n recipientul echipat cu fund conic fr racordare se afl att
presiune manometric ct i presiune hidrostatic, pentru calculul fundului conic frracordare se echivaleaz presiunea manometric n nlime echivalent de coloan de lichid,n m:
g
phe
= (7.40)
iar calculul grosimii de proiectare a fundului conic se face cu aceleai relaii ca la cazulanterior, n care n locul nlimii h1 se introduce nlimea H, n m, dat de relaia [41]:
H = he + h1 (7.41)
Cazul fundurilor conice racordate.
n cazul fundurilor conice racordate la mantaua cilindric printr-o poriune toroidal,grosimea de proiectare se calculeaz att pe baza tensiunilor meridionale de ncovoiere din
poriunea toroidal, ct i pe baza tensiunilor inelare de ntindere din zona de diametru Dc (fig.7.19).
Fig. 7.19 Schema de calcul a fundurilor conice cu racordarePe baza tensiunilor meridionale de ncovoiere din zona toroidal, grosimea de
proiectare a fundului [41] este:
2141 ccpf
ypD
s ai
ip
f ++= (7.42)n care: p presiunea interioar din recipient, n N/m2;
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
31/56
Di diametrul interior al mantalei cilindrice, n m;y coeficient de form care se poate determina din nomograma din fig. 7.20;fai tensiunea admisibil a materialului la solicitarea static de ncovoiere.
Fig. 7.20 Grafic pentru determinarea coeficientului de form y
Pe baza tensiunilor inelare de ntindere din zona de diametru Dc (fig. 7.19), grosimeade proiectare a fundului conic cu racordare toroidal [21] este:
21cos22
ccpf
pDs
t
a
cp
f ++=
(7.43)
n care: taf - tensiunea admisibil a materialului la solicitarea static de ntindere, nN/m2.
Dintre valorile obinute cu relaiile (7.42 i 7.43), se adopt valoarea cea mai mare,determinndu-se grosimea de proiectare a fundului conic cu racordare cu relaia:
( )p
f
p
f
p
f sss 21 ,max= (7.44)Observaie:
Pentru r se recomand [14] r 0,06 Di, dar, n cazul general r = 0,15 Di.
7.4. CALCULUL RECIPIENTELOR SUPUSE LA PRESIUNE EXTERIOAR
7.4.1. Consideraii generale. Diagrama caracteristic de stabilitate.
Sunt situaii cnd o serie de aparate sunt supuse la o presiune exterioar cum ar ficazul coloanelor de distilare sub vacuum, aparatele prevzute cu manta dubl,condensatoarele barometrice etc.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
32/56
n aceste cazuri, tensiunile care apar n nveliurile recipientelor respective sunt decompresiune i pot produce deformarea acestora, adic poate apare fenomenul de pierdere astabilitii.
Stabilitatea este proprietatea unui sistem de a-i pstra forma, poziia sau starea iniialsau de a reveni la forma, poziia sau starea iniial cnd este deranjat din acestea.
Asigurarea stabilitii unei structuri presupune limitarea deformaiilor ce pot apare nurma condiiilor de exploatare, sub o valoare admisibil, ca i asigurarea poziiei iniiale aaparatului (nveliului), dac poziia intermediar deranjeaz funcionarea. Sarcina(ncrcarea) la care un nveli trece din forma, poziia sau starea iniial considerate deechilibru ntr-o form, poziie sau stare distorsionat estesarcina critic.
n figura 7.21 sunt reprezentate cteva forme teoretice de pierdere a stabilitii. Unnveli cilindric solicitat la presiune exterioar axial simetric i uniform repartizat, p e = pecr,i pierde stabilitatea formnd un numr de ondulaii inelare (fig. 7.21, a); solicitat de o foraxial F = Fcr formeaz ondulaii n lungul generatoarei (fig. 7.21,b); solicitat de unmoment ncovoietor Mi = Micr, formeaz ondulaii n lungul generatoarelor solicitate lacompresiune (fig. 7.21 c); solicitat cu un moment de torsiune Mt = Mtcr formeaz ondulaii
elicoidale. Pierderea stabilitii se poate produce i local (fig. 7.21 d) ca urmare a solicitrii decompresiune.
Pe baza sarcinilor critice se calculeaz sarcinile admisibile:
presiunea exterioar admisibils
crae
c
pp =, a)
fora axial admisibils
cr
ac
FF = b)
momentul ncovoietor admisibils
i
aic
MM cr=
, c)
momentul de torsiune admisibils
taat
cMM =, d)
Sarcina efectiv pe, F, Mi sau Mt , n cazul n care fiecare acioneaz singur, trebuie sfie inferioar sarcinii admisibile:
pe pe,a a)F Fa b)Mi Mi,a c)Mt Mt,a d)
(7.45)
(7.46)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
33/56
Fig. 7.21 Forme de pierdere a stabilitii nveliurilor cilindrice (a c) i sferice (d)
Comportarea unui nveli din punct de vedere al stabilitii poate fi urmrit pediagrama caracteristic a stabilitii (fig. 7.22) care red dependena dintre sarcina aplicat, P
(care poate fi p, F, M i sau Mt) i deformaia de ncovoiere exprimat prin valoarea deplasriiradiale, r. Deplasrile r spre centrul de curbur (interiorul nveliului) se consider
pozitive i negative, cele ndreptate spre exteriorul nveliului.Se presupune nti un nveli cilindric, cu o form geometric perfect, ncrcat cu o
sarcin axial simetric i uniform repartizat n domeniul elastic i c solicitarea static aacesteia se face astfel nct starea de tensiuni corespunde riguros situaiei fr moment. Dacse mrete lent sarcina P, se constat c pn la o valoare Pcr,s a sarcinii, deformaia radialeste nul, r = 0; la atingerea valorii Pcr,s are loc trecerea nveliului, prin salt, din poziia deechilibru stabil n punctul A (fig. 7.22, a) ntr-o nou poziie de echilibru stabil, n punctul B,cruia i corespunde o deplasare finit rs. n continuare, prin mrirea ncrcrii P, crete
deformaia radial, r, dup curba
BC . Curba
BC exprim dependena P - r n nouastare de echilibru: ea caracterizeaz comportarea postcritic a structurii. Dac din punctul C
ncepe descrcarea nveliului, dependena P - r urmrete curba
CBD . n punctul D,
corespunztor ncrcrii Pcr,i se produce un nou salt brusc ctre poziia de echilibru iniial,ajungndu-se n punctul F. Apoi, prin micorarea n continuare a ncrcrii P, se parcurge
poriunea
FO .
Saltul de la starea de dup pierderea stabilitii, la starea deechilibru iniial, are loc la un nivel energetic (corespunztor lui Pcr,i),inferior nivelului energetic din momentul pierderii stabilitii(corespunztor lui Pcr,s).
nveliurile reale nu sunt perfecte, ele au ntotdeauna imperfeciuni de stare, form,poziie, configuraie ( r 0), deci, n momentul iniial, starea, poziia, forma, configuraiarespectiv a acestora nu mai poate fi considerat fr moment. n aceste cazuri, o dat cucreterea lui P, crete i r, dup curba OA. n punctul A are loc saltul spre noua poziie deechilibru, B, corespunztoare deformaiei rs (fig. 7.22 a). Dup pierderea stabilitii, curba
caracteristic urmeaz traseul
''CB . La descrcare, echilibrul stabil corespunde curbei
''' DBC . n punctul D are loc saltul la o nou stare de echilibru, corespunztoare punctului
F.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
34/56
Fig. 7.22 Diagramele caracteristice de stabilitate
Dac pierderea stabilitii a avut loc n domeniul elastic, atunci nveliul poate reveni,la descrcare, aproximativ la forma iniial.
Abaterile iniiale de la forma geometric perfect duc n cazurile reale, la scderea
valorilor lui Pcr,s i Pcr,i, fa de valorile teoretice, corespunztoare nveliului perfect:scsc r
PP ,'
,
iicic r
PP,
', .
Curba P - r n realitate se abate de la forma teoretic reprezentat n figura7.22, a. n figura 7.22, b sunt redate cteva asemenea forme de curbe reale. Se observexistena punctului de bifurcaie, A1, care separ curba de dinaintea pierderii stabilitii de
curba care reflect comportarea de dup pierderea stabilitii,
11BA. Valoarea ncrcrii
critice reale Pcr,r este ntotdeauna mai mic dect Pcr,s. Curba primar
1OAeste caracterizat
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
35/56
de deformaii relativ mici, pe cnd curba secundar
11BAeste caracterizat de deformaii
mari.Dac nainte de pierderea stabilitii, nveliul este solicitat peste limita de
proporionalitate, curba primar nu este liniar, iar sarcina corespunztoare pierderii
stabilitii elasto-plastice Pcr,p, este mai mic dect cea corespunztoare pierderii stabilitiielastice, Pcr(fig. 7.22, d). Echilibrul, dup punctul de bifurcaie A1, poate fi stabil (fig. 7.22, c)sau labil (fig. 7.22, b).
Pcr,s reprezint ncrcarea critic superioar i ea este cea mai mare valoare a lui P pnla care starea de echilibru iniial este stabil n mic (adic n raport cu strile de echilibrunvecinate).
Pcr,i reprezint ncrcarea critic inferioar i este acea valoare a lui P pn la carestarea de echilibru iniial este stabil n mare (adic este singura stare de echilibru).
Stabilitatea nveliului este asigurat dac P < Pcr,i (vezi fig. 7.22).
7.4.2. Lungimea de calcul i lungimea critic a nveliurilor cilindrice supuse
presiunii exterioare
Pentru stabilirea ecuaiilor caracteristice de stabilitate, membranele cilindrice suntgrupate n dou categorii: membrane cilindrice circulare scurte; membrane cilindrice circulare lungi.
Categorisirea mantalelor cilindrice supuse presiunii exterioare se face prin compararealungimii critice de voaloare Lcrcu lungimea de calcul Lc.
Lungimea critic de voaloare este definit ca fiind lungimea de influen pentruefectele de capt (efect de contur), reprezentnd lungimea semiundei sub care nveliul i va
pierde stabilitatea. Teoretic, expresia lui Lcr se stabilete prin egalarea relaiilor pentru pcr,corespunztor nveliurilor scurte cu expresia lui pcr, corespunztor nveliurilor lungi.
Experimental, pentru 0 1,00 0 9 7,0 1 m
D
s, s-a gsit expresia [16]:
1s
DkDL mcr = (7.47)
n care: Lcr lungimea critic de voaloare, n m;
Dm diametrul mediu al nveliului;s1 grosimea de rezisten a nveliului la sfritul perioadei de funcionare, n m.Lungimea de calcul se stabilete n funcie de soluia constructiv a structurii
respective.Din figura 7.23 se constat c dac diferitele elemente de rigidizare separ membrana
pe lungime n panouri de lungimi inegale, atunci drept lungime de calcul (Lc) se considerlungimea celui mai mare panou. Pentru mantalele cilindrice prevzute cu funduri bombate,ntruct acestea sunt de asemenea, elemente de rigidizare, prin convenie, drept ultimseciune rigidizat se consider seciunea aflat - n raport cu extremitatea fundului - la 2/3 dinnlimea fundului bombat. n acest caz, lungimea de calcul va fi:
HLLc3
21 +=
(7.48)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
36/56
n care: L1 lungimea zonei cilindrice, n m;H nlimea fundului bombat, n m.n cazul figurii 7.23, a, lungimea de calcul este:
Lc = max (L1, L2, L3) (7.49)Iar n cazul figurii 7.23, b:
31
hLLc += (7.50)
n care: L1 este lungimea zonei cilindrice, n m.
Fig. 7.23 Stabilirea lungimii de calcul n cazul recipientelor sub presiune
n cazul figurii 7.23, c, lungimea de calcul se adopt ca fiind:( )
1
'
1max LsiLLc = (7.51)
Cunoscnd i comparnd lungimea critic de voalare cu lungimea de calcul rezult:
Lc > Lcr nveliul cilindric se trateaz din punct de vedere al calculului, la stabilitate caun nveli lung supus la presiune exterioar;
Lc < Lcr nveliul cilindric este scurt.
7.4.3. Calculul nveliurilor cilindrice lungi supuse la presiune exterioar
Pentru nveliurile cilindrice lungi, condiiile de contur nu influeneaz asuprapresiunii critice. n consecin, relaia presiunii critice trebuie s fie aceeai cu aceea a unui
inel circular de lime unitar, n care modulul de elasticitate, E, se nlocuiete cu ( )21 E
.
Se obine urmtoarea relaie pentru presiunea exterioar critic minim de pierdere astabilitii, sub un numr minim de unde:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
37/56
( )3
1
214inf
=
m
p
crR
csEp
(7.52)
n care: E modulul de elasticitate al materialului, n N/m2;sp grosimea de proiectare a mantalei, n m;
c1 adaosul de coroziune, n m;Rm raza medie a mantalei, n m; - coeficientul contraciei transversale (coeficientul lui Poisson).Relaia (7.52) este valabil cu urmtoarele condiii:
tensiunea inelar critic:
( ) cmp
p
mc r
c rR
csE
cs
Rp
=
=
2
1
2
1 14
i n f (7.53)
lungimea de calcul a nveliului:Lc> 16(Rm + sp c1) a)
ovalizarea %5,0100minmax
=
nD
DDa b)
Pentru proiectare, condiia de verificare la stabilitate este:
s
cr
aec
ppp
cr
inf= (7.55)
n care: cs este coeficientul de siguran la stabilitate, care pentru mantalele cilindriceavnd [41] valorile cs = 2,66,5.
Considernd condiia de verificare la stabilitate (7.55) i expresia presiunii criticeminime (7.52), rezult:
( )3
1
214
m
p
s
eR
cs
c
Ep
(7.56)
( )3
2
1
14
E
cpRcs semp
(7.57)
Grosimea de proiectare a mantalei, neinnd seama de lungimea de calcul:
( )1
3
214
cE
cpRs semp +
=
(7.58)
Dac sp calculat cu relaia (7.58) este foarte mare, soluia este neeconomic i atuncipe manta se prevd inele de rigidizare.
n cazul n care, conform relaiei (7.52) se obine cr> c, se recomand utilizarearelaiei [16]:
( )
+
=
1
221
1cs
R
E p
mc
ccr
(7.59)
din care, pe baza dependenei lui crde pcr inf, se obine:
(7.54)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
38/56
( )
+
=
1
2
1
211
inf
cs
R
E
R
csp
p
mc
c
m
p
cr
(7.60)
7.4.4. Calculul nveliurilor cilindrice scurte supuse la presiune exterioar
Stabilirea relaiilor de calcul pentru presiunea critic minim la care un nveli scurt i-ar pierde stabilitatea, se face pe baza bilanului energetic conform cruia energia potenialtotal nmagazinat de nveli, datorit ncrcrii exterioare s fie egal cu diferena dintrelucrul mecanic efectuat la deplasarea punctelor suprafeei mediane a nveliului i lucrulmecanic efectuat de deplasarea punctelor de aplicaie a presiunii.
Studiind analitic un nveli cilindric scurt (Lc< Lcr) i acceptnd ipoteza c nveliuleste articulat la extremiti, Mises a obinut pentru presiunea critic de pierdere a stabilitiirelaia [16]:
( )
( )
( ) ( )
( )
++
+
=22
4222
14
222
1
112
1min
m
p
m
p
cr
R
nNcsN
nNR
csEp
(7.61)
n care s-a notat:
c
m
L
RN
=
+=
),2 4.7.(,2
) ;,2 4.7.(,
22
2
bf i ga l am u l t i l a t e r as o l i c i t a r ep e n t r uN
n
af i gl a te r a lap r e s i u n ec us o l i c i t a r ep e n t r un
Relaia (7.61) este aplicabil n cazul pierderii stabilitii n domeniul elastic, cndsunt ndeplinite condiiile:
c
p
mc r
c rcs
Rp
=
1
m i n(7.62)
%5,0100minmax
=
nD
DDa (7.63)
Numrul de ondulaii, n, se alege astfel nct pcr min s fie minim (calculat prinaproximaii succesive). Se calculeaz nti [16]:
=
1
2
8 2* 1773,2cs
R
L
Rn
p
m
c
m (7.64)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
39/56
a) b)
Fig. 7.24 Schema solicitrii unui nveli cilindric, cu presiune exterioar:a lateral; b multilateral
Pentru = 0,3:
4
2
1
* 74,2
=
c
m
p
m
L
R
cs
Rn (7.65)
Se traseaz apoi diagrama pcr min = f(n) i se efectueaz calculele pentru n 1; n; n + 1etc., n care n reprezint valoarea ntreag a lui n* obinut din relaia (7.65).
Fig. 7.25 Grafic pentru stabilirea presiunii critice minime
Dac: pcr1> pcr0< pcr2, atunci pcr0 = pcr min, i condiia de verificare la stabilitate este:
s
c r
aec
ppp
c r
m i= (7.66)
Dac: pcr1> pcr0> pcr2, se calculeaz presiunea critic minim cu relaia (7.61) pentru n,n 2 i n + 2 .a.m.d. pn cnd se gsete graficul sub forma unei parabole (fig. 7.25).
7.5. RACORDURILE RECIPIENTELOR SUB PRESIUNE
7.5.1. Consideraii constructive
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
40/56
Conectarea recipientelor i utilajelor n liniile tehnologice ale instalaiilor se face prinintermediul racordurilor. Orice racord amplasat pe un recipient (aparat) tehnologic, poate aveauna dintre urmtoarele funcii: introducerea fluidelor n recipient, respectiv evacuarea lor, permind astfel utilizarea
recipientelor n procese continue; introducerea aburului de nclzire i a apei de rcire, respectiv evacuarea lor; asigurarea aerisirii recipientelor; racordarea la recipiente a armturilor ce deservesc recipientul: robinete, supape de
siguran, ferestre de observaie etc.; fixarea pe recipiente a aparatelor de msurat i control: termometre, manometre i
indicatoare de nivel.n general, racordurile sunt realizate dintr-un tu (eav) care se sudeaz pe
mantaua, fundul sau capacul recipientului, i dintr-o flan corespunztoare diametruluituului i presiunii din recipient (fig. 7.26).
Fig. 7.26 Elementele componente ale unui racord:a rigidizat cu flan plat; b cu flan cu gt, sudat n capul tuului: 1 tuul; 2
recipientul; 3 nervurile de rigidizare; 4 flan de legtur
Lungimea racordului, h, (fig. 7.26) trebuie meninut la limita inferioar care permiteintroducerea comod a uruburilor i piulielor i strngerea lor.
Racordurile destinate alimentrii cu substane puternic corozive sunt realizate astfelnct tuul s depeasc suprafaa interioar a recipientului.
n cazul n care spaiile de montare nu confer distanele necesare realizrii mbinrilor
demontabile prin flane, atunci se recurge la utilizarea racordurilor de tip bosaj (fig. 7.27).
Fig. 7.27 Racordurile de tip bosaj:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
41/56
a bosajul cu mbinare prin flane; b muf pentru sudarea evii; c muf pentru montarea prinnurubare a evii: 1 structura; 2 bosajul (muf); 3 eav.
n figura 7.28 sunt reprezentate diferite tipuri de racorduri.
e fFig. 7.28 Tipuri de racorduri:
a i b pe capac; c i d pe manta; e i f pe fund
Gurile de verificare i controln scopul facilitrii reviziei interioare a recipientelor, acestea sunt prevzute cu guri
pentru verificare. Nu este necesar prevederea acestora pe recipient n urmtoarele cazuri: diametrul interior al recipientului este mai mic de 400 mm, iar verificarea interioar se
poate face prin racordurile unor conducte demontabile; are orificii sau racorduri funcionale, care asigur o examinare interioar corespunztoare; exist funduri sau capace demontabile, cu diametrul cel puin egal cu diametrul unei guri
de verificare; este schimbtor de cldur cu fascicol tubular.
Tipul gurilor de verificare i dimensiunile recomandate ale acestora sunt prezentate ntabelul 7.1.
Amplasarea i numrul gurilor de verificare necesare ntr-un caz dat, se determin nconformitate cu [51].
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
42/56
Gurile de vizitare sunt prevzute i la aparatele dotate cu capace demontabile, daceste necesar controlul frecvent al interiorului aparatului, curirea la intervale scurte, reparareaunor amenajri interioare etc.
Tabelul 7.1
Gurile pentru verificarea recipientelor sub presiuneTipul gurii deverificare
Diametrul interiorminim, mm
nlimea maxim,mm
Caracterizare
Gur pentruexaminarevizual
50 50
Servete la creareacondiiilor de inspectarevizual a spaiilorinterioare tehnologice,fig. 7.30
Gur de mn 80 100Permite introducerea uneilmpi de control ninteriorul aparatului
Gur de vizitare 400 250Permite intrarea i ieireaunui om fr echipamentauxiliar, fig. 7.29
Gura de salvare 600 250
Permite intrarea i ieireaunui om mbrcat cuechipamentul de salvaresau de protecie.
Pentru nchiderea gurilor de vizitare sunt utilizate fie capace plane, fie capace bombate(fig. 7.29).
Dimensiunile i formele constructive ale gurilor de vizitare sunt prezentate n STAS5661/2-79 (pentru cele cu capac plan) i n STAS 5661/3-79 (pentru cele cu capac bombat).Diametrul interior al racordurilor amplasate pe elementele recipientelor cu rol
tehnologic, se determin, n general, pe baza unui calcul hidraulic, pe considerentetehnologice, adoptnd pentru fluidele tehnologice vehiculate vitezele optime recomandate[14].
Diametrul interior al unui racord este:
=Q
di4
(7.67)
n care: di este diametrul interior al racordului, n m;Q debitul de fluid vehiculat, n m3/s;
v viteza fluidului prin racord, m/s.
=
.,/)3 0. . .1 0(
;,/)2 0. . .1 0(
;,/)5,1. . .3,0(
a b u rp e n t r usm
a e rp e n t r usm
l i c h ip e n t r usm
v
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
43/56
Fig. 7.29 Guri de vizitare:a cu capac plan fix; b cu capac bombat fix; c cu capac bombat rabatabil; d cucapac plan rabatabil; e cu capac plan pivotant; f cu capac bombat pivotant; g cu capacplan rabatabil i cu deschidere rapid; h cu capac bombat pivotant i cu deschidere rapid.
a b
Fig. 7.30 Gur (fereastr) pentru examinare vizual:1 corpul sudat cu mantaua sau capacul recipientului n varianta a sau b; 2 capacul; 3 vizorul din sticl; 4 garniturile de etanare; 5 prezoanele; 6 piuliele; 7 uruburile.
Pentru diametre nominale mici folosite pentru racordarea manometrelor, indicatoarelor detemperatur, nivel etc., se utilizeaz mufe sudate (fig. 7.31).
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
44/56
Fig. 7.31 Muf
7.5.2. Consolidarea zonelor slbite prin practicarea orificiilor
Orice orificiu practicat pe o structur, indiferent de forma sa, produce un puternicconcentrator de tensiuni, constituind un iniiator de producere a fisurilor, mai ales n cazulrecipientelor (aparatelor) ce lucreaz la solicitri variabile (fig. 7.32).
Fig. 7.32 Concentrarea de tensiuni n jurul orificiului executat pe:a nveliul cilindric; b nveliul sferic
Deoarece efectul concentrrii de tensiuni se diminueaz la o distan egal cu razaorificiului (r = d/2) de la marginea acestuia, eficient este s se fac consolidarea zonei pe ofie ntins n jurul orificiului egal cu 2d.
Lungimea de calcul lc se determin cu relaia:
( )1
225,1 cs
dlc = (7.68)
Consolidarea zonelor slbite se realizeaz prin introducerea n interioruldreptunghiului de eficien ABCD a unei arii de metal suplimentare care s fie cel puin egalcu aria de metal ndeprtat prin practicarea orificiului. Cantitatea de metal suplimentar se
poate introduce prin ngroarea uniform a elementului slbit (soluie recomandat numai ncazul unor aparate de dimensiuni mici sau a celor strbtute de mai multe orificii), fie prinamplasarea n jurul orificiului a unor inele, care au rolul de a compensa aria de metal ce afost nlturat prin practicarea orificiului, fieprin ngroarea racordului n zona de influen.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
45/56
Fig. 7.33 Schema zonei de consolidare
Consolidarea zonelor slbite prin inele de consolidare este soluia preferat, datoritfaptului c asigur, pe de o parte, o distribuie uniform a tensiunilor, iar pe de alt parte, suntuor de realizat, neimplicnd probleme deosebite de montare.
Aplicarea consolidrii nu este necesar dac diametrul orificiului rmne sub valoarea[51]:
( )
=
11
1
1
lim875,02 ccsD
s
csd pi
p(7.69)
n care: sp grosimea de proiectare a nveliului, n m;s1 grosimea de rezisten a nveliului, n m;Di diametrul interior de calcul al elementului de recipient pe care se afl amplasat
orificiul, n m;c1 adaosul de coroziune, n m,
i dac distana d0 fa de orificiul cel mai apropiat ndeplinete condiia:( )
102 csDd
pi (7.70)Dac ns diametrul orificiului depete valoarea rezultat din relaia (7.69) sau/i
distana dintre acesta i orificiul cel mai apropiat nu ndeplinete condiia (7.70), atunci estenecesar consolidarea nveliului.
n cazul consolidrii zonelor slbite cu inele de consolidare (fig. 7.34), acestea se potamplasa la exteriorul nveliului (fig. 7.34, a), la interiorul nveliului (fig. 7.34,b) sau i lainterior i la exterior (fig. 7.34, c). Ultima soluie este cea mai avantajoas din punctual devedere al transmiterii fluxului de tensiuni, dar ridic probleme la amplasarea inelului deconsolidare la interiorul nveliului..
Frecvent, n construcia recipientelor este utilizat varianta din figura 7.34 a. Indiferentde varianta adoptat, inelele de consolidare trebuie s fie bine psuite pe forma geometric anveliului, pe care se aeaz, iar cordoanele de sudur dintre inele i nveli trebuieexecutate continuu i ptruns.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
46/56
Fig. 7.34 Consolidarea zonelor slbite prin practicarea racordurilor, folosind inele deconsolidare:
a inelul aplicat la exteriorul nveliului; b inelul aplicat la interior; c inelele amplasate peambele fee; 1 corpul recipientului; 2 racordul; 3 inelul de consolidare
Calculul consolidrii zonelor slbite cu inele de consolidare.
Fig. 7.35 Schema de calcul privind consolidarea zonelor slbite cu inele de consolidare
Considernd notaiile din figura 7.35, condiia de consolidare are expresia:A1 + A2 + A3 + A4 A0 (7.71)
n care: A0 aria de metal ndeprtat (decupat) din nveli pentru practicarea
orificiului racordului, n m
2
; A0 = (d + 2c1)(sm c1) (7.72)A1 aria suplimentar de metal introdus n zona dreptunghiului de consolidare
(eficien ABCD) prin adoptarea unei grosimi standardizate pentru nveli i introducereacoeficientului de rezisten al sudurii , n m2;
A1 = (d + 2c1)(sm c1)(1 ) (7.73)A2 aria suplimentar de metal introdus n zona de consolidare prin adoptarea,
pentru racord, a unei grosimi de eav standardizat, n m2;A2 = 2(sR c1 s0R)L1 (7.74)
n care: ( )( )111 225,1 cscdL R += (7.75) s0R este grosimea de rezisten a racordului, dat de relaia:
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
47/56
a
mR
f
pds
20
= (7.76)
dm diametrul mediu al racordului;A3 aria suplimentar de metal introdus n zona dreptunghiului de consolidare
(eficien ABCD), prin inelul de consolidare, n m2;A3 = [Di (d + 2sR)]si (7.77)
n care: Di diametrul inelului de consolidare, n m;si grosimea inelului, n m.A4 este aria suplimentar de metal, introdus n zona de consolidare prin petrecerea
racordului n interiorul nveliului, n m2;dac H L2, aria A4 se determin cu relaia: A4 = 2(H c1)(sR 2c1) (7.78)dac H L2, aria A4 se determin cu relaia: A4 = 2L2(sR 2c1) (7.79)
nlimea L2 se determin [28], cu relaia:( )( )
11225,0 cscdL R += (7.80)
Calculul consolidrii const, fie n adoptarea grosimii si a inelului de consolidare (egal,
n general, cu grosimea de proiectare a nveliului sau structuri pe care se amplaseazracordul) i determinarea diametrului inelului de consolidare Di prin verificarea condiiei (fig.7.71), fie n explicitarea grosimii si a inelului de consolidare, n funcie de celelalte elementedimensionale, aplicnd condiia (7.71), considernd cunoscut diametrul inelului deconsolidare Di.
Calculul consolidrii zonelor slbite prin ngroarea racordului.
Aa cum s-a menionat, consolidarea zonei slbite prin practicarea orificiului se poaterealiza i prin ngroarea peretelui racordului (fig. 7.36). Aceast soluie prezint urmtoareleavantaje: este mai ieftin din punct de vedere al execuiei dect construcia cu inele de consolidare; amplaseaz materialul de adaos tocmai n zona vrfurilor de tensiuni.
Considernd notaiile din figura 7.36, condiia de consolidare are expresia:A1 + A2 + A3 A0 (7.81)
n care: A0 aria de metal ndeprtat (decupat) din nveli, pentru practicareaorificiului racordului, dat de relaia (7.72), n m2;
A1 aria suplimentar de metal, introdus n zona dreptunghiului de consolidare(eficien ABCD), prin adoptarea unei grosimi standardizate pentru nveli i introducereacoeficientului de rezisten al sudurii, dat de relaia (7.73), n m2;
A2 suprafaa suplimentar de metal introdus prin ngroarea racordului, n m2:A2 = 2L1(sR s0R) (7.82)
A3 aria suplimentar de metal, introdus n zona de consolidare prin petrecerearacordului n interiorul nveliului, n m2:A3 = 2h(sR 2c1) (7.83)
Din condiia de consolidare (7.81) rezult grosimea ngroat a racordului sR, nfuncie de celelalte elemente dimensionale.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
48/56
Fig. 7.36 Schema de calcul privind consolidarea zonelor slbite prin ngroarea racordului
7.6. SUPORTURI PENTRU REZEMAREA RECIPIENTELOR
7.6.1. Generaliti. Clasificare.
Suporturile au rolul de a susine recipientele pe fundaii sau pe construcii metaliceportante. Tipul i mrimea suporturilor, ca i locul de amplasare al lor pe recipient, se adopt,de regul, n funcie de poziia de montare a recipientului i de dimensiunile de gabarit aleacestuia.
Din punct de vedere constructiv, suporturile folosite la rezemarea recipientelor se potgrupa n dou categorii de baz: suporturi pentru recipiente (aparate) verticale destinate rezemrii aparatelor montate n
poziie vertical. Avnd n vedere locul de montare a acestora la aparat, aceste tipuri de
suporturi se pot grupa n:o suporturi de suspendare laterale;o suporturi de rezemare de fund;o suporturi de tip virol fals (cilindric sau conic);o suporturi de tip inel.
suporturi pentru recipiente (aparate) orizontale destinate sprijinirii aparatelor montate npoziie orizontal. Dup construcia lor, aceste suporturi pot fi:
o suporturi tip a;o suporturi laterale pentru recipientele orizontale.
Suporturile se execut din oel-carbon, inclusiv pentru recipientele realizate din
material anticorosiv nalt aliat. n acest caz, ntre suport i elementul de recipient pe care se
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
49/56
amplaseaz suportul se prevede ntotdeauna o pies de ntrire confecionat din oelinoxidabil, urmnd ca suportul s se sudeze de placa de ntrire cu electrozi adecvai.
7.6.2. Suporturi pentru recipiente verticale
7.6.2.1 . Suporturi laterale (tip papuc)
Suporturile laterale servesc la montarea suspendat a recipientelor verticale, eleamplasndu-se pe mantaua cilindric a acestora. Se utilizeaz la agitatoare, decantoare etc. nnumr de 3, 4 sau 8.
Din punct de vedere al tehnologiei de execuie, suporturile laterale sunt de dou tipuri,i anume:
suporturi laterale executate din elemente sudate ntre ele, forma A (fig. 7.37); sporturi laterale executate prin ambutisare, forma B (fig. 7.38).
Constructiv, n practica rezemrii recipientelor verticale, suporturile laterale suntexecutate n dou variante: suporturi laterale sudate direct pe recipient (varianta I), (fig. 7.37, a); suporturi laterale sudate pe recipient prin intermediul unei plci de ntrire (variantaII), (fig. 7.37, b).
a bFig. 7.37 Suporturi laterale din elemente sudate:
a sudat direct pe manta; b sudat pe manta prin intermediul unei plci intermediare (de ntrire)
Dac grosimea peretelui mantalei este suficient de mare, atunci suporturile laterale sesudeaz direct pe suprafaa exterioar a recipientului (fig. 7.37, a). n cazul n care grosimea
peretelui elementului pe care se amplaseaz suportul, este relativ mic, pentru a evita pierderealocal a stabilitii elementului respectiv i pentru evitarea dezvoltrii unei stri de tensiuni
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
50/56
defavorabile ntre suport i elementul pe care se amplaseaz, se monteaz o placintermediar, de grosime egal cu grosimea elementului de recipient, care are rolul de arigidiza zona de rezemare a recipientului (fig. 7.37, b).
a b
Fig. 7.38 Suport lateral executat dintr-o bucat prin ambutisare:a sudat direct pe manta; b sudat pe manta prin intermediul unei plci de ntrire; 1 mantaua recipientului; 2 suportul ambutisat
Dac n timpul funcionrii recipientului au loc variaii mari de temperatur, atunci, lasuporturi, se pot prevedea guri ovale a cror ax mare de simetrie va fi orientat pe direciaradial.
n funcie de diametrul recipientului i sarcina maxim susinut pe un suport, se alegetipul i mrimea suportului lateral [41], cu dimensiunile standardizate conform STAS 5455-76.
Calculul de verificare al mantalei recipientului n dreptul suportului de rezemareDup alegerea mrimii i a dimensiunilor constructive ale suportului este necesar
verificarea mantalei la solicitarea din presiunea interioar i momentul ncovoietor n dreptulsuportului de rezemare.
Considernd notaiile din figura 7.39 i, dac numrul suporturilor este n i Q, sarcinatotal (provenit din greutatea proprie a recipientului plus greutatea lichidului din interior),reaciunea pe un suport va fi:
n
QF =1 (7.84)
n dreptul unui suport, momentul ncovoietor care solicit mantaua, n MNm, va fi:Mi = F1 m1 (7.85)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
51/56
Fig. 7.39 Schema de calcul pentru verificarea mantalei n zona sprijinirii
Considernd c la preluarea solicitrii din ncovoiere particip o lungime din mantaactiv [35].
( )1
281,0 cs
DL p
mef = (7.86)
Pentru un element din manta de nlime h + 2Lef i baza sp c1, modulul de rezisteneste:
( )( )6
22
1csLhW
pef += (7.87)
i datorit rezemrii se produc tensiunile din ncovoiere [35]: tensiunea dup direcia meridional:
( )( ) 212
6
csLh
M
W
M
pef
iii
x+
== (7.88)
tensiunea dup direcia tangenial (inelar):
( )( ) 212
6
csLh
M
pef
ii
x
i
+==
(7.89)
tiind c din presiunea interioar se dezvolt tensiuni dup direcia meridional px
(7.7), i tangenial p (7.5), tensiunile totale n condiii de regim sunt:p
x
i
x
T
x += a)piT
+= b)
Aplicnd teoria a V-a de rezisten, a energiei de deviaie (varianta Huber Henky Mises) condiia de rezisten va fi:
( ) ( ) taTTxTTxech +=22 (7.91)
Dac condiia (7.91) nu este ndeplinit i suportul ales iniial a fost sudat direct perecipient (varianta I), atunci se va adopta un suport lateral sudat pe recipient prin intermediul
unei plci de ntrire (varianta II), n acest caz modulul de rezisten al seciunii verificate vafi:
(7.90)
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
52/56
( )( )6
22
11 scsLhW
pef ++= (7.92)
urmnd s se fac verificarea dup metodologia expus mai sus. Dac nici n acest cazcondiia (7.91) nu se verific, se va modific grosimea plcii de ntrire s1 pn cnd se verificcondiia (7.91).
7.6.2.2. Suporturi de rezemare de fund
Acestea sunt amplasate n partea inferioar a recipientelor sub presiune, pe fundulconic sau bombat al acestora. Ele sunt realizate din oel carbon, oel slab aliat sau oel aliat,dimensiunile lor adoptndu-se (STAS 5520-82) n funcie de diametrul nominal alrecipientului i de sarcina maxim admis pe suport. Constructiv, suporturile de fund pot fi detipul tubular [28], (fig. 7.40) sau din plci sudate (fig. 7.41), ambele tipuri putnd fi utilizatefr plac intermediar de ntrire (fig. 7.40, a) i (fig. 7.41, a) sau cu plac intermediar dentrire (fig. 7.40, b) i (fig. 7.41, b).
a b
Fig. 7.40 Suporturile de fund tubulare:a fr plac de ntrire; b cu plac de ntrire; 1 mantaua recipientului; 2 fundul recipientului; 3
suportul tubular; 4 placa de ntrire
Fig. 7.41 Suporturile de fund din plci sudate:a fr plac de ntrire; b cu plac de ntrire; 1 fundul; 2 suportul; 3 placa de ntrire
Numrul suporturilor de fund se stabilete n funcie de sarcina total de ncrcare,condiiile de lucru, montare i transport, n general folosindu-se 3, 4 sau 6 suporturi de fund.
7.6.2.3. Suporturi de tip virol fals
Acestea sunt specifice aparatelor de tip coloan asigurnd tranziia ntre temperatura
corpului i temperatura elementului de rezemare (tlpii).
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
53/56
Virola fals se mai numete i virol oarb, virol suport sau virol de tip fust ipoate fi construit astfel nct suprafaa median a ei s fie n prelungirea suprafeei (fig. 7.42,a) mediane a corpului aparatului (fig. 7.42, a) sau s mbrace corpul (fig. 7.42, b).
a b
Fig. 7.42 Suporturi de tip virol fals:a cu suprafaa median n prelungirea suprafeei mediane a corpului; b mbrac corpul; 1
mantaua recipientului; 2 fundul; 3 virol suport; 4 contrainel; 5 talpa
Virola-suport poate fi de tip cilindric (fig. 7.43) la aparatele cu diametrul mare sau detip tronconic (fig. 7.44) la aparatele foarte zvelte (cu raportul H/D foarte mare).
Fig. 7.43 Suport tip virol fals (virol-suport) cilindric:1 mantaua; 2 fundul; 3 racord de fund (pentru golire); 4 virol suport cilindric; 5 talpa de rezemare; 6 nervuri; 7 consolidarea ferestrei; 8 muf de aerisire; 9 urubde ancoraj.
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
54/56
Soluia cu suprafaa median n prelungire (fig. 7.42, a) se adopt pentru fundurisemisferice sau eliptice, la temperaturi de regim sub 2500 C [35], iar soluia cuprinderiiaparatului de ctre suport (fig. 7.42, b) se adopt, n general, n cazul fundurilortorosferice (sferic cu racordare toroidal).
Fig. 7.44 Suport tip virol fals (virol-suport) tronconic:1 mantaua; 2 fundul; 3 virol suport tronconic; 4 talp de rezemare; 5 nervur; 6 consolidarea ferestrei; 7 muf de aerisire.
7.6.2.4. Suporturi tip inel
Acestea se amplaseaz pe mantaua cilindric a recipientelor verticale foarte mari cusarcini axiale (masice) importante (de exemplu: reactorul i regeneratorul instalaiei decracare catalitic, coloane, couri etc.)
Din punct de vedere constructiv aceste suporturi pot fi: cu inel i contrainel (fig. 7.45, a); cu inel i plcue (fig. 7.45, b).
a bFig. 7.45 Suport tip inel:
a cu inel i contrainel; b cu inel i plcue; 1 mantaua; 2 fundul; 3 inel de reazem (talp);4 contrainel; 5 nervuri de rigidizare; 6 plcu; 7 urub de ancoraj; 8 rondel; 9 piuli.7.6.3. Suporturi pentru recipiente orizontale
7.6.3.1. Suporturi tip a
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
55/56
Recipientele cilindrice montate n poziie orizontal se fixeaz pe fundaii prinintermediul a dou sau mai multe suporturi de tip a.
Din punct de vedere constructiv, suporturile de tip a folosite la rezemarearecipientelor sunt [23]:
de tip N1, destinate recipientelor cilindrice orizontale cu Dn 6001000, (fig.
7.46, a); de tip N2, destinate recipientelor cilindrice orizontale cu Dn 11002000, (fig.
7.46, b); de tip N3, destinate recipientelor cilindrice orizontale cu Dn 22003600 (fig. 7.46,
c).Fiecare tip de suport a este realizat n dou variante constructive, i anume, ca
suporturi a fixe (fig. 7.46, a i 7.46, b) i ca suporturi a mobile (fig. 7.46, c).Dac recipientul funcioneaz la temperatur ridicat, atunci unul dintre suporturi este
fix (de obicei cel amplasat spre racordurile de conectare ale aparatului la linia tehnologic),iar celelalte sunt mobile, pentru a permite dilatarea liber a corpului. Suporturile mobile semonteaz pe fundaie, prin intermediul unei plci metalice ncastrate n fundaie (fig. 7.47).
Fig. 7.46 Suporturile de tip a pentru rezemarea recipientelor orizontale:a tip N1; b tip N2; c tip N3
-
7/28/2019 48418933-Carte-2
56/56
Fig. 7.47 Plac metalic de glisare pentru suportul de tip a, mobil
Materialul de construcie pentru suporturi poate fi oelul carbon, oelul slab aliat sauoelul aliat. Se recomand ca placa de ntrire sau aua [28] suportului s fie executat dinacelai material cu corpul recipientului.
Alegerea tipului de suport, ca i a dimensiunilor suporturilor, se face n funcie dediametrul nominal al recipientului i de sarcina maxim pe suport (STAS 10817-82).