om 17 conducte

Note de curs. Capitolul 17. Conducte i armturi

167

V. ORGANELE PENTRU CONDUCEREA I NCHIDEREA CIRCULAIEI FLUIDELOR

17.1. Conducte 17.1.1. Definire. Pri componente

Prin conduct se nelege un ansamblu de elemente montate pe un traseu determinat, separnd un spaiu nchis, prin care se transport materiale n stare fluid sau fluidizat (soluii sau corpuri solide aflate n suspensie). De regul, fluidul transportat umple ntreaga seciune transversal a conductei. Cnd fluidul umple numai parial aceast seciune, conducta se numete canal. Prile componente.

1. tubulatur (elementul principal) 2. flane

3. piese fasonate (ramificaii)

Pomp

6

1

2 4 3

4

6

1

5


168

4. armturi

5. compensator de dilatri 6. supori (dispozitive de rezemare)

Forma constructiv, dimensiunile i materialul conductelor depind de proprietile fizico-chimice ale materialelor transportate, presiune, temperatur

i debit. Dimensiunea caracteristic a conductei i elementelor sale este diametrul

nominal care corespunde cu seciunea de trecere, fiind STAS 2099 (D =12000 mm). De asemenea sunt standardizate presiunile nominale (pn), presiuni de regim i presiuni de ncercare ( STAS 2250 ).

pregim = pn pentru t < 120oC

< pn pentru t 120oC

pncercare = 1,5 pn pentru pn < 200 at

1,25 pn pentru pn > 200 at

17.1.2. Materialul conductelor

Materialul conductelor depinde de diametrul conductei, presiune, temperatur i natura inelului transportat, n special sub aspectul coroziunii.

Materiale metalice :

- feroase: fier pur (garnituri), OL, OLC, OT, aliat, OLT, Fc, Fm, Fgn. - neferoase: Cu, alam, Bz cu Sn, Pb.

Materiale nemetalice :

- anorganice : gresie antiacid, sticl i porelan, azbest (garnituri), clingherit (garnituri), emailuri.

- organice : policlorura de (PCV), textalitul, cauciuc n plci, polietilena, teflon, lacuri organice.


169

17.1.3. Elemente constructive

1. Tubulatura Seciunea transversal a conductei poate avea teoretic orice form, dar n

majoritatea cazurilor este circular (inelar), deoarece asigur aria maxim la acelai perimetru.

Tuburile cu seciune inelar care au lungimea mult mai mare dect diametrul se numesc evi.

Asamblarea conductelor se face innd seama de materialul elementelor de mbinat, condiii de funcionare, de montaj, de siguran n exploatare i de aspectele economice.

Asamblrile pot fi: 1. nedemontabile, 2.demontabile 1. Asamblri nedemontabile

a) prin sudare se aplic la evi din oel. Se evit sudura atunci cnd produsul transportat corodeaz materialul de aport al sudurii, cnd se cere o demontare frecvent sau cnd se afl ntr-o zon cu pericol de incendiu sau explozie de la lucrul cu flacr sau scnteie.

b) asamblare cu muf una din poriunile de conduct este prevzut cu muf, n care intr captul celeilalte poriuni. Permit mici devieri de la coaxialitate la montaj.

2 3 1 4 1 muf 2 umplutur de etanare 3 rondel 4 - conduct


170

c) asamblri prin lipire i ncleiere Se aplic rar la tuburile de oel. La tuburile din PVC se recomand utilizarea manonului intermediar.

2. Asamblri demontabile a) Asamblri cu presetup

Pentru asigurarea etaneitii, umplutura moale se preseaz cu lunetele 2

filetate, sau prevzute cu flane i strnse cu uruburi de flanele montate.

Se utilizeaz pentru presiuni mici p < 16 bari (at) Se utilizeaz, n special, pentru tuburi din materiale neelastice (font,

sticl). Prezint avantajul unor mici devieri coaxiale i chiar mici deplasri

axiale.

b) Asamblri filetate pentru conducte de joas presiune (p 6 at) pentru ap, abur, aer comprimat, acolo unde mbinarea sudat e dificil sau neadmisibil. Etanarea se asigur prin nfurarea filetului cu cli de in (cnep) uni cu past de minium de plumb. Pentru temperaturi mari se utilizeaz azbestul.

c) Asamblri cu flane este cea mai rspndit form de asamblare (dei consumurile de material i de manoper sunt mai ridicate), deoarece e sigur n

1

2

3 1 2


171

exploatare, comod la montaj). n STAS 1155 se d clasificarea general a flanelor din oel.

Fs fora de strngere a flanelor cu uruburile

3. Piesele fasonate Sunt elemente de conducte care au rolul : - de a lega evi cu acelai diametru sau diametre diferite - de a schimba direcia traseului conductei - de a ramifica o conduct special, sau a nchide un capt sau orificiu al

acesteia.

Forma constructiv = f(rol funcional, material, proces tehnologic, dimensiune nominal).

4. Compensatoarele de dilatare Sunt elemente de conduct care, prin forma lor constructiv, pot prelua deformaiile mari ale conductelor produse de variaiile de temperatur

Tub de legtur

Cot de racordare la 90o

Ramificaie simpl

Ramificaie dubl

D Fs

D

Fs

Flane plate sudate

Flane cu gt pentru sudare


172

- fluid - anotimp fr a crea n pereii conductei tensiuni periculoase i fr a

periclita etaneitatea. Dup principiul de funcionare i forma constructiv:

a) compensatoare cu evi ndoite b) lentriculare c) cu presetup

a) Compensatoare cu evi ndoite

Avantaje - capacitate mare de compensare ( < 400 mm) - ncrcri mici ale reazemelor

- uurin de execuie Dezavantaje - gabarit relativ mare - rezistene hidraulice mari - apariia fenomenelor de oboseal n materialul compensatorului b) Compensatoare lenticulare funcioneaz pe baza ncovoierii elastice a

plcilor plane sau pe dilatarea ondulatorie a prilor compensatorului. Avantaje: capacitatea i uurina manevrrii Dezavantaje: reaciuni mari n reazeme, capacitate mic de compensare (5 10 mm pentru o cut i max 80)

evi ndoite D 250 mm

evi cu cute din oel D > 250 mm

evi ondulate evi n form de cerc


173

Materiale: oel, Cu, Al c) Compensatoare cu presetup cel mai simplu funcioneaz prin

posibilitatea de deplasare axial a conductelor. Funcionarea este aceeai cu a mbinrilor cu presetup.

Sunt indicate pentru conducte din materiale puin elastice (font, sticl, ceramic).

Presiunea maxim 16 at i D < 150 mm

Capacitatea mare de compensare > 300 mm

Dezavantaje eforturi axiale mari transmise reazemelor Mrimea dilataiei liniare cauzat de variaia to a temperaturilor este :

l = l t unde : l = lungimea iniial a poriunii de conduct ce revine compensatorului

l dilataia liniar

- coeficient de dilatare termic liniar

Dac extremitile poriunii de conduct nu au posibilitatea de deplasare liber,

n pereii conductei iau natere tensiuni t :

tEl

tlEllEEt ====

Reaciunea introdus de aceste tensiuni n reazemele capetelor conductei (R) tAEAR cc

t == unde Ac - aria net a seciunii conductei

Lenticulare cu o und - n special pentru

conducte care lucreaz n vacuum sau la

presiuni sub 6 at i D>

(100150) mm

Lenticulare cu 2 unde

Lenticulare tip burduf - se execut prin sudur din 2 discuri de tabl


174

Pentru un compensator dat, se poate determina diferena maxim de

temperatur t

Et

ta

= max

ta - tensiunea admisibil din reazem

17.1.4. Elemente de calculul tubulaturii

Calculul tubulaturii are 3 aspecte a) calculul hidraulic b) calculul eonomic c) calculul de rezisten a) Calculul hidraulic prin care se stabilete legtura dintre caracteristicile de transport ale fluidului (debit, vitez, presiune, temperatur) i caracteristicile constructive ale conductei (seciune, lungime, traseu). - diametrul interior al tubulaturii di din condiia de debit

v

Q4v

G4dvd4

QG i2ipi

=

pi=pi==

unde : G debitul gravimetric al fluidului (N/s) Q debitul volumetric al fluidului (m3/s) - greutatea specific a fluidului (N/m3) v viteza medie recomandat a fluidului (m/s)

v = f (materialul fluidului i scop transport) v = 0,65 m/s pentru ap 530 pentru abur 1030 pentru aer b) Calculul economic Costul unei conducte C = C1+ C2 C1 costul materialului i al ntreinerii

C2 costul pierderilor de energie de transport n timpul exploatrii Calculul economic const n determinarea diametrului optim (dI optim) C= minim


175

1ma

2i1m

a

ii1mi1a1 aL

pd2

aL2pddaLsdPC

pi=

pipi==

P = greutatea materialului conductei di diametrul interior al conductei a1 = costul unitar al materialului i ntreinerii

==

a

i

2pd

s

grosimea pereilor din ecuaia Laplace (tensiunile din

pereii vaselor sub presiune) m = greutatea specific a materialului conductei L = lungimea conductei p= presiunea din conduct (presiune nominal - presiune hidrodinamic) a = rezistena admisibil a materialului conductei

C2 = ?

C2 = W. a2

a2 - costul unitar al energiei;

W = energia cinetic a materialului transportat;

=== tdL

g2vQtQpW

i

2

p 5i

3

2i

2

2i

dtLQ

g8

tdL

d4

Qg2

Q pi

=

pi

= coeficient de pierderi liniare

= f2(Re)

=i

e

vdR (invariantul Reynolds)

2i

2i

d4

Qvvd

4Q

pi=

pi=

25i

3

2 adtLQ08260C = ,

Deci : 25i

3

1ma

2i21 aLtd

Q08260aLpd2

CCC +

pi=+= ,


176

di = di optim cnd

0dC

i

=

0daLtQ082605daLp

22 6i2

311m

a

=

pi ,

7

1

23

m

aoptimi

a

atQ

p750d

= ,

sau grafic

c)Calculul de rezisten Conductele sunt expuse la solicitri complexe permanente sau accidentale,

provenite din presiunea interioar a fluidului 21dd

i

e,= tuburi cu perei subiri

- grosimea pereilor

a

at

i Cp2

pdcs +

=+= (dedus din ecuaia Laplace la sudura vaselor

sub presiune) Ca = adaos = Ca1 + Ca2 ;

= coeficient de calitate a sudurii: dac conducta nu este sudat atunci = 1 p = presiunea interioar a fluidului pentru conductele verticale sau nclinate se

adaug i presiunea hidrostatic.

d e

d i di

C2

C C1

di optim


177

Calculul complex const din calculul la stabilitate pentru tuburile supuse i unei presiuni exterioare.

17.2. Organele de nchidere (armturile) 17.2.1. Caracterizare. Rol funcional

Armturile sunt dispozitive montate pe conducte, pe instalaii similare (recipiente, cazane, rezervoare) sau pe pri de maini (motoare, compresoare, maini-unelte) au rolul de a nchide, controla sau dirija circulaia fluidelor, de a regla unele caracteristici ale acestora (debit, nivel, vitez, presiune). Dup rol - armturi de nchidere - armturi de dirijare - armturi de reinere - armturi de reglare - armturi de siguran - armturi de aerisire Din punct de vedere constructive: element de acionare organ de execuie a comenzii primite Armturi de nchidere

Cu ventil (supap)

Cu sertar (van)

Cu valv Cu cep


178

Condiii cerute la armturile de nchidere : - rezisten mecanic suficient

- asigurarea unei bune etaneiti - rezisten la coroziune

17.2.2. Organele de nchidere (robinetele) cu ventil

Forma i dimensiunile robinetelor din font i oel turnat sunt STAS 1357, 1519

Elemente de calcul a) Calculul hidraulic - Diametrul nominal al ventilului este acelai cu al conductei din care se face; - Cursa ventilului (nlimea de ridicare) h

Din condiia de continuitate a fluidului :

4D

D4Dh

vhDvD4

n

1

2n

12n

=

pi=pi

6

5 4

3

2

1

1 ventil 2 tija ventilului 3 cutie de etanare 4 piuli fix 5 roata de manevr 6 piuli de fixare


179

Pentru a compensa pierderile prin schimbarea direciei fluidului, h rezultat se majoreaz.

Pentru robinete STAS, se majoreaz cu 70%.

Diametrul camerei D3 trebuie s fie suficient de mare pentru a permite

trecerea fluidului pe lng ventilul ridicat, fr strangulare:

( )b2DD

DDDvDD4

vD4

n2

22

2n3

22

23

2n

+

+=pi

=

pi

Pentru scurgerea uoar se aplic o majorare de 10%. b) Calculul de rezisten - Talerul ventilului

Fore - fora F1 produs de presiunea fluidului p = pn+ph pe faa activ a talerului

( ) pbD4

pD4

F 212m1 +

pi=

pi=

- fora F2 reprezentnd reaciunea scaunului la apsarea talerului n scopul asigurrii

etaneitii.

( ) eme21222 bpDpDD4F pi=pi

=

=+=

Bzpentrumm

N30

fontpentrumm

N013

cpap

2

2

e

,

Fora total ce trebuie acionat asupra talerului: F = F1 + F2 - Tija ventilului - asupra ei acioneaz fora total F = F1 + F2

h

Dn

b D1

D2

D3

F

b D1

D2

pe

p

pe


180

Sunt cazuri cnd forele F1 i F2 au sensuri diferite. Se trateaz cazul cel mai defavorabil F = F1 + F2

Pentru realizarea forei F, dirijat n lungul tijei, este necesar un moment de rotire a tijei la roata de manevr, avnd valoarea : Mt = Mt1 +Mt2+Mt3

Mt3 = momentul de frecare

dintre capul tijei de form sferic cu raza i taler.

15010

Fd31M

HertzE

F22d

3

c33t

3c

,,

,

=

=

E modulul de elasticitate al materialului urubului Dac tija este solidar cu ventilul, frecarea are loc pe o suprafa inelar de etanare

21

22

31

32

33t DDDDF

31M

=

( )( ) F3

1

DD4

DDF12

p2

DD122

3r2rrdrp2MM

21

22

31

32

31

32

2D

2D

2D

2D

3

f3t

2

1

2

1

=

pi

pi=

pi

= pi=pi==

D1 = 0 cazul n care tija este direct pe taler. Mt2 momentul de frecare al tijei n cutia de etanare

l f

dc

dt2

d1

Etanare

Lunet

h

Mt

Mt3

Mt2

Mt1

F

dc

F


181

( )

( ) Htxnxf

tgt22t

phd2

dF2

dF

2dphdM

pi==

pi=

de regul pg = 0,4 pe presiunea medie dintre garnituri i tij Presiunea de etanare obinut prin strngerea lunetei ( ) me p3251p , 2 = coeficient frecare 0,060,1 Mt1 = momentul de frecare ca urmare a nurubrii tijei n piuli

( )'+== 2221t tg2dF

2dHM

d2 diametrul mediu al filetului n zona filetat a tijei. Cunoscnd fora total i momentele de torsiune, tija se predimensioneaz

la solicitare compus (traciune i torsiune) i se verific din flambaj (lungimea la flambaj lf fiind de la captul tijei i mijlocul nlimii piuliei).

Aii

5042OL90

37L0pentru150

il

0f min

minmin

;,

=

== pentru flambaj elastic

pentru flambajul plastic avem : 3ccba aff0 =

== '';

Roata de manevr se determin diametrul Dr din condiia de transmitere a momentului Mt.

2DFM rnt = Fn fora periferic aplicat de om

n

tr

n

FM2D

N150100F

=

=

Luneta cutiei de etanare Fora de strngere :

( ) e2t22s pdd4F pi

=


182

ncovoierea n seciunile I-I i II-II

Is

rsiI Wi

aF =

is numr de uruburi

IIs

s

iII Wi2lF

=

Bibliografie 1. Rdulescu Gh. .a. - ndrumar de proiectare n construcia de maini,

vol II, Edit.Tehnic, Bucureti, 1986; 2. Drghici I. .a. ndrumar de proiectare n construcia de maini, vol II,

Edit.Tehnic, Bucureti,1982; 3. Pavelescu D. .a. - Organe de maini. Edit. Didactic i Pedagogic,

Bucureti, 1985; 4. *** Organe de maini Standarde i comentarii, Editura Tehnic,

Bucureti, 1972.

I

I

ar

d2

dt

l

II

II

om 17 conducte

Documents