Warszawa, 2015-11-01

Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

POJEMNOŚCIOWY

WYMIENNIK CIEPŁA

Wykonał:

Michał Pasek COWiG 1

Prowadzący:

Dr inż. Wiesław Szadkowski

Spis treści:

1. Parametry wymiennika……………………………………………………3

2. Obliczenia płaszcza zbiornika…………………………………………….4

3. Obliczenia dennic zbiornika…………………………..…………………..5

4. Obliczenia płaszcza głowicy………………………….…………………..7

5. Obliczenia dennic głowicy………………………………………………..8

6. Dobór króćców i kołnierzy………………………………………………10

7. Wzmocnienia otworów………………………………………………….18

8. Obliczenia ściany sitowej……………………………………………….37

9. Uszczelnienia……………………………………………………………42

1. Parametry zbiornika

Pojemność zbiornika wymiennika V₀ 1,5 m³

Średnica wewnętrzna zbiornika wymiennika D₀ 900 mm

Ciśnienie obliczeniowe czynnika ogrzewanego w zbiorniku p₀ 0,8 MPa

Temperatura obliczeniowa dla zbiornika t₀ 70 ^oC

Ciśnienie panujące w głowicy p_g 1,5 MPa

Temperatura obliczeniowa dla głowicy t_g 150 ^oC

Współczynnik z = 0,7

Do obliczeń przyjęto czas pracy zbiornika τ = 10 lat.

1. Obliczenia płaszcza zbiornika.

Do zaprojektowania zbiornika użyto stali P235GH wg normy PN-EN 10217. Zostanie on wykonany z arkusza blachy – zwinięty a następnie pospawany.

Parametry stali P235 GH

$$R_{p0,2}^{50} = 227\ \left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

$$R_{p0,2}^{100} = 213\ \left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

$$R_{p0,2}^{150} = 199\ \left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

$$R_{p0,2}^{70} = 222\ \left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

$$R_{m}^{20} = 360 - 500\ \left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

A = 25 %

Udarność równa się 27 J.

Obliczeniowa szerokość płaszcza

L = π * D_i = 3, 14 * 0, 9 = 2, 83 [m]

D_i – średnica wewnętrzna części cylindrycznej

Obliczeniowa długość płaszcza:

$$L_{0} = \frac{4*V_{0}}{\pi*D_{i}^{2}} = \frac{4*\left( V_{0} - 2*V_{d} \right)}{\pi*D_{i}^{2}} = \frac{4*(V_{0} - 2*(V_{\text{wal}} + V_{e})}{\pi*D_{i}^{2}} = \frac{4*(1,25 - 2*(0,025 + 0,0955)}{3,14*{0,9}^{2}} =$$

 =1, 98 [m]

$$V_{\text{wal}} = h_{c}*\pi*\left( \frac{D_{i}}{2} \right)^{2} = 0,04*3,14*\left( \frac{0,9}{2} \right)^{2} = 0,025\ \lbrack m^{3}\rbrack$$

V_e = 0, 0955 [m³]

V_d – objętość obliczeniowa dennicy

V_e- objętość części elipsoidalnej dennicy wg normy PN-75 M-35412

V_wal – objętość części walcowej dennicy

h_c – długość części walcowej dennicy wg normy PN-75 M-35412

Przyjęto arkusz blachy do wykonania części walcowej zbiornika wg nieaktualnej normy PN – 62 H – 92200 o wymiarach 2 x 8 [m].

Obliczeniowa grubość płaszcza:

$$e_{e} = \frac{p_{0}*D_{i}}{2*f_{d}*z - p_{0}} = \frac{0,8*900}{2*133,2*0,7 - 0,8} = 3,88\ \lbrack mm\rbrack$$

e_e – minimalna grubość wymagana

p₀ – ciśnienie panujące w zbiorniku

D_i – średnica wewnętrzna części cylindrycznej

f_d – nominalne naprężenie projektowe

z – współczynnik złącza spawanego

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4 [mm]

s – roczny ubytek materiału

τ – liczba lat użytkowania wymiennika

Do wykonania zbiornika użyto blachy klasy A wg normy PN-EN 10029-2011.
Maksymalna odchyłka ujemna dla blachy tej klasy:

δe= 0,4 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e_e + c + δ_e = 3, 88 + 0, 4 + 0, 4 =  4, 68[mm]

Przyjęto blachę o grubości nominalnej 5 mm.

Naddatek ekstra:

e_n = 5 [mm]

e_ex=e_n – 4,68 = 5-4,68 = 0,32 [mm]

Na podstawie nieaktualnej normy PN-62/H-92200 część cylindryczną zbiornika należy wykonać z blachy o grubości 5 mm.

1. Obliczenia dennicy zbiornika

Powłoki dennic wymiennika są projektowane wg nieaktualnej normy PN-75 M-35412.

Dennice zostaną wykonane z takiego samego materiału jak płaszcz zbiornika – P235GH.

Dla den promienie wynoszą:

r = 0, 17 * D_i = 0, 17 * 900 = 153 [mm]

R = 0, 9 * D_i = 0, 9 * 900 = 810[mm]

Wymagana grubość den powinna być największa z trzech obliczeniowych wielkości e_s, e_y, e_b:

e_s – wymagana grubość wyoblenia ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna

$$e_{s} = \frac{p_{0}*R}{2*f_{d}*z - 0,5*p_{0}} = \frac{0,8*810}{2*133,2*0,7 - 0,5*0,8} = 3,48\ \lbrack mm\rbrack$$

e_y – wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

$$e_{y} = \frac{\beta*p_{0}*(0,75*R + 0,2*D_{i})}{f_{d}} = \frac{0,65*0,8*(0,75*810 + 0,2*900)}{133,2} = 3,07\ \lbrack mm\rbrack$$

β = 0,65 ⇒ współczynnik odczytany z wykresu wg normy PN – EN 13445-3:2002 dla następujących zależności:

$$\frac{r}{D_{i}} = \frac{153}{900} = 0,17$$

$$\beta = f\left( \left( 0,75 + 0,2*\frac{D_{i}}{R} \right)*\left( \frac{p_{0}}{f_{d}} \right) \right) = f\left( \left( 0,75 + 0,2*\frac{900}{810} \right)*\left( \frac{0,8}{133,2} \right) \right) = f\left( 0,005 \right) = 0,65$$

e_b – pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

$$e_{b} = \left( 0,75*R + 0,2*D_{i} \right)*\left\lbrack \frac{p_{0}}{111*f_{b}}*\left( \frac{D_{i}}{r} \right)^{0,825} \right\rbrack^{\frac{1}{1,5}} = \left( 0,75*810 + 0,2*900 \right)*\left\lbrack \frac{0,8}{111*148}*\left( \frac{900}{153} \right)^{0,825} \right\rbrack^{\frac{1}{1,5}} = 2,78\ \lbrack mm\rbrack$$

$$f_{b} = \frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5} = \frac{222}{1,5} = 148\lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

max(e_s, e_y, e_b) = e_s = 3,48 [mm]

Do dalszych obliczeń przyjęto 5 mm.

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Do wykonania zbiornika użyto blachy klasy A wg normy PN-EN 10029-2011.

Maksymalna odchyłka ujemna dla blachy tej klasy:

δe= 0,4 [mm]

Naddatek na pocienienie dna w procesie wytłaczania:

δm=0,1*e_min=0,1*(e_n- δ_e)=0,1*(5-0,4)=0,46 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe + δm = 3, 48 + 0, 4 + 0, 4 + 0, 46 = 4, 74 [mm]

Przyjęto blachę o grubości nominalnej 5 mm

e_n = 5 [mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – e_s = 5 – 4,74 = 0,26 [mm]

Sprawdzenie warunku zastosowania den:

r = 153 ≤ 0, 2 * D_i = 0, 2 * 900 = 180

r = 153 ≥ 0, 06 * D_i = 0, 06 * 900 = 54

r = 153 ≥ 2 * e = 2 * 5 = 10

Wszystkie warunki są spełnione.

1. Obliczenia płaszcza głowicy

Głowica wykonana z rury stalowej bez szwu walcowanej na gorąco ze stali P235GH dobranej wg nieaktualnej normy PN-EN 10217 o parametrach:

$$R_{p0,2}^{50} = 227\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

$$R_{p0,2}^{100} = 213\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

$R_{p0,2}^{150} = 199\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$

$$R_{m}^{20} = 360 - 500\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{150}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{199}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 119,4\ ;135 \right\rbrack = 128,4\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

Obliczeniowa średnica rury:

D_e ≥ 0, 3 * D_i ≥ 0, 3 * 900 = 270 [mm]

Wg nieaktualnej normy PN-64/M-35411 przyjęto rurę o zewnętrznej średnicy D_e = 273 mm.

Obliczeniowa grubość ścianki głowicy:

$$e = \frac{p_{g}*D_{e}}{2*f_{d}*z - p_{g}} = \frac{1,5*273}{2*119,4*0,7 + 1,5} = 2,43\ \lbrack mm\rbrack$$

e – minimalna grubość wymagana

p_g – ciśnienie panujące w głowicy

D_e – średnica zewnętrzna rury

f_d – nominalne naprężenie projektowe

z – współczynnik wzmocnienia

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4 [mm] ∖ n

τ – liczba lat użytkowania wymiennika

Do wykonania zbiornika użyto blachy klasy A wg normy PN-EN 10029-2011.

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δ_e= 15%*10=1,5 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 2, 43 + 0, 4 + 1, 5 = 4, 33 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej ścianki 10 mm ze względu na konieczność dospawania kołnierza o dużej grubości.

e_n = 10 [mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 4,33 = 10 - 4,33 = 5,67 [mm]

1. Obliczenia dennicy głowicy

Powłoka dennicy głowicy jest projektowana wg nieaktualenj normy PN-64/M-35411.

Dennica zostanie wykonane z takiego samego materiału jak płaszcz głowicy – P235GH.

Dla den promienie wynoszą:

r = 0, 17 * D_i = 0, 17 * 253 = 43, 01 [mm]

R = 0, 9 * D_i = 0, 9 * 253 = 227, 7[mm]

Wymagana grubość dennicy powinna być największa z trzech obliczeniowych wielkości e_s, e_y, e_b:

e_s – wymagana grubość wyoblenia ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna

$$e_{s} = \frac{p_{g}*R}{2*f_{d}*z - 0,5*p_{g}} = \frac{1,5*227,7}{2*119,4*0,7 - 0,5*1,5} = 2,05\ \lbrack mm\rbrack$$

e_y – wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

$$e_{y} = \frac{\beta*p_{g}*(0,75*R + 0,2*D_{i})}{f_{d}} = \frac{0,625*1,5*(0,75*227,7 + 0,2*253)}{119,4} = 1,74\ \lbrack mm\rbrack$$

β = 0,625 ⇒ współczynnik odczytany z wykresu wg normy PN – EN 13445-3:2002 dla następujących zależności:

$$\frac{r}{D_{i}} = \frac{43,01}{253} = 0,17$$

$$\beta = f\left( \left( 0,75 + 0,2*\frac{D_{i}}{R} \right)*\left( \frac{p_{g}}{f_{d}} \right) \right) = f\left( \left( 0,75 + 0,2*\frac{253}{227,7} \right)*\left( \frac{1,5}{119,4} \right) \right) = f\left( 0,01 \right) = 0,625$$

e_b – pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

$$e_{b} = \left( 0,75*R + 0,2*D_{i} \right)*\left\lbrack \frac{p_{g}}{111*f_{b}}*\left( \frac{D_{i}}{r} \right)^{0,825} \right\rbrack^{\frac{1}{1,5}} = \left( 0,75*227,7 + 0,2*253 \right)*\left\lbrack \frac{1,5}{111*132,7}*\left( \frac{253}{43,01} \right)^{0,825} \right\rbrack^{\frac{1}{1,5}} = 1,72\ \lbrack mm\rbrack$$

$$f_{b} = \frac{R_{p\ 0,2}^{150}}{1,5} = \frac{199}{1,5} = 132,7\lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

max(e_s, e_y, e_b) = e_s = 2,05 [mm]

Do dalszych obliczeń przyjęto 2,05 mm.

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4 [mm]

Do wykonania zbiornika użyto blachy klasy A wg normy PN-EN 10029-2011.

Maksymalna odchyłka ujemna dla blachy tej klasy:

δe= 0,4 [mm]

Naddatek na pocienienie dna w procesie wytłaczania:

δm=0,1*e_min=0,1*(e_n- δ_e)=0,1*(5-0,4) = 0,46 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe + δm = 2, 05 + 0, 4 + 0, 4 + 0, 46 = 3, 31 [mm]

Przyjęto blachę wg nieaktualnej normy PN-64/M-35411 o grubości nominalnej 5 mm

e_n = 5 [mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 3,31 = 5 - 3,31 = 1,69 [mm]

1. Dobór króćców i kołnierzy.

Króciec wody sieciowej.

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury – D_e = 114,3 mm.

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{150}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{199}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 119,4;135 \right\rbrack = 119,4\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{g}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{g}} = \frac{1,5*114,3}{2*119,4*0,7 + 1,5} = 1,02\lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*4=0,5 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 1, 02 + 0, 4 + 0, 5 = 1, 92 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 4 mm

e_n = 4[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,92=4-1,92=2,08 [mm]

Dobór kołnierza:

Kołnierz płaski, spawany PN16 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1 dla DN100 wykonany ze stali P235GH.

Średnica nominalna: DN 100

Średnica zewnętrzna: D = 220 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 180 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 18 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 114,3 mm

Średnica otworu kołnierza: B = 116 mm

Grubość kołnierza: C = 22 mm

Śruby: 8 śruby M16

Króciec wody instalacyjnej:

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222[MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury D_e = 114,3 mm

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*114,3}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,49\ \lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*4=0,5 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 49 + 0, 4 + 0, 5 = 1, 39 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 4 mm

e_n = 4[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,39=4-1,39=2,61 [mm]

Dobór kołnierza:

Kołnierz płaski, spawany PN6 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1 dla DN100 wykonany ze stali P235GH.

Średnica nominalna: DN 100

Średnica zewnętrzna: D = 210 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 170 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 18 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 114,3mm

Średnica otworu kołnierza: B = 116 mm

Grubość kołnierza: C = 18 mm

Śruby: 4 śruby M16

Króciec zaworu bezpieczeństwa

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury D_e = 26,9 mm

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*26,9}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,11\ \lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*4=0,5 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 11 + 0, 4 + 0, 5 = 1, 01 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 4 mm

e_n = 4[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,01=4-1,01=2,99 [mm]

Należy wykonać gwint zewnętrzny 1” o długości 20 mm.

Króciec spustowy

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury D_e = 33,7 mm

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*33,7}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,14\ \lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*6,3=0,79 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 14 + 0, 4 + 0, 79 = 1, 33 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 6,3 mm

e_n = 6,3[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,33=6,3-1,33=4,97 [mm]

Należy wykonać gwint zewnętrzny M30 o długości 20 mm.

Króciec cyrkulacyjny

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury D_e = 48,3 mm

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*48,3}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,21\ \lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*7,1=0,89 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 07 + 0, 6 + 0, 89 = 1, 49 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 7,1 mm

e_n = 7,1[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,49=7,1-1,49=5,61 [mm]

Należy wykonać gwint zewnętrzny M45x1,5 o długości 20 mm.

Króciec termometru i termostatu

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222[MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Średnica zewnętrzna rury D_e = 26,9 mm z gwintem wewnętrznym M20x1,5.

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*26,9}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,11\ \lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*5=0,63 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 11 + 0, 4 + 0, 63 = 1, 14 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 5 mm

e_n = 5[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,14=5-1,14=3,86 [mm]

Króciec manometru

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Rura o średnicy 26,9 mm z gwintem wewnętrznym M20x1,5

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{d} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

Grubość ścianki:

$$e = \frac{p_{0}*D_{e}}{2*f_{d}*z + p_{0}} = \frac{0,8*26,9}{2*133,2*0,7 + 0,8} = 0,11\lbrack mm\rbrack$$

Naddatek na korozje:

c = s * τ = 0, 04 * 10 = 0, 4[mm]

Maksymalna odchyłka ujemna grubości ścianki:

δe= 12,5%*5=0,63 [mm]

Nominalna grubość blachy:

e_n > e + c + δe = 0, 11 + 0, 4 + 0, 63 = 1, 14 [mm]

Przyjęto rurę o grubości nominalnej 5 mm

e_n = 5[ mm]

Naddatek ekstra:

e_ex=e_n – 1,14=5-1,14=3,86 [mm]

Dobór kołnierza dla głowicy

Kołnierz płaski, spawany PN16 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1 dla DN250 wykonany ze stali P235GH.

Średnica nominalna: DN 250

Średnica zewnętrzna: D = 405 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 355 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 26 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 273 mm

Średnica otworu kołnierza: B = 276,5 mm

Grubość kołnierza: C = 28 mm

Śruby: 12 śruby M16

1. Wzmocnienia otworów

Równanie ogólne będące warunkiem wzmocnienia otworu:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) + A_fb(f_op−0,5*P) ≥ P * (A_ps + A_pb + 0, 5 * A_pφ)

Indeksy:

s – dotyczy powłoki,

w – dotyczy spawu,

p – dotyczy płyty wzmacniającej,

b – dotyczy króćca,

φ - kąt między osią króćca a normalną do powierzchni,

f­_s – naprężenia powłoki [MPa],

f­_op – naprężenia płyty wzmacniającej [MPa],

f­_ob – naprężenia materiału króćca [MPa],

f_s=f_b=f_p

Dla króćców prostopadłych do powłoki przyjmuje się A_fp=0 i A_pφ=0.

Dla wody sieciowej:

$$f_{s} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{150}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{199}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 119,4;135 \right\rbrack = 119,4\lbrack MPa\rbrack$$

f_ob = min(f_s;f_b) = 122, 64[MPa]

f_op = min(f_s;f_p) = 122, 64[MPa]

Dla wody instalacyjnej:

$$f_{s} = \min\left\lbrack 0,9*\frac{R_{p\ 0,2}^{70}}{1,5};0,9*\frac{R_{m}^{20}}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 0,9*\frac{222}{1,5};0,9*\frac{360}{2,4} \right\rbrack = \min\left\lbrack 133,2;135 \right\rbrack = 133,2\ \lbrack MPa\rbrack$$

f_ob = min(f_s;f_b) = 133, 2[MPa]

f_op = min(f_s;f_p) = 119, 4[MPa]

Wzmocnienie króćca wody sieciowej:

Rozpatrywana jest głowica:

D_i = 253 [mm] – wewnętrzna średnica głowicy

e_n = 10 [mm] – nominalna grubość płaszcza głowicy

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 1,5 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 2,43 [mm] – minimalna obliczeniowa grubość głowicy

e_ex = 5,67 [mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica króćca DN100

Średnica otworu pod rure = 116 [mm]

Przyjęto rure bez szwu D_e = 114,3 [mm] o e_n = 4 [mm]

D_emin = 113,7 [mm]

D_emax = 114,9 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 1,01 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*4=0,5 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 2,09 [mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 0, 5 * (253+2*8) − 8, 1 = 122, 73[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 2, 43 + 5, 67 = 8, 1[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 1, 01 + 2, 09 = 3, 1[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = \sqrt{(2*122,73 + 8,1)*8,1} = 45,32\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 46[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 46 * 8, 1 = 372, 6[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = {8,1}^{2} = 65,61\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = \sqrt{\left( 113,7 - 2,09 \right)*2,09} = 15,54\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 0, 5 * 15, 54 = 7, 77[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = \frac{3,1}{8,1} = 0,38 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = \frac{2,09}{8,1} = 0,26 < 3\ speln\text{iony}$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 3, 1 * (7,77+8,1+15,54) = 65, 53[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = \frac{114,3}{2} = 57,15\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 122, 73 * (46+57,15) = 12660[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 12660 + 0, 5 * 106, 3 * 8, 1 = 13087, 68[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = \frac{106,3}{2}*\left( 8,1 + 15,54 \right) = 1249\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 65806[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 8602[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia z głowicy. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca wody instalacyjnej:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,4 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32 [mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica króćca DN100

Średnica otworu pod rure = 116[mm]

Przyjęto rure bez szwu D_e = 114,3 [mm] o e_n = 4 [mm]

D_emin = 113,7 [mm]

D_emax = 114,9 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,49 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*4=0,5 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 2,61 [mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 0, 5 * (900+2*4) − 4, 3 = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 3, 88 + 0, 42 = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0, 49 + 2, 61 = 3, 1[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = \sqrt{\left( 2*450,28 + 4,3 \right)*4,3} = 62,38\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 63[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 63 * 4, 3 = 270, 9[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 4,3 = 18,49\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = \sqrt{\left( 113,7 - 2,61 \right)*2,61} = 17,43\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 0, 5 * 17, 43 = 8, 72[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 0,72 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 0,61 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 79, 57[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = \frac{114,3}{2} = 57,15\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 54101[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 54328[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 1149\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 47780[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 33286[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca zaworu bezpieczeństwa:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32 [mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica króćca DN20

Przyjęto rure bez szwu D_e = 26,9[mm] o e_n = 4 [mm]

D_emin = 26,3[mm]

D_emax = 27,5[mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,11 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*4=0,5 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 2,99 [mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 3, 1[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 62,38\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 63[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 270, 9[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 18,49\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 9,52\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 4, 76[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 0,74 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 0,72 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 57, 33[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = 13,45\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 34424[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 34463[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 126\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 45131[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 0, 4 * (19558,12+63,61) = 20754[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca zaworu spustowego:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32 [mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica króćca DN25

Przyjęto rure bez szwu D_e = 33,7 [mm] o e_n =6,3 [mm]

D_emin = 32,7 [mm]

D_emax = 34,7 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213[MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,14 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*6,3=0,79 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 4,97 [mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 5, 4[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 62,38\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 63mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 270, 9[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 18,49\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 14,13\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 7, 07[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 1,26 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 1,22 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 2, 9 * (4,08+2,88+8,17) = 43, 87[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = 16,85\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 35955[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 35998[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 186\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 54268[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 21710[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca cyrkulacyjnego:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica dennicy zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość dennicy zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32 [mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica króćca 1 1/2”

Przyjęto rure bez szwu D_e = 48,3 [mm] o e_n = 7,1 [mm]

D_emin = 47,2 [mm]

D_emax = 49,4 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,21 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*7,1=0,89 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 5,61 [mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0, 07 + 2, 83 = 5, 82[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 58,16\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 59[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 220, 66[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 13,99\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 17,22\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 8, 61[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 1,56 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 1,5 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 165, 87[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = 24,15\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 37441[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 37502[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 346\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 50813[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 22709[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca termometru i termostatu:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32[mm] – naddatek ekstra

M20x1,5

Przyjęto rurę bez szwu D_e = 26,9 [mm] o e_n = 5 [mm]

D_emin = 26,2 [mm]

D_emax = 27,5 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,11 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*5=0,63 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 3,86[mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 1, 51 + 1, 37 = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0, 05 + 3, 29 = 3, 97[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 62,38\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 63[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 270, 9[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 18,49\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 10,76\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 5, 38[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 0,92 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 0,9 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 78, 91[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = 13,45\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 34424[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 34458[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 122\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 47702[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 0, 4 * (19558,12+61,13) = 20748[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie króćca manometru:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32[mm] – naddatek ekstra

M20x1,5

Przyjęto rurę bez szwu D_e = 26,9 [mm] o e_n = 5 [mm]

D_emin = 26,2 [mm]

D_emax = 27,5 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 0,11 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 12,5%*5=0,63 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 3,86[mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień wewnętrzny części walcowej:

r_is = 0, 5 * (D_i+e_n) − e_as = 450, 28[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 1, 51 + 1, 37 = 4, 3[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0, 05 + 3, 29 = 3, 97[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 62,38\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 63[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 270, 9[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 18,49\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 10,76\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 5, 38[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = 0,92 < 2\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 0,9 < 3\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 78, 91[mm²]

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

$$a = \frac{D_{e}}{2} = 13,45\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

A_s = r_is * (l_so+a) = 34424[mm²]

A_ps = A_s + 0, 5 * d_i * e_as = 34458[mm²]

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

$$A_{\text{pb}} = \frac{d_{i}}{2}*\left( e_{\text{as}} + l_{\text{bo}} \right) = 122\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$$

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 47702[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 0, 4 * (19558,12+61,13) = 20748[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

Wzmocnienie otworu na głowice:

Rozpatrywany jest zbiornik:

D_i = 900 [mm] – wewnętrzna średnica zbiornika

e_n = 5 [mm] – nominalna grubość płaszcza zbiornika

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 0,3 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka grubości

e = 3,88[mm] – minimalna obliczeniowa grubość zbiornika

e_ex = 0,32[mm] – naddatek ekstra

Nominalna średnica głowicy DN250

Przyjęto rure bez szwu D_e = 273 [mm] o e_n = 10 [mm]

D_emin = 271,5[mm]

D_emax = 274,5 [mm]

Wg normy PN-EN-10216-1

Wykonany ze stali P235GH o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213[MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_p0, 2⁷⁰ = 222[MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

z = 0,7 – współczynnik złącza spawanego

e = 2,43 [mm] – grubość obliczeniowa króćca

c = 0,4 [mm] – naddatek na korozje

δe = 15%*10=1,5 [mm] – maksymalna ujemna odchyłka na korozję

e_b = e_ex = 5,67[mm] – naddatek ekstra/efektywna grubość ścianki króćca

Promień dennicy zbiornika:

r_is = 0, 9 * D_i = 810[mm]

Grubość powłoki:

e_as = e + e_as = 3, 74[mm]

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 8, 1[mm]

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

$$l_{\text{so}} = \sqrt{\left( 2*r_{\text{is}} + e_{\text{as}} \right)*e_{\text{as}}} = 77,93\lbrack mm\rbrack$$

Do dalszych obliczeń przyjęto l_so = 78[mm²]

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

A_fs = l_so * e_as = 291, 72[mm²]

Całkowite pole spoiny spawu:

$$A_{\text{fw}} = 2*\frac{e_{\text{as}}^{2}}{2} = 13,99\lbrack\text{mm}^{2}\rbrack$$

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu od strony zewnętrznej:

$$l_{\text{bo}} = \sqrt{\left( d_{\text{eb}} - e_{b} \right)*e_{b}} = 47,59\lbrack mm\rbrack$$

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0, 5 * l_bo = 23, 79[mm]

Dla stosunku średnic d_i/2r_i=1 nie mogą przekraczać:

$$\frac{e_{\text{ab}}}{e_{\text{as}}} = \frac{6}{2,76} = 2,17 < 3\ spelniony$$

$$\frac{e_{b}}{e_{\text{as}}} = 1,52 < 2\ spelniony$$

Pole wzmocnień króćca:

A_fb = e_ab * (l_bi+e_as+l_bo) = 608, 51[mm²]

$$a = 0,5*\frac{271,5}{\cos 16^{o}} = 141,22$$

di=274,5-2*10=254,5

ri=2*r_is+e_as=2*0,9*900+3,74=1623,74 mm

Promień powłoki r_i=0,9*D_i+e_as=0,9*700+2,76=813,74mm

Pole przekroju takiej powłoki ma pole A= oraz obwód O=

Wycinek takiego koła o długości a+l_so=141,22+78=219,22mm ma przekrój

A_pφ=

Lewa strona nierówności:

(A_fs+A_fw) * (f_s−0,5*P) + A_fb * (f_ob−0,5*P) = 112937[N]

Prawa strona nierówności:

P * (A_ps+A_pb) = 0, 4 * (51873,63+5238,3) = 111452[N]

Zaprojektowany otwór wytrzyma siły rozciągające pochodzące od ciśnienia ze zbiornika. Warunek jest spełniony, więc nie ma konieczności wzmacniania otworu (lewa strona równania > prawa strona równania)

1. Obliczenia ściany sitowej.

Dobór ściany sitowej wykonuje się metodą iteracyjną. W celu zaprojektowania grubości rozpatruje się najbardziej niekorzystny przypadek obciążeń ciśnienia.

$$e = \frac{D_{0}}{4\mu(0,8*f)}*|p_{s} - p_{t}|$$

gdzie:

p_t – nadciśnienie po stronie sieci ciepłowniczej

p_s – nadciśnienie po stronie instalacji wodociągowej

μ –mostek ściany sitowej ze względu na ścinanie

f – nominalne naprężenia projektowe w ścianie sitowej w temp. 150⁰C

D_o – średnica ściany sitowej największego koła opisanego na części ściany

sitowej zajętej przez rurki

Ściana sitowa będzie wykonana z blachy stalowej ze stali P235GH dobranej wg normy PN-EN-10216-1 o parametrach(wg. normy PN-EN 10028-2005):

R_p0, 2⁵⁰ = 227 [MPa]

R_p0, 2¹⁰⁰ = 213 [MPa]

R_p0, 2¹⁵⁰ = 199 [MPa]

R_m²⁰ = 360 [MPa]

Nominalne naprężenia projektowe:

$$f_{} = \frac{\text{Rp}_{0,2/t}}{1,5} = \frac{199}{1,5} = 132,67\lbrack MPa\rbrack$$

$$\mu = \frac{p - d_{t}}{p} = \frac{30 - 17,2}{30} = 0,43$$

gdzie:

p – rozstaw otworów

d_t = 15mm – średnica zewnętrzna rurek wężownicy

D₀=228[mm]

$$e = \frac{D_{0}}{4\mu\left( 0,8*f \right)}*\left| p_{s} - p_{t} \right| = \frac{228}{4*0,43*\left( 0,8*132,67 \right)}*\left| 1,5 - 0,8 \right| = 0,88\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

W przypadku, gdy ciśnienie wody instalacyjnej spadnie do zera:

$$e = \frac{D_{0}}{4\mu\left( 0,8*f \right)}*\left| p_{s} - p_{t} \right| = \frac{228}{4*0,43*\left( 0,8*132,67 \right)}*\left| 1,5 - 0 \right| = 1,89\left\lbrack \text{mm} \right\rbrack$$

Minimalna grubość ściany sitowej wg normy wynosi:

Ze względów technologicznych (rozwalcowanie rurek) założono grubość ściany sitowej, wykonanej z blachy wg nieaktualnej normy PN-62/H-92200,

e=20mm.

Odchyłka na korozję:

c = s * τ =0,04*10= 0,4 mm

δe=0,3 mm

Zakładając, że ściana sitowa będzie korodowała równomiernie z obu stron.

en>e+2*c+ = 20+2*0,4+0,3=21,1

Przyjęto ściane sitową grubości 22 mm.

Uszczelki:

G_z=G_q=327 mm

Od strony przegrody przyjęto uszczelkę pełną.

Założone na podstawie wielkości zastosowanego kołnierza głowicy.

Stosunek średnic:

ρ_z=G_z/D₀=327/228=1,44

Moment zginający wynikający z ciśnień p_s i p_t działający na wieniec poza rurami

Dla przypadku najbardziej niekorzystnego p_s = 0 MPa

M_TS=-3,11 kN

Moment M_p działający na obrzeże ściany sitowej

Założenie p_s= 0 MPa

Wartości skutecznych współczynników Young’a E^* i Poisson’a μ^* odczytuję z normy EN 13445-3:2002 (E), Issue1 (2002-05) dla μ ^* i stosunku e/p z nomogramu.

μ*=0,6

E*/E=0,7

v*=0,3

Ściana sitowa i rurki wężownicy wykonane będą z materiałów o podobnych właściwościach wytrzymałościowych, dla uproszczenia obliczeń przyjmuję:

E_t = E

f_t = f

l_tx =10mm – długość ścianki sitowej,

e = 20mm - grubość ściany sitowej

e_t – grubość ścianek rurek wężownicy

U_L – szerokość pola na ścianie sitowej na wysokości średnicy bez otworów

= 4*30=120mm

=2*34,4=68,8mm

gdzie:

r_gmin =2,0*d_t=2,*17,2=34,4mm – minimalny promień gięcia

Przyjęto U_L = 68,8 mm

Stosunek średnic K:

A – zewnętrzna średnica ściany sitowej

Współczynnik F:

Moment M₀ działający na środek ściany sitowej

Założenie p_s = 0 MPa

Maksymalny moment zginający działający na ścianę sitową

M = 4,231 kN

Maksymalne naprężenia zginające promieniowe w ścianie sitowej

h_g = 2mm – głębokość rowka pod uszczelkę,

Dla wszystkich rozpatrywanych przypadków naprężenia zginające nie mogą przekroczyć wartości 2*f

2*f = 2 * 132,6 = 265,34 N/mm² >261,14 N/mm²

Warunek jest spełniony.

aksymalne naprężenia ścinające w ścianie sitowej

Założenie p_s = 0 MPa

Dla wszystkich rozpatrywanych przypadków naprężenia ścinające nie mogą przekroczyć wartości 0,8*f

0,8*f = 0,8 * 132,67 = 106,13 N/mm² > 10,0 N/mm²

Warunek jest spełniony.

1. Uszczelnienia sciany sitowej

Przyjęto dwie uszczelki płaskie kołnierzowe (w tym jedną pełną) POLONIT DN250 zgodnie z normą EN 1514-1/1997 dla ciśnienia nominalnego PN16 o wymiarach:

d1 =273 mm

d2 = 327 mm

i grubości 2mm