Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

POJEMNOŚCIOWY WYMIENNIK CIEPŁA

Wykonała:

Anna Rokicka

gr. COWiG 5

Warszawa 2010

Parametry zbiornika

• Średnica wewnętrzna zbiornika D_i = 1100 [mm]

• Ciśnienie obliczeniowe w instalacji wodociągowej P₀ = 0,4 [MPa]

• Pojemność zbiornika V_o = 2,5 [ m³ ]

• Ciśnienie obliczeniowe w sieci ciepłowniczej P_g = 0,8 [MPa]

• Temperatura wody w sieci ciepłowniczej t_g = 125 [ °C ]

• Maksymalna temperatura wody użytkowe t₀ = 70 [ °C ]

Założono częstotliwość zmian ciśnienia średnio 3 zmian na godzinę. Przyjęto ilość cykli równą 500 .Założono, że ciśnienie w sieci wynosi 3,5 bara, a wahania ciśnienia w sieci 0,2 Bara.

Σ n_i=500/(0,4/4)³=500000 cykli

Przeliczenie na lata τ=500000/(3*8760)=20

Przyjęto czas pracy zbiornika 20 lat.

1 Obliczenie grubości blachy zbiornika

Płaszcz zbiornika

Pojemność części walcowej

V_o = 2V_d + V_w

V_w = V_o – 2V_d

V_d=0,1309 D_w² 10^-6

gdzie:

V_d – orientacyjna pojemność dennicy, (wg PN-75/M-35412),

Przyjmujemy dla D_w = 1100mm V_d=0,175 m³

V_w – pojemność części walcowej zbiornika.

Wymiary płaszcza zbiornika

Długość:

Szerokość:

Przyjęto wymiary zbiornika 2,2x3,4 m

Dobór arkusza blachy

Zbiornik należy wykonać z 2 arkuszy blachy o wymiarach 1250x5000 i grubości 5mm (na podstawie PN-62/H-92200)

Grubość blachy zbiornika

Materiał płaszcza zbiornika :przyjęto stal z grupy 1.1 P235GH.

Rp_0,2⁵⁰=227 MPa

Rp_0,2⁷⁰=214 MPa,

Rp_0,2¹⁰⁰ ₌198 MPa,

Rm=360 ÷480 MPa,

Rm₂₀= 360 MPa

f _d= 133 Mpa

z = 0,7 –współczynnik wytrzymałościowy złącz spawanych dla zbiornika

Obliczeniowa grubość ścianki zbiornika

p₀ – ciśnienie w zbiorniku [MPa]

D­_i­ – średnica wewnętrzna zbiornika [m]

f_d – naprężenia dopuszczalne [MPa]

z – obliczeniowy współczynnik wytrzymałościowy złącz spawanych

Grubość Nominalna blachy

δ_e –ujemna odchyłka grubości blachy Klasy B wg PN-EN 10029; δ_e= 0,3mm

c – odchyłka na korozję

c = s * τ s – szybkość korozji ścianki (0,04mm)

τ - czas użytkowania zbiornika (20 lat)

c = 0,04 * 20=0,8mm

Przyjęto grubość nominalną blachy

e_n =5 mm

GRUBOŚĆ DENNICY ZBIORNIKA

Grubość ścianki dennicy

Wymagana grubość dna powinna wynosić: max[e_s, e_y, e_b]

R = 0,9*D_i = 0,9*1100 = 990mm,

r = 0,17*D_i = 0,17*1100 = 187mm.

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

$$e_{s} = \frac{0,4Mpa \bullet 0,9 \bullet 1100mm}{2 \bullet 133MPa \bullet 0,7 - 0,5 \bullet 0,4MPa} = 2,36mm$$

e_y - wymagana grubość wyoblenia w celu uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału.

β - wg EN13445-3:2002 Odczytana z wykresu 7.5.1

Współczynnik na osi odciętych = 0,003

β =0,75

$$e_{y} = \frac{0,75 \bullet 0,4(0,75 \bullet 990mm + 0,2 \bullet 1100mm)}{133Mpa} = 2,17mm$$

e_b – pożądana grubość wyoblenia w celu uniknięcia wyboczenia plastycznego.

Wzór dla den wykonywanych w Polsce:

Gdzie f_b – naprężenia projektowe ze względu na wyboczenia:

$$e_{b} = \left( 0,75 \bullet 0,9 \bullet 1100mm + 0,2 \bullet 1100mm \right)\left\lbrack \frac{0,4MPa}{111 \bullet 148MPa}\left( 0,17 \right)^{- 0,825} \right\rbrack^{\frac{1}{1,5}} = 2,14mm$$

Obliczone wielkości dla polskich den (na podstawie powyższych wzorów):

es	2,36mm
eb	2,14mm
ey	2,17mm

Do dalszych obliczeń przyjęto największą wartość:

e_s=2,36mm

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości dennicy ( z normy dla blachy o grubości 4,5 mm Klasy B) δe=0,3 mm,

Pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania dna przyjęto w wielkości:

δ_m= 0,1*e_min=0,1*(5-0,3)=0,42 mm

Grubość nominalna

e_n>e+c+ δe+ δm =2,36 +0,8+0,3+0,47=3,93 mm.

Nadwyżka ekstra grubości:

Przyjęto e_n=5 mm

e_ex=5-3,93=1,07 mm

Dobrano dennice o grubości e=5mm

Dobór dennicy

Zgodnie z PN-75/M-35412 dobrano następujące wymiary dennicy:

D_i = 1100mm

h_i = 275mm

h_c = 40 mm

m = 58 kg

V_d = 1,75 m³

2 Obliczenie grubości blachy głowicy

Grubość płaszcza głowicy

D_e = 0, 35 • D_i = 0, 35 • 1100 = 385mm

Przyjęto De=406,4mm

Przyjęto grubość ścianki 10 mm. (z normy PN-80/H-74219)

Di=386,4mm

z=0,7

materiał płaszcza głowicy wykonanej z rury bez szwu: stal grupy 1.1 nr1.0345, -P235GH

Rp_0,2⁵⁰=227N/mm²,

Rp_0,2¹⁰⁰=214N/mm²,

Rp_0,2¹⁵⁰=198N/mm²,

Rm=360 N/mm²,

A₅=25%

maksymalna temperatura głowicy wyniesie T_d = +125˚C, dla tej temperatury

Rp_0,2¹²⁵=206 N/mm²,

f_d =min(124; 135)

Przyjęto:

f_d =124MPa

Zgodnie ze wzorem:

Obliczeniowa grubość części walcowej płaszcza wynosi:

e=1,78 mm

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

dodatnia i ujemna odchyłka grubości rury ( z normy dla rur) wynosi +/-15% grubości nominalnej δe=1,5 mm,

Grubość nominalna:

e_n>e+c+ δe=1,78 +0,8+1,5=4,08 mm.

Przyjęto e_n=10 mm

Nadwyżka ekstra grubości:

e_ex=10-4,08=5,92 mm

Grubość dennicy głowicy

Wymagana grubość to największa wartość z trzech obliczonych wielkości: e_s, e_y, e_b.

Dla den wytłaczanych w Polsce.

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

e_y=wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału.

e_b – pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego.

Dla polskich den:

Gdzie f_b – naprężenia projektowe dla wyboczenia:

f_b=206/1,5= 137 MPa

Obliczony współczynnik na osi odciętych = 0,006

Dla r/D_i=0,17

z wykresu :

β =0,63

Obliczone wielkości dla polskich den (na podstawie powyższych wzorów):

e_s= 1,66 mm

e_b= 1,26mm

e_y=1,38 mm

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości dennicy z normy (przyjęto blachę Klasy B) δe=0,3 mm,

Pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania dna przyjęto w wielkości:

δ_m= 0,1*e_min=0,1*(6-0,5)=0,57 mm

Grubość nominalna:

e_n>e+c+ δe+ δm =1,66+0,8+0,3+0,57=3,33 mm.

Nadwyżka ekstra grubości:

Przyjęto grubość dennicy e= 6mm

e_ex=6-3,33=2,67 mm

Dobór dennicy

Na podstawie PN-64/M-35411 dobrano dennice o wymiarach

D_z = 406,4mm

h_z = 102 mm

h_c = 25 mm

m = 9,7 kg

3. Dobór króćców

Króciec wody grzewczej

Dla zbiornika o objętości 2,5 m³ przyjęto rurę o średnicy nominalnej DN 125 dla PN 10 (odesłane do PN16)

De=139,7x5,5 mm

Kołnierz króćca wody grzewczej

Przyjęto wg PN-ISO 7005-1 kołnierz 0,1 (płaski, spawany) o wymiarach:

- średnica zewnętrzna kołnierza D_zew = 250 [mm]

- średnica podziałowa K = 210 [mm]

- średnica otworów pod śruby L = 18 [mm]

- przyjęto 8 śrub o wymiarze gwintu M16

- średnica zewnętrzna szyjki A = 139,7 [mm]

- średnica otworu kołnierza B₁ = 141,5 [mm]

- grubość kołnierza C₁ = 22 [mm]

Króciec ciepłej wody

Dla zbiornika o objętości 2,5 m³ przyjęto DN 125 dla PN 6

De=139,7x5,5 mm

Kołnierz króćca wody ciepłej

Przyjęto wg PN-ISO 7005-1 kołnierz 0,1 (płaski, spawany) o wymiarach:

- średnica zewnętrzna kołnierza D_zew = 240 [mm]

- średnica podziałowa K = 200 [mm]

- średnica otworów pod śruby L = 18 [mm]

- przyjęto 8 śrub o wymiarze gwintu M16

- średnica zewnętrzna szyjki A = 139,7 [mm]

- średnica otworu kołnierza B₁ = 141,5 [mm]

- grubość kołnierza C₁ = 20 [mm]

Króciec zaworu bezpieczeństwa

Przyjęto rurę 3/4” o średnicy D= 26,9x3,2 mm

Na króćcu należy wykonać gwint zewnętrzny

Króciec manometru

Przyjęto rurę o średnicy D =21,3,x3,2 mm

Na króćcu należy wykonać gwint zewnętrzny ½”

Króciec termometru

Przyjęto rurę o średnicy D =26,9,x4 mm

Na króćcu należy wykonać gwint wewnętrzny M20x1,5.

Króciec cyrkulacyjny

Przyjęto rurę do gwintowania 2” o średnicy D= 60,3x 3,6mm.

Na króćcu należy wykonać gwint zewnętrzny.

Króciec spustowy

Przyjęto rurę o średnicy D=42,4x3,6mm.

Na króćcu należy wykonać gwint zewnętrzny.

4.WZMOCNIENIA OTWORÓW

Otwór na króciec wody grzejnej

Dla analizowanego zbiornika (otwór w głowicy):

D_i=386,4mm

e_n =10mm

Naddatek na korozję c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości blachy δ_e=1,5 mm

e=1,78mm

e_ex=5,92mm

e_as= e+e_ex=7,7 mm.

Średnica otworu pod rurę =141,5 mm (z normy na kołnierze PN-ISO 7005-1:1996)

D=139,7 mm

D_e^min=139,1 mm

D_e^max=140,3 mm;

odchyłka grubości -12,5%;

przyjęto rurę ze stali P235GH:

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2¹²⁵= 206MPa

współczynnik złącza spawanego =0,7

grubość obliczeniowa króćca

korozja c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości δ_e=0,125*5,5=0,688 mm

e_ex=5,5-0,6-0,8-0,688=3,41 mm

e_b=e_ex=3,41 mm

e_ab=e_ex+e = 3,41+0,6=4,01 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu wynosi:

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

a dł. Króćca od strony wewnętrznej l_bi=0,5*l_bo

Długości króćców do analizy:

di= 140,49-2*5,5=129,39mm

2ri=386,4+7,7=394,1mm

dla tego stosunku średnic, stosunki grubości nie mogą przekraczać 2 : warunek spełniony

dla tego samego stosunku średnic stosunek grubości dla produkcji:

warunek spełniony

Ogólne równanie wzmocnienia

A_fp=0.

A_pφ=0 ( króciec prostopadły do powłoki)

f_ob=min(f_s; f_b)= 123,6 MN/m²

f_op=min(f_s; f_p)= 135 MN/m²

A_fs=3,41*56,47=434,8 mm²

A_fw= 2*=59,29 mm²

A_fb=e_b*(l_bi+e_as+l_bo)=3,41*(11,02+3,41+22,04)=294,15 mm²

a=0,5d =69,51mm

A_s= r_is*(l_so+a)=193*(65,47+69,51)=24041

A_ps=A_s+0,5*di*e_as=24539mm²

A_pb=0,5*d_i*((l_bo+e_as)=0,5*129,39*(22,04+3,41)=26095 mm²

L= (434,8+59,29)*(135-0,5*0,8)+294,15*(123,6-0,5*0,8)=101873

P= 0,8*(26096+1924)=22416

L>P

Równanie jest spełnione – otwór nie wymaga dodatkowego wzmocnienia

Otwór na króciec wody ciepłej

Dla analizowanego zbiornika:

D_i=1100 mm

V_o=1.75 m³

płaszcz e_n =5mm

Naddatek na korozję c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości blachy δ_e=0,3 mm

e=2,37 mm

e_ex=1,53 mm

e_as= e+e_ex=2,37+1,53=3,9 mm

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2⁷⁰= 222MPa

Przyjęto rurę o średnicy DN125

D=139,7 mm

D_e^min=139,1 mm

D_e^max=140,3 mm;

odchyłka grubości -12,5%;

przyjęto rurę ze stali P235GH:

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2¹²⁵= 206MPa

współczynnik złącza spawanego =0,7

grubość obliczeniowa króćca

korozja c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości δ_e=0,125*5,5=0,688 mm

e_ex=5,5-0,3-0,8-0,688=3,69 mm

e_b=e_ex=3,69 mm

e_ab=e_ex+e = 3,69+0,32=4,01 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu wynosi:

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

a dł. Króćca od strony wewnętrznej l_bi=0,5*l_bo

Długości króćców do analizy:

di= 140,3-2*5,5=129,39mm

Sprawdzenie stosunków grubości według wykresów:

2ri=2*550+3,9=1113,9mm

dla tego stosunku średnic, stosunki grubości nie mogą przekraczać 2 : warunek spełniony

dla tego samego stosunku średnic stosunek grubości dla produkcji:

warunek spełniony

Ogólne równanie wzmocnienia

A_fp=0.

A_pφ=0 ( króciec prostopadły do powłoki)

f_ob=min(f_s; f_b)= 133 MN/m²

f_op=min(f_s; f_p)= 135 MN/m²

dla powłoki walcowej r_is=0,5*D_e-e_as=0,5*(1100+2*5)-3,9=551 mm

A_fs=3,9*65,61=255,89 mm²

A_fw= 2*=15,21 mm²

A_fb=e_b*(l_bi+e_as+l_bo)=5,88*(11,02+3,9+22,04)=256 mm²

a=0,5d =69,35mm

A_s= r_is*(l_so+a)=551*(65,61+69,35)=74230

A_ps=A_s+0,5*di*e_as= 74469 mm²

A_pb=0,5*d_i*((l_bo+e_as)=0,5*129,39*(22,04+3,9)=1736 mm²

L= (256+15,21)*(135-0,5*0,4)+579,79*(133-0,5*0,4)= 78238

P= 0,4*(74469+1736)=30522

L>P

Równanie jest spełnione – otwór nie wymaga dodatkowego wzmocnienia

Otwory na króciec termometru i manometru

Dla analizowanego zbiornika:

D_i=1100 mm

V_o=1.75 m³

płaszcz e_n =5mm

Naddatek na korozję c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości blachy δ_e=0,3 mm

e=2,37 mm

e_ex=1,53 mm

e_as= e+e_ex=2,37+1,53=3,9 mm

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2⁷⁰= 222MPa

Przyjęto rurę o średnicy 26,3 x3,2 mm

D=26,3mm

D_e^min=26,5 mm

D_e^max=27,3 mm;

odchyłka grubości -12,5%;

przyjęto rurę ze stali P235GH:

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2¹²⁵= 206MPa

współczynnik złącza spawanego =0,7

grubość obliczeniowa króćca

korozja c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości δ_e=0,125*3,2=0,4 mm

e_ex=3,2-0,3-0,8-0,4=1,94 mm

e_b=e_ex=1,94 mm

e_ab=e_ex+e = 1,94+0,06=2 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu wynosi:

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

a dł. Króćca od strony wewnętrznej l_bi=0,5*l_bo

Długości króćców do analizy:

di= 27,3-2*3,2=20,9mm

Sprawdzenie stosunków grubości według wykresów:

2ri=2*550+3,9=1113,9mm

dla tego stosunku średnic, stosunki grubości nie mogą przekraczać 2 : warunek spełniony

dla tego samego stosunku średnic stosunek grubości dla produkcji:

warunek spełniony

Ogólne równanie wzmocnienia

A_fp=0.

A_pφ=0 ( króciec prostopadły do powłoki)

f_ob=min(f_s; f_b)= 133 MN/m²

f_op=min(f_s; f_p)= 135 MN/m²

dla powłoki walcowej r_is=0,5*D_e-e_as=0,5*(1100+2*5)-3,9=551 mm

A_fs=3,9*65,61=255,89 mm²

A_fw= 2*=15,21 mm²

A_fb=e_b*(l_bi+e_as+l_bo)=1,94*(7,43+3,9+3,72)=149,39 mm²

a=0,5d =13,25mm

A_s= r_is*(l_so+a)=551*(65,61+20,9)=43375

A_ps=A_s+0,5*di*e_as=43416 mm²

A_pb=0,5*d_i*((l_bo+e_as)=0,5*20,9*(20,9+3,9)=118 mm²

L= (256+15,21)*(135-0,5*0,4)+149,39*(133-0,5*0,4)= 54497

P= 0,4*(43416+118)=17414

L>P

Otwór na króciec spustowy

Dla analizowanego zbiornika:

D_i=1100 mm

V_o=1.75 m³

płaszcz e_n =5mm

Naddatek na korozję c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości blachy δ_e=0,3 mm

e=2,37 mm

e_ex=1,53 mm

e_as= e+e_ex=2,37+1,53=3,9 mm

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2⁷⁰= 222MPa

Przyjęto rurę o średnicy 42,4 x3,6 mm

D=42,4mm

D_e^min=41,95 mm

D_e^max=42,85 mm;

odchyłka grubości -12,5%;

przyjęto rurę ze stali P235GH:

R_m = 360 MN/m²; A=23%; R_p0.2¹²⁵= 206MPa

współczynnik złącza spawanego =0,7

grubość obliczeniowa króćca

korozja c=0,8 mm

ujemna odchyłka grubości δ_e=0,125*3,6=0,45 mm

e_ex=3,6-0,3-0,8-0,45=2,26 mm

e_b=e_ex=2,26 mm

e_ab=e_ex+e = 2,26+0,09=2,35 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu wynosi:

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

a dł. Króćca od strony wewnętrznej l_bi=0,5*l_bo

Długości króćców do analizy:

di= 42,4-2*3,6=35,65mm

Sprawdzenie stosunków grubości według wykresów:

2ri=2*550+3,9=1113,9mm

dla tego stosunku średnic, stosunki grubości nie mogą przekraczać 2 : warunek spełniony

dla tego samego stosunku średnic stosunek grubości dla produkcji:

warunek spełniony

Ogólne równanie wzmocnienia

A_fp=0

A_pφ=0 ( króciec prostopadły do powłoki)

f_ob=min(f_s; f_b)= 133 MN/m²

f_op=min(f_s; f_p)= 135 MN/m²

dla powłoki walcowej r_is=0,5*D_e-e_as=0,5*(1100+2*5)-3,9=551 mm

A_fs=3,9*65,61=255,89 mm²

A_fw= 2*=15,21 mm²

A_fb=e_b*(l_bi+e_as+l_bo)=2,26*(10+3,9+5)=150 mm²

a=0,5d =20,29mm

A_s= r_is*(l_so+a)=551*(65,61+20,29)=47637

A_ps=A_s+0,5*di*e_as=47708 mm²

A_pb=0,5*d_i*((l_bo+e_as)=0,5*20,29*(10+3,9)=238 mm²

L= (256+15,21)*(135-0,5*0,4)+150*(133-0,5*0,4)= 54587

P= 0,4*(47708+238)=19178

L>P

OTWÓR w DENNICY DLA GŁOWICY

W jednej z dennic należy wykonać otwór, przez który wprowadzone zostaną do środka zbiornika rury (wężownice) grzejne.

Przyjęto średnicę głowicy DN400 i rurę bez szwu wg.PN-61/74219 o nast. Wymiarach:

De=406,4mm; odchyłka średnicy +1,5%;

D_e^max=412,5mm

D_e^min=400,3 mm

Odchyłka grubości ścianki -15%

Grubość ścianki e=10,0 mm; δe=1,5 mm

Naddatek na korozje i erozję c=0,8 mm

Przyjęto materiał rury P235GH:

f=133MN/m2

grubość ścianki rury

δ_e=1,5

c=0,8

e_ex=10-0,88-0,8-1,5=6,82

Dla dennicy

e_n=5 mm; c=0,8mm; δ_e=0,3mm; δm=0,47 mm; e=2,36 mm

e_ex=5-0,8-0,3-0,47-2,36=1,07mm

e_as=e+e_ex=2,36+1,07=3,43 mm

materiał jak dla płaszcza: P235GH Re=360 R_p0.2⁷⁰=222

f= 133 MPa

W dennicy wykonujemy tylko jeden otwór – otwór można traktować jako pojedynczy.

Dla dna eliptycznego :

Z wykonanego w skali rysunku otrzymano wielkość kąta φ=13^o

kąt φ<arc sin(1-δ) φ<52,97^o – warunek jest spełniony

di=400,3-2*10=380,3mm

ri=2*r_is+e_as=2*0,9*1100+3,43=1983,43mm

di/2ri = 0,19

e_b/e_as2

warunek spełniony

e_ab=e_ex+e=6,82+0,88=7,7 mm

warunek spełniony

długości króćców do obliczeń wzmocnienia:

l_bi=0,5*l_bo= 26,34mm

A_fs=82,53*3,43=415 mm²

A_fb=(l_bi+e_as+l_bo)*e_ab=944,95 mm²

A_fw=2*(3,43²/2)=11,79 mm²

Promień powłoki r_i=0,9*D_i+e_as=0,9*1100+3,43=993,43 mm²

Pole przekroju takiej powłoki ma pole

A=

obwód

O=

Wycinek takiego koła o długości a+l_so=216,2+82,53=298,73mm ma przekrój

A_pφ=

z ogólnego wzoru na wzmocnienie sprawdzamy:

L=(415+11,79)*(133-0,5*0,4)+944,95*(135-0,5*0,4)=165285

P=0,4*(148416+50553+16669)=86255

5. Obliczenie ściany sitowej

materiał płaszcza głowicy wykonanej z rury bez szwu: stal grupy 1.1 nr1.0345, -P235GH

Rp_0,2⁵⁰=227N/mm²,

Rp_0,2¹⁰⁰=214N/mm²,

Rp_0,2¹⁵⁰=198N/mm²,

Rm=360 N/mm²,

A₅=25%

maksymalna temperatura głowicy wyniesie T_d = +125˚C, dla tej temperatury

Rp_0,2¹²⁵=206 N/mm²,

Założono, że w głowicy temperatura wody sieciowej wynosi 125ºC, a wiec ściana sitowa może nagrzać się do takiej temperatury jeśli nie będzie wody w zbiorniku zasobnika

f=137,3 MN/m²

Dobór kołnierzy dla ściany sitowej DN 400

Kołnierze przyspawane są do dwóch odcinków rury bez szwu walcowanej na gorąco w/g PN-80/H-74219 o średnicy 406,4 mm i grubości e_n=10 mm.

Przyjęto dla ciśnienia 1 MPa według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany) PN10 DN400

D_zew=565 mm,

średnica podziałowa śrub

K=515 mm

Średnica otworów pod śruby L=26 mm,

Przyjęto 16 śrub M24

Średnica otworu kołnierza B₁=411 mm,

Grubość kołnierza C₁=32 mm.

Założono średnicę D₀=370 mm.

p – podziałka, p=35mm

d_t – średnica rurki, d_t=17,2 mm

Przypadk1, występuje ciśnienie wody zarówno w sieci jak i w instalacji wodociągowej

=0,51

mm

Przypadk2, ciśnienie wody wodociągowej P_s=0

mm

Założono, że rurki wężownicy będą wykonane z rury stalowej o średnicy zewnętrznej d_t=17,2 mm w/g PN-73/H-74240 (rury stalowe bez szwu, precyzyjne).

Minimalna grubość ściany sitowej e_a≥0,75*d_t.

e_a≥12,9 mm.

Ze względów technologicznych (rozwalcowywanie rurek) założono minimalną grubość ściany sitowej wykonanej z blachy w/g PN-80/H-92200 i przyjęto e=26 mm.

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości ( z normy dla blach klasa B) wynosi δe=-0,3 mm,

Średnie średnice uszczelek od strony głowicy i od strony płaszcza, dla przypadku rozpatrywanego zasobnika zakładamy, że uszczelki mają takie same wymiary średnicy.

Gs=Gc=447,5 mm

G_s- średnia średnica uszczelki ściany sitowej od strony płaszcza,

G_c- średnia średnica uszczelki ściany sitowej od strony głowicy

D₀=370 mm

ρ_s=G_s/D₀= ρ_c=G_c/D₀=1,21

moment wynikający z ciśnień P_s oraz P_t działający na wieniec poza rurkami

Dla ciśnienia w płaszczu P_s=0

= - 0,0035MN

M_TS=-3,5 kN

Założono że:

l_t,x=10 mm ściana sitowa i rurki wykonane są z materiałów o takich samych własnościach wytrzymałościowych E_t=E, f_t=f (dla uproszczenia obliczeń).

0,4

15,53mm

Przyjęto:

d^*=15,52 m

U_l≤4*p

p – bok kwadratu (podziałka),

U_l≤4*35=140 mm

U_l ≥3*r_gmin , gdzie:

r_gmin – minimalny promień gięcia rury.

r_gmin = 3*d_t (średnicy rurki wężownicy)

U_l ≥3*17,2=51,6 mm

Założono U_L=52 mm

38,55 mm

0,59

e/p=26/35=0,74

Wartości efektywnych współczynników sprężystości E^* oraz ν^* w funkcji μ^* dla wartości stosunku e/p odczytane z nomogramów

Dla μ^*=0,6 i e/p=0,74

E^*/E=0,7

ν^*=0,3

K=A/D₀,

A – zewnętrzna średnica ściany sitowej,

K=565/370=1,527

0,42

Moment M^* działający na pierścień ściany sitowej poza pęczkiem rur

G_c=G_s więc M*=M_TS

Moment M_p działający na obrzeże ściany sitowej

Przy założeniu, że ciśnienie w głowicy: P_t=0

= -0,003 MN

Moment M₀ działający na środek ściany sitowej

Dla ciśnienia w sieci wodociągowej: P_s=0

= -0,0086 MN

Maksymalny moment zginający działający na ścianę sitową

M= -0,0086 MN

Naprężenia zginające w ścianie sitowej.

Maksymalne naprężenia zginające promieniowe w ścianie sitowej

h_g –głębokość rowka pod uszczelkę, założono że h_g=0

254MN/m²

naprężenia zginające nie mogą przekraczać wartości 2*f

2*137,43MN/m²=274,67MN/m²

σ≤2*f warunek spełniony

Naprężenia ścinające w ścianie sitowej.

Maksymalne naprężenia ścinające w ścianie sitowej:

=5,54 MN/m²

τ≤0,8*fMN/m²=109,8 MN/m²

5,54 < 109,8

Warunek spełniony

Grubość nominalna:

Założono, że ściana sitowa będzie korodowała z obydwu stron.

e_n>e+c+2*δe=26+0,3+1,6=27,9mm.

Przyjęto e_n=28 mm

Dobór zawóru bezpieczeństwa

Dla przypadku, gdy pęknie jedna z rurek wężownicy, wydatek liczymy w następujący sposób:

A_R – pole przekroju rurki

ρ – gęstość wody w 70°

b – wypływ z dwóch stron rurki (przyjęto b=1 dla różnicy ciśnienia mniejszej niż 5 Bar)

Wydatek zaworu:

Minimalny przekrój zaworu bezpieczeństwa wyznacza się z zależności:

ά=0,20

średnica króćca wlotowego – 3/4’’

Dobrano zawór bezpieczeństwa firmy SYR o numerze katalogowym 2115

Masa zbiornika

Króćce

-wody grzejnej 20 kg (2sztuki + kołnierze)

-wody instalacyjna 20 kg (2sztuki + kołnierze)

-termometru 0,286 kg

-manometru 0,374 kg

-zaworu bezpieczeństwa 0,908 kg

- cyrkulacyjny 0,900 kg

-spustowy 0,618 kg

Głowica + kołnierze 90 kg

Dennica głowicy 9,7 kg

Płaszcz zbiornika 298 kg

Dennica 40kg

Dno 58 kg

Wężownica 60 kg

Ściana sitowa 50 kg

Łączna masa 640 kg

Dobór podparcia

Zaprojektowano podparcie w postaci konstrukcji złożonej z 4 podpór wykonanych ze stali R35 zgodnie z PN-91/H-74240 przyspawanych do zbiornika pod kątem 30^o i o długości 70cm.

Przyjęto rurki o średnicy D=33,7x3,6 mm

Wyboczenie:

A=3,4cm^2

i=1,07 cm –promień bezwładności

Do obliczeń przyjęto :

Masę zbiornika m_z=640 kg

Masę wody m_w =2600kg ( zbiornik ma pojemność 2,5m³ + masa wody sieciowej przyjęto 100kg, gęstość wody 1000kg/m³)

Współczynniki bezpieczeństwa przyjęto zgodnie z normą PN-82/B-02001

1,1 dla ciężaru własnego oraz 1,2 dla obciążenia wodą

Q=m*g [N]

m – masa [kg]

g- przyspieszenie ziemskie -9,81 m/s²

Q=(1,1* m_z+1,2* m_w)*9,81= (1,1 * 640 +1,2*2600)*9,81=37514 N

Obciążenie na 1 nogę :

przyjęto 4 podpory przyspawane pod kątem 30^o

Q_p=Q/cos30^o/4 = 37514/0,87/4=10780 N

Obliczenie podpory:

Długość wyboczeniowa pręta:

lw= 2 * l =2*90=180cm (ponieważ jeden koniec jest wolny)

Smukłość

s=lw/i=180/1,07=168 z tablic odczytano β=0,27

Naprężenie

σ=Qp/(β*A)=10780 /(0,27*340)= 118 Mpa

Rm =340 MPa

Re=215MPa

σ max =215/1,5 =143 MPa

Dobrana konstrukcja spełnia warunki wytrzymałościowe.