Opracował: dr inż. Wiesław Szadkowski

Ćwiczenie z laboratorium materiałoznawstwa nr 1.

PRACE INSTALACYJNO-ŚLUSARSKIE CZĘŚĆ I

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z różnymi instalacjami, materiałami stosowanymi do wykonywania przewodów i rur, rodzajami połączeń, (rozłącznych i nierozłącznych), rodzajami kształtek, z których są wykonywane instalacje oraz rodzajami gwintów i sposobów ich nacinania.

Elementem praktycznym ćwiczenia jest zapoznanie się z przygotowanymi eksponatami oraz wykonanie połączenia rozłącznego na tzw „długi gwint”.

Sprawozdanie z ćwiczenia

W ramach sprawozdania studenci rysują odręcznie wykonane przez siebie połączenie gwintowe rur zgodnie z obowiązującymi zasadami rysunku technicznego oraz opisują:

1. Czynności niezbędne do wykonania połączenia,

2. Rodzaje materiałów zastosowanych do wykonania połączenia

3. Rodzaje narzędzi wykorzystanych przy wykonaniu połączenia

Zamiennie po uzgodnieniu z prowadzącym można w sprawozdaniu narysować i opisać elastyczne węże ciśnieniowe służące do przyłączania urządzeń zasilanych gazem ziemnym

Wiedza teoretyczna wymagana od studentów podczas zajęć.

Studenci, a w przyszłości absolwenci Wydziału Inżynierii Środowiska w swojej przyszłej pracy zawodowej będą mieli do czynienia z różnego rodzaju instalacjami.

Można zaliczyć do nich:

1. Instalacje wodociągowe i kanalizacyjne (zewnętrzne i wewnętrzne)

2. Sieci ciepłownicze

3. Instalacje centralnego ogrzewania

4. Instalacje ciepłej wody użytkowej

5. Sieci i instalacje gazowe

6. Instalacje chłodnicze

7. Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne

8. Sieci i instalacje parowe

9. Instalacje przeciwpożarowe

10. Ropociągi

11. Instalacje sprężonego powietrza i innych gazów sprężonych (tlen, azot, CO2 etc)

12. Instalacje transportu hydraulicznego

13. Instalacje hydrauliczne

14. Instalacje pneumatyczne

15. Instalacje występujące w przemyśle spożywczym (służące do transportu n.p. mleka, soków, piwa, melasy itp).

W zależności od ciśnień i temperatur roboczych można podzielić instalacje na:

1. niskoparametrowe,

2. średnioparametrowe,

3. wysokoparametrowe

4. ziębnicze i kriogeniczne

Jak wynika z przedstawionego zestawienia istnieje duża różnorodność instalacji i absolwenci naszego wydziału w swojej przyszłej pracy zawodowej mogą mieć do czynienia nie tylko z instalacjami odpowiadającymi wybranej specjalności, wymienionymi w punktach 1-7 lecz także z instalacjami przemysłowymi nie wymienionymi w niniejszym zestawieniu.

Niezależnie od rodzaju instalacji każda z nich składa się z następujących elementów:

1. Przewodów (rur) służących do transportu danego medium

2. Urządzeń wprawiających w ruch i/lub podnoszących ciśnienie (pomp, sprężarek, wentylatorów)

3. Armatury służącej do sterowania przepływem czynnika

4. Osprzętu do którego można zaliczyć: kompensatory, podpory pod rurociągi, izolacje ciepło i zimnochronne, filtry, odpowietrzenia , odwodnienia,

5. Urządzenia AKPiA (Aparatura Kontrolno Pomiarowa i Automatyka) czyli czujniki ciśnienia , temperatury, składu substancji, wskaźniki poziomu, zużycia energii etc.

W zależności od rodzaju instalacji oraz medium dobiera się odpowiedni rodzaj materiału dla danego typu instalacji. Do transportu medium najczęściej stosuje się rury o przekroju kołowym, ale dla specjalnych zastosowań mogą być rury o przekroju kwadratowym, prostokątnym, lub jajowym (w kanalizacji). Przewody (kanały) wentylacyjne mają z reguły przekroje prostokątne i wykonuje się je z odpowiednio zaginanych blach.

Ogólnie materiały z których wykonuje się przewody można podzielić na przewody (rury):

1. Metalowe,

2. Wykonane z tworzyw sztucznych,

3. Wykonane z ceramiki,

4. Wykonane z materiałów innych jak azbestocement, drewno itp.( obecnie nie stosowane, lub rzadko stosowane)

Przewody metalowe

Przewody wykonane z metalu są obecnie najbardziej rozpowszechnione. Można je podzielić na przewody wykonane z metali żelaznych oraz z metali nieżelaznych.

Przewody wykonane z metali żelaznych można podzielić na przewody stalowe i żeliwne lub wykonane ze staliwa.

Ze stali najczęściej wykonuje się rury. Mogą to być rury ze szwem, lub bez szwu. Rury ze szwem mogą być wykonywane jako spawane lub zgrzewane. Rury mogą być wykonane jako rury ze szwem wzdłużnym, lub spiralnym. Rury największych średnic wykonuje się jako rury ze szwem spiralnym spawane z długich arkuszy blachy.

Rury bez szwu wykonuje się jako rury walcowane na gorąco, lub na zimno. Rury walcowane na gorąco są tańsze w stosunku do rur walcowanych na zimno, ale mają większe odchyłki wymiarowe.

Rury żeliwne, bądź staliwne wykonuje się jako odlewy. Ze względu na technologię wykonania są one cięższe i droższe od rur stalowych, ale ze względu na dużą trwałość i odporność na korozję stosowane są w wodociągach i kanalizacji, przemyśle chemicznym i przemyśle okrętowym (są odporne na działanie wody morskiej). Rury żeliwne są kruche, nie są spawalne i nie są odporne na działanie dużych ciśnień i wysokich temperatur.

Przewody wykonywane z metali nieżelaznych to najczęściej rury miedziane, mosiężne lub aluminiowe.

Rury miedziane stosowane są w instalacjach wewnętrznych centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej i w instalacjach gazowych.

Rury mosiężne znajdują zastosowanie w instalacjach przemysłowych i w przemyśle spożywczym (n.p. w browarnictwie ).

Przewody aluminiowe stosowane były w przemyśle mleczarskim, ale są one zastępowane przewodami ze stali nierdzewnej.

Przy wykonywaniu instalacji z metalu ważne jest stosowanie jednorodnych materiałów. Jeżeli stosujemy różne materiały o dużych różnicach potencjałów elektrochemicznych (dotyczy to również materiału spoin spawalniczych) to może wystąpić zjawisko korozji elektrochemicznej które w szybkim czasie zniszczy instalację.

Przewody z tworzyw sztucznych.

Do wykonywania instalacji stosuje się głównie 3 rodzaje tworzyw sztucznych:

• polichlorek winylu,

• polietylen

• polipropylen.

• Polibutylen

Rury z polichlorku winylu znajdują zastosowanie w kanalizacji oraz w przemyśle chemicznym. Rury z polietylenu stosowane są w instalacjach wodociągowych oraz w średniociśnieniowych sieciach gazowych.

Rury z polipropylenu i polietylenu stosuje się na instalacje centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej, a z polietylenu usieciowanego (PEX) na rurociągi sieci niskoparametrowych w ciepłownictwie.

Przewody z ceramiki

Przewody wykonane z ceramiki znajdują głównie zastosowanie w przemyśle chemicznym (ze względu na odporność na działanie substancji chemicznych oraz w kanalizacji.

Produkcja rur obejmuje nie tylko rury przeznaczone do budowy sieci i instalacji, ale również rury konstrukcyjne przeznaczone do budowy różnego rodzaju konstrukcji.

Główna różnica (poza wykonaniem materiałowym) między rurami instalacyjnymi , a rurami konstrukcyjnymi polega na różnicach wymiarowych. Dodatkowo rury przeznaczone na instalacje są sprawdzane na szczelność odpowiednio wysokim ciśnieniem, a rury konstrukcyjne nie.

Wszystkie instalacje poddane zostały normalizacji.

Znormalizowane zostały ciśnienia i temperatury robocze oraz średnice (nominalne i zewnętrzne) i grubości rur.

Pierwszym krajem, w którym w trakcie rewolucji przemysłowej XIX w. znormalizowano średnice rur i gwintów była Anglia i zostały one znormalizowane w systemie calowym (1841 r).

W 1875 r we Francji, a potem w pozostałej części europy zaczęto wprowadzać system metryczny. W Polsce hutnictwo rozwijało się na wzorach brytyjskich i początkowo stosowano system calowy, a po przejściu na system metryczny przeliczono wymiary calowe na system metryczny.

W związku z tym przy doborze rur i armatury istnieje potrójny system oznaczeń wymiarów rur przedstawiony w tabelach 1 i 2. (DN, calowy, Dzx g)

Przy wykonywaniu instalacji skręcanych wymagana jest większa grubość ścianek rur do nacięcia gwintu, przy wykonywaniu połączeń spawanych można stosować mniejsze grubości ścianek rur oraz mniejsze średnice.

W tabeli 1 przedstawiono wymiary rur przeznaczonych do gwintowania, a w tabeli 2 wymiary rur przeznaczonych do spawania. W tabeli 3 zamieszczono porównanie średnic zewnętrznych dla połączeń gwintowanych i spawanych.

Tab. 1. Rury przewodowe gwintowane - odmiana lekka ( wg. PN -74/H-74200).

Średnica nominalna DN		Średnica zewnętrzna Dzewn	Grubość ścianki g	Masa jedn.
[mm]	[cale]	[mm]	[mm]	[kg/m]
10	3/8	17,2	2,00	0,75
15	½	21,3	2,35	1,11
20	¾	26,9	2,35	1,42
25	1	33,7	2,90	2,23
32	1 ¼	42,4	2,90	2,87
40	1 ½	48,3	2,90	3,30
50	2	60,3	3,25	4,63
65	2 ½	76,1	3,25	5,93
80	3	88,9	3,65	7,82
100	4	114,3	4,05	11,30

Tab. 2. Rury przewodowe do spawania.

Średnica nominalna DN		Średnica zewnętrzna Dzewn	Grubość ścianki g	Masa jedn.
[mm]	[cale]	[mm]	[mm]	[kg/m]
10	3/8	13,5	0,5 - 2,6	0,16 -0,76
15	½	20,0	0,5 - 4,0	0,24 - 1,58
20	¾	25	1,0 - 4,0	0,59 - 2,07
25	1	30	1,6 - 2,83	1,13 - 2,83
32	1 ¼	38	2,0 - 4,5	1,57 - 3,23
40	1 ½	44,5	2,0 - 5,6	2,01 - 5,07
50	2	57	2,6 - 7,1	3,52 - 8,77
65	2 ½	76,1	3,2 - 7,1	5,8 - 12,1
80	3	88,9	3,6 - 7,1	7,63 - 14,4
100	4	108	4,0 - 7,1	10,3 - 17,1
125	5	133	4,0 - 7,1	12,8 - 22,1
150	6	159	4,0 - 7,1	15,4 - 26,5
200	8	219,1	4,0 - 7,1	21,4 - 37,2
250	10	273	4,0 - 7,1	26,9 - 46,7

Uwaga : oznaczenia calowe dla rur do spawania są rzadko używane.

Ze względu na konieczne siły do nacięcia i połączenia rur, nie stosuje się rur łączonych przez gwintowanie przy średnicach powyżej 4” (co odpowiada DN100).

Tab. 3. Porównanie średnic zewnętrznych dla połączeń gwintowanych i spawanych.

Średnica nominalna DN		Średnica zewnętrzna Dzewn rury do połączeń gwintowanych	Średnica zewnętrzna Dzewn rury do połączeń spawanych
[mm]	[cale]	[mm]	[mm]
10	3/8	17,2	13,5
15	½	21,3	20
20	¾	26,9	25
25	1	33,7	30
32	1 ¼	42,4	38
40	1 ½	48,3	44,5
50	2	60,3	57
65	2 ½	76,1	76,1
80	3	88,9	88,9
100	4	114,3	108
125	5	-	133
150	6	-	159
200	8	-	219,1
250	10	-	273

Jak widać z powyższego zestawienia średnica nominalna DN odpowiada dwóm wymiarom rzeczywistym rur w zależności od rodzaju zastosowanej technologii do łączenia rur (gwintowanie, lub spawanie). Aby uniknąć pomyłek rury oznacza się poprzez podanie jej średnicy zewnętrznej i grubości ścianki np. Ф60,3x3,6 natomiast średnice nominalne (DN50, 2``) są przydatne do doboru armatury.

Połączenia

Ponieważ przewody (rury) produkowane są o określonych długościach, przy budowie instalacji muszą być one ze sobą łączone, jak również muszą być łączone z armaturą.

Połączenia można podzielić na: rozłączne i nierozłączne. Innym kryterium jest podział połączeń na rozbieralne i nierozbieralne. Instalacja powstała z połączenia gwintowego rur nie jest przeznaczona do częstego rozkręcania więc może być traktowana jako nierozłączna, natomiast jest rozbieralna podobnie jak połączenie kielichowe. Instalacja spawana, zgrzewana czy lutowana nie może być rozebrana bez jej zniszczenia.

Do połączeń rozłącznych zaliczamy:

1. Połączenia kołnierzowo-śrubowe,

2. Połączenia tzw. „szybkozłącza” - stosowane n.p. przy łączeniu węży strażackich,

3. Połączenia „na dwuzłączkę” (tzw „holender”).

4. Połączenia „na długi gwint”

Do połączeń nierozłącznych zaliczamy:

1. Połączenia spawane,

2. Połączenia zgrzewane,

3. Połączenia lutowane

4. Połączenia klejone

5. Połączenia kielichowe

6. Połączenia zaciskowe związane z odkształceniem materiału.

Przy projektowaniu i wykonywaniu instalacji bardzo ważny jest dobór rodzaju materiału z którego będzie ona wykonana oraz dobór średnic przewodów i rodzaju armatury. Nie mniej ważne jest zastosowanie odpowiedniej jakości połączeń oraz zapewnienie wysokiej jakości wykonawstwa.

W odpowiedzialnych instalacjach spawanych zaleca się n.p wykonanie zdjęć rentgenograficznych 100% spoin.

W przemyśle petrochemicznym w przypadku awarii spowodowanej n.p. złą jakością zastosowanej uszczelki koszty zatrzymania instalacji, usunięcia usterki i ponownego jej uruchomienia są bardzo wysokie i mogą dochodzić do setek tysięcy złotych.

1

2

---