Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Projekt naczynia ciśnieniowego z przedmiotu:

Podstawy konstrukcji mechanicznych

POJEMNOŚCIOWY

WYMIENNIK CIEPŁA

Prowadzący: dr inż. Wiesław Szadkowski

Wykonał: Michał Woźniak

Grupa COWiG 1

Parametry wymiennika:

Pojemność całkowita wymiennika V₀: 0,35 m³

Średnica wewnętrzna D_w: 600 mm

Ciśnienie obliczeniowe czynnika ogrzewanego w zbiorniku p₀: 0,6 MPa

Temperatura obliczeniowa dla zbiornika t₀: 70°C

Ciśnienie obliczeniowe dla głowicy p₂: 1,6 MPa

Temperatura obliczeniowa dla głowicy t₂: 125°C

Parametry maksymalne pracy wymiennika:

- Ciśnienie, przy którym zawór bezpieczeństwa powinien się otworzyć:

PS=1,1*p₀ = 1,1*6 = 6,6 bar

- Współczynnik wzmocnienia (dotyczy osłabienia na skutek spawania):

z=0,7

Kontrola polega na sprawdzeniu gołym okiem.

OBLICZENIA PŁASZCZA ZBIORNIKA

Dla projektowanego zbiornika płaszcz został policzony dla stali z grupy 1.1 - P275N. Zostanie on wykonany z arkuszy blachy a następnie zwinięty w cylinder i pospawany spawem wzdłużnym, doczołowym z pełnym przetopem.

Parametry stali P275N:

Rm₂₀=390 Mpa - naprężenie maksymalne

Rp_0,2/70=256,4 MPa - umowna granica plastyczności w 70°C

OBLICZENIOWA SZEROKOŚĆ PŁASZCZA:

D_i - średnica wewnętrzna części cylindrycznej

OBLICZENIOWA DŁUGOŚĆ PŁASZCZA:

V_d - objętość obliczeniowa dennicy

V_w - objętość części walcowej zbiornika

Dla dobranej dennicy zbiornika należy odjąć od długości płaszcza 2x40mm wymiaru h_c dennicy.

1040-80=960mm

OBLICZENIOWA GRUBOŚĆ PŁASZCZA:

e - minimalna grubość wymagana

p₀ - ciśnienie obliczeniowe dla zbiornika

D_i - średnica wewnętrzna zbiornika

f_d - nominalne naprężenie projektowe

z - współczynnik wzmocnienia

UWAGA: Dla próby ciśnieniowej i wyjątkowych przypadków obciążeń maksymalna wartość nominalnych naprężeń obliczeniowych wynosi:

Naddatek na korozję:

s - roczny ubytek materiały zależny od rodzaju wody, zawiera się w granicach 0,02÷0,5

Przyjęto s=0,04 mm/rok

- czas użytkowania zbiornika w latach

Przyjęto
=15 lat

Maksymalna odchyłka grubości blachy normy PN-EN 10224

Nominalna grubość blachy:

e_n = e + c +
= 1,76+0,6+0,3 = 2,66mm

Przyjęto blachę o grubości 3,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 3,00 - 2,66 = 0,34 mm

Na podstawie normy PN-62 H-92200 część cylindryczną zbiornika należy wykonać z arkusza blachy o grubości 3,00 mm o wymiarach 1000 x 2000 mm .

OBLICZENIA DENNIC ZBIORNIKA

Powłoki elipsoidalne dla wymiennika ciepła projektowane są zgodnie z normą EN-13445-3.

Dennica wykonana z tego samego materiału co płaszcz zbiornika - stal P275N.

Dla elipsoidalnych den krajowych współczynnik kształtu k wynosi:

Dla den tych promienie wynoszą:

r = D_i * 0,17 = 600*0,17=102 mm

R = D_i * 0,9 = 600*0,9 = 540 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_y - wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

β = 0,73 ⇒ współczynnik odczytany z wykresu wg normy EN 13445-3:2002(E) dla następujących zależności:

e_b - pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

f_b - naprężenie projektowane dla wyboczenia

UWAGA: Dla warunków testowych f_b w powyższym równaniu wynosi:

max(e_s, e_y, e_b) = e_s = 1,58 mm

Do dalszych obliczeń przyjęto e = 1,58 mm

Naddatek na korozję:

Maksymalna odchyłka grubości blachy wg normy:

Naddatek na pocienienie dna w procesie wytłaczania:

Nominalna grubość blachy:

e_n = e + c +
+
= 1,58+0,6+0,3+0,27 = 2,75mm

Przyjęto blachę o grubości 3,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 3,00 - 2,75 = 0,25 mm

SPRAWDZENIE WARUNKÓW ZASTOSOWANIA DEN:

Wszystkie warunki są spełnione.

OBJĘTOŚĆ RZECZYWISTA ZBIORNIKA:

V_w =
1,00=0,319m³

V_r = 2*V_d+V_w = 2*0,0283+0,319=0,376m³

OBLICZENIA GŁOWICY

Głowica wykonana z rury stalowej bez szwu walcowanej na gorąco ze stali P235GH dobranej wg normy PN-EN-10216-1 o parametrach:

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 360 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/125=185 MPa

Dla podanych wartości maksymalna dopuszczalna wartość naprężeń nominalnych wynosi:

Obliczeniowa średnica rury:

D_g = 1/3 * D_i = 1/3 * 600 = 200 mm

Wg normy PN-EN 10224 przyjęto rurę o zewnętrznej średnicy D_e=219,1 mm.

GRUBOŚĆ ŚCIANKI GŁOWICY:

Naddatek na korozję:

s - roczny ubytek materiały zależny od rodzaju wody, zawiera się w granicach 0,02÷0,5

Przyjęto s=0,04 mm/rok

- czas użytkowania zbiornika w latach

Przyjęto
=15 lat

Maksymalna odchyłka grubości ścianki:

Nominalna grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 2,23+0,60+0,4= 3,23mm

Przyjęto przewymiarowaną grubość ścianki rury 5 mm ze względu na konieczność dospawania kołnierza o dużej średnicy

Naddatek extra:

e_ex =5 - 3,23 = 1,77 mm

OBLICZENIA DENNICY GŁOWICY:

Powłoka elipsoidalna głowicy dla wymiennika ciepła projektowane jest zgodnie z normą EN-13445-3.

Dennica wykonana z tego samego materiału co rura głowicy- stal P235GH.

Dla elipsoidalnych den krajowych współczynnik kształtu k wynosi:

Promienie wynoszą:

r = D_i * 0,17 = (219,1-2*5)*0,17=35,55 mm

R = D_i * 0,9 = 209,1*0,9 = 188,19 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_y - wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

β = 0,66 ⇒ współczynnik odczytany z wykresu wg normy EN 13445-3:2002(E) dla następujących zależności:

e_b - pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

f_b - naprężenie projektowane dla wyboczenia

max(e_s, e_y, e_b) = e_s = 1,94 mm

Do dalszych obliczeń przyjęto e = 1,94 mm

Naddatek na korozję:

Maksymalna odchyłka grubości blachy wg normy PN62/H-92200:

Naddatek na pocienienie dna w procesie wytłaczania:

Nominalna grubość blachy:

e_n = e + c +
+
= 1,94+0,60+0,40+0,36 = 3,30mm

Przyjęto blachę o grubości 4,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 4,00 - 3,30 = 0,70 mm

Wymiary charakterystyczne dennicy głowicy:

h_c+h_z=20+55=75mm

Umiejscowienie głowicy:

0,1D_i+0,5D_g=60+109,6=169,5mm

Przyjęto oś głowicy umiejscowioną 170 mm od dolnej krawędzi zbiornika.

DŁUGOŚĆ GŁOWICY

Długość głowicy L_g wynika z konstrukcji wymiennika. Jest ona uwarunkowana rozmieszczeniem króćców doprowadzających czynnik grzejny i sposobem połączenia głowicy ze zbiornikiem. Długość L_g powinna wynosić min. ok. 25 % długości zbiornika.

h_w i h_c wg PN-75/M-35412

W tym długość rury na płaszcz:

335-(55+20)=260 mm

Dobór króćców

1. Średnica króćca wody grzejnej (wody sieciowej)

DN=65 mm

Przyjęto według PN-EN 1092-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

D_zew=185mm,

średnica podziałowa śrub K=145 mm

Średnica otworów pod śruby L=18 mm,

Przyjęto 8 śrub M16

Średnica zewnętrzna rury A=76,1 mm,

Średnica otworu kołnierza B₁=77,5 mm,

Grubość kołnierza C₁=20 mm.

Grubość ścianki:

gdzie:

p₀-ciśnienie obliczeniowe dla zbiornika

D_e-średnica zewnętrzna rury

f_d- nominalne naprężenia projektowe (dla temperatury 125°C)

f_d =min(111; 135) fd=111,0

z-współczynnik osłabienia połączeń spawanych

e_n-grubość nominalna

e_n = e + c +
= 0,78 + 0,6 + 0,3 = 1,68 mm

c- odchyłka na korozję

c=s*τ=15*0,04=0,6 mm

s-ubytek w ciągu roku [mm/rok]

τ- czas użytkowania [rok]

=0,3 (ujemna odchyłka grubości)

Przyjęto rurę o grubości ścianki 3mm.

e_ex=3-1,68=1,32 mm

2. Średnica króćca wody ciepłej(wody instalacyjnej)

DN=65 mm

z normy na kołnierze znalazłam średnicę rury

Przyjęto według PN-EN 1092-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

D_zew=160 mm,

średnica podziałowa śrub K=130 mm

Średnica otworów pod śruby L=14 mm,

Przyjęto 4 śruby M12

Średnica zewnętrzna rury A=76,1 mm,

Średnica otworu kołnierza B₁=77,5 mm,

Grubość kołnierza C₁=16 mm.

Grubość ścianki:

Gdzie:

f_d - nominalne naprężenia projektowe (dla temperatury 70°C)

f_d =min(119,76; 135)

f_d=119,76

(stal grupy 1.1 P235N)

e_n-grubość nominalna

e_n = e + c +
= 0,27 + 0,6 + 0,3 = 1,17 mm

c=s*τ=15*0,04=0,6 mm

=0,3

Przyjęto rurę o grubości ścianki 3,5mm.

e_ex=3,5-1,17=2,33mm

3. Średnica króćca zaworu bezpieczeństwa

DN=15mm

Średnica zewnętrzna rury D_z=21,3 mm,

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 390 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/125=235,5MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,07 + 0,6 + 0,4 = 1,07mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 5 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint wewnętrzny ½” na długości 20 mm

4. Średnica króćca termometru

M20x1,5

Średnica zewnętrzna rury D_z=26,9 mm,

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 390 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/70=256,4MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,09 + 0,6 + 0,3 = 0,99mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,5 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint wewnętrzny DN20x1,5 na długości 20 mm.

5. Średnica króćca manometru

M20x1,5

Średnica zewnętrzna rury D_z=26,9 mm,

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 390 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/70=256,4MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,09 + 0,6 + 0,3 = 0,99mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint wewnętrzny DN20x1,5 na długości 20 mm.

6. Średnica króćca cyrkulacyjnego

1'' DN25

Średnica zewnętrzna rury D_z=33,7 mm,

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 390 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/70=256,4MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,1 + 0,6 + 0,4 = 1,10mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,5 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint wewnętrzny 1'' na długości 20 mm.

7. Średnica króćca spustowego

DN=20mm

Średnica zewnętrzna rury D_z=26,9 mm,

Króciec wykonany ze stali P275N o parametrach:

Wytrzymałość na rozciąganie wg normy EN 10028-2:2003(E) Rm₂₀ = 390 MPa

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/70=256,4MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,09 + 0,6 + 0,3 = 1,09mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint wewnętrzny 7/8'' na długości 20 mm.

WZMOCNIENIA OTWORÓW

Równanie ogólne będące warunkiem wzmocnienia otworu:

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],

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

Dla króćca wody sieciowej:

Dla króćca wody instalacyjnej:

A_fs = l_so*e_as

e_as = e + e_ex

r_is = R = 0,9*D_i dla dennicy

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as dla części walcowej

WZMOCNIENIE KRÓĆCA WODY SIECIOWEJ

f­_op = min(f­_s,f­_p)

f­_ob = min(f­_s,f­_b)

f­_ob = f­_op = f­_s

Promień części walcowej:

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as = 0,5(203,1+2*4,33)-5,9 = 99,98 mm

Grubość powłoki:

e_as=e+e_ex=2,23+3,67=5,90mm

Grubość króćca:

e_ab=e+e_ex=0,78+1,32=2,1mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 34,85*5,90 = 205,615mm²

Całkowite pole spoiny spawu:

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

Długość króćca od strony wewnętrznej:

l_bi = 0,5 * l_bo = 0,5*10,06 = 5,03mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i=2r_is+e_as=2*99,98+5,90 = 205,86

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

e_ab/e_as=0,36<2 spełniony

e_b/e_as=0,22<3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (5,03 + 5,90+ 10,06) * 2,1 = 44,08 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s=r_is*(l_so+a)=3484,30mm²

A_ps=A_s+0,5*d_i*e_as = 3484,30+0,5*69,4*5,90 = 3689,03mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

Konstrukcja otworu wytrzyma działające na nią siły rozciągające pochodzące od ciśnienia w zbiorniku. Warunek Lstr ≥ Pstr jest spełniony, nie jest konieczne wzmocnienie otworu.

Wzmocnienia pozostałych króćców

	e as (pow)	e ab (rur)	Afp	Apφ	r is	l so	Afs	Afw
woda sieciowa	4	2,1	0	0	103,78	29,0902	116,3608	16,00
woda instalacyjna	2,1	2,6	0	0	300,56	35,5916	74,74236	4,41
zawór bezpieczeństwa	2,1	4	0	0	300,56	35,5916	74,74236	4,41
zawór spustowy	2,1	3	0	0	300,56	35,5916	74,74236	4,41
zawór cyrkulacyjny	2,33	3,5	0	0	300,56	37,49718	87,36843	5,43
termometr i termostat	2,1	3,6	0	0	300,56	35,5916	74,74236	4,41
manometr	2,1	3,1	0	0	300,56	35,5916	74,74236	4,41
krócieć głowicy	2,33	4	0	5779,027	540,00	50,21781	117,0075	5,43

	l bo	l bi	2 ri	di/2ri	e ab / e as	<2?	eb/e as	<3?
woda sieciowa	10,06332	5,03166	211,56	1,010086	0,525	tak	0,33	tak
woda instalacyjna	13,45774	6,728872	603,22	1,010234	1,2380952	tak	1,109524	tak
Zawór bezpieczeństwa	9,898227	4,949114	603,22	1,027273	1,9047619	tak	1,871429	tak
zawór spustowy	9,012109	4,506054	603,22	1,111765	1,4285714	tak	1,385714	tak
zawór cyrkulacyjny	10,97087	5,485435	603,45	1,073913	1,5021459	tak	1,459227	tak
termometr i termostat	10,0035	5,001752	603,22	1,11875	1,7142857	tak	1,671429	tak
manometr	9,182053	4,591027	603,22	1,111765	1,4761905	tak	1,433333	tak
krócieć głowicy	29,72541	14,86271	1082,33	1,010633	1,7167382	tak	0,759657	tak

	Afb	As	Aps	Apb	L	P	L>=P?
woda sieciowa	25,20537	3018,981	3157,781	487,9972	22216,83	5833,246	ok
woda instalacyjna	51,92782	10697,41	10769,23	532,0749	18482,31	6780,784	ok
zawór bezpieczeństwa	66,60305	10697,41	10708,96	65,99025	20551,51	6464,971	ok
zawór spustowy	45,44885	10697,41	10715,26	94,45292	17568,77	6485,829	ok
zawór cyrkulacyjny	63,87344	11270,15	11296,95	152,96	22090,58	6869,944	ok
termometr i termostat	60,03945	10697,41	10714,21	96,82804	19626,05	6486,624	ok
manometr	47,77797	10697,41	10715,26	95,89745	17897,18	6486,695	ok
krócieć głowicy	187,6725	87491,85	87732,89	3488,894	43725,35	56466,78	Wzmocnić!

Konstrukcja otworu nie wytrzyma działających na nią sił rozciągających pochodzących od ciśnienia w zbiorniku. Warunek Lstr ≥ Pstr nie jest spełniony. Konieczne jest wzmocnienie otworu.

Af_b (f_p - 0,5 * 0,8)] ≥ Pstr - Lstr

Af_b (f_p - 0,5 * 0,8)] ≥ 12741,43

Zakładam, że f_p = f_s - wykonane ze stali P275N

Af_b (146,25 - 0,4)] ≥12741,43

145,85*Af_b ≥ 12741,43mm²

Af_b≥87,36mm²

Zakładam opaskę o grubości 5 mm (odchyłka -0,4 mm).

e_ap = 5 - 0,4 = 4,6mm

Przyjęto 20 mm szerokości opaski wzmacniającej o grubości 5mm wykonanej ze stali P275N.

OBLICZENIA ŚCIANY SITOWEJ

Dobór ściany sitowej wykonuje się metodą iteracyjną.

W celu zaprojektowania grubości rozpatruje najbardziej niekorzystny przypadek obciążeń siłami ciśnienia ze względu na wytrzymałość konstrukcji, tzn., jeśli nadciśnienie w zbiorniku po stronie wody instalacyjnej wyniesie 0MPa (awaria).

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. 125⁰C

D_o - średnica ściany sitowej największego koła opisanego na części ściany

sitowej zajętej przez rurki

Stal P235GH

R_m= 360 MPa

Rp_0,2/125 = 185,0 MPa

gdzie:

p - rozstaw otworów

d_t = 26,9mm - średnica zewnętrzna rurek wężownicy

p = 1,5 * d_t = 1,5 * 26,9 =40,35mm

Przyjmuję p = 40,5mm

D_o = 178,12 mm

W przypadku, gdy ciśnienie wody wodociągowej spadnie do zera:

Minimalna grubość ściany sitowej wg normy wynosi:

Ze względów technologicznych (rozwalcowanie rurek) założono grubość ściany sitowej, wykonanej z blachy wg PN-62/H-92200, e=22mm.

Odchyłka na korozję:

c = s * τ = 0,60mm

Założenie: ściana sitowa będzie korodowała równomiernie z obu stron.

Przyjęto ścianę sitową grubości 30 mm.

Uszczelki:

G_z=G_g=273mm

Założone na podstawie wielkości zastosowanego kołnierza głowicy.

Stosunek średnic:

ρ_z=G_z/D₀=273/162,18=1,68

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

Dla przypadku najbardziej niekorzystnego p_s = 0MPa

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

Ponieważ średnia średnica uszczelki od strony płaszcza równa się średniej średnicy uszczelki od strony głowicy, Moment M^* działający na pierścień ściany sitowej poza pęczkiem rur równa się momentowi wynikającemu z ciśnień p_s i p_t działającemu na wieniec poza rurami.

M^* = M_TS = -6,84kN

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*=0,55

E*/E=0,65

v*=0,28

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 = 22mm - grubość ściany sitowej

e_t - grubość ścianek rurek wężownicy

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

= 4*40,5=162mm

=2*30=60mm

gdzie:

r_gmin =1,5*d_t=1,5*20=30mm - minimalny promień gięcia

Przyjęto U_L = 60 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 = 7,73 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 * 123,33 = 246,66 N/mm² >211,28 N/mm²

Warunek jest spełniony.

Maksymalne 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 * 123,33 = 98,66 N/mm² > 7,84 N/mm²

Warunek jest spełniony.

KOŁNIERZ ŚCIANY SITOWEJ:

Kołnierz płaski, spawany PN10 typ 01 według normy EN 1092-1:2007 dla DN200 wykonany ze stali P235GH.

Średnica nominalna: DN 200

Średnica zewnętrzna: D = 340 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 295 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 22 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 219,1

Średnica otworu kołnierza: B = 221,5 mm

Grubość kołnierza: C = 26 mm

Śruby: 12 śrub M20

Zawór bezpieczeństwa

Obliczanie przepustowości dla cieczy.

Gdzie:

Q_m- przepustowośc [kg\h]

K_dr- poświadczony zredukowany współczynnik wypływu (K_dx0,9)

K_v- współczynnik wypływu

p₀-ciśnienie zrzutowe[bar]

p_b- przeciwciśnienie[bar]

v- objętośc właściwa przy rzeczywistym ciśnieniu zrzutowym i rzeczywistej temperaturze zrzutowej [m³/kg]

Ciśnienie, przy którym zawór bezpieczeństwa powinien się w pełni otworzyc:

PS=1,1*p₀=1,1 * 6= 6,6 bar

Gdzie:

PS- ciśnienie przy którym zawór powinien się w pełni otworzyc [bar]

p₀- ciśnienie robocze obliczeniowe [bar]

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

Dane :

Ciśnienie w rurkach P_t=16 bar

Ciśnienie nominalne w zbiorniku p₀= 6 bar

K_dr,t- poświadczony zredukowany współczynnik wypływu dla rurki( równy 1*0,90

K_v- współczynnik korekcyjny lepkości ( przyjmuje się 1)

v-objetośc właściwa wody w temp. 70^oC [m³/kg]

A_r- podwojona powierzchnia przekroju rurki (26,9x3,2mm)

A_r=2*[π*(26,9-2*3,2)²/4]=2*330,1= 660,1 mm²

Minimalny przekrój zaworu bezpieczeństwa wyznacza się z zależności:

Dobrano zawór bezpieczeństwa firmy SYR o numerze katalogowym 2115

Średnica rurki 2”

Masa 3 kg

Maksymalny wyrzut wody - 54,9 m³/h

IZOLACJA

Zbiornik będzie wyposażony w izolację termiczną z pianki poliuretanowej o grubości 50mm.

SZACUNKOWA MASA ZBIORNIKA

Poniżej wyznaczono szacunkową masę materiału podstawowego, tzn. bez wycięć na otwory, bez naciętego gwintu.

• Płaszcz zbiornika wg normy dla blach - 98,1 kg

• Dennica zbiornika - 25,2 kg

• Płaszcz głowicy - 34,27 kg

• Dennica głowicy - 4,7 kg

• Ściana sitowa - 29,3 kg

• Wężownica - 205,7 kg

• Króciec wody ciepłej - 4,0 kg

• Króciec wody zimnej - 4,0 kg

• Króciec wody grzejnej - 4,0 kg

• Króciec zaworu bezpieczeństwa - 0,5 kg

• Zawór bezpieczeństwa- 2,7 kg

• Króciec termometru - 0,2 kg

• Króciec manometru - 0,2 kg

• Króciec spustowy - 0,2 kg

• Króciec cyrkulacyjny - 0,34 kg

• Masa kołnierzy - 14,8 kg

• Śruby - 10 kg

• Izolacja - 2 kg

• Masa łączna zbiornika - 440,21 kg

Masa wody:

m_w=(0,35+0,058)*999,7

m_w=457,86 kg

Masa zbiornika łącznie z wodą

m=440,21+457,86

m=898.07 kg

Do obliczeń przyjęto: m = 900 kg

Podpory zbiornika

Założono cztery podpory

Ciężar zbiornika z wodą powiększono w celach obliczeń dla bezpieczeństwa o 100 kg:

(900+100)*g=1000*9,81=9810 N

Siła jaka będzie działać na nogi odchylone od pionu o 30⁰:

Każda noga musi wytrzymać siłę:

By nogi były poprawnie zaprojektowane muszą spełniać warunek:

k_kr = Rp_0,2/80/χ = 226,4/2 = 113,2MPa

Przekrój nogi:

Dobrano ceownik 100 wg normy PN-EN 10279:2002 o parametrach:

A - 13,5 cm²

H - 100 mm

S - 50 mm

g - 6 mm

T=r - 8,5mm

R1 - 4,5mm

M - 10,6 mm

---