Warszawa, maj 2009

Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Środowiska

POJEMNOŚCIOWY

WYMIENNIK CIEPŁA

WYKONAŁA:

Olga Góral COWiG 1

PROWADZĄCY:

dr inż. Maciej Chorzelski

SPIS TREŚCI

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

Obliczenia płaszcza zbiornika………………………………………………………………………………………………4

Obliczenia dennic zbiornika…………………………………………………………………………………………………6

Obliczenia głowicy……………………………………………………………………………………………………………..9

Dobór króćców i kołnierzy…………………………………………………………………………………………………13

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

Obliczenia ściany sitowej………………………………………………………………………………………………….33

Zawór bezpieczeństwa……………………………………………………………………………………………………..38

Masa zbiornika…………………………………………………………………………………………………………………39

Podpory zbiornika…………………………………………………………………………………………………………….40

Parametry wymiennika:

Pojemność całkowita wymiennika V₀: 1,5 m³

Średnica wewnętrzna D_w: 900 mm

Ciśnienie obliczeniowe czynnika ogrzewanego w zbiorniku p₀: 1 MPa

Temperatura obliczeniowa dla zbiornika t₀: 70°C

Ciśnienie obliczeniowe dla głowicy p₂: 0,6 MPa

Temperatura obliczeniowa dla głowicy t₂: 100°C

Współczynnik wzmocnienia (dotyczy osłabienia na skutek spawania): z=0,7

Czas pracy ziornika:

n_eq=Σ n_i(Δp_i/p_max)³

do obliczeń przyjęto czas pracy zbiornika = 20 latOBLICZENIA PŁASZCZA ZBIORNIKA

Dla projektowanego zbiornika płaszcz został policzony dla stali z grupy P235GH. Zostanie on wykonany z arkuszy blachy a następnie zwinięty w cylinder i pospawany.

Parametry stali P235GH:

Rm₂₀ = 360 MPa

Rp_0,2/70 = 199,6 MPa

OBLICZENIOWA SZEROKOŚĆ PŁASZCZA:

D_i - średnica wewnętrzna części cylindrycznej

OBLICZENIOWA DŁUGOŚĆ PŁASZCZA:

V_d - objętość obliczeniowa dennicy

V_w - objętość części walcowej zbiornika

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

Naddatek na korozję:

s - roczny ubytek materiały zależny od rodzaju wody

- czas użytkowania zbiornika w latach

Przyjęto
=20 lat

Maksymalna odchyłka grubości blachy normy PN62/H-92200:

Nominalna grubość blachy:

e_n = e + c +
= 5,4+0,8+0,5 = 6,7mm

Przyjęto blachę o grubości 7,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 7,00 - 6,7 = 0,3 mm

Na podstawie normy PN-62 H-92200 część cylindryczną zbiornika należy wykonać
z dwóch arkuszy blachy o grubości 7,00 mm o długości 1500 mm
i szerokości 3000 mm.

• OBLICZENIA DENNIC ZBIORNIKA

Powłoki elipsoidalne dla wymiennika ciepła projektowane są zgodnie z normą PN-74/M-35412

Dennica wykonana z tego samego materiału co płaszcz zbiornika - stal P235GH.

Dla elipsoidalnych den krajowych współczynnik kształtu k wynosi:

Dla den tych promienie wynoszą:

r = D_i * 0,17 = 900*0,17=150 mm

R = D_i * 0,9 = 900*0,9 = 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_y - wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

β = 0,68 ⇒ 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 = 3,52 mm

Do dalszych obliczeń przyjęto e = 4,84 mm

Naddatek na korozję:

Maksymalna odchyłka grubości blachy wg normy:

Naddatek na pocienienie dna w procesie wytłaczania:

Nominalna grubość blachy:

e_n = e + c +
+
= 4,84+0,8+0,7+0,43 = 6,77mm

Przyjęto blachę o grubości 11,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 9,00 - 6,77 = 2,23 mm

SPRAWDZENIE WARUNKÓW ZASTOSOWANIA DEN:

Wszystkie warunki są spełnione.

OBJĘTOŚĆ RZECZYWISTA ZBIORNIKA:

V_w = 3,14 * (0,45)² * 2,06 = 1,31 m³

V_r = 2 * V_d + V_w = 2 * 0,106 + 1,31 = 1,522 m³

• 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_0,2/110=190 MPa

Dla podanych wartości maksymalna dopuszczalna wartość naprężeń nominalnych wynosi:

Obliczeniowa średnica rury:

D_g = 1/3 * D_i = 1/3 * 900 = 300 mm

Wg normy PN-74 H74209 przyjęto rurę o zewnętrznej średnicy D_e=323,9 mm.

GRUBOŚĆ ŚCIANKI GŁOWICY:

Naddatek na korozję:

s - roczny ubytek materiały zależny od rodzaju wody

- czas użytkowania zbiornika w latach

Maksymalna odchyłka grubości ścianki:

Nominalna grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 1,22+0,8+1,5= 3,52mm

Przyjęto przewymiarowaną grubość ścianki rury 10mm ze względu na konieczność dospawania kołnierza o dużej średnicy

Naddatek extra:

e_ex = 10,0 -3,52 = 6,48 mm

Naddatek na wyoblenie:

=e_n * 1% = 0,0352 mm

OBLICZENIA DENNICY GŁOWICY:

Powłoka elipsoidalna głowicy dla wymiennika ciepła projektowane jest zgodnie z normą PN-74/M-35412

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

Promienie wynoszą:

r = D_i * 0,17 = 323,9*0,17=55,063 mm

R = D_i * 0,9 = 323,9*0,9 = 291,51 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 = 0,70 ⇒ 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 = 1,10 mm

Do dalszych obliczeń przyjęto e = 1,10 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 +
+
= 1,10+0,8+0,50+0,45 = 2,85 mm

Przyjęto blachę o grubości 5,00 mm.

Naddatek extra:

e_ex = 5,00 - 2,85 = 2,15 mm

Wymiary charakterystyczne dennicy głowicy:

h_c+h_z=20+81=101mm

Umiejscowienie głowicy:

0,1D_i+0,5D_g = 0,1*900*0,5*323,9 = 251,95

Przyjęto oś głowicy umiejscowioną 250 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:

647,5-(81+20)=546,5 mm

SPRAWDZENIE WARUNKÓW ZASTOSOWANIA DEN:

Wszystkie warunki są spełnione.

• DOBÓR KRÓĆCÓW I KOŁNIERZY

KRÓCIEC WODY SIECIOWEJ:

Wg normy PN-EN-10216-1

Króciec wykonany ze stali P235GH o parametrach:

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

Umowna granica plastyczności w podwyższonej temperaturze: Rp_0,2/110=190 MPa

Średnica zewnętrzna rury: D_e = 114,3 mm

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,60 + 0,8 + 0,5 = 1,9 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0mm.

Dobór kołnierza:

Kołnierz płaski, spawany PN6 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1 dla DN90 wykonany ze stali P275N.

Średnica nominalna: DN 90

Średnica zewnętrzna: D = 210 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 170 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 18 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 114,3 mm

Średnica otworu kołnierza: B = 116 mm

Grubość kołnierza: C = 18 mm

Śruby: 4 śruby M16

Grubość pierścienia: F = 14 mm

Wysokość: H = 40 mm

Promień: R = 6 mm

KRÓCIEC WODY INSTALACYJNEJ:

Wg normy PN-EN-10216-1

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=256,4 MPa

Średnica zewnętrzna rury: D_e = 114,3 mm

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,56 + 0,8 + 0,5 = 1,86 mm

Przyjęto rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

e_ex=4,0 - 1,86 = 2,14 mm

Dobór kołnierza:

Kołnierz płaski, spawany PN6 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1 dla DN90 wykonany ze stali P275N.

Średnica nominalna: DN 90

Średnica zewnętrzna: D = 210 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 170 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 18 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 114,3 mm

Średnica otworu kołnierza: B = 116 mm

Grubość kołnierza: C = 18 mm

Śruby: 4 śruby M16

Grubość pierścienia: F = 14 mm

Wysokość: = H = 40 mm

Promień: R = 6 mm

KRÓCIEC ZAWORU BEZPIECZEŃSTWA

Rura DN20

Średnica zewnętrzna rury D_e = 21,3 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_0,2/110=256,4 MPa

W związku z doborem zaworu bezpieczeństwa z gwintem wewnętrznym 1”, przyjmuję rurę do gwintowania na gwint 1” o średnicy 33,7 mm i grubości ścianki 4,5mm.

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,10 + 0,8 + 0,5 = 1,4 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

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

KRÓCIEC ZAWORU SPUSTOWEGO

Rura DN 25

Średnica zewnętrzna rury D_e = 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_0,2/110=256,4 MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,13 + 0,8 + 0,5 = 1,43 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint zewnętrzny M20 na długości 20 mm.

KRÓCIEC ZAWORU CYRKULACYJNEGO

Rura 1,5''

Średnica zewnętrzna rury D_e = 42,4 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_0,2/110=256,4 MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,21 + 0,8 + 0,5 = 1,51 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

Na króćcu należy naciąć gwint zewnętrzny 1,5'' na długości 25 mm.

KRÓCIEC TERMOMETRU I TERMOSTATU

Rura DN25 z gwintem wewnętrznym ¾''

Średnica zewnętrzna rury D_e = 33,7 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_0,2/110=256,4 MPa

Grubość ścianki:

e_n = e + c +
= 0,16 + 0,8 + 0,5 = 1,64 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4 mm.

Na króćcu należy wykonać gwint wewnętrzny ¾'' na długości 20 mm.

KRÓCIEC MANOMETRU

Rura DN25 z gwintem wewnętrznym ¾''

Średnica zewnętrzna rury D_e = 33,7 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_0,2/110=256,4 MPa

Grubość ścianki:

g=1,48 - głębokość gwintu

e_n = e + c +
= 0,16 + 0,8 + 0,68 = 1,64 mm

Dobrano rurę o grubości ścianki 4,0 mm.

Na króćcu należy wykonać gwint zewnętrzny M20 x 1,5 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(303,9+2*3,33)-7,89 = 147,39 mm

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 1,22 + 6,67 = 7,89 mm

Grubość króćca:

e_ab= e + e_ex = 0,6 + 2,1 = 2,7 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 48,87*7,89 = 385,57 mm²

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*17,2 = 8,6 mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is + e_as = 2*147,39 + 7,89 = 302,67

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

e_ab/e_as=0,34 < 2 spełniony

e_b/e_as=0,26 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af _b = (l _bi + e_as + l _bo) * e_a,b = (8,6 + 7,89 + 17,2) * 2,7 = 70,75 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is* ( l _so + a ) = 7202,63 mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 7202,63 + 0,5*138,8*7,89 = 7718,64 mm²

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.

WZMOCNIENIE KRÓĆCA WODY INSTALACYJNEJ:

Promień części walcowej:

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as = 0,5(900+2*7,72)-5,2 = 452,52 mm

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 3,92 + 1,28 = 5,20mm

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0,56 + 2,14 = 2,7mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 68,8 * 5,20 = 357,75 mm²

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 * 17,37 = 8,68 mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i=2r_is+e_as=2*452,52+5,20 = 910,24

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

e_ab/e_as= 0,52 <2 spełniony

e_b/e_as= 0,41 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (8,68 + 5,20 + 17,37) * 2,14 = 66,88 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a) = 31132,74 mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 31132,74 + 0,5 * 138,8 * 5,20 = 31472,82mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

WZMOCNIENIE KRÓĆCA ZAWORU BEZPIECZEŃSTWA:

Promień części walcowej:

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as = 0,5(900+2*7,72)-5,2 = 452,52 mm

Grubość powłoki:

e_as=e+e_ex=3,92+1,28=5,20mm

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0,1+2,6 = 2,7 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 68,8*5,20 = 357,8mm²

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 * 9,65 = 4,82mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is+e_as = 2 * 452,52 + 5,20 = 910,24

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

e_ab/e_as=0,52< 2 spełniony

e_b/e_as=0,5< 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (4,82 + 5,20+ 9,65) * 2,7 = 51,15 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a) = 31132,74 mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 31132,74 + 0,5 * 33,21 * 5,20 = 31198,29mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

WZMOCNIENIE KRÓĆCA ZAWORU SPUSTOWEGO:

Promień części walcowej:

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as = 0,5(900+2*7,72)-5,2 = 452,52 mm

Grubość powłoki:

e_as=e+e_ex=3,92+1,28=5,20mm

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0,13 + 2,57 = 2,7m

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 68,8 * 5,20 = 357,8 mm²

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 * 10,69 = 5,34 mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is + e_as = 2 * 452,52 + 5,20 = 910,24

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

e_ab/e_as = 0,52 < 2 spełniony

e_b/e_as = 0,49 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (5,34 + 5,20+ 10,69) * 2,7 = 54,58 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a)= 31132,74 mm²

A_ps = A_s + 0,5 *d_i * e_as = 31132,74 + 0,5 * 41,9 * 5,20 = 31220,88 mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

WZMOCNIENIE KRÓĆCA CYRKULACYJNEGO:

Promień dennicy zbiornika:

r_is = 0,9*D_i = 0,9*900 = 810 mm

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex=4,84 + 4,23 = 9,07 mm

Grubość króćca:

e_ab = e + e_ex = 0,21 + 2,49 = 2,7 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 91,05 * 9,07 = 825,87 mm²

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 * 12,43 = 6,22 mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is+ e_as= 2 * 810 + 9,07 = 914,11

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

e_ab/e_as = 0,30 < 2 spełniony

e_b/e_as = 0,27 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (6,22 + 9,07 + 12,43) * 2,7 = 69,02 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a) = 41204,12mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 41204,12+ 0,5 * 59,6 * 9,07 = 41438,13 mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

WZMOCNIENIE KRÓĆCA MANOMETRU:

Promień części walcowej:

r_is = 0,5(D_i + 2e_n) - e_as = 0,5(900,0+2*7,72)-5,2 = 452,52 mm

Grubość powłoki:

e_as=e+e_ex=3,92+1,28=5,20mm

Grubość króćca:

e_ab=e+e_ex=0,16+2,36=2,52mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 68,79*5,20 = 357,75mm²

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*7,42 = 3,71 mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is + e_as = 2 * 452,52 + 5,20 = 910,24

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

e_ab/e_as = 0,48 < 2 spełniony

e_b/e_as = 0,45 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (3,71 + 5,20+ 7,42) * 2,52 = 38,56 mm²

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a) = 31132,74 mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 31132,74+0,5*13*5,20 = 31166,54mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

OTWÓR NA KRÓCIEC GŁOWICY

Promień dennicy zbiornika:

r_is = 0,9*D_i = 0,9*900 = 810,0 mm

Grubość powłoki:

e_as = e + e_ex = 4,84 + 4,23 = 9,07mm

Grubość króćca:

e_ab=e+e_ex=1,22+6,48=7,702mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu:

Pole wzmocnienia płaszcza powierzchni walcowej:

Af_s = l_so * e_as = 121,56 * 9,07 = 1102,51mm²

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 * 50,54 = 25,27mm

Sprawdzenie stosunków grubości:

2r_i = 2r_is + e_as = 2 * 810 + 9,07 = 1629,07

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

e_ab/e_as = 0,85 < 2 spełniony

e_b/e_as = 0,71 < 3 spełniony

Pole wzmocnienia króćca:

Af_b = (l_bi + e_as + l_bo) * e_ab = (25,27 + 9,07 + 50,54) * 7,702 = 653,71 mm²

Z wykonanego w skali rysunku wynika, że kąt φ=14°

cos14°=0,97

tg14°=0,25

Pole wzmocnionej powłoki walcowej:

A_s = r_is * (l_so + a) = 233696,3mm²

A_ps = A_s + 0,5 * d_i * e_as = 233696,3 + 0,5 * 323,9 * 7,702 = 235074,5 mm²

Pole powierzchni wzmocnionej króćca:

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

• OBLICZENIA ŚCIANY SITOWEJ

Dobór ściany sitowej wykonuje się metodą iteracyjną.

W celu zaprojektowania grubości rozpatruje najbardziej niekorzystny przypadek obciążeń siłami ciśnienia.

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. 100⁰C

D_o - średnica ściany sitowej największego koła opisanego na części ściany

sitowej zajętej przez rurki

Stal P235GH

R_m= 360 MPa

Rp_0,2/110 = 190 MPa

gdzie:

p - rozstaw otworów

d_t = 15mm - średnica zewnętrzna rurek wężownicy

p = 1,5 * d_t = 1,5 * 15 =22,5mm

Przyjmuję p = 25mm

D_o = 300 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 = 0,8 mm

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

Przyjęto ścianę sitową grubości 25 mm.

Uszczelki:

G_z=G_g=330 mm

Założone na podstawie wielkości zastosowanego kołnierza głowicy.

Stosunek średnic:

ρ_z=G_z/D₀=330/300=1,10

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

Dla przypadku najbardziej niekorzystnego p_s = 0 MPa

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=0,72

v*=0,29

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 = 25mm - grubość ściany sitowej

e_t - grubość ścianek rurek wężownicy

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

= 4*25=100mm

=2*22,5=45mm

gdzie:

r_gmin =1,5*d_t=1,5*15=22,5mm - minimalny promień gięcia

Przyjęto U_L = 90 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 = 4,12 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 * 128,33 = 256,66 N/mm² >255,45 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 * 128,33 = 102,66 N/mm² > 5,43 N/mm²

Warunek jest spełniony.

KOŁNIERZ ŚCIANY SITOWEJ:

Kołnierz płaski, spawany PN6 typ 01 według normy PN-ISO 7005-1

Średnica nominalna: DN 300

Średnica zewnętrzna: D = 440 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 395 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 22 mm

Średnica zewnętrzna szyjki: A = 323,9

Średnica otworu kołnierza: B = 327,5 mm

Grubość kołnierza: C = 24 mm

Śruby: 12 śrub M20

Grubość pierścienia: F = 18 mm

Promień: R = 10 mm

• ZAWÓR 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

Wydatek zaworu:

Minimalny przekrój zaworu bezpieczeństwa wyznacza się z zależności:

ά=0,30

średnica króćca wlotowego - 1''

Dobrano zawór bezpieczeństwa firmy SYR o numerze katalogowym 2115 o parametrach:

masa - 0,5kg

maksymalny wyrzut wody - 14,3 m3/h

• SZACUNKOWA MASA ZBIORNIKA

Masa szacunkowa materiału podstawowego, tzn. bez wycięć na otwory, bez naciętego gwintu.

Płaszcz zbiornika wg normy dla blach 325 kg

Dennice zbiornika 176 kg

Płaszcz głowicy 52 kg

Dennica głowicy 5,1 kg

Ściana sitowa 70 kg

Wężownica 180 kg

Króciec wody instalacyjnej 3,2 kg

Króciec wody sieciowej 1,9 kg

Króciec cyrkulacyjny 0,89 kg

Pozostałe króćce 1,0 kg

Masa kołnierzy 35 kg

Śruby 25 kg

Izolacja 2 kg

Masa łączna zbiornika ~878 kg

Masa wody:

gdzie:

V_g - objętość głowicy

Masa zbiornika łącznie z wodą: 878 kg + 1560 kg = 2438 kg

Do obliczeń przyjęto masę 2440 kg.

• PODPORY ZBIORNIKA

Zakładam cztery podpory, ze względu na długość zbiornika, wykonane z ceownika.

Ciężar zbiornika łącznie z wodą powiększony dla bezpieczeństwa o 100kg:
(2440+100)*g = 24917 N

Siła, jaka będzie działała na nogi odchylone od pionu pod kątem 5° będzie wynosiła:

Każda noga musi wytrzymać siłę:

25012,18 * 0,25 = 6253,04 N

By nogi były poprawnie zaprojektowane muszą spełniać warunek:

k_kr = Rp_0,2/65/χ = 264,2/2 = 131,6 MPa

χ = 2 - współczynnik bezpieczeństwa

Przekrój nogi:

Dobrano ceownik 80 wg normy PN-EN 10279:2003 o parametrach:

A - 11,0 cm²

h - 80 mm

S - 45 mm

g - 6 mm

t=r - 8,0 mm

r₁ - 4,0 mm

M - 8,64 mm

Sprawdzenie wytrzymałości przed przekroczeniem granicy wytrzymałości doraźnej

k_kr = Rm/χ = 460/2 = 230 MPa

σ=F/(A * cos 10°)=6253,04/(11,0*0,98)=5,80 MPa

Sprawdzenie wytrzymałości spoiny pachwinowej przy ścinaniu siłą

k'_T = 0,65 * k_T = 0,65 * 131,6 = 85,54 MPa

τ' = F_T / (0,7*g*I) = 6380,65 / (0,7*9,81*200)=4,64MPa

40

---