Przewody rurowe i zawory
Przewody rurowe i zawory:
1. Określenie rurociągu.
2. Przewody rurowe.
• Materiały stosowane na rury i technologia wytwarzania rur.
• Zasady doboru i obliczania rur.
• Połączenia rurowe.
• Obliczanie połączeń rurowych.
3. Charakterystyka zaworów i ich klasyfikacja.
4. Budowa i działanie wybranych dwóch zaworów. Gdzie i w jakich warunkach mają zastosowanie?
Ad.1
Rurociągiem nazywa się urządzenie służące do transportu na duże odległości materiałów ciekłych, gazowych, ciał sypkich lub ich mieszanin. Zależnie od przeznaczenia rozróżnia się rurociągi wodociągowe, kanalizacyjne, gazowe, naftowe itd. Odrębną grupę rurociągów stanowią np. układy obiegu oleju w turbinach, silnikach samochodowych, obrabiarkach, układy hydrauliczne lub pneumatyczne stosowane w napędach, układy pneumatyczne służące do mocowania przedmiotów w uchwytach obrabiarek itp.
Ad.2
Rury wykonuje się ze stali, staliwa lub żeliwa, z metali niezależnych ( miedzi, aluminium, ołowiu itp.) i ich stopów (np. mosiądzu) oraz z materiałów nie metalicznych ( kamionki, betonu, topionego bazaltu, szkła, tworzyw sztucznych sztucznych i innych). Materiał dobiera w zależności od rodzaju i własności przewodzącego czynnika oraz jego parametrów ( ciśnienia i temperatury); uwzględnia się również wymagania technologiczne, wytrzymałościowe oraz względy ekonomiczne. Najczęściej stosuje się rury stalowe bez szwu, przewodzące czynnik o ciśnieniu PN do 64 MPa i temperaturze do ok. 450 stopni Celsjusza, stalowe zgrzewane szwem wzdłużnym ( PN do 5MPa), staliwne ( PN do 64 MPa, do 500 stopni Celsjusza) oraz żeliwne ( PN do 2,5 MPa, t do 300-400 stopniu Celsjusza). Bardziej szczegółowy zakres temperatury i ciśnienia nominalnie do podstawowych materiałów na rury są ujęte w normie PN-89/H-02650.
Rury i inne części rurociągów ( kształtki, rozgałęźniki itd.) są elementami znormalizowanymi; ich dobór jest oparty na średnicy nominalnej Dn., odpowiadającej zasadzie średnicy wewnętrznej rury. Według PN-EN ISO 6708:1998 wartości uprzywilejowanych średnic nominalnych Dn wynoszą: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, ….4000mm.Wymiary rur stalowych są ujęte w normach PN-98/H-74200-PN-75/H-74253 (w tym rury ogólnego przeznaczenia: PN-80/H-74219).
Stosuje się następujące określenia
Pn – Ciśnienie nominalne, przyjmowane jako nadciśnienie przewodzonego czynnika względem otoczenia; ciśnienie nominalne jest wprowadzone w celu ułatwienia obliczeń i zmniejszenia asortymentu produkowanych elementów.
Pr- Ciśnienie robocze, stanowiące ( 0,5-1) Pn; przy przewodzeniu cieczy Pr = Pn, przy wyższych temp. czynnika lub przy czynniku własnościach korodujących, żrących lub trujących – odpowiednio mniej ( przeliczenie wartości Pr na ciśnienie nominalne Pn – w zależności od temperatury czynnika i materiału rury – podano w normie PN-89/H-02650)
Ppr – Ciśnienie próbne, stosowane w próbie wodnej na szczelność przewodów; przy ciśnieniach nominalnych 0,25-20 MPa – Ppr =1,5 Pn, przy wyższych zaś – nieco mniej ( przy Pn = 64MPa – Ppr~1.25Pn).
Średnicę wewnętrzną rury (~ D ) ustala się w zależności od strumienia objętości ( objętościowego natężenia przepływu) Q, tj. objętości czynnika przepływającego w jednostce czasu, oraz od średniej prędkości przepływu v.
Grubość ścianki rury oblicza się z wzoru:
W którym:
z – współczynnik osłabienia; dla rur stalowych bez szwu i rur lanych z = 1, dla rur zgrzewanych i spawanych z = 0,5-0,9;
c- naddatek uwzględniający ubytek grubości ścianek pod wpływem korozji, uszkodzenia mechaniczne itp.,; dla rur stalowych c~1mm; dla rur lanych c = 3-5 mm.
Po obliczeniu średnicy rury Dn i grubości jej ścianki g dobiera się odpowiednią rurę z normy.
Rozróżnia się kilka rodzaji połączeń rurowych. Są to połączenia nierozłączne: nitowe, spawane, zgrzewane, lutowane, klejone, roztłaczane oraz połączenia rozłączne: kielichowe, gwintowe, i kołnierzowe. Łączy się je stykowo(czołowo) lub też rozwalcowuje się koniec jednej z nich otrzymując odpowiednio większą średnice.
Obliczanie połączeń rurowych polega na sprawdzeniu wytrzymałości złącza. W połączeniach znormalizowanych, stosowanych wg zaleceń podanych normach ( np. w połączeniach kielichowych, gwintowych, kołnierzowych), obliczanie złącza nie jest wymagane. Głównymi wzorami do obliczeń połączeń rurowych są:
W której Dn – średnica wewnętrzna rury
Obliczanie uszczelek stosowanych w połączeniach kołnierzowych skręcanych śrubami polega na wyznaczeniu siły Qu, niezbędnej do zaciśnięcia uszczelki i zapewniającej szczelność podczas pracy połączenia.
Gdzie:
- wymagany nacisk powierzchniowy przy montażu połączenia; Dz, Dw – śr.uszczel.
Ad. 3
Główna zasada działania zaworu polega na zmianie przepływu czynnika przeważnie gazu lub cieczy. Służy on najczęściej do odcięcia(zamknięcia) lub regulacji przepływu cieczy lub gazu. Ma on za zadanie utrzymanie danego ciśnienia w stałej szybkości przepływu lub przepustu,aby więcej nie podawał ani żeby za mało nie było. Jego zadanie to też utrzymanie Jednolitego kierunku przepływu cieczy.
Klasyfikacja zaworów:
• Regulacyjne
• Zamykające
• Rozdzielcze
• Bezpieczeństwa
• Zwrotne
Konstrukcja zaworu zależy od rodzaju ruchu zawieradła i sposobu zmiany przekroju otworu przepływowego. Rozróżnia się więc:
• Zawory przykrywające
• Zasłaniające
Do zaworów przykrywających należą:
• Wzniosowe
• Klapy
• Zawory membranowe
Do zaworów zasłaniających zalicza się:
• Zasuwy
• Kurki
• Zawory motylkowe tzw. Przepustnice
Ad. 4
Zawór grzybkowy to zawór o bardzo dużej wytrzymałości na uszkodzenia. Jego budowa jest prosta składa się on z kilku podstawowych elementów, bez których nie mógłby spełniać swojej roli. Korpus zaworu składa się z kadłuba i pokrywy. Przesuw poosiowy wrzeciona wraz z grzybkiem uzyskuje się poprzez wkręcanie (wykręcanie) gwintowego wrzeciona w nakrętkę. Grzybek jest połączony z wrzecionem za pomocą zawleczki w ten sposób, aby podczas zamykania zaworu obrót wrzeciona nie powodował obrotu grzybka. Dla zapewnienia szczelności zaworu zastosowano uszczelkę na grzybku, uszczelkę miedzy kadłubem i pokrywą oraz dławnicę, której elementy zapewniają uszczelnienie przejścia wrzeciona przez pokrywę. Zawory takie montuje się przeważnie w wodociągach, gdyż mają tam najlepsze zastosowanie i się sprawdzają. Drugim zaworem, który jest najbardziej nie zawodny to zawór bezpieczeństwa. Są stosowane w celu zabezpieczenia przewodu lub urządzenia przed nadmiernym wzrostem ciśnienia. Zawór bezpieczeństwa normalnie jest zamknięty i tylko przy wzroście ciśnienia ponad dopuszczalne (Pgr) zostaje otwarty na tak długo, aż ciśnienie w zbiorniku spadnie poniżej Pgr. Ze względu na charakter pracy zawory są samoczynne.