Jdi na obsah Jdi na menu
 


Vlnovcové kompenzátory

10. 7. 2013

 

1. Použité značky a jednotky 

 

Poř. č.

Značka

Název veličiny

1.

Fx

axiální síla od tuhosti vlnovce

2.

Fy

laterální síla od tuhosti vlnovce

3.

M

angulární moment od tuhosti vlnovce

4.

Fs

axiální síla způsobená tlakem v kompemzátoru

5.

hm

nejvýhodnější tloušťka stěny vlnovce

6.

D1

vnější průměr vlnovce

7.

Dm

střední průměr vlnovce

8.

d

malý vnitřní průměr vlnovce

9.

r

poloměr anuloidové plochy vlnovce

10.

Aef

efektivní plocha vlnovce

11.

(delta), x

celkové axiální stlačení vlnovce

12.

y

vzájemné laterální posunutí konců vlnovce

13.

(beta)

angulární natočení konců vlnovce

14.

n

počet vln vlnovce

15.

p

provozní tlak

16.

E

modul pružnosti vlnovce

17.

(sigma)dov

dovolené napětí

18.

 

 

19.

 

 

 

 

2.  Druhy vlnovcových kompenzátorů

 

          Rozeznáváme tyto druhy kompenzátorů:

a)                         axiální

b)                        laterální

c)                         angulární

d)                        univerzální – spojuje v sobě minimálně dva předešlé

 

3. Výpočet kompenzátoru

       ·   Zatížení

Podle času působení můžeme rozčlenit zatížení kompenzátoru na:
1.Trvalá zatížení kompenzátoru
Trvalá zatížení kompenzátoru představují vzájemný posun konců kompenzátoru způsobený tlakem a tepelnou roztažností v provozních hodnotách. Vzájemný posun konců zahrnuje i působení kompenzátoru na potrubí svojí tuhostí a axiální silou. Dále se počítají zatížení vlastní hmotností a tlak v provozních hodnotách.
2.Krátkodobá zatížení kompenzátoru
Krátkodobá zatížení kompenzátoru představují vzájemný posun konců kompenzátoru způsobený tlakem a tepelnou roztažností potrubí při náběhu, ukončení provozu a v maximálních dovolených hodnotách. Vzájemný posun konců zahrnuje i působení kompenzátoru na potrubí svojí tuhostí a axiální silou. Dále se počítají zatížení. vlastní hmotností a tlak v potrubí při náběhu, ukončení provozu a v maximálních dovolených hodnotách.
Dále se udává potřebný počet ekvivalentních cyklů. Počty ekvivalentních cyklů se odvozují z počtu plánovaných náběhů a ukončení provozu pro plánovanou životnost zařízení
               3.Nahodilá zatížení kompenzátoru
Nahodilá zatížení kompenzátoru představují vzájemný posun konců kompenzátoru způsobený klimatickým zatížením (vítr, sníh) a seizmickým zatížením.

kopie---scan07112008_213743.bmp.jpg

Schématický obrázek zatížení kompenzátoru

 

        ·    Princip výpočtu axiálního vlnovcového kompenzátoru je:

a)  Výpočet zakřiveného prutu podle dále. Představuje půlku půlvlny kompenzátoru. Tento prut má lichoběžníkový průřez představující tloušťku stěny a prvek obvodu kompenzátoru. Tento prut přenáší adekvátní podíl obvodové síly F´. Vypočítáme průhyb, potřebnou sílu a axiální tuhost.

scan07112008_213743.bmp.jpg

Obrázek půlky půlvlny kompenzátoru 

            b)    Rozšíření z prutu na půlvlnu
            c)     Z půlvlny na celý kompenzátor.
 

       . Výsledné vztahy

Pro nejvýhodnější tloušťku stěny vlnovce platí vztah:

vz1.jpg

 Počet vln vlnovce je určen vztahem:

vz2.jpg

        Vlnovce se vyrábějí ve velké většině pouze z nerezavějících ocelí. Dovolené napětí se určuje i s ohledem na únavu a je např. uvedeno dole v literatuře uvedené na druhém místě. V současné době jsou k dispozici speciální programy pro výpočet kompenzátorů, takže uvedené vzorce platí pouze jako informativní.
 
 
4. Silové působení kompenzátoru na okolní potrubí
 
4.1. Vliv tuhostí kompenzátorů
 

Kompenzátor má tyto tuhosti, které ovlivňují okolní potrubí:

 

a)   Axiální, která se udává v Newtonech axiální síly Fx na milimetr axiálního stlačení x. Axiální tuhost kompenzátoru je tedy  rovna Fx/x v N/mm. Viz obrázek

scan1001.jpg

Obr.  Axiální kompenzátor

 

 

b)     Angulární, která se udává v Newtonmetrech angulárního momentu M na úhlový stupeň angulárního natočení beta. Angulární tuhost kompenzátoru je tedy  rovna M/beta v Nm/deg. Viz obrázek

 

scan1000.jpg

Obr. Angulární kompenzátor

 

c)   Laterální, která se udává v Newtonech laterální síly Fy na milimetr axiálního posunutí y. Laterální tuhost kompenzátoru je tedy  rovna Fy/y v N/mm. Zároveň však musí být udržovány rovnoběžně oba kraje kompenzátoru, a to momentem M. Na potrubí proto působí i angulární moment závislí na y. Rozměr y se může přepočítat na úhlový stupeň a pak působí na potrubí úhlová tuhost, ve stejných veličinách jako v předchozím případě. Viz obrázek

scan1002.jpg

Obr. Laterální kompenzátor

 

d)   Torzní, která se udává v Newtonmetrech  torzního momentu Mk na úhlový stupeň torzního otočení gama. Torzní tuhost kompenzátoru je tedy  rovna Mk/gama v Nm/deg.

 

 

4.2. Vliv axiální síly způsobené vnitřním tlakem/podtlakem
 

      Vnitřní podtlak/přetlak ve vlnovcovém kompenzátoru působí na okolní potrubí axiální silou. Síla je určena součinem velikosti vnitřního tlaku a efektivní plochy kompenzátoru.

v1.jpg

Efektivní plocha kompenzátoru Aef je kruhová plocha o průměru Dm , který je znázorněn na předešlých obrázcích kompenzátorů. Dm anebo efektivní plochu určí ve svých podkladech výrobce kompenzátoru.

 

 

4.3. Zatížení hrdla aparátu od přímo připojeného kompenzátoru

 

       V případě, že je na hrdlo aparátu přímo připojen vlnovcový kompenzátor, bereme-li v úvahu efekt z předchozí kapitoly 4.2.. Tento efekt je však změněn tím, že bereme menší plochu, na níž působí vnitřní tlak p.  Tato plocha je rozdíl mezi efektivní plochou kompenzátoru Aef   a plochou odpovídající kruhu o vnitřním průměru hrdla aparátu.

 

 

 

5. Literatura a odkazy pro další a podrobnější informace

Kolektiv: A Practical Guide to Expansion Joints, EJMA, New York, 2005
Němec J.: Výpočty pevnosti tlakových nádob, SNTL Praha, 1962
Schneider P., Vykutil J.: Stavba chemických zařízení IIa, Mikropočítačové aplikace MKP ve statice rotačních skořepin, Ediční středisko VUT Brno, 1986

EJMA Standards: The Authority on Expansion Joints