iPotrubí.cz

iPříručka:

Návrh a pevnostní výpočet průmyslových potrubí z plastů

Obsah:

1. Vytvoření potrubní třídy.. 9

1.1. Co umožňuje vytvoření potrubní třídy?. 9

1.2. Systémy značení potrubní třídy. 9

1.3. Základní vzorce a výpočty pro tvorbu potrubní třídy. 10

1.3.1. Použité veličiny a jednotky. 10

1.3.2. Výpočet dovoleného napětí 10

1.3.2. Potrubní třídy pro zatížení potrubí vnitřním tlakem.. 11

1.3.2.1. Membránový stav napjatosti 11

1.3.2.2. Membránové síly a napětí pro válcový útvar 12

1.3.2.3. Membránové síly a napětí pro kuželový útvar a anuloid. 13

1.3.4. Potrubní třídy pro zatížení potrubí vnitřním podtlakem.. 13

1.4. Údaje v dokumentu potrubní třídy. 14

1.4.1. Základní údaje a složení potrubní třídy. 14

1.4.2. Tlakoteplotní  tabulka. 15

1.4.3. Výpočet tloušťky stěny. 15

1.4.4. Přídavky tloušťky stěny trubky. 16

1.4.5. Rozměrové řady plastových trubek. 16

1.4.6. Minimální požadovaná pevnost a jmenovitý tlak. 17

1.5. Materiály pro potrubí -plasty. 17

1.5.1.  Polyetylén (PE) 17

1.5.2. Polypropylén (PP) 18

1.5.3. Polybutén (PB) 19

1.5.4. Polyvinylchlorid (PVC) 20

1.5.5. Polyvinylidenfluorid (PVDF) 21

1.5.6. Akrylonitrilbutadyenstyrén (ABS) 22

1.5.7. Perfluoralkoxy-copolymer (PFA) 23

1.6. Komponenty potrubní třídy. 23

1.6.1. Trubky a tvarovky. 23

1.6.2. Spojování 24

1.6.3. Příruby. 25

1.6.4. Spojovací materiál 25

1.6.5. Těsnění 26

1.6.6. Vlnovcové kompenzátory. 28

1.6.7. Průmyslové armatury. 28

2. Trasování potrubí z plastů.. 30

2.1. Všeobecné poznámky. 30

2.2. Zásady kreslení izometrií v této kapitole. 31

2.3. Výběr vhodné trasy, tepelné kompenzace a uložení potrubí 33

2.3.1. Všeobecně. 33

2.3.2. Kompenzace U- kompenzátorem anebo vlnovcovým kompenzátorem s uložením klasickým.. 33

2.3.2.1. Všeobecně o klasickém uložení. 33

2.3.2.2. Kompenzace horizontálního potrubí 34

2.3.2.3. Kompenzace vertikálního potrubí 35

2.3.3. Kompenzace U- kompenzátorem anebo vlnovcovým kompenzátorem s uložením do korýtek. 36

2.3.3.1. Zásady používání uložení do korýtek. 36

2.3.3.2. Příklady použití sestavy podpěr 37

2.3.3.3. Některé typy uložení plastového potrubí do korýtek. 39

2.3.4. Kompenzace pomocí pevného kotvení se dvěma pevnými body. 39

2.3.5. Kompenzace pomocí pevného kotvení s více pevnými body za sebou. 41

2.3.6. Kompenzace plastovým potrubím s korzetem.. 41

2.3.6.1. Popis. 41

2.3.6.2. Spojování potrubí v korzetu. 43

2.3.6.3. Kompenzování délkové roztažnosti 44

2.4. Základní výpočty potřebné pro určení trasy potrubí 44

2.4.1. Použité veličiny a jednotky. 44

2.4.2. Výpočet vzdálenosti podpěr pro klasické uložení 45

2.4.2.1. Mezní stavy potrubí mající vliv na vzdálenost podpěr 45

2.4.2.2. Dovolené napětí v materiálu potrubí a z něj odvozená vzdálenost podpěr 46

2.4.2.3. Maximální vzdálenost podpěr vypočítaná z dovoleného průhybu. 46

2.4.2.4. Dovolená únosnost podpěr a z ní odvozená vzdálenost podpěr 47

2.4.3. Výpočet vyložení U-kompenzátoru pro využití u klasického uložení a pro uložení do korýtek. 47

2.4.4. Výpočet pro kompenzaci pevným uložením se dvěma pevnými body. 48

2.4.5. Výpočet pro kompenzaci pevným uložením s více pevnými body. 51

2.4.6. Výpočet plastového potrubí s korzetem.. 52

2.5. Minimální vzdálenosti potrubí mezi sebou a ostatními překážkami 55

2.5.1. Výtah vzdáleností potrubí mezi sebou a ostatními překážkami pro některé případy. 55

2.5.2. Seznam použitých norem.. 56

3. Ostatní důležité poznatky týkající se potrubí z plastů.. 57

3.1. Použité veličiny a jednotky. 57

3.2. Základní informace o plastech. 58

3.3. Struktura plastů. 58

3.3.1. Molekulární struktura plastů. 58

3.3.2. Nadmolekulární struktura plastů. 59

3.4. Společné vlastnosti plastů. 61

3.4.1. Základní vlastnosti plastů. 61

3.4.2. Termodynamické vlastnosti plastů. 62

3.4.3. Mechanické vlastnosti plastů. 62

3.4.4. Tepelné vlastnosti plastů. 66

3.4.5. Elektrické vlastnosti plastů. 67

3.4.6. Chemická odolnost plastů. 68

3.5. Potrubí jako skořepina. 69

3.6. Membránový a momentový stav napjatosti 69

3.6.1. Membránový stav napjatosti 69

3.6.2. Momentový stav napjatosti všeobecně. 70

3.7. Napjatost tenkostěnné rotační skořepiny zatížené vnitřním spojitým zatížením.. 70

3.7.1. Membránové síly a napětí pro válcový útvar. 70

3.7.2. Membránové síly a napětí pro kuželový útvar. 73

3.7.3. Membránové síly a napětí pro anuloid. 73

3.7.4. Prodlužování přímého potrubí způsobeného vnitřním tlakem – Bourdonův jev. 74

3.8. Součinitelé SIF a poddajnosti 75

3.9. Primární a sekundární napětí 76

3.10. Viskoelasticita, viskoplasticita. 76

3.10.1. Viskoelasticita. 76

3.10.2. Primární a sekundární napětí a jejich pohyb v čase. 77

3.10.3. Modul viskoelasticity a jeho pohyb v čase. 77

3.10.4. Viskoplasticita. 79

3.11. Reologické modelování materiálových vlastností plastů. 80

3.11.1. Základní články reologických modelů. 80

3.11.2. Kelvin-Voigtův model 81

3.11.3. Maxwellův model 82

3.11.4. Norton-Hoffův model 83

4. Zatížení potrubí. 85

4.1. Použité veličiny a jednotky. 85

4.2. Rozdělení zatížení 85

4.2.1. Rozdělení zatížení podle provozních podmínek. 85

4.2.2. Rozdělení zatížení podle kritérií dovoleného namáhání a stability. 87

4.2.3. Rozdělení zatížení podle času působení 88

4.3. Zatížení trvalá. 89

4.3.1. Zatížení tlakem, přímé i odvozené zatížení 89

4.3.1.1. Zatížení tlakem.. 89

4.3.1.2. Volný ustálený výtok z potrubí 90

4.3.1.3. Zatížení potrubí axiální silou od vlnovcového kompenzátoru. 90

4.3.1.4. Zatížení hrdla aparátu axiální silou od vlnovcového kompenzátoru. 90

4.3.1.5. Zkušební tlak pro plastová průmyslová potrubí 90

4.3.2. Zatížení vlastní hmotností tekutiny, potrubí a izolace a potrubních dílů. 92

4.3.2.1. Hmotnost potrubí 92

4.3.2.2. Hmotnost tekutiny. 92

4.3.2.3. Hmotnost izolace. 93

4.4. Zatížení působením teploty. 94

4.4.1. Roztažnost potrubí 94

4.4.2. Stratifikace teploty. 94

4.4.3. Pohyb hrdel 95

4.5. Příležitostná zatížení 95

4.5.1. Klimatická zatížení 95

4.5.1.1. Zatížení větrem.. 95

4.5.1.2. Zatížení sněhem.. 95

4.5.2. Kvazistatická a dynamická zatížení 96

4.6. Zatížení od jednoho neopakujícího se pohybu podpěry. 97

5. Mezní stavy potrubí pro plastová potrubí. 98

5.1. Uspořádání mezních stavů potrubí 98

5.2. Mezní stav únosnosti - seznam.. 98

5.3. Mezní stav použitelnosti - seznam.. 98

5.4. Vyhodnocování mezních stavů únosnosti pro potrubí z plastů. 99

5.4.1. Použité veličiny a jednotky. 99

5.4.2. Vyhodnocování napětí a pružnostní analýza houževnatých materiálů. 101

5.4.2.1. Které materiály sem patří?. 101

5.4.2.2. Překročení dovolené krátkodobé pevnosti při prvním nájezdu potrubí 101

5.4.2.3. Pevnost na konci plánované životnosti 102

5.4.2.4. Porušení při prostém namáhání 105

5.4.2.5. Odolnost potrubí vůči pomalému šíření trhliny (SCG), tj. kumulativnímu poškození za určitý čas (únava) 106

5.4.2.6. Odolnost proti rychlému růstu trhliny (RCP) 107

5.4.2.7. Odolnost proti růstu trhliny způsobené UV zářením.. 107

5.4.2.8. Stabilita potrubní stěny. 107

5.4.2.9. Ztráta stability potrubní stěny (boulení) mezi podpěrami. Zatížení podtlakem.. 112

5.4.2.10. Kombinace různých druhů zatížení z hlediska stability potrubní stěny mezi podpěrami 116

5.4.3. Plastová hrdla aparátů. 116

5.4.4. Výpočet potrubních spojů. 116

5.4.4.1. Zatížení potrubního spoje. 116

5.4.4.2.  Přepočet zatížení momentem na zatížení silou u přírubového těsnění 117

5.4.4.3. Kontrola tlaku na těsnění v přírubovém spoji 117

5.4.4.4. Pevnostní výpočet přírubového spoje Taylor-forgeovou metodou. 118

5.5. Vyhodnocování mezních stavů použitelnosti pro plastová potrubí 118

5.5.1. Použité veličiny a jednotky. 118

5.5.2. Nepřekročení průhybu pro spádování a odvzdušňování potrubí 119

5.5.3. Nepřekročení posuvu způsobeného tepelnou dilatací 120

5.5.4. Vzpěr potrubí 120

5.5.5. Zvlnění potrubí 123

6. Uložení a podpěry potrubí. 126

6.1. Výběr vhodného uložení 126

6.2. Výpočet únosnosti a konstrukce podpěr. 126

6.2.1. Provádění výpočtu. 126

6.2.2. Výpočet tuhosti pružného závěsu či podpěry. 127

6.3. Upravená uložení klasická pro plastová potrubí 129

6.3.1. Důvody nutnosti úpravy uložení 129

6.3.2. Některé klasické podpěry či závěsy ve verzi pro plastová potrubí 130

6.4. Uložení do korýtek. 132

6.5. Uložení plastových potrubí při kompenzaci pevným uložením.. 134

6.6. Uložení plastových potrubí s využitím korzetu. 134

7. Náhrada kovových potrubí za plastové.. 137

7.1. Seznam nebezpečí při náhradě potrubí za plastové a opatření proti tomuto nebezpečí 137

7.1.1. Omezení tlaku a teploty. 137

7.1.2. Nebezpečí vysoké tepelné roztažnosti 137

7.1.3. Nebezpečí stárnutí plastů vlivem UV záření 137

7.1.4. Nebezpečí vzniku elektrostatického náboje v zónách s nebezpečím výbuchu. 137

7.1.5. Nebezpečí zabránění boje s požárem.. 138

7.1.6. Nebezpečí chybného spojení plastových a kovových potrubí 138

7.2. Důvody, proč se i přes uvedená nebezpečí plastová potrubí prosazují 138

7.2.1. Cenová úroveň. 138

7.2.2. Chemická odolnost plastových potrubí 139

7.2.3. Schopnost tlumení kmitů a rázů. 139

7.3. Některé případy náhrady kovových potrubí plastovými 139

7.3.1. Kanalizační přípojky a stokové sitě. 139

7.3.2. Rozvody vody. 140

7.3.3. Rozvody zemního plynu. 142

7.3.4. Průmyslové aplikace. 142

7.3.5. Rozvody vzduchu. 143

8. Možnosti výpočtu programem pro pevnostní výpočty potrubí. 144

8.1. Základní informace. 144

8.2. Kombinace zatížení pro výpočet a vyhodnocení napětí 144

8.3. Rozdílné a neprobádané jevy u plastů, důležité pro výpočet 146

8.4. Výpočet plastových potrubí podle GOST. 146

8.5. Technické normy pro získání materiálových vlastností plastů. 147

9. Použitá literatura a literatura pro další studium... 148

9.1. Související legislativa. 148

9.2. Související technické normy. 148

9.3. Literatura. 149

9.4. Firemní literatura. 150

9.5. Zajímavé internetové adresy. 150