Jdi na obsah Jdi na menu
 


Obsah: Jak na potrubi? I. - základní teorie a statika

26. 10. 2016

Jak na potrubí? I. E-kniha o pevnostních výpočtech potrubí - základní teorie, statika.

Obsah:

1. Úvod  12

2. Používané názvosloví 13

3. Veličiny a jednotky všeobecné  17

4. Teoretický základ všeobecný  19

4.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  19

4.2. Skořepiny  19

4.3.  Membránový a momentový stav napjatosti 20

4.3.1. Membránový stav napjatosti 20

4.3.2. Momentový stav napjatosti všeobecně  21

4.3.3. Momentový stav napjatosti v místech uložení potrubí 21

4.4. Napjatost tenkostěnné rotační skořepiny zatížené vnitřním spojitým zatížením   21

4.4.1. Odvození  Laplaceovy rovnice  21

4.4.2. Membránové síly a napětí pro válcový útvar 23

4.4.3. Membránové síly a napětí pro kuželový útvar 25

4.4.4. Membránové síly a napětí pro anuloid  26

4.4.5. Membránové síly a napětí pro kulový útvar 28

4.4.6. Součinitel tlaku pro tvarovky  29

4.4.7. Prodlužování přímého potrubí způsobeného vnitřním tlakem – Bourdonův jev  29

4.5. Tenkostěnné potrubí a základní vzorce  30

4.5.1. Vzorce pro výpočet charakteristických hodnot potrubního průřezu  30

4.5.2. Vzorce pro výpočet potrubních hodnot, započítáme-li i délku  31

4.5.3. Vztah momentu a síly působící na trubku přes způsobené napětí 31

4.6. Charakteristické číslo, SIF a poddajnost 32

4.6.1. Definice charakteristického čísla a součinitelů  32

4.6.2. Příklady  použití součinitelů v případě ohybu  32

4.6.2.1. Charakteristické číslo pro ohyb  32

4.6.2.2. Určení součinitele koncentrace napětí (SIF) pro ohyb  32

4.6.2.1. Určení součinitele poddajnosti pro ohyb  33

4.7. Primární a sekundární napětí a redistribuce napětí v průřezu trubky  33

4.7.1. Primární a sekundární napětí 33

4.7.2. Trvalé deformace a přerozdělování sekundárního napětí ve stěnách přímé trubky  33

4.7.2. Trvalé deformace a přerozdělování sekundárního napětí ve stěnách ohybu  37

4.8. Použitá literatura a literatura pro další studium   37

5. Zatížení potrubí 39

5.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  39

5.2. Rozdělení zatížení 40

5.2.1. Rozdělení zatížení podle provozních podmínek  40

5.2.2. Rozdělení zatížení podle kritérií dovoleného namáhání a stability. 41

5.2.3. Rozdělení zatížení podle času působení 42

5.2.4. Živé a mrtvé zatížení 43

5.2.5. Rozdělení zatížení podle stochasticity  43

5.3. Zatížení trvalá  43

5.3.1. Zatížení tlakem, přímé i odvozené zatížení 43

5.3.1.1. Zatížení tlakem   43

5.3.1.2. Volný ustálený výtok z potrubí 44

5.3.1.3. Zatížení potrubí axiální silou od vlnovcového kompenzátoru  44

5.3.1.4. Zatížení hrdla aparátu axiální silou od vlnovcového kompenzátoru  45

5.3.2. Zatížení vlastní hmotností tekutiny, potrubí a izolace a potrubních dílů  45

5.3.2.1. Hmotnost potrubí 45

5.3.2.2. Hmotnost tekutiny  46

5.3.2.3. Hmotnost izolace  47

5.4. Zatížení působením teploty  47

5.4.1. Roztažnost potrubí 47

5.4.2. Banánový efekt. 47

5.4.3. Pohyb hrdel 48

5.4.4. Zatížení zápornou teplotou  48

5.5. Příležitostná zatížení 48

5.5.1. Klimatická zatížení 48

5.5.1.1. Zatížení větrem   48

5.5.1.2. Zatížení sněhem   49

5.5.2. Kvazistatická a dynamická zatížení 49

5.6. Zatížení od jednoho neopakujícího se pohybu podpěry. 50

6. Tvorba potrubní třídy  51

6.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  51

6.2. Základní vzorce pro tvorbu potrubní třídy  52

6.2.1. Co umožňuje tvorbu potrubní třídy?  52

6.2.2. Potrubní třídy pro zatížení potrubí podtlakem   52

6.3. Systémy značení potrubní třídy  54

6.4. Konstrukce potrubní třídy  54

6.4.1. Základní údaje a složení potrubní třídy  54

6.4.2. Tlakoteplotní tabulka  54

6.4.3. Výpočet tloušťky stěny  55

6.5. Přídavky tloušťky stěny trubky  56

6.5.1. Znázornění a označení přídavků  56

6.5.2. Korozně - erozní přídavek  56

6.5.3. Záporná výrobní tolerance tloušťky stěny trubky  57

6.5.3.1. Bezešvé ocelové trubky  57

6.5.3.2. Bezešvé ocelové trubky korozivzdorné  57

6.5.3.3. Svařované ocelové trubky  57

6.5.3.4. Elektricky svařované ocelové trubky  58

6.5.3.5. Pod tavidlem svařované ocelové trubky  58

6.5.3.6. Svařované ocelové trubky korozivzdorné  58

6.5.3.7. Trubky pro naftovody a plynovody  58

6.6. Komponenty potrubní třídy  59

6.6.1. Trubky  59

6.6.2. Tvarovky  59

6.6.2.1. Tvarovky všeobecně  59

6.6.2.2. Hladké ohyby - použití 59

6.6.2.3. Hladké ohyby výrobené z trubky ohnutím   60

6.6.2.4. Segmentové ohyby - výroba  61

6.6.3. Příruby  65

6.6.4. Spojovací materiál 65

6.6.5. Těsnění 66

6.7.7. Kompenzátory  67

6.7.8. Tlakové hadice  69

6.6.8. Armatury  71

6.7. Materiály pro potrubní třídy  73

6.7.1. Oceli 73

6.7.2. Litiny  75

6.7.3. Neželezné kovy  75

6.7.3.1. Hliník a jeho slitiny. 75

6.7.3.2. Měď a její slitiny  76

6.7.3.3. Titan a jeho slitiny  77

6.7.3.4. Slitiny žáruvzdorné a žárupevné  78

6.7.4. Ostatní materiály pro potrubí 78

6.7.4.1. Sklo  78

6.7.4.2. Keramika  78

6.7.4.3. Beton  79

6.8. Použitá literatura a literatura pro další studium   79

7. Mezní stavy potrubí – rozdělení a uspořádání 82

7.1. Seznam a uspořádání mezních stavů potrubí 82

7.1.1. Mezní stav únosnosti 82

7.1.2. Mezní stav použitelnosti 82

7.2. Určení vzdálenosti podpěr tak, aby nebyl porušen mezní stav únosnosti 83

7.2.1. Dovolené napětí v materiálu potrubí a z něj odvozená vzdálenost podpěr 83

7.2.2. Dovolená únosnost podpěr a z ní odvozená vzdálenost podpěr 83

8. Vyhodnocování napětí a jiných mezních stavů únosnosti pro potrubí z houževnatých materiálů  84

8.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  84

8.2. Které materiály, vhodné pro výrobu potrubí, jsou houževnaté?  85

8.3. Vyhodnocování napětí a pružnostní analýza  85

8.3.1. Hypotéza Tau-max (Max3DShear) 85

8.3.2. Hypotéza HMH (von Mises) 85

8.3.3. Výpočet dovoleného napětí nezávislého na čase  86

8.3.4. Vyhodnocení napětí od trvalých zatížení 87

8.3.5. Vyhodnocení napětí od občasných ev. mimořádných zatížení 87

8.3.6. Vyhodnocení rozkmitu napětí od teplotní dilatace  88

8.3.7. Vyhodnocení napětí od pohybu podpěry  89

8.4. Pevnost závislá na čase  89

8.4.1. Výpočet potrubí s krípem   89

8.4.1.1. Teoretický úvod  89

8.4.1.2. Pevnostní výpočet kovových potrubí 90

8.4.2. Koroze a eroze a výpočet potrubí s nimi 91

8.4.2.1. Koroze – základní pojmy  91

8.4.2.2. Erozní opotřebení – základní pojmy  92

8.4.2.3. Pevnostní výpočet 92

8.4.3. Únavový lom a výpočet potrubí s cyklickým zatížením   92

8.4.3.1. Úvodní teorie  92

8.4.3.2. Pevnostní výpočet 94

8.4.3.3. Životnostní výpočet 95

8.4.4. Křehký lom u houževnatých materiálů a ochrana proti němu  100

8.4.4.1. Materiálová křehkost 100

8.4.4.2.  Eliminace křehkého lomu  100

8.6. Výpočet zkušebního tlaku pro houževnaté materiály  102

8.7. Použitá literatura a literatura pro další studium   102

9. Vyhodnocování napětí pro potrubí z křehkých materiálů  104

9.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  104

9.2. Které materiály, vhodné pro potrubí, jsou křehké?  104

9.3. Vyhodnocování napětí a pružnostní analýza  104

9.3.1. Podmínky pevnosti - Rankinova hypotéza  104

9.3.2. Saint-Venantova hypotéza maximálního prodloužení 105

9.3.3. Mohrova hypotéza mezní čáry  105

9.3.4. Výpočet dovoleného napětí nezávislého na čase – odvození součinitele bezpečnosti 105

9.3.6. Vyhodnocení osových napětí 107

9.3.7. Vyhodnocení obvodových napětí 107

9.4. Koroze a eroze a výpočet potrubí s nimi 108

9.5. Výpočet zkušebního tlaku pro křehké materiály  108

9.6. Použitá literatura a literatura pro další studium   108

10. Stabilita potrubní stěny  109

10.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  109

10.2. Ztráta stability potrubní stěny - boulení stěny všeobecně  109

10.3. Ztráta stability (boulení) potrubní stěny mezi podpěrami - zatížení osovou silou a ohybovým momentem   110

10.4. Ztráta stability potrubní stěny (boulení) mezi podpěrami - Zatížení podtlakem   113

10.5. Kombinace různých druhů zatížení z hlediska stability potrubní stěny mezi podpěrami 114

10.6. Ztráta stability potrubní stěny nad podpěrou  115

10.7. Rozdíl ve stabilitě potrubní stěny u houževnatých a křehkých materiálů  117

10.8. Použitá literatura a literatura pro další studium   117

11. Únosnost hrdel aparátů a ostatních zařízení a potrubních spojů  118

11.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  118

11.2.  Přepočet zatížení momentem na zatížení silou  118

11.2.1. U trubky  118

11.2.2. U přírubového těsnění 119

11.2.3. U přírubových šroubů  119

11.3. Únosnost hrdel aparátů a ostatních zařízení 120

11.3.1. Vznik zatížení hrdel 120

11.3.2. Výpočet únosnosti hrdla pro hrdlo tvořené nátrubkem na prostorově klenuté anebo válcové nádobě  120

11.3.2.1. Průnik dvou válcových těles – výpočet pomocí WRC 107 a WRC 297  121

11.3.2.2. Průnik dvou válcových těles – výpočet pomocí EN 13445-3 a BS5500  122

11.3.2.3. Smaltovaná  hrdla aparátů  122

11.3.2.4. Nekovová hrdla aparátů  122

11.3.3. Omezení zatížení hrdla technickými normami či jinými ustanoveními 123

11.3.3.1. Ocelová hrdla tlakových nádob – omezení dané určením tří součinitelů  123

11.3.3.2. Ocelová hrdla výměníků  124

11.3.3.3. Hrdla kotle  124

11.3.3.4. Hrdla ventilů  124

11.3.3.5. Omezení zatížení hrdel u čerpadel 124

11.3.3.6. Omezení zatížení hrdel u turbín  125

11.4. Výpočet potrubních spojů  125

11.4.1. Kontrola tlaku na těsnění 125

11.4.2. Pevnostní výpočet přírubového spoje  126

11.4.2.1. Všeobecné informace  126

11.4.2.2. Trojúhelníkový diagram předpjatého spoje  128

11.4.2.3. Pružinové systémy u přírubových šroubů  129

11.4.2.4. Výstupy z výpočtu přírubového spoje  129

11.4.3. Těsnostně - pevnostní výpočet přírubového spoje  129

11.4.3.1. Těsnostně- pevnostní výpočet přírubového spoje – všeobecné údaje  129

11.4.3.2. Výpočet přírubového spoje pro dosažení požadované těsnosti 130

11.4.3.3. Podmínky pro dosažení vysoké těsnosti 130

11.4.3.4.  Principy návrhu těsnostně-pevnostního výpočtu přírubového spoje  131

11.4.3.5. Vlastnosti těstnostně-pevnostního výpočtu přírubového spoje  131

11.4.3.6. Výstupy z výpočtu přírubového spoje  132

11.4.4. Výpočet svařovaného spoje  132

11.5. Použitá literatura a literatura pro další studium   133

12. Mezní stavy použitelnosti potrubí 135

12.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  135

12.2. Nepřekročení průhybu pro spádování potrubí 135

12.2.1. Spádování 135

12.2.2. Určení vzdálenosti podpěr tak, aby nebyly porušeny definované limity pro spádování 136

12.3. Nepřekročení posuvu způsobeného tepelnou dilatací 137

12.3.1. Základní informace o tepelné dilataci 137

12.3.2. Výčet vlivů tepelné roztažnosti 137

12.3.3. Banánový efekt (stratifikace teploty) 137

12.4. Vzpěr potrubí 140

12.4.1. Zvlnění potrubí 141

12.5. Periodické kmitání potrubí 143

12.6. Stav omezeného poškození při seizmicitě. 143

12.7. Použitá literatura a literatura pro další studium   144

13. Kompenzace délkové roztažnosti 145

13.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  145

13.2. Příčiny nutnosti kompenzace délkové roztažnosti 145

13.2.1. Délková roztažnost potrubí 145

13.2.2. Překročení dovoleného namáhání potrubí, dovoleného posunu a dovoleného zatížení hrdel způsobené délkovou roztažností 146

13.3. Kompenzace přirozeným tvarem potrubí 146

13.4. Kompenzace vložením kompenzátorů tvarem potrubí 146

13.4.1. U-kompenzátory pro kovová potrubí 146

13.5. Kompenzátory vlnovcové, ucpávkové a textilní 148

13.5.1. Vlnovcové kompenzátory  148

13.5.1.1.  Druhy vlnovcových kompenzátorů  148

13.5.1.2. Silové působení kompenzátoru na okolní potrubí 150

13.5.2. Ucpávkové kompenzátory  151

13.5.3. Textilní (tkaninové) kompenzátory  152

13.6. Použitá literatura a literatura pro další studium   152

14. Výpočet a vyhodnocování napětí v jednotlivých potrubních komponentách  154

14.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  154

14.2.  Základní potrubní komponenty  154

14.2.1. Používání výpočtů v plastické oblasti materiálu  155

14.2.2. Ohodnocení bezpečnosti plastického výpočtu  156

14.2.2.1. Všeobecné porovnání pružnostního a plastického výpočtu  156

14.2.2.2. Porovnání pružnostního a plastického výpočtu pro potrubí namáhané vnitřním tlakem   157

14.3. Trubka  157

14.3.1. Napětí v trubce za ohybu  157

14.3.2. Výpočet plastické únosnosti trubky pro obvodové napětí 158

14.3.3. Výpočet žeber a výztuh potrubí na základě plasticity  158

14.3.4. Výpočet maximálních rozměrů napadení důlkovou korozí 158

14.4. Ohyb  159

14.4.1. Hladký ohyb  159

14.4.1.1. Součinitel poddajnosti 159

14.4.1.2. Součinitel koncentrace napětí 160

14.4.1.4. Korekce vratné deformace průřezu ohybu při rovinném zatížení 162

14.4.2. Segmentový ohyb  162

14.4.1.1. Součinitel poddajnosti. 162

14.4.1.2. Součinitel koncentrace napětí pro ohyb  163

14.4.1.3. Napětí v kritickém místě  163

14.5. Redukce  164

14.5.1. Napětí v kritickém místě  164

14.6. Odbočky, T-kusy  165

14.6.1. Jednotlivé typy provedení T-kusů a odboček  165

14.6.2. Součinitel poddajnosti pro T-kusy  166

14.6.3. Součinitel koncentrace napětí pro T-kusy  166

14.6.4. Napětí v kritickém místě  167

14.7. Příruba  168

14.7.1. Typy výpočtů přírub  168

14.7.2. Kdy je možno použít normalizované příruby bez výpočtu  168

14.7.3. Součásti a typy přírubového spoje a druhy přírubových spojů  169

14.7.5. Zatížení příruby jako součásti přírubového spoje  170

14.7.6. Princip pružnostního výpočtu  170

14.7.7. Princip plastického výpočtu  172

14.8. Rovinné zaslepení potrubí 174

14.8.1. Princip pružnostního výpočtu  174

14.8.2. Princip plastického výpočtu  176

14.9. Těleso ventilu  177

14.10. Vlnovcový kompenzátor 178

14.10.1. Druhy vlnovcových kompenzátorů  178

14.10.2. Určení kompenzátoru do potrubní větve  179

14.10.3. Pryžové a plastové kompenzátory  179

14.10.4. Výpočet vlnovcového kompenzátoru  180

14.11. Použitá literatura a literatura pro další studium   181

15. Uložení a podpěry potrubí 182

15.1. Veličiny a jednotky použité jen v této kapitole  182

15.2. Únosnost podpěr 182

15.2.1. Materiál podpěr 182

15.2.2. Konstrukční teploty a dovolené napětí u podpěr 183

15.2.3. Zatížení podpěr 183

15.3. Výběr vhodného uložení 183

15.3.1. Všeobecně  183

15.3.2. Podpěry anebo závěsy  184

15.3.3. Jednoduché anebo dvojité závěsy  184

15.3.4. Volba stropního uchycení 185

15.3.5. Základní vývojový diagram pro umísťování podpěr 185

15.3.6. Rozdělení podpěr podle zachycování reakcí 185

15.3.7. Vzdálenost podpěr 187

15.3.8. Pravidla pro umístění podpěr 188

15.3.9. Některá jiná omezení platící pro podpěry  188

15.4. Podpěry pro ocelová potrubí 189

15.4.1. Kotvení 189

15.4.2. Směrová zarážka  190

15.4.3. Vedení 190

15.4.4. Tlumič rázů  190

15.4.5. Omezovač kmitání 190

15.4.6. Pružná podpěra  190

15.4.7. Tuhá kloubová vzpěra  191

15.4.8. Kluzná tuhá podpěra nebo patka  191

15.4.9. Tuhý závěs  191

15.4.10. Pružný závěs  192

15.5. Použitá literatura a literatura pro další studium   193

16. Související technické normy a legislativa  194

16.1. Související legislativa  194

16.2. Související technické normy  194

16.2.1. Platné původem české technické normy  194

16.2.2. Staré neplatné oborové československé normy pro potrubí 194

16.2.3. Evropské normy (harmonizované k PED) 195

16.2.3.1. Tlaková zařízení 195

16.2.3.2. Čerpadla  196

16.2.3.3. Kovová potrubí 197

16.2.3.4. Plastová potrubí 199

16.2.3.5. Laminátová potrubí 199

16.2.4. Německé normy (harmonizované k PED) 200

16.2.5. Eurokódy  201

16.2.6. Jiné významné normy  202

16.2.7. Normy USA   202

16.2.8. Ruské normy  203

16.3. Firemní materiály  203

16.4. Zajímavé internetové adresy  204