Jdi na obsah Jdi na menu
 


Obsah: Jak na potrubí? III. - teorie plastová a laminátoví potrubí

17. 12. 2019

Jak na potrubí? III., E-kniha o pevnostních výpočtech potrubí - teorie, plastická a laminátová potrubí

 

Obsah:

1. Úvod  9

2. Používané názvosloví 10

3. Veličiny, jednotky a jejich označení 14

4. Teoretický základ pro plasty  18

4.1. Základní informace  18

4.1.1. Rozdělení plastů. 18

4.2. Struktura plastů  18

4.2.1. Molekulární struktura plastů  18

4.2.2. Nadmolekulární struktura plastů  19

4.3. Společné vlastnosti plastů  21

4.3.1. Základní vlastnosti plastů  21

4.3.2. Termodynamické vlastnosti plastů  21

4.3.3. Mechanické vlastnosti plastů  22

4.3.3.1. Poissonovo číslo  23

4.3.4. Tepelné vlastnosti plastů  24

4.3.5.   Elektrické vlastnosti plastů  24

4.3.6. Chemická odolnost plastů  25

4.4. Viskoelasticita, viskoplasticita  26

4.4.1. Viskoelasticita  26

4.4.2. Primární a sekundární napětí a jejich pohyb v čase  26

4.4.3. Modul viskoelasticity a jeho pohyb v čase  27

4.4.4. Viskoplasticita  28

4.5. Reologické modelování 29

4.5.1. Základní články reologických modelů  29

4.5.2. Kelvin-Voigtův model 29

4.5.3. Maxwellův model 30

4.5.4. Norton-Hoffův model 31

5. Vlastnosti potrubí z plastů  32

5.1. Skořepiny z plastů  32

5.2. Rozměrové řady plastových trubek  32

5.3. Materiály plastových trubek  33

5.3.1. Polyetylén (PE) 33

5.3.2. Polypropylén (PP) 34

5.3.3. Polybutén (PB) 34

5.3.4. Polyvinylchlorid (PVC) 34

5.3.5. Polyvinylidénfluorid (PVDF) 34

5.3.6. Akrylonitrilbutadyenstyrén (ABS) 35

5.3.7. Perfluoralkoxy-copolymer (PFA) 35

5.4. Technické normy pro získání materiálových vlastností plastů: 35

6. Tvorba potrubní třídy pro potrubí z plastů  36

6.1. Co umožňuje tvorbu potrubní třídy pro plastová potrubí?  36

6.2. Systémy značení potrubní třídy  36

6.3. Konstrukce potrubní třídy  36

6.3.1. Základní údaje a složení potrubní třídy  36

6.3.2. Tlakoteplotní tabulka  37

6.3.3. Výpočet tloušťky stěny  37

6.4. Přídavky tloušťky stěny trubky  38

6.4.1. Znázornění a označení přídavků  38

6.4.2. Záporná výrobní tolerance tloušťky stěny trubky  38

6.5. Komponenty potrubní třídy  39

6.5.1. Trubky, tvarovky  39

6.5.2. Spojování, příruby  39

6.5.3. Spojovací materiál a těsnění 39

6.5.4. Kompenzátory  39

6.5.6. Armatury  40

7. Kompenzace délkové roztažnosti a uložení potrubí z plastů  41

7.1. Příčina nutnosti kompenzace délkové roztažnosti 41

7.2. Klasická kompenzace délkové roztažnosti v kombinaci s klasickým uložením   41

7.2.1. Kompenzační tvary plastů totožné s potrubím z oceli 41

7.2.2. Kompenzační tvary potrubí specifické pro plasty – dilatační smyčky  42

7.2.3. Kompenzace vlnovcovými kompenzátory  43

7.2.4. Uložení klasické  44

7.2.4.1. Zásady používání podpěr 44

7.2.4.2. Příklady použití sestavy podpěr 45

7.3. Klasická kompenzace délkové roztažnosti v kombinaci s uložením do korýtek  47

7.3.1. Zásady používání podpěr 47

7.3.2. Maximální možná délka potrubí bez korýtka  47

7.3.3. Konstrukce jednotlivých druhů podpěr 47

7.3.4. Příklady použití sestavy podpěr 48

7.4. Kompenzace plastových potrubí „pevnou montáží“  49

7.4.1. Kompenzace délkové roztažnosti 49

7.4.2. Zásady používání podpěr a jejich vzdálenosti 50

7.4.3. Příklady použití sestavy podpěr při „pevné montáži“  51

8. Náhrada kovových potrubí za plastové  53

8.1. Seznam nebezpečí při náhradě potrubí za plastové a opatření proti tomuto nebezpečí 53

8.1.1. Omezení tlaku a teploty  53

8.1.2. Nebezpečí vysoké tepelné roztažnosti 53

8.1.3. Nebezpečí stárnutí plastů vlivem UV záření 53

8.1.4. Nebezpečí vzniku elektrostatického náboje v zónách s nebezpečím výbuchu  53

8.1.5. Nebezpečí zabránění boje s požárem   54

8.1.6. Nebezpečí chybného spojení plastových a kovových potrubí 54

8.2. Důvody, proč se i přes uvedená nebezpečí plastová potrubí prosazují 54

8.2.1. Cenová úroveň  54

8.2.2. Chemická odolnost plastových potrubí 54

8.2.3. Schopnost tlumení kmitů a rázů  55

8.3. Některé realizované případy náhrady kovových potrubí plastovými 55

8.3.1. Kanalizační přípojky a stokové sitě  55

8.3.2. Rozvody vody  56

8.3.3. Rozvody zemního plynu  57

8.3.4. Průmyslové aplikace  57

8.3.5. Rozvody vzduchu  57

9. Pružnostní analýza potrubí z viskoelastických materiálů  58

9.1. Které materiály, vhodné pro výrobu potrubí, jsou viskoelastické?  58

9.2. Popis mechanismu porušení plastů  58

9.2.1. Porušení při krátkodobé zkoušce  58

9.2.2. Porušení krípem   58

9.3. Aplikace hypotéz Tau-max (Max3DShear) a HMH (von Mises) na plastová potrubí 59

9.4. Překročení dovolené krátkodobé pevnosti 59

9.5. Překročení dovolené pevnosti plastu závislého na čase  59

9.5.1. Kritéria dovoleného namáhání za působení viskopružnostního stavu. 59

9.5.2. Pevnost potrubí za určitý čas daný únavovou únosností 60

9.6. Vyhodnocování napětí 60

9.7. Možnosti výpočtu  programem  pro pevnostní výpočty potrubí 61

9.7.1. Základní informace  61

9.7.2. Vliv viskoelasticity a viskoplasticity  61

9.7.3. Určování koeficientu bezpečnosti 62

9.7.4. Rozdílné a neprobádané jevy u plastů, důležité pro výpočet 63

9.7.5. Způsob výpočtu uložení plastových potrubí do korýtka  63

9.8. Výpočet plastových potrubí podle GOST  63

10. Speciální mezní stavy pro plastová potrubí 65

10.1. Seznam a uspořádání mezních stavů potrubí 65

10.1.1. Mezní stav únosnosti 65

10.1.2. Mezní stav použitelnosti 65

10.2. Speciální mezní stavy únosnosti pro plastová potrubí 65

10.2.1. Stabilita vůči podtlaku, stabilita při ohybu vůči zhroucení tlakové oblasti nad podpěrou i jinde. 65

10.2.2. Plastová hrdla aparátů  66

10.3. Speciální mezní stavy použitelnosti pro plastová potrubí 66

10.3.1. Nepřekročení průhybu pro spádování a odvzdušňování potrubí 66

10.3.2. Nepřekročení posuvu způsobeného tepelnou dilatací 66

10.3.3. Vzpěr potrubí z plastů  67

10.3.4. Zvlnění potrubí 67

10.4. Určení zkušebního tlaku pro plastová průmyslová potrubí 69

11. Použitá literatura a literatura pro další studium pro potrubí z viskoelastického materiálu  71

12. Teoretický základ pro kompozity (lamináty) 73

12.1. Základní informace  73

12.2. Metoda návrhové analýzy  74

12.2.1. Objemový a hmotnostní podíl vláken  74

12.2.2. Metoda maximálního napětí 74

12.2.3. Metoda maximálních deformací 75

12.3. Výpočet napětí a deformace - Klasická laminátová teorie (CLT) 75

12.4. Složení kompozitů  76

12.4.1. Popis a druhy kompozitů  76

12.4.2. Vysvětlení zkratek a názvosloví 76

12.4.3. Vlastnosti použitých materiálů  77

12.4.4. Kompozit UP / jednosměrná skleněná výztuž  78

12.4.5. Kompozit UP/ tkaná skleněná výztuž  79

12.5. Porušení kompozitů  79

12.5.1. Porušení vláken  79

12.5.2. Porušení mezi vlákny  80

12.5.3. Podmínky pevnosti laminátů (Puckova hypotéza) 80

13. Potrubní komponenty z FRP/GRP  81

13.1. Všeobecný úvod  81

13.2. Výpočet potrubních komponent 81

13.2.1. Metoda návrhové analýzy pro trubku  81

13.2.2. Metoda maximálního napětí 81

13.2.3. Metoda maximálních deformací 82

13.3. Výroba potrubních komponent 83

13.3.1. Vrstvení laminátů  84

13.4. Výčet potrubních komponent z FRP/GRP  84

13.4.1. Trubky  84

13.4.2. Tvarovky  84

13.5. Normy pro potrubí z FRP/GRP  85

13.5.1. Potrubní kompozity  podle normy EN   85

13.5.2. Potrubní kompozity  podle norem DIN   86

13.5.2.1. Trubky  86

13.5.2.2. Tvarovky  87

14. Tvorba potrubní třídy z GRP/FRP  89

14.1. Všeobecná fakta pro tvorbu potrubní třídy a rozdíly v případě laminátů  89

14.2. Systémy značení potrubní třídy  90

14.3. Konstrukce potrubní třídy  90

14.3.1. Základní údaje a složení potrubní třídy  90

14.3.2. Tlakoteplotní tabulka  90

14.3.3. Výpočet tloušťky stěny  91

14.4. Komponenty potrubní třídy  91

14.4.1. Trubky, tvarovky  91

14.4.2. Typy spojení,  příruby  91

14.4.3. Spojovací materiál, těsnění 92

14.4.4. Kompenzátory,  armatury  92

15. Kompenzace délkové roztažnosti a uložení potrubí z FRP/GRP  93

15.1. Příčina nutnosti kompenzace délkové roztažnosti 93

15.2. Klasická kompenzace délkové roztažnosti v kombinaci s klasickým uložením   93

16. Náhrada kovových potrubí za FRP/GRP potrubí 95

16.1. Seznam nebezpečí při náhradě potrubí za plastové a opatření proti tomuto nebezpečí 95

16.1.1. Omezení tlaku a teploty  95

16.1.2. Nebepečí vysoké tepelné roztažnosti 95

16.1.3. Nebepečí stárnutí GRP/ FRP materiálů vlivem UV záření 95

16.1.4. Nebepečí vzniku elektrostatického náboje v zónách s nebezpečím výbuchu  95

16.1.5. Nebezpečí chybného spojení potrubí z GRP materiálů a kovových potrubí 95

16.2. Důvody, proč se i přes uvedená nebezpečí plastová potrubí prosazují 96

16.3. Některé realizované případy náhrady ocelových potrubí laminátovými 96

16.3.1. Kanalizační přípojky a stokové sítě  96

16.3.2. Rozvody vody  96

16.3.3. Rozvody v naftovém a plynárenském průmyslu  96

16.3.4. Průmyslová potrubí 97

17. Pružnostní analýza potrubního systému z FRP/GRP  98

17.1. Mechanismy poškození potrubní z FRP/GRP  98

17.1.1. Porušení vláken  98

17.1.2. Porušení mezi vlákny  98

17.1.3. Poškozování při cyklickém zatížení 98

17.2.Výpočet potrubního systému z FRP/GRP – všeobecné zásady  98

17.2.1. Maximální napětí 98

17.2.2. Maximální deformace  99

17.3. Výpočet potrubí z FRP/ GRP podle normy ISO   99

17.3.1. Teorie  99

17.3.1.1. Součinitelé koncentrace napětí a poddajnosti 102

17.3.2 Vyhodnocení napětí 102

17.4. Výpočet potrubí z FRP/ GRP podle britských norem   103

17.5. Možnosti výpočtu  programem  pro pevnostní výpočty potrubí 104

18. Použitá literatura a literatura pro další studium pro potrubí z kompozitních materiálů  105