Jdi na obsah Jdi na menu
 

4. Odvození zatížení potrubí při odpouštění bezpečnostní armatury a určování její dimenze

15. 6. 2014
1. Použité značky a jednotky
 

Poř. č.

Značka

Název veličiny

1.

F

síla (všeobecně)

2.

F0

síla – reakce způsobená prouděním média skrz sedlo poj. ventilu

3.

F1

síla – reakce způsobená prouděním média v ústí výfukového potrubí do ovzduší

4.

v0

rychlost proudění v sedle poj. ventilu

5.

v1

rychlost proudění v ústí výfukového potrubí do ovzduší

6.

Qm

hmotnostní množství za čas, hmotnostní tok

7.

Qv

objemové množství za čas, objemový tok

8.

d0

průměr sedla poj. ventilu (tj. nejmenší průměr)

9.

A0

plocha průtokového průřezu v sedle poj. ventilu

10.

A1

plocha průtokového průřezu výfukového potrubí

11.

p

tlak v kapalině

12.

pe0

vnitřní tlak v potrubí v místě před sedlem poj. ventilu

13.

pe1

celková tlaková ztráta výfukového potrubí

14.

pa

atmosférický tlak

15.

 

 

16.

 

 
 
 
2. Odpouštění bezpečnostní armatury - statické řešení
 
          Odpouštění bezpečnostní armatury bude vyvolávat reakční zatížení na potrubí, ke kterému je připojena. Počáteční rychlé otevření armatury vyvolává dynamickou složku síly, což může být významné. Vliv by měl být uvažován jako lokalizovaná událost vyvolávající místní zatížení v hrdle, které spojuje armaturu (tj. pojišťovací ventil) s potrubím a měl by být začleněn do konstrukce potrubí a podpěrných systémů. Pro odpouštění do atmosféry postačuje většinou provést jednoduchou statickou analýzu pro ustálený stav.
Pro statickou analýzu využijeme již zmíněnou impulsovou větu:
v13.jpg
kdy v2=0, je to rychlost, kterou pohyb tekutiny nakonec má. Dále přičteme působení tlakového rozdílu uvnitř a vně potrubí. Proto:
 
 v14.jpg
 
Směr vektoru výsledné síly je totožný s vektorem rychlostí tekutiny. Orientace je však obrácená.
 
2.1. Dynamická přirážka

Odpouštění bezpečnostní armatury bude vyvolávat reakční zatížení na potrubí, ke kterému je připojena. Počáteční rychlé otevření armatury vyvolává dynamickou složku síly, což může být významné. Vliv by měl být uvažován jako lokalizovaná událost vyvolávající místní zatížení v hrdle, které spojuje armaturu s potrubím a měl by být začleněn do konstrukce potrubí a podpěrných systémů. Náhlé otevření  a i zavření bezpečnostní armatury může vyvolat hydraulický ráz podle předchozí kapitoly.

První výpočtová perioda bezpečnostní armatury:  

vd1.jpg

    Dobu, po kterou byla bezpečnostní armatura otevřena, vydělíme první výpočtovou periodou, tj výsledkem z uvedeného vzorce.Na takto určené hodnotě závisí dynamický koeficient (Dynamic Loading Factor), kterým se vynásobí staticky vypočítaná síla.
  • Dynamický koeficient dle ČSN EN 13480-3

Jde o obrázek č.A.2.4-2 Dynamický součinitel zatížení. Hodnoty dynamického součinitele zatížení odečteme z uvedeného grafu. Maximální hodnota DLF=2,0.

 
3. Výpočet proudění média v potrubí při odpouštění bezpečnostní armatury (tj. otevření pojišťovacího ventilu anebo protržení průtržné membrány)
 

pojistovak11.jpg

Zjednodušeně lze za použití Bernoulliho rovnice a rovnice kontinuity odvodit

potr1.jpg

a také

potr2.jpg

Tyto rovnice platí za předpokladů:
       - tlak v potrubí je konstantní
       - hustota média se při průtoku zařízením nemění
       - rychlosti proudění nepřekročí rychlost zvuku
 
 Podmínky pro projektování potrubí v okolí bezpečnostní armatury:
       - tlaková ztráta v přívodním potrubí nesmí být vyšší než 3% otevíracího tlaku
       - v přívodním potrubí nesmí být uzavítací armatury
       - průtokový průřez přívodního potrubí nesmí být menší než vstupní průřez do bezpečnostní armatury
       - průtokový průřez výfukového potrubí nesmí být menší než výstupní průřez z bezpečnostní armatury.
 
Tlakové ztráty pro přívodní a výfukové potrubí se vypočítají podle kapitoly "Výpočet tlakových ztrát".
  
4. Určování dimenze bezpečnostní armatury
          Určování dimenze bezpečnostní armatury se děje podle norem uvedených v poslední kapitole tohoto příspěvku. Jako jeden z výsledků určení dimenze bezpečnostní armatury je získání Qm, tj. hmotnostní množství za čas, hmotnostní výtok pro vybranou bezpečnostní armaturu. Více na stránkách: https://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/43-vypocet-pojistneho-ventilu-pro-kotle-a-vymeniky-tepla
 
5. Literatura a odkazy pro další a podrobnější informace

Podroužek L.: Navrhování, stavba a provoz tepelných sítí I. a II. Díl, SNTL Praha, 1956

Maštovský O.: Hydromechanika, SNTL Praha 1964

ČSN EN 13480-3 Kovová průmyslová potrubí, Část 3 Konstrukce a výpočet

ČSN 134309  Díl 01 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 1: Termíny a definice

ČSN 134309  Díl 02 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 2: Technické požadavky

ČSN 134309  Díl 03 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 3: Výpočet výtoků

ČSN 134309  Díl 04 Průmyslové armatury. Pojistné ventily. Část 4: Typové zkoušky

ČSN EN ISO 4126-1 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 1: Pojistné ventily

ČSN EN ISO 4126-2 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 2: Bezpečnostní zařízení s průtržnou membránou

ČSN EN ISO 4126-3 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 3: Kombinace pojistných ventilů a bezpečnostních zařízení s průtržnou membránou

ČSN EN ISO 4126-4 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 4: Pojistné ventily s pomocným řízením

ČSN EN ISO 4126-5 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 5: Řízené bezpečnostní systémy uvolňující tlak (CSPRS)

ČSN EN ISO 4126-6 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 6: Použití, výběr a montáž bezpečnostního zařízení s průtržnou membránou

ČSN EN ISO 4126-7 Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku - Část 7: Obecné údaje