Vlastimil ŠEVČÍK1 NAVRHOVÁNÍ KLAPKOVÝCH UZÁVĚRŮ Abstrakt Tento článek je věnován pracovní stáži ve firmě ČKD Blansko, Holding, a.s. Tato stáž proběhla v rámci projektu MSEK Partnerství v oblasti energetiky. Článek popisuje seznámení s činností firmy ČKD Blansko a práci na jednotlivých projektech. Klíčová slova Klapkový uzávěr, bezpečnostní zařízení, pevnostní výpočet.
1
ÚVOD
Pracovní stáž proběhla v konstrukční kanceláři uzávěrů ve firmě ČKD Blansko, Holding, a.s. Tato firma se zabývá výrobou kompletního technologického zařízení vodních elektráren. Její produkty jsou využívány po celém světě a nesou pečeť kvality českého strojírenství. Konstrukční kancelář uzávěrů se zabývá uzavíracími členy přivaděčů a jejich příslušenstvím. Mezi uzavírací členy patří například klapkové, kulové uzávěry, hradidla a další.
Obr. 1 Budova ředitelství ČKD Blansko, Holding, a. s. [9] 1
Bc. Vlastimil Ševčík, Ústav procesního a ekologického inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně, Antonínská 548/1 Brno 601 90, e-mail:
[email protected].
1
2
PROJEKTY
Tato kapitola obsahuje popis jednotlivých projektů, na kterých jsem se během své stáže podílel.
2.1 Bezpečnostní zařízení Bezpečnostní zařízení, nazývané jako „Katastrofický plovák“ bylo navrženo a instalováno v projektu PVE Reisseck II pro rakouského zákazníka Verbund. Toto zařízení bylo nainstalováno v komoře klapkových uzávěrů. Slouží jako mechanický a elektrický snímač při zaplavení kaverny vodou. V případě zaplavení (zvednutí hladiny vody nad určitou mez) dojde k nadzvednutí plováku a přes kinematický mechanizmus k uvolnění západky a aktivování hydraulického rozvaděče a elektrického snímače – vyslání signálu pro nouzové uzavření provozního klapkového uzávěru.
Obr. 2: Dispoziční výkres bezpečnostního zařízení
Obr. 3: 3D model bezpečnostního zařízení
2
V tomto projektu jsem pracoval na části návrhu zařízení, úpravě plováku dle požadavků zákazníka, tvorbě 3D modelů, které sloužili pro výpočet kinematiky zařízení a tvorbě výrobních výkresů. Z kinematických výpočtů byla stanovena teoretická hladina, kdy dojde k nadzvednutí plováku a uvolnění západky na 92 mm. Při zkouškách v dílně byla naměřena skutečná hladina 98 mm. Tato odchylka se dá přiřadit různým vlivům. Například zanedbání tření při teoretickém výpočtu, nebo také nepřesnosti výroby.
Obr. 4: Bezpečnostní zařízení – montáž v dílně a expedice
2.2 Klapkové uzávěry Dle technické specifikace francouzského zákazníka, byl proveden návrh klapkových uzávěrů pro projekt Lavey. Revizní klapkové uzávěry č. 1 a č. 2 mají za úkol izolovat tlakové potrubí za uzávěry bez úniku vody tak, aby umožňovaly údržbu potrubí. Nejsou navrženy k regulaci výkonu turbíny a neslouží ani jako bezpečnostní uzávěr v případě havárie. Obsluha uzávěrů je povolena pouze při klidném toku.
Klapkový uzávěr č. 2
Klapkový uzávěr č. 1
Obr. 5: Štola a umístění klapkových uzávěrů
3
Klapkový uzávěr č. 1
Klapkový uzávěr č. 2
Obr. 6: 3D modely klapkových uzávěrů
Obr. 7: Dispoziční výkresy klapkových uzávěrů V projektu Lavey jsem pracoval na 3D modelu klapkových uzávěrů, tvorbě výkresů pro poptávku dopravy, ocenění zařízení a na výkresové dokumentaci pro nabídku zařízení.
4
2.3 Pevnostní výpočty V rámci stáže jsem se podílel na pevnostních výpočtech jednotlivých částí klapkových uzávěrů. Jako například otočného tělesa, nazývaného jako „čočka“. V tomto případě se klapkový uzávěr dimenzoval na havarijní stav, kdy otočné těleso zavírá do plného průtoku vody v potrubí. Následující obrázky zobrazují jednu z důležitých výpočtových úloh.
Otočné těleso
Ovládací čep
Ovládaný čep
Kolíky
Obr. 8: 3D model otočného tělesa klapkového uzávěru – rozložený stav
Obr. 9: Znázornění okrajových podmínek
5
Obr. 10: Síť konečných prvků
Obr. 11: Napětí Von Mises
Původní tvar
Deformovaný tvar
Obr. 12: Výsledné statické posunutí (několikanásobné zvětšení)
6
V tomto případě bylo provedeno hodnocení pevnosti podle evropské normy pro netopené tlakové nádoby ČSN EN 13445. Pro vytvoření 3D modelu a kontroly pevnosti byl použit program SolidWorks 2013.
2.4 Uložení čepů Jednou z důležitých částí klapkového uzávěru je uložení čepů. V této konstrukční části se kromě vysoké pevnostní předpokládá i dobré utěsnění. Způsob konstrukčního provedení se zpravidla liší. Záleží na zadaných parametrech a požadavcích zákazníka. V tomto projektu jsem se podílel na tvorbě výkresové dokumentace sestav i výrobních výkresů jednotlivých částí uložení čepů.
Obr. 13: Sestava uložení čepů pro klapkový uzávěr Reisseck II
3
ZÁVĚR
V první fázi své stáže jsem se seznamoval s chodem kanceláře a s technickým řešením klapkových uzávěrů. Poté jsem pracoval na jednotlivých zadaných projektech a v průběhu jsem narážel na jednotlivé technické problémy, které bylo nutné řešit. Všechny mnou vytvořené modely, výkresy atd. byly použity pro další zpracování a výrobu jednotlivých zařízení. Pracovní stáž byla pro mne velice přínosná a mohl jsem využít znalosti získané v rámci studia na VUT Brno.
7
Poděkování
Příspěvek byl realizován za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu Partnerství v oblasti energetiky, č. projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0080.
Literatura
[1] [2] [3]
[4]
[5] [6] [7] [8] [9]
NECHLEBA, M. Vodní turbíny, jejich konstrukce a příslušenství. Vydavatelství SNTL, Praha 1962, 672 s. VLACH, E. Výpočty klapkových uzávěrů, ČKD Blansko Holding a.s., 222 s. ŠEVČÍK, V. Hydraulické ovládání klapkového uzávěru. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2012. 62 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jan Brandejs CSc. MANESCU, T. S. PRAISACH, Z.I POMOJA, F. AFRONIE, E.M STROIA, M. D. Streses and Displacement FEM Analysis on Biplane Disk of Butterfly Valves, Romania, ISBN: 978-960-474-298-1 SVOBODA, P. BRANDEJS, J. DVOŘÁČEK, J. PROKEŠ F. Základy konstruování, CERM Brno, 2009 SHIGLEY, J. E. MISCHKE, Ch. R., BUDYNAS, R. G. Konstruování strojních součástí. Překlad 7. Vydání, VUTIUM, Brno 2010, 1186 s. Www.csnonlinefirmy.unmz.cz [online] 2013 [cit. 2013-9-18]. Dostupné z www:
Www.help.solidworks.com [online] 2013 [cit. 2013-9-18]. Dostupné z www:
Www.google.cz [online] 2013 [cit. 2013-10-15]. Dostupné z www:
CONTRIBUTION TITLE IN ENGLISH Keywords Butterfly valve, safety equipment, stress analysis. Summary
This article is dedicated to the work placement in a company ČKD Blansko Holding, a. s. The article describes the work on individual projects.
8
