LEVEGŐ KÖZEGŰ MÉRŐPAD PRÉSLEVEGŐ ELLÁTÓ

MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR VEGYIPARI GÉPEK TANSZÉKE

LEVEGŐ KÖZEGŰ MÉRŐPAD PRÉSLEVEGŐ ELLÁTÓ ÉS SZABÁLYOZÓ SZAKASZÁNAK MEGTERVEZÉSE

KÉSZÍTETTE: Abonyi László

KONZULENS: Bokros István Mérnöktanár KONZULENS2: Molnár Tamás

Miskolc, 2013

TARTALOMJEGYZÉK

2

Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK ................................................................................................................................ 2 JELÖLÉSJEGYZÉK, INDEXEK ................................................................................................................. 4 ALAPFOGALMAK ........................................................................................................................................ 5 1. BEVEZETÉS ............................................................................................................................................... 7 2. TÉMA SZAKIRODALMÁNAK ISMERTETÉSE .................................................................................. 8 2.1 CSÖVEK ÉS CSŐVEZETÉKRENDSZEREK..................................................................................................... 8 2.2 CSÖVEK CSOPORTOSÍTÁSA..................................................................................................................... 10 2.2.1 Anyaguk szerint ............................................................................................................................. 10 2.2.2 Gyártási eljárás szerint ................................................................................................................. 14 2.3 FELÜLETKEZELÉS .................................................................................................................................. 17 2.4 CSÖVEK CSATLAKOZTATÁSA, CSŐKÖTÉSEK .......................................................................................... 19 2.4.1 Oldható kötések ............................................................................................................................. 19 2.4.2 Nem oldható kötések ..................................................................................................................... 21 3. CSŐVEZETÉKRENDSZER TERVEZÉSE ........................................................................................... 25 3.1 NYOMÁSTARTÓ BERENDEZÉS MŰSZAKI-BIZTONSÁGI SZABÁLYZATA ..................................................... 25 3.2 ÁRAMLÁSTECHNIKAI TERVEZÉS ............................................................................................................ 27 3.2.1 Egyenes csőszakasz nyomásvesztesége ......................................................................................... 33 3.2.2 Fokozatos keresztmetszet növekedés nyomásvesztesége ............................................................... 35 3.2.3 Ívcsövek vesztesége ....................................................................................................................... 37 3.2.4 Csőelágazások nyomásvesztesége ................................................................................................. 38 3.2.5 Pillangószelepek, nyomásszabályzók nyomásvesztesége .............................................................. 39 3.3 SZERKEZETI TERVEZÉS .......................................................................................................................... 40 3.3.1 Nyomáscsökkentő szelep méretezése ............................................................................................. 41 3.3.2 Csővezetékek tervezése .................................................................................................................. 45 3.3.3 Biztonsági szelep méretezése ........................................................................................................ 46 ÖSSZEFOGLALÁS ...................................................................................................................................... 51 SUMMARY.................................................................................................................................................... 52 IRODALOMJEGYZÉK ............................................................................................................................... 53 M1 MELLÉKLET ...................................................................................................................................... 55 M2 MELLÉKLET ...................................................................................................................................... 56 M3 MELLÉKLET ...................................................................................................................................... 57 M4 MELLÉKLET ...................................................................................................................................... 58 M5 MELLÉKLET ...................................................................................................................................... 59

TARTALOMJEGYZÉK

3

JELÖLÉSJEGYZÉK, INDEXEK

Jelölésjegyzék, indexek Latin betűvel jelöltek  𝑝

[𝑃𝑎]

Nyomás

 𝑝𝑎𝑏𝑠

[𝑃𝑎]

Abszolút nyomás

 𝑅𝑒𝑙𝑤

[𝑘𝑔∗𝐾] Levegő reálgáz-tényezője

 T

[K]

Hőmérséklet

 m

[kg]

Tömeg

 Q

[ℎ]

Térfogatáram

 t

[h]

Idő

𝐽

𝑚3

𝑚

Szelep átfolyási tényező

𝑘𝑔

Lefúvóteljesítmény

 𝑘𝑣100 [ ℎ ]  𝑚̇

[ℎ]

 A

[𝑚𝑚2 ] Keresztmetszet

 ∆𝑝𝑣𝑙

[𝑃𝑎] Egyenes csőszakasz nyomásvesztesége

 ∆𝑝𝑣𝑑 [𝑃𝑎]

Keresztmetszet-növekedés nyomásvesztesége

 ∆𝑝𝑣í𝑣 [𝑃𝑎]

Ívcsövek vesztesége

 ∆𝑝𝑣𝑠𝑧 [𝑃𝑎]

Szelep nyomásvesztesége

 ∆𝑝𝑣𝑐𝑠 [𝑃𝑎]

Csőelágazások nyomásvesztesége

 ∆𝑝𝑣ö

A teljes csőszerelvényre vonatkozó nyomásveszteség

[𝑃𝑎]

Görög betűvel jelöltek 𝑘𝑔

 ρ

[𝑚3 ]

Sűrűség

 κ

[-]

Izentropikus kitevő

 λ

[-]

Adiabatikus kitevő levegőre

 𝛽

[-]

Nyomásviszony

 𝛽𝑘𝑟𝑖𝑡 [-]

Kritikus nyomásviszony

 𝛹𝑚𝑎𝑥 [-]

Expandálási tényező legnagyobb értéke

4

5

ALAPFOGALMAK

Alapfogalmak nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékű nyomás). térfogat: a nyomással igénybe vett tér belső térfogata, beleértve a csonkok belső térfogatát - az első csatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandó belső szerkezeti elemek térfogatát. névleges nyomás: (MSZ 2873) az a legnagyobb túlnyomás, amelyre a csővezeték és elemei

tartósan

igénybe

vehetők

a

termékszabványban

előírt

alapanyagok

figyelembevételével 20 ˚C hőmérsékleten.

megengedett üzemi nyomás: (MSZ 2873) az a legnagyobb nyomás, amellyel a meghatározott névleges nyomású csővezeték vagy elem az adott üzemi hőmérsékleten tartós üzemben terhelhető. próbanyomás: (MSZ 2873) az a nyomás, amellyel - az üzemi nyomástól függetlenül - a csővezeték elemeinek a szilárdságát, tömörségét illetve tömör zárását ellenőrzik, általában környezeti hőmérsékleten. névleges átmérő: a számérték megközelítően a csővezeték mm-ben mért belső átmérője. Jele: DN vagy NÁ. üzemi hőmérséklet: a tartós üzemállapothoz tartozó hőmérséklet cső-, fal-, illetve közeghőmérséklet. tervezési hőmérséklet: az a megengedhető legnagyobb hőmérséklet, amelyre a csőfal üzem közben felmelegedhet, illetve felmelegszik. szerelési

hőmérséklet:

az

a

hőmérséklet,

amelyen

a

csővezetéket

összeszerelik. kompenzátor: legfőbb feladata a vezetékekben a hőkülönbségek által keletkező tágulások kiegyenlítése.

6

ALAPFOGALMAK

munkahőmérséklet:

az

alkatrész

azon

legalacsonyabb

hőmérséklete,

amelyen a forrasz megömlik, szétterjed és kötni képes. kalibrálás: azon műveletek összessége, amelyekkel adott körülmények és feltételek mellett megállapítható az összefüggés a mért érték és a helyes érték között. gázáramlás mérő: olyan mérőeszköz, mely méri a rajta átáramlott közeg áramlási sebességét, térfogatát, térfogatáramát, tömegét vagy tömegáramát. nyomáscsökkentő szelep: olyan segédenergia nélkül működő automatikus szerelvény, amely a szabályozott jellemzőt - a közegnek csökkentett nyomását - bizonyos határok között állandó értéken tartja. nyomástartó berendezés: az edény, a csővezeték, a biztonsági szerelvény és a nyomással igénybe vett tartozék. A nyomástartó berendezéshez tartoznak a nyomással igénybe vett részekhez közvetlenül kapcsolódó elemek. csővezeték: töltet szállítására szolgál. Csővezetékek alatt különösen cső, csőrendszer, csőidom, szerelvény, csőkompenzátor, vagy egyéb nyomástartó elem értendő. biztonsági szerelvény: a nyomástartó berendezést jellemző határérték túllépése elleni védelemre tervezett készülék. diffúzor: az áramlás irányában egyenletesen bővülő idomdarab.

7

BEVEZETÉS

1. Bevezetés Szakdolgozatomban egy csővezetékrendszer megtervezését választottam feladatként, melyben a megtervezett csőszakasznak egy levegő közegű mérőpadot megfelelő nyomású és hőmérsékletű préslevegővel kell ellátnia. Esetemben a préslevegőt egy 28 m3 - es tartály biztosítja, melynek maximális nyomása 10 bar. A tartály kiválasztása során figyelembe kellett venni a beépítési hely belmagasságát, amely ~12 m. A szakdolgozat elkészítésének feltérképezését a megfelelő információk begyűjtésével kezdtem. A dolgozat első részében kitérek a csövek, csővezetékrendszerek általános ismertetésére, amely

magába

felületkezelését,

foglalja illetve

az

a

csővezetékek

egymáshoz

való

különböző kapcsolódás

csoportosítását, biztosításához

szükséges csatlakoztatásokat, csőkötéseket. A dolgozat további részében a csővezetékrendszer

megtervezését

fejtem

ki

bővebben,

ezen

belül

is

áramlástechnikai és szerkezeti tervezését. Manapság minden gyárépületben, ahol túlnyomással dolgoznak, ilyen és ehhez hasonló nyomástartó berendezések megtalálhatóak. A balesetek elkerülése végett a különböző szabályok betartása rendkívül lényeges. Ennek segítségére szolgál a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (MKEH) 63/2004.(IV.27.) GKM egységes rendelete. Feladata, hogy a nyomástartó berendezés megfelelően legyen telepítve és karbantartva, ezáltal nem veszélyeztetve a személyek életét és biztonságát. Fontos tehát ebből a szempontból, hogy a nyomástartó létesítmény túlnyomás elleni védelme megfelelően biztosítva legyen, mivel a legapróbb hiba is akár komoly következményekkel járhat. A dolgozat tervezése során ügyeltem arra, hogy a kiírásban szereplő feladatoknak minél alaposabban eleget tegyek. A megtervezett szakasz legyártásához

szükséges

dokumentációt

Autocad2007

nevű

program

segítségével készítettem el, melynek nyomtatott verziója a mellékletben található.

8

TÉMA SZAKIRODALMÁNAK ISMERTETÉSE

2.

Téma

szakirodalmának

ismertetése 2.1 Csövek és csővezetékrendszerek A csővezetékek feladata a különféle anyagok (folyadékot, gázt, gőzt, vagy szilárd anyagot) vezetése, illetve továbbítása. A csővezetékek felosztását több féle csoportosítás szerint különböztetjük meg. Az elemek összetettségei szerint beszélhetünk csőhálózatról, csővezeték rendszerről, csővezetékekről valamint csőről. Felhasználási cél alapján lehet termelőüzemi és anyagszállító vezeték. Elrendezés szerint pedig beszélünk szabadon fektetett és talajba fektetett csővezetékekről. A

csöveket

lehetőség

szerint

különböző

csőidomokkal

(csőívek,

csőelágazások, csőszűkítők, záróelemek), csőkötésekkel, csőszerelvényekkel (szelepek, tolózárak, csapok) és egyéb belső nyomással terhelt elemekkel kapcsolhatjuk nevezzük.

össze,

Ahhoz

melyeket

hogy

a

együttes

néven

csővezetékrendszereket

csővezetékrendszernek könnyedén

átlássuk,

úgynevezett kapcsolási vázlatot kell készíteni, amelyben a különböző elemeket jelképekkel ábrázoljuk. Csőidomokat használunk akkor, ha a csővezetékekbe elágazást, szűkítést, bővítést vagy irányeltérítést szeretnénk beépíteni. A csőidomok csatlakozása acél csővezetékek esetében lehet hegesztett vagy menetes (külső vagy belső menetes). A csőkötésekkel a "Csövek csatlakoztatása, csőkötések" alcímnél foglalkozok bővebben. A

csőszerelvények

üzemeltetése

fontos

szempontjából.

szerepet

Feladatuk,

játszanak

hogy

zárják,

a

csővezetékek

nyissák,

illetve

szabályozzák a közeg áramlását, valamint biztonsági és ellenőrző feladatokat is

ellátnak.

Üzemeltetés

szerint

megkülönböztetünk

zárószelvényeket,

9


áramlást

szabályozó

szerelvényeket,

(fojtó-)

nyomáshatároló

szerelvényeket, biztonsági

visszaáramlást

szerelvényeket,

gátló

üzemvitelt

szabályozó szerelvényeket illetve egyéb üzemviteli célú szerelvényeket. A csővezetékrendszer térbeli elhelyezkedése különböző csőmegfogások segítségével érhető el, amely két csoportba sorolható: lehet rögzített csőmegfogás (forgást illetve elmozdulást akadályozza meg) valamint nem rögzített csőmegfogás (valamilyen irányú elmozdulást, vagy szögelfordulást lehetővé tesz). Kapcsolódásuk a csővezetékhez hegesztéssel vagy bilinccsel, míg a tartószerkezethez csavarozással (oldható rögzítés) vagy hegesztéssel, betonozással (oldhatatlan rögzítés) lehetséges. A csővezetékek méretei különböző terhelések és hőmérsékletváltozások következtében megváltozhat. A méretváltozások kiküszöbölésére különböző táguláskiegyenlítési módok ismeretesek. Abban az esetben, ha túl nagy feszültségek keletkezését szeretnénk elkerülni, egy könnyen deformálható elem (pl. hullámlemezes axiál kompenzátor) beépítésével a vezeték axiális rugalmasságát megnövelhetjük. Bizonyos esetekben a rugalmas elem magából a csőből is kialakítható (líra - vagy U - kompenzátor). A saját feladatom esetében beltéri vezetékről van szó, így az elrendezés kényszerű feltételei (hely,

felfogatás,

berendezések

kikerülése,

stb.)

miatt

rugalmassági

számításokra van szükség.

1. ábra Axiál kompenzátor Forrás: http://www.flexterm.hu/data/hu.kompenzator.axial.htm


10

2. ábra U - kompenzátor: előgyártott és saját készítésű Forrás: http://www.rezinfo.hu/hotagulas-kiegyenlitese

2.2 Csövek csoportosítása 2.2.1 Anyaguk szerint A csővezetékeket anyaguk szerint többféle csoportba sorolhatjuk. Készülhetnek öntöttvasból, acélból, különböző fémekből (alumínium, réz, ólom) és egyéb nemfémes anyagokból (műanyag, gumi, azbesztcement).

Öntöttvas csövek Az öntöttvas a vas öntéssel előállított ötvözete. Tulajdonsága attól függ, hogy a karbon vegyileg kötött, vagy pedig szabad formában van-e jelen. Az öntöttvas csöveken belül két fajta öntöttvasat tudunk megkülönböztetni: gömbgrafitos valamint lemez grafitos öntöttvas csöveket.

11


3. ábra Forrás: http://www.aqualinea.hu/pdf/Sokol_duktilcso_prospektus.pdf A lemez grafitos öntöttvas csöveket ridegségükből és súlyukból következtetve technológiai csővezeték-építésre ritkán használják. Leginkább a viszonylag kis nyomásra és hőmérsékletre terhelt csöveknél, valamint veszélytelen üzemi körülményeknél használatosak.

Ma már használatuk

kevésbé jelentős, mivel a jobb tulajdonsággal rendelkező acél- és kemény műanyagcsövek

átveszik

a

helyüket.

Előnyüket

tekintve

nagyobb

hőmérsékleten is rendkívül korrózióállóak. A gömbgrafitos öntöttvas csövek szilárdsága olyan mértékben nagy, hogy

már

vetekszik

bizonyos

acélfajtákkal.

Ennek

eredményeképpen

alkalmazzák a különleges terheléseknek kitett vezetékek, különösen szigorú üzembiztonsági követelmények valamint nagy nyomású nyomóvezetékek esetén.

Acélcsövek Az acél az egyik leggyakrabban használt anyaga a csőgyártásnak. Előnyei

közé

sorolható,

hogy

előnyös

szilárdsági

és

alakíthatósági

tulajdonsággal rendelkezik, valamint csőkötési módszerei biztonságosak és jól kidolgozottak. Az acélok felhasználási területük szerint két nagy csoportra, szerkezeti és szerszámacélokra oszthatók. A szerkezeti acélok karbon-

12


tartalmuk jellemzően a C=0,006 - 0,6 % intervallumban található.1 Habár a szén a legáltalánosabb ötvöző anyag, sok más különböző elem is használatos ötvözőként. Az ötvözők segítségével az acél egyes tulajdonságait, mint például keménység, rugalmasság, szilárdság, savállóság, korróziómentesség, hőállóság illetve hajlékonyság, meg lehet változtatni. Az ötvözött acélokat az ötvözés mértéke szerint feloszthatjuk gyengén és erősen ötvözött acélokra. Az acélcsöveken belül különböző csoportokat határozhatunk meg:  varratnélküli,  hosszvarratos,  hegesztett,  spirálvarratos,  csőmenet-vágásra alkalmas méretű acélcsövek. A varratnélküli acélcsöveket leginkább általános rendeltetésű vezetékekhez, berendezésekhez,

vagy

csővezetékek,

tartályok,

gépek,

berendezések

gyártásához maximum 300 ˚C-ig. A hosszvarratos acélcsövek előnye, hogy megfelelő előkészítés után a csövek

felülete

elektrolikus

fémbevonatra

alkalmas.

Elsősorban

olyan

berendezéseknél használják, ahol nagyobb méretpontosságra, sima felületre vagy kisebb falvastagságra van szükség. A spirálvarratos acélcsövek felhasználását tekintve leginkább a nem mérgező folyadékok, semleges gázok illetve meghatározott nyomású olaj- és földgáz távvezetékek számára használják. A csőmenet-vágásra alkalmas méretű acélcsöveknél a csővégek sima és menetes

kivitelben

készülhetnek.

Leginkább

általános

rendeltetésű

berendezésekhez és vezetékekhez használják. A korrózióálló acélcsövek minőségüket tekintve a legjobbak, vegyileg agresszív anyagok esetén alkalmazzák. Krómtartalmuk 12 %-nál nagyobb.

Fémcsövek

1

Tisza Miklós Metallográfia című könyve

13


A fémek közül az iparban az alumíniumot alkalmazzák leginkább, mivel kis sűrűségűek, ezáltal könnyebbek mint más fémcsövek, valamint kedvező mechanikai sajátossággal rendelkeznek. Az alumíniumcsövek leginkább a vegyiparban használatosak. A rézből készült csövek előnyei közé felsorolható, hogy öregedés vagy anyagfáradás nem lép fel, 100%-ban újrafelhasználható, ezáltal hulladék nélkül feldolgozható, hőtágulása viszonylag alacsony és nagy mechanikai ellenálló-képességgel

rendelkezik.

Alkalmazási

területei

főként

épületgépészeti cső (fűtés, sűrített levegő, ivóvíz szállítása), klímacső (hűtök, klímaberendezések) valamint orvosi gázok vezetéséhez. Az ólomcsöveket sajtolás útján olvasztott ólomból készítik. Figyelembe kell venni, hogy az ólom mérgező, ezért szükség esetén ónozni kell. Jól alakítható (aránylag könnyen hajlítható) képességének köszönhetően jól alkalmazható olyan helyeken ahol a szereléshez (pl.: különböző csőelágazások kialakítása) a helyi viszonyok miatt sok hajlítás szükséges. Leggyakoribb felhasználási területei: vízvezetékek, villamos kábelvezetékek burkolása (pl.: telefonkábel), stb.

Nemfémes anyagból készült csövek Az épületgépészetben a rézcsövek mellett azbesztcement csöveket is használnak, nyomás nélküli lefolyócsőként vagy nagyobb falvastagsággal nyomócsőként. Egyéb gyakorlatban használatos nemfémes anyag a műanyag, amelyet leginkább nyomásnélküli, kis vagy közepes nyomású vezetékekhez alkalmazzák.

A

műanyagok

szintetikus

úton

állítják

elő.

Az

épületgépészetben, vegyiparban, élelmiszeriparban és a mezőgazdaságban egyre jobban kiszorítják a fémcsöveket. Előnyük, hogy kis súlyúak, korrózióállóak, jól alakíthatóak, jól ellenállnak a lúgoknak és a savaknak. Hátrányuk, hogy hőmérséklethatáraik kicsik és hidegben törnek.2

2

Csővezetékek és csővezetéki elemek, Juhász György Tananyagkiegészítő segédlet


14

2.2.2 Gyártási eljárás szerint A csövek gyártását két fő csoportba lehet sorolni: varrat nélküli valamint varratos (hegesztett) csőgyártás.

Varrat nélküli csőgyártás Gyártása meleg-alakítás útján többféle eljárással végezhető. Ilyen a csőhengerlő, folyatásos, kovácsolt és öntéses eljárás. Csőhengerlő eljárás: 1. 'Hengerléssel történő csőgyártás közé sorolható a Mannesmann-féle lyukasztó csőhengerlés. 'Viszonylag vastag, rövid falú csövek gyártására alkalmazzák. Az anyagot kúpos hengerek közé vezetik, melyeknek forgásiránya egyező. A nagy nyomás hatására a rúd belseje felszakad. A felszakadt falfelületet a szemben elhelyezett tüske simítja ki.'

4. ábra Mannesmann - féle eljárás Forrás: EGYT_kohaszati keplekenyalakito eljarasok.ppt 2. A Stiefel-féle eljárás. 'A munkadarabot két kúpos alakú, egymással megegyező irányba forgó korong vagy henger közé vezetik. A korongok vagy hengerek közötti távolság állítható. Viszonylag rövid, vastag falú csövek gyártására szolgál.'


15

5. ábra Stiefel - féle eljárás Forrás: Google 3. A Pilger-féle eljárás. 'Leginkább a csövek nyújtására használják. A csövet bevezetjük a forgó alakos hengerek közé, melyek geometriájukból adódóan a cső falát szakaszonként nyújtják meg. A hengerek egy fordulat alatt a csövet megfogják, a falát egy bizonyos szakaszban megnyújtják és lesimítják. A csövet fogásonként 90˚-ban elfordítják, hogy a nyújtás teljes átmérőben megtörténjen.' Folyatásos eljárás: A folyatással (sajtolással) történő csőgyártás egylépcsős eljárás. 'Folyamata során a sajtolószerszámba helyezett tuskóra sajtolótüskével nyomást fejtünk ki. A nyomás hatására a tuskó anyaga a szerszámnyíláson át kifolyik. A lyukasztótüskét a darab körülfogja, ami nem engedi, hogy a kisajtolt anyag teljes átmérőjében tömör legyen, így a sajtolószerszámból távozó készdarab üreges lesz.'


16

6. ábra Folyatással (sajtolással) történő csőgyártás Forrás: Google

Varratos csőgyártás Varratos csőgyártást főként kis nyomásnak kitett csöveknél, vékony falvastagságú csövekhez valamint nagy átmérőjű csövekhez alkalmazzák. A kiinduló anyag mindig szalag alakú. A varrat elhelyezkedését illetően beszélhetünk hosszvarratos valamint spirálvarratos csövekről. A hosszvarratos csöveket úgy készítik el, hogy először a lemezszalag alapanyag szélességét az átmérőnek megfelelő méretre munkálják, majd a felhajlítás után hegesztéssel egyesítik. A szalag szélessége megegyezik a cső semleges szálánál mért kerületével.

7. ábra Hosszvarrat hegesztése Forrás: Google A spirálvarratos csöveknél a lemezszalagot ferdén kiosztott görgők segítségével spirál alakban tekerik fel úgy, hogy a kívánt átmérőt kapják,

17


majd a szalag oldalait összehegesztik. Terhelhetősége megközelíti a varrat nélküli csövekét.

8. ábra Spirálvarratos csőgyártás Forrás: Google

2.3 Felületkezelés A külső és belső felületeket védeni kell az anyagukra ártalmas különféle környezeti illetve belső hatásoktól (korrózió, erózió, sugárzás stb.) A fentiek ellen, vagy mérséklése céljából rengeteg helyen alkalmaznak felületvédelmi, felületmódosító és bevonó eljárásokat. Akár a gyártási művelet közben, vagy a befejező, ún. kikészítő műveletek során, de a használat közben leromlott, vagy funkcionális

módosítás

(gépalkatrész,

szerszám,

berendezés,

műtárgy,

használati tárgy, stb. felületkezelése) érdekében is visznek fel a munkadarab felületére

védőbevonatot,

vagy

módosítják

a

felület-közeli

anyagréteg

állapotát. Ahhoz, hogy a célra legalkalmasabb felületkezelő módszert válasszuk, figyelembe kell venni a bevonásra szánt alkatrész, gépelem vagy szerszám

funkcióját,

a

felületkezelés

megtervezéséhez

szükséges

peremfeltételeket, illetve a gazdaságosság szempontját is. A felületkezeléshez hozzá tartozik mindenekelőtt a felület előkészítése, amely fontos szerepet játszik abban, hogy a felületkezelő anyag minél tartósabb legyen valamint a lehető legjobban tapadjon meg. Az előkészítés során a munkadarab felületét megtisztítják a különböző képződött és tapadó szennyeződésektől. A tisztítás végezhető mechanikai (homokszórás, csiszolás)

18


illetve kémiai (savas maratás) módszerrel. Ezt követően zsírtalanítani kell a munkadarab felületét, amelyet különböző zsírtalanító szerekkel (oldószeres, lúgos, termikus, ultrahangos, elektrolitikus) végeznek. A felületvédő és díszítő, valamint technikai célú bevonatokat 3 nagy csoportba sorolhatjuk: fémes bevonatok, nemfémes szervetlen bevonatok, szerves bevonatok. Fémes bevonatok kialakítására alkalmas módszerek közül legismertebb eljárás a galvanizálás és a tűzihorganyzás. A galvanizálás célja, hogy az alapanyag korrózióállóságát javítsuk, valamint segítségével kedvező felületet tudunk kialakítani, de használják felületkeményítésre, vezetőképesség vagy forraszthatóság javítása érdekében. A galvanizálás egy olyan elektrokémiai folyamat, amely során egyenáram hatására a munkadarab felületén fémsók oldatából a fém leválik. A folyamat előtt a munkadarab felületét megtisztítjuk a szennyeződésektől, ezáltal alkalmassá tesszük a galvanizálás megkezdésére. Ezután csiszolással, koptatással simává, majd vegyi anyagok segítségével fémtisztává alakítjuk a felületet.

Az

előkészített

munkadarabokra

galvanizálási

technológiával

különböző bevonatokat állítunk elő. Tűzihorganyzás

előtt

szintén

fontos

munkafázis

a

munkadarab

felületének megtisztítása. A tisztított alapfémet ezután folyékony cinkbe (horganyba) mártják. A 435-450 ˚C hőmérsékletű horganyfürdőben eltöltött idő alatt a horgany az alapfém felületébe diffundál és a felületre rakódik. Minél több ideig tartják a horganyfürdőben a munkadarabot, annál vastagabb horganybevonat keletkezik rajta. A kiemelés után lehűtik a munkadarabot. A horganyzás során előfordul, hogy a felület egyes részein nem megfelelő a bevonat, ezért a kiemelés után a kikészítés munkafázisa következik. Kikészítés során a hibás területeket kijavítják, illetve a horganymegfogásokat eltűntetik. A tűzihorganyzás után közvetlenül a horganyréteg a korrózióval szemben még elég sérülékeny, ezért néhány napig száraz helyen tárolják, meggátolva a horganyréteg sérülését.

19


2.4 Csövek csatlakoztatása, csőkötések A különböző csőkötések segítségével a csővezetéki elemeket oldható vagy nem oldható módon kapcsolhatunk össze. A kötés kiválasztásánál különböző szempontokat kell figyelembe venni. Függ attól, hogy milyenek a csővezeték üzemi, szerelési és karbantartási viszonyai valamint hogy milyenek a közeg tulajdonságai (nyomás, hőmérséklet, tűz- és robbanásveszély stb.). Oldható kötésről akkor beszélünk ha a bontás roncsolás-mentesen elvégezhető. A nem oldható kötéshez képest, sokkal drágább, kevésbé megbízhatóbb és időigényesebb szerelést von maga után. Nem oldható kötésnek nevezzük azt a kötést, amelynél a bontást csak roncsolással tudjuk elvégezni.

2.4.1 Oldható kötések Oldható kötéseket leginkább olyankor használnak, ha az egyes elemeknél fontos a gyors kiszerelhetőség, cserélhetőség, a csővezetékek szakaszolhatósága,

könnyű

tisztíthatóság,

szerelhetőség,

javíthatóság.

Leginkább a műszereket és nagyobb értékű berendezéseket célszerű oldható kötésekkel csatlakoztatni a csővezetékekbe. Fontos, hogy az ilyen kötéseknél tömítésről is gondoskodjunk. Oldható kötések csoportjába sorolható a menetes illetve karimás kötés. Menetes csőkötés során kétféleképpen oldható meg a csőkötés, vagy tömítőgyűrűvel, vagy forrasztással való kombinálással. Többfajta kötéstípusok ismeretesek: lapos tömítésű kötés, vágógyűrűs kötés, szorítógyűrűs kötés, lágytömítésű kötés.


20

9. ábra Menetes kötés tömítéssel Forrás: http://www.kepzesevolucioja.hu/dmdocuments/4ap/5_0095_007_101215.pdf Karimás csőkötésnél a karimákat, névleges nyomással (PN), névleges átmérővel (DN) és szabványszámmal jellemezzük. Minden esetben karimás kötésnél szabványos tömítést használunk a karimák között, valamint anyás csavarokkal húzzuk össze azokat. A csavarok száma általában 4-el osztható. Fontos, hogy a csavarokat úgy helyezzük el, hogy ne a függőleges és vízszintes szimmetriatengelyben legyenek. Ezáltal kisebb csavarerők ébrednek és kisebb a karimák szétnyílása. Különböző karimatípusok léteznek. Előfordul csővégre hegeszthető lapos acélkarima (PN 10 bar-ig használható), hegesztőtoldatos karima (PN 10 bar felett használják), laza karima valamint menetes karima. A karimás csőkötés elemei ahogyan a 7.ábrán is látható, karimák, tömítés és kötőelemek. Ezek az elemek mind szabványosítva vannak. A karimák tömítései közül leginkább lágytömítéseket használnak, de emellett van fém lágyanyag tömítések illetve fémtömítések. A lágytömítések anyagai leginkább papírtömés, gumi vagy politetrafluoretilén (PTFE), míg a keményebbnél ötvözetlen acélt vagy lágyacélt használnak.

21


10. ábra Karimás hegtoldatos csőkötés Forrás: http://www.mk.unideb.hu/userdir/juhasz/segedlet/Csovezetekek.pdf

2.4.2 Nem oldható kötések A nem oldható kötések csoportjába sorolhatóak a forrasztott, hegesztett, ragasztott illetve sajtolt kötések. Nem oldható kötések: 1. Forrasztásnál a kötést az alapanyagok megolvadása nélkül lehet létrehozni, ebből következőleg a készre munkált alkatrészek lényeges alakváltozás nélkül kapcsolhatóak össze. Előnyei közé sorolható,

hogy

könnyen

gépesíthető,

automatizálható.

Forrasztott kötéseket általában 50 mm-nél kisebb átmérőjű csöveknél használjuk. E méret felett inkább már hegesztett kötést alkalmaznak. A forrasztás megkezdése előtt a munkadarabot meg kell tisztítani a szennyeződésektől és az esetleges oxidációktól. Forrasztáson

belül

lágyforrasztás

és

két

csoportot

keményforrasztás.

különböztetünk

meg:

Általában

˚C-ig

450

lágyforrasztásról beszélünk, míg a magasabb hőfokon történő

22


forrasztást már keményforrasztásnak nevezzük. A lágyforrasztás eljárást

szinte

minden

keményforrasztáshoz elvégezető,

az

fémhez

képest,

alkatrészek

alkalmazhatjuk.

hogy nem

a

Előnye

forrasztás

húzódnak

el,

a

könnyen

alkatrészek

keménysége nem változik valamint a varratok tömörek lehetnek, viszont

kis

mértékű

szilárdsága

hátrányként

szolgál.

A

keményforrasztás munkahőmérséklete a lágyforrasztáshoz képest 450 ˚C felett van, leginkább 720 ˚C vagy magasabb. Olyan esetekben

használják,

ha

a

kötés

szilárdsága

és

üzemi

hőmérséklete szempontjából nagyobbak a követelmények, mivel a keményforrasztási varrat szilárdsága már a hozzá hasonló hegesztéssel vetekszik. 2. A hegesztett kötés olyan irreverzibilis kötőeljárás, amellyel az anyagokat megfelelő hőmérsékletre hevítve erő alkalmazásával, vagy anélkül, vagy csak erő alkalmazásával, hevítés nélkül, hozaganyaggal, vagy anélkül egyesítjük. A hegesztőeljárásokat az energiaforrás

szerint

a

következőképpen

mechanikai

(hidegsajtoló,

csoportosíthatjuk:

dörzshegesztés),

termokémiai

(lánghegesztés), villamos ív (bevontelektródás ív-, argonvédőgázas wolframelektródás ív-, védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés, fedettívű, plazmaívű) valamint villamos ellenállás (pont-, vonal-, dudor-, tompahegesztés). A legáltalánosabban használatos nem oldható

csőkötés

a

hegesztett

kötés,

amely

általában

tompavarrattal készül. A védőgázas hegesztési eljárások jobbak a hagyományos eljárásoknál, mivel a művelet elvégzése gyorsabb és biztonságosabb kötést ad, illetve a védőgáz hűti a hegesztési felületet és távol tartja az oxigént.

23


11. ábra Hegesztett csőkötés tompavarrattal Forrás: http://www.mk.unideb.hu/userdir/juhasz/segedlet/Csovezetekek.pdf 3. A ragasztás napjainkra sok területen nélkülözhetetlen műveletté vált,

szinte

tárgyakkal. hegesztéshez

minden A

területen

ragasztás

képest,

találkozhatunk

előnye

nincs

hogy

szükség

a

ragasztott

forrasztáshoz

magas

és

hőmérséklettel

terhelni a munkadarabot, ezáltal kíméli. Emellett elmondható, hogy a ragasztóanyag a kötésben jól szigetel, zajcsökkentő hatású. Hátránykén sorolható, hogy alacsony a terhelhetősége illetve nagy technológiai körültekintést igényel. A ragasztóanyagok azok a

nemfémes

anyagok,

amelyek

szilárd

anyagok

felületét

tapadással és saját szilárdságukkal köti össze anélkül, hogy az összekötött

anyagok

szerkezeti

felépítése

vagy

eredeti

tulajdonságai lényegesen megváltoznának.3 A ragasztóanyagok lehetnek természetesek (növényi, szintetikus

(polikondenzációs,

állati,

ásványi) valamint

poliaddíciós,

polimerizációs)

anyagok. A kötésszilárdság több kritériumtól is függ, melyek a ragasztandó anyag és a ragasztó anyagi tulajdonsága, a ragasztó helyes kiválasztása valamint a ragasztás kivitelezése. Emellett fontos tényezők a ragasztandó anyag fizikai tulajdonságai, felületi jellemzői ,a ragasztó kémiai jellemzői, a ragasztás módja, eszközei,

3

http://www.doksi.hu

kötés

szilárdítás,

szilárdsági

igények,

élettartam

24


igények.

Fémek

ragasztásánál

a

legnagyobb

szerepe

az

epoxigyanta alapú ragasztóknak van. Ilyen típusú ragasztókat használnak fémlemezek ragasztására, gépelemek ragasztására, szerszámgyártás

ragasztásánál,

repülőgépgyártásban és hajógyártásban.

járműiparban,

25

CSŐVEZETÉKRENDSZER TERVEZÉSE

3. Csővezetékrendszer tervezése 3.1 Nyomástartó berendezés műszaki-biztonsági szabályzata 'A nyomástartó és töltő berendezések, rendszerek, létesítmények létesítésének,

áthelyezésének

átalakításának,

javításának

használatbavételének, és

megszüntetésének

üzemeltetésének, műszaki-biztonsági

feltételeit, az időszakos és rendkívüli ellenőrzések műszaki biztonsági előfeltételeit és módjait e Szabályzat írja elő. A Szabályzat alkalmazási területe kiterjed a Rendeletek alapján az olyan nyomástartó berendezés létesítésére,

áthelyezésére,

használatbavételére,

üzemeltetésére,

karbantartásra, javítására, átalakítására, rendkívüli esemény kivizsgálására, megszüntetésére,

amelyben

a

legnagyobb

megengedhető

nyomás

(PS)

meghaladja a 0,5 bar túlnyomást, valamint az ilyen berendezést üzemben tartó természetes személyre, jogi személyre és jogi személyiség nélküli gazdasági társaságra.4' A nyomástartó létesítményt különböző nyomástartó berendezések alkotják. Ilyenek a nyomástartó edények és kazánok, a nyomástartó edényeket és kazánokat összekötő csővezetékek, a kazánok tápvízelőkészítő rendszere, a töltőberendezések

csővezeték

rendszere,

a

biztonsági

szerelvények,

a

nyomástartó tartozékok és a csatlakozó csővezetékek. A nyomástartó berendezés műszaki-biztonsági követelményei fontos szerepet

játszanak

abban,

hogy

a

berendezés

minden

szempontból

biztonságosan legyen üzembe helyezve, valamint biztosítja a teljes körű védelmét minden külső veszélyes és károsító hatástól. Fontos, hogy a csőszerelvény minden egyes részét jelöléssel lássuk el.

4

Nyomástartó berendezések műszaki - biztonsági szabályzata

26


A

nyomástartó

berendezésből

a

környezetbe

kiáramló

töltet

veszélyhelyzetet nem okozhat. A veszélyes töltet biztonságos elvezetését a helyi adottságok, a töltet jellemzői, a lefúvató nyílás helyzete és irányítottsága figyelembevételével kell megoldani4 Minden, normál üzemben 333 K (60 ˚C) -nál nagyobb, vagy 263 K (-10 ˚C) -nál kisebb hőmérsékletű felületet, amellyel a kezelő és ellenőrző személyzet érintkezhet, hőszigeteléssel kell ellátni.4 Jelen esetben a közeg szobahőmérsékletű 293 K (20°C), így hőszigetelés nem szükséges. Nagy

hangsúlyt

kell

fordítani

a

biztonsági

szelepek

megfelelő

alkalmazására. 'Minden nyomástartó berendezés valamennyi nyomásterét olyan nyitó nyomású és teljesítményű nyomáshatároló biztonsági szeleppel (vagy párhuzamosan beépített több szeleppel) kell védeni, amely üzemi körülmények között biztonságosan megakadályozza a védett berendezésben vagy térben a legnagyobb megengedhető nyomás 10%-ánál nagyobb mértékű nyomásnövekedést. A nyomástartó berendezésre csak hitelesített és - a gyártó vagy az általa megbízott szakszerviz által - bizonylatot biztonsági szelep szerelhető

fel.

Az

elvezető

oldali

ellennyomást

a

biztonsági

szelep

kiválasztásánál és méretezésénél figyelembe kell venni. A biztonsági szelep ülése előtti legkisebb áramlási keresztmetszet a lerakódásokat nem okozó, nem viszkózus tölteteknél legalább 30 𝑚𝑚2 6. A nyomástartó berendezések telepítésénél több szempontnak is meg kell felelni. Ezek közé sorolható az üzemzavar esetén szükséges elegendő tér illetve távolság biztosítása, a megfelelő

kezelés, karbantartás és tisztítás, valamint kiürítési és mentési

utak kialakítása. Létesítési helyének kiépítésénél figyelni kell arra, hogy a helység szerkezeti eleme nehezen gyulladó vagy nem éghető legyen. Továbbá biztosítani kell a megfelelő szellőzést a veszélyes gázkoncentráció ellen. Tűzvédelmi szigetelés során fontos, hogy a szigetelőanyag ne legyen éghető, a hőátadási tényező 350 ˚C közepes hőmérsékleten ne legyen nagyobb, mint 1,2

𝑊 𝑚2 ∗𝐾

valamint a szigetelés alatt található csatlakozások és

szerelvények, leginkább a tömítései, a várható hőhatásnak ellenálljanak. Ahhoz, hogy a nyomástartó berendezés megfelelően és biztonságosan működjön, időközben ellenőrizni kell. Ennek segítségére szolgál az ellenőrzési

27


terv rendeltetése. Az ellenőrzési terv tartalmazza az időszakos ellenőrzések, továbbá az egyéb ellenőrzések részleteit, illetve az ezekkel kapcsolatos tevékenységeket, amelyeknek célja a nyomástartó berendezés várható vagy feltételezhető ütemmenetére jellemző, meghibásodási jelenségnek még olyan korai időpontban történő megállapítása, amikor az a nyomástartó berendezés biztonságát (illetve épségét) még nem veszélyezteti.6 A terv magába foglalja az ellenőrzés

előkészítését,

dokumentálását

valamint

az

értékelés

kritériumait,

az

a

ciklusidő,

az

végrehajtásának

ellenőrzés

eredmények

időpontját valamint az ellenőrzés módszerét és terjedelmét. Az előkészítés során az első fontos feladat, hogy nyomástalanítani kell a berendezést, majd biztonságosan le kell választani. Az ellenőrzés előtt megfelelő módon fémtiszta állapotba kell hozni a belső felületeket. A szilárdsági ellenőrzést szükségszerűen időszakos és rendkívüli ellenőrzés során kell végezni, hogy a szerkezeti épséget biztosítani lehessen. A berendezést nyomáspróbázni a biztonsági szelepeket ellenőrizni kell. Ha az ellenőrzés során valamilyen káros elváltozást figyelhető meg, akkor a javítás szükségességét és okát meg kell állapítani. Ilyen esetekben felmerülhetnek különböző hegesztési hibák, maródások, repedések és egyéb sérülések. A legtöbb sérüléseket leginkább foltozás útján kell javítani. A javítás, átalakítás utáni használatbavételhez szükséges betartani a műszaki-biztonsági követelményeket. A nyomástartó berendezése üzemeltetése során különböző előírásoknak kell megfelelni. Fontos a környezet, a személyek illetve maga a berendezés védelme.

3.2 Áramlástechnikai tervezés A feladat úgy szól, hogy a megtervezett szakasz legyen alkalmas a préslevegő 1-8 bar nyomás közötti szabályozásához, továbbá a préslevegő hőmérsékletének 24 +/- 3 ˚C-os temperálásához. Emellett meg kell határozni a maximális térfogatáramot, amit a rendszer biztosítani tud 1 perc dinamikus mérési módszer alkalmazása esetén, gondoskodni kell a nyomástartó

28


létesítmény túlnyomás elleni védelméről, valamint kiválasztani a megfelelő szerelvényeket, műszereket. A nyomástartó edény adatai a következőek: Térfogat

𝑉 = 28 𝑚3

Maximális nyomás

𝑝𝑚𝑎𝑥 = 10 𝑏𝑎𝑟

Csatlakozó csonk mérete

𝐷𝑁 100

1. táblázat Első

feladatként

a

maximális

térfogatáramot

határoztam

meg.

Kezdésként a tartályban lévő levegő tömeg értékének a kiszámítása az elsődleges. A tartályt 11 𝑏𝑎𝑟𝑎𝑏𝑠 nyomású szobahőmérsékletű (20 ˚C) levegővel töltjük fel. A levegő sűrűségét a következőképpen számolhatjuk ki:

𝜌=

𝑝𝑎𝑏𝑠 11 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 = = 13,07 3 . 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝐽 ∗ 293,15𝐾 𝑚 𝑘𝑔 ∗ 𝐾

Így már meghatározható a tartályban lévő levegő tömege: 𝑚𝑡 = 𝜌 ∗ 𝑉 = 13,07

𝑘𝑔 ∗ 28𝑚3 = 365,96𝑘𝑔 3 𝑚

Ezek után kiszámítható, hogy mennyi levegőt használhatunk fel a mérésnél. Először meg kell határozni sorban, hogy mennyi 9-8-7-6-5-4-3-2 𝑏𝑎𝑟𝑎𝑏𝑠 nyomáson a levegő sűrűsége, majd mindegyiknek kiszámolni a tömegét. Ideális esetben az alábbi számítási példával szemléltetve kaphatjuk meg az adott mérés alatt elérhető maximális térfogatáramot adott nyomáson és hőmérsékleten. A mérés időtartama 60s. Maximális térfogatáram 9 bar nyomás esetén:

𝜌=

𝑝𝑎𝑏𝑠 9 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 = = 10,69 3 , 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝐽 ∗ 293,15𝐾 𝑚 𝑘𝑔 ∗ 𝐾

𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑉 = 10,69

𝑘𝑔 ∗ 28 𝑚3 = 299,32 𝑘𝑔, 3 𝑚

29


m = 𝑚𝑡 − 𝑚 = 356,96 𝑘𝑔 − 299,32 𝑘𝑔 = 66,64 𝑘𝑔, 𝑄𝑚𝑎𝑥

m = = 𝜌∗𝑡

66,64𝑘𝑔 𝑚3 = 374,03 , 𝑘𝑔 1 ℎ 10.69 3 ∗ 60 ℎ 𝑚

ahol:  m: felhasználható tömeg [kg], 𝑘𝑔

 ρ: adott nyomáson vett levegő sűrűsége [𝑚3 ],  t: mérési idő [h],  𝑚𝑡 : tartályban lévő levegő tömege 11 bar nyomáson. A további nyomásértékeknél elvégzett számítások eredményeit a 2.áblázat tartalmazza.

30


Maximális

Nyomás, p

Sűrűség, ρ

Tömeg, m

Felhasználható

[𝒃𝒂𝒓𝒂𝒃𝒔 ]

[ 𝒎𝟑 ]

𝒌𝒈

[kg]

tömeg m [kg]

9

10,69

299,32

66,64

374,03

8

9,51

266,28

99,68

628,9

7

8,32

232,96

133

959,13

6

7,13

199,64

166,32

1399,61

5

5,94

166,32

199,64

2016,57

4

4,75

133

232,96

2942,65

3

3,56

99,68

266,28

4487,87

2

2,38

66,64

299,32

7545,88

térfogatáram Qmax [m3/h]

2. táblázat Valóságos esetben figyelembe kell venni a szabályozáshoz szükséges idő alatt elhasznált levegő mennyiségét. A szabályozás ideje függ a rendszer „mérőpad” szakaszába beépített kalibrálandó mérő átmérőjétől, típusától és érzékenységétől. Továbbá meg kell óvni az etalon, illetve a kalibrálandó mérőt a

hírtelen

nyomásnövekedéstől,

ezzel

együtt

a

rendszert

a

hirtelen

nyomáslökésektől ezért a szabályozást a szerelvények fokozatos, lassú nyitásával kell megoldani. A fentiek alapján egyenletes nyitás mellett 30s alatt érem el a megfelelő 𝑚3

maximális térfogatáramot (3600

ℎ

).

31


1. diagram A szabályozáshoz szükséges térfogatot az 1. diagram alapján kapjuk meg. Az értéke megegyezik a függvény alatti terület értékével:

𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ∗

1 1 ∗ ℎ 2 60

Az egyenlet alapján 9 bar nyomás esetén a térfogat:

𝑚3 1 1 𝑉 = 374,03 ∗ ∗ ℎ = 3,12 𝑚3 ℎ 2 60 Ebből kifolyólag a felhasználható tömeg értéke is megváltozik. Az így kapott érték a hasznos tömeg:

∆𝑚ℎ = ∆𝑚 − 𝑉 ∗ 𝜌 ∆𝑚ℎ = 66,64 𝑘𝑔 − 3,12 𝑚3 ∗ 10,69

𝑘𝑔 𝑚3

A következő lépés a maximális térfogatáram meghatározása:

𝑄𝑚𝑎𝑥 =

∆𝑚ℎ 𝜌∗𝑡

32


𝑄𝑚𝑎𝑥

33,29𝑘𝑔 𝑚3 = = 280,27 𝑘𝑔 1 ℎ 10,69 3 ∗ ℎ 𝑚 90

A további nyomásértékeknél kiszámított eredményeket felhasználva a 3. táblázat az alábbiak alapján módosul:

Hasznos

Maximális

tömeg 𝒎𝒉

térfogatáram

[kg]

Qmax [m3/h]

299,32

33,29

280,27

9,51

266,28

49,85

471,77

7

8,32

232,96

66,52

719,57

6

7,13

199,64

83,18

1049,96

5

5,94

166,32

99,85

1512,88

4

4,75

133

116,49

2207,18

3

3,56

99,68

133,14

3365,9

2

2,38

66,64

149,67

5659,79

Nyomás, p

Sűrűség, ρ

Tömeg, ∆m

[𝒃𝒂𝒓𝒂𝒃𝒔 ]

[𝒎 𝟑 ]

𝒌𝒈

[kg]

9

10,69

8

3. táblázat Ahhoz, hogy a valódi esetet megfelelően és pontosan fel tudjuk vázolni, nélkülözhetetlen a csősúrlódási veszteségek figyelmen kívül hagyása. Ezeket az adatokat az alábbi felsorolás foglalja magába:  összes egyenes csőszakasz nyomásvesztesége  összes keresztmetszet-növekedés nyomásvesztesége  összes könyökveszteség  összes csőelágazások nyomásvesztesége  összes szelep nyomásvesztesége

33


Ezen értékek ismeretében meg tudjuk határozni a teljes csőszerelvényhez tartozó nyomásveszteséget (∆𝑝𝑣ö ).

3.2.1 Egyenes csőszakasz nyomásvesztesége A kör keresztmetszetű, egyenes csőszakaszban a nyomásveszteséget a következő egyenlettel kapjuk meg:

∆𝑝𝑣𝑙 = 𝜆 ∗

𝐿 𝑣2 ∗ ∗ 𝜌 [𝑃𝑎] 𝑑 2

ahol:  λ - a csősúrlódási tényező  L - a cső hossza [m]  d - a cső belső átmérője [m] 𝑘𝑔

 ρ - a közeg sűrűsége [𝑚3 ] 𝑚

 v - az átlagsebesség [ 𝑠 ] A csősúrlódási tényező függ az áramlás fajtájától és a cső érdességétől. A hidraulikailag sima csövek esetében a csősúrlódási tényező a Reynolds szám ismeretében számítható ki. 𝑅𝑒 =

𝑣∗𝑑 𝜈

Ennél az egyenletnél a ν a kinematikai viszkozitást jelenti, melynek értéke a 4. táblázatból olvasható. Hőmérséklet [°C]

Kinematikai viszkozitás [𝟏𝟎−𝟔 ∗

0

13,41

20

15,13

40

16,92

60

18,88

80

21,02 4. táblázat

𝒎𝟐 𝒔

]

34


Mivel a megfelelő maximális térfogatáram 3600

𝑚3 ℎ

, ezért a 3. táblázat adatait

felhasználva a levegő átlagos áramlási sebessége DN80 belső átmérőjű csöveknél:

𝑣=

𝑄𝑚𝑎𝑥 𝐴

𝑚3 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ = 186 𝑚 = 2 = 2 2 𝑑 ∗𝜋 0,08 𝑚 ∗ 𝜋 𝑠 4 4 3365,9

Így a Reynolds szám: 𝑚 186 𝑠 ∗ 0,08𝑚 𝑅𝑒 = = 9,83 ∗ 105 15,13 ∗ 10−6 Ezután

már

kiszámítható

a

csősúrlódási

tényező

a

Blasius

képlet

felhasználásával, mivel a Reynolds szám 105
0,316 4

√𝑅𝑒

= 0,01

Ebből következően a nyomásveszteség: 2 2𝑚 186 0,7825 𝑚 𝑠 2 ∗ 3,56 𝑘𝑔 = 6023 𝑃𝑎 ∆𝑝𝑣𝑙 = 0,01 ∗ ∗ 0,08 𝑚 2 𝑚3

Ugyanezeket

a

műveleteket

végrehajtva

DN100

és

DN125

névleges

csőátmérőknél 5.táblázatban lévő eredményeket kapjuk. Névleges átmérő [mm]

DN100

DN125

119

76

Reynolds szám [-]

7,87 ∗ 105

6,28 ∗ 105

Csősúrlódási tényező [-]

0,01

0,01

Nyomásveszteség [Pa]

12266 𝑃𝑎

9048 𝑃𝑎

Átlagos áramlási 𝒎

sebesség [ 𝒔 ]

35


5. táblázat A számítások alapján az egyenes csőszakaszokban a nyomásveszteség: ∆𝑝𝑣𝑙ö = 6023 𝑃𝑎 + 12266 𝑃𝑎 + 9048𝑃𝑎 = 27337 𝑃𝑎.

3.2.2

Fokozatos

keresztmetszet

növekedés

nyomásvesztesége További nyomásveszteséget okoznak a különböző csővezetékek irány- és keresztmetszet változásai, a szerelvények illetve a csőidomok. Ezeket a veszteségeket az alábbi képlettel kell számítani:

∆𝑝𝑣𝑑 = Ϛ ∗

𝑣2 ∗ 𝜌 [𝑃𝑎]. 2

A Ϛ ellenállás tényező értékét külön - külön meg kell határozni minden veszteségtényezőnél. Elsőként a fokozatos keresztmetszet növekedés (diffúzor) nyomásveszteség értékét határozom meg. A kör keresztmetszetű diffúzorok nyomásvesztesége:

∆𝑝𝑣𝑑 = Ϛ2 ∗

𝑣2 2 ∗ 𝜌 [𝑃𝑎]. 2

A Ϛ2 veszteségtényező változását a 12. ábra szemlélteti, mely függ a átmérőviszonytól, illetve a φ meredekségi szögtől.

𝑑2 ⁄𝑑 1

36


12. ábra Forrás: W. Bohl, Műszaki áramlástan A DN80 és DN100 közötti diffúzornál a veszteségtényezője a 12. ábra segítségét

felhasználva

a

megfelelő

számítások

elvégzése

után

meghatározható. 𝑑2 100 = = 1,25. 𝑑1 80 Ebben az esetben a φ=6°, így a Ϛ2 értéke a 12. ábra alapján leolvasható: Ϛ2 = 0,03. Ezek után a nyomásveszteség értéke: 2

∆𝑝𝑣𝑑 = Ϛ2 ∗

𝑣2 ∗ 𝜌 = 0,03 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 746 𝑃𝑎 2 𝑚3

1192

lesz. Ugyanezen műveletek segítségével a csőszerelvény másik diffúzoránál is meg lehet határozni a nyomásveszteséget, amely DN100 és DN125 között helyezkedik el. A számítás eredményeit a 6. táblázat tartalmazza.

37


𝒅

Átmérőviszony [ 𝟐 ]

1,25

Veszteségtényező [Ϛ𝟐 ]

0,06

Nyomásveszteség [∆𝒑𝒗 ]

1354 Pa

𝒅𝟏

6. táblázat A keresztmetszet változások összes nyomásvesztesége:

∆𝑝𝑣𝑑ö = 2100 𝑃𝑎.

3.2.3 Ívcsövek vesztesége Következő lépésként az ívcsövek veszteségét határozom meg. Az ívcsövek jelen esetben azonos keresztmetszetű egyenes csőszakaszokat kötnek össze. A veszteség a szokásos összefüggés alapján:

∆𝑝𝑣í𝑣 = Ϛ ∗

𝑣2 ∗ 𝜌 [𝑃𝑎], 2

ahol a Ϛ értéke 45°-os ívcsőnél 0,09, a 90°-os ívcsőnél 0,14 lesz. Mindkét könyöknél figyelembe kell venni a névleges csőátmérőt. DN80-as csőátmérőnél a 45°-os ívcső nyomásvesztesége: 2


𝑣 ∗ 𝜌 = 0,09 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 5464 𝑃𝑎. 2 𝑚3

1862

DN100-as csőátmérőnél a 45°-os ívcső nyomásvesztesége:

2


𝑣 ∗ 𝜌 = 0,09 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 2237 𝑃𝑎. 2 𝑚3

1192

DN100-as csőátmérőnél a 90°-os ívcső nyomásvesztesége: 2


𝑣 ∗ 𝜌 = 0,14 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 3479 𝑃𝑎. 2 𝑚3

1192

Mivel a csőszerelvényen belül 4 ilyen ívcső alkalmazása volt szükséges, ezért a teljes nyomásveszteség:

38


∆𝑝𝑣í𝑣 = 13916 𝑃𝑎. DN125-ös csőátmérőnél a 90°-os ívcső nyomásvesztesége:

∆𝑝𝑣í𝑣

𝑚2 762 2 𝑣2 𝑠 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 1419 𝑃𝑎. = Ϛ ∗ ∗ 𝜌 = 0,14 ∗ 2 2 𝑚3

Ebben az esetben szintén egynél több ívcső használata volt indokolt, számszerűen 3, így a teljes nyomásveszteség: ∆𝑝𝑣í𝑣 = 4257 𝑃𝑎. Az ívcsövek összes nyomásvesztesége: ∆𝑝𝑣í𝑣ö = 20625 𝑃𝑎

3.2.4 Csőelágazások nyomásvesztesége Az áramlást elosztó vagy részáramokat egyesítő csőidomokban az elterelés és a leválások következtében jelentős nyomásveszteség keletkezhet. Egyenlő átmérőjű kör keresztmetszetű T idomoknál az alábbi képlettel számítható a nyomásveszteség értéke:

∆𝑝𝑣𝑐𝑠 = Ϛ𝑇 ∗ ahol

a

Ϛ𝑇

a

T

idomok

𝑣2 ∗ 𝜌, 2

veszteségtényezője,

amely

a

legömbölyített

nyakátmenetű csöveknél 0,7. Ebből következően DN80 csőátmérőnél a nyomásveszteség:

2

∆𝑝𝑣𝑐𝑠 = Ϛ 𝑇 ∗

𝑣 ∗ 𝜌 = 0,7 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 42501 𝑃𝑎. 2 𝑚3

1862

DN100 csőátmérőnél a nyomásveszteség:

∆𝑝𝑣𝑐𝑠

𝑚2 1192 2 𝑣2 𝑠 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 34794 𝑃𝑎. = Ϛ 𝑇 ∗ ∗ 𝜌 = 0,7 ∗ 2 2 𝑚3

39


DN125 csőátmérőnél a nyomásveszteség: 2

∆𝑝𝑣𝑐𝑠 = Ϛ 𝑇 ∗

𝑣 ∗ 𝜌 = 0,7 ∗ 2

𝑚2 𝑠 2 ∗ 3,51 𝑘𝑔 = 7096 𝑃𝑎. 2 𝑚3

762

Az összes T idom nyomásvesztesége: ∆𝑝𝑣𝑐𝑠ö = 84391 𝑃𝑎.

3.2.5

Pillangószelepek,

nyomásszabályzók

nyomásvesztesége A csővezeték-rendszerekben a térfogatáram szabályozásához különböző kialakítású szelepeket, szabályozó szerveket alkalmaznak. Az elzáró és szabályozó szervek nyomásvesztesége:

∆𝑝𝑣𝑠𝑧 = Ϛ ∗ Mivel

a

szelepeknél

100%-os

𝑣2 ∗ 𝜌 [𝑃𝑎]. 2

nyitást

veszek

figyelembe,

ezért

a

nyomásveszteség elhanyagolhatóan alacsony értékű lesz. A számítások eredményeiből következve a teljes csőszerelvényhez tartozó nyomásveszteség értéke: ∆𝑝𝑣ö = ∆𝑝𝑣𝑙ö + ∆𝑝𝑣𝑑ö + ∆𝑝𝑣í𝑣ö + ∆𝑝𝑣𝑐𝑠ö + ∆𝑝𝑣𝑠𝑧 = 134453 𝑃𝑎 = 1,3445 𝑏𝑎𝑟. Az nyomásveszteség ismerete alapján, meg lehet határozni a maximális térfogatáramot, amit a rendszer biztosíthat 1 perc dinamikus mérés során. A 3.táblázat alapján 3 𝑏𝑎𝑟𝑎𝑏𝑠 nyomásnál éri el a levegő a 3600

𝑚3 ℎ

ezt a nyomást veszem a számításom alapjául. Az ismert egyenletek felhasználásának segítségével:

𝜌=

𝑝𝑎𝑏𝑠 + ∆𝑝𝑣ö (3 + 1,3445) ∗ 105 𝑏𝑎𝑟 𝑘𝑔 = = 5,162 3 𝐽 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 𝑚 287,1 ∗ 293,15𝐾 𝑘𝑔 ∗ 𝐾 𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑉 = 5,162

𝑘𝑔 ∗ 28 𝑚3 = 144,536 𝑘𝑔 𝑚3

értéket, ezért

40


𝑄𝑚𝑎𝑥 =

m 356,96 𝑘𝑔 − 144,536 𝑘𝑔 𝑚3 = = 3631 𝑘𝑔 1 𝜌∗𝑡 ℎ 3,51 3 ∗ 60 ℎ 𝑚

Beleszámítva a szabályozáshoz szükséges 30 másodpercet, megkapjuk a maximális térfogatáramot:

𝑉 = 3631

𝑚3 1 1 ∗ ∗ ℎ = 30,26 𝑚3 ℎ 2 60

∆𝑚ℎ = 212,424 𝑘𝑔 − 30,26 𝑚3 ∗ 3,51

𝑄𝑚𝑎𝑥

𝑘𝑔 = 106,2114 𝑘𝑔 𝑚3

106,2114 𝑘𝑔 𝑚3 = = 2723 . 𝑘𝑔 1 ℎ 3,51 3 ∗ 90 ℎ 𝑚

3.3 Szerkezeti tervezés A szerkezeti tervezés első munkaszakasza a csőkapcsolási terv elkészítése. Tartalmazza a csővezetéki elemeket és a műszerek mérési pontjait, így átláthatóbb képet alkotva a megvalósítandó technológiáról (M1 melléklet). A rajz alapján megállapítható, hogy a tervezés során a feladatban megadott 18

bar

nyomás

közötti

szabályozás

úgy

lett

megoldva,

hogy

két

nyomáscsökkentő szelepet használtam fel, melyeknek szekunder nyomásuk eltérnek egymástól. Mivel a reduktorok 10%-al szabályoznak, ezért lehetővé téve a sorba kötést, az alsó tartományon stabilabb szabályozás érhető el. Ennek eredményeképpen 3 üzemmód lehetséges: Üzemmódok 1. 2. 3.

(1-4) bar <1000 𝑚3 /h (1-4) bar >1000 𝑚3 /h (4-8) bar

HV 5

HV 6

PV 1

PV 2

R1

R2

Zárva

Nyitva

Nyitva

Zárva

Üzemel Üzemel

Nyitva

Zárva

Nyitva

Zárva

Üzemel

Zárva

Zárva

Zárva

Nyitva

Nem

Nem üzemel Üzemel

41


üzemel

<1000 𝑚3 /h 7. táblázat Jelölések: - HV 5, HV 6: kézi működtetésű pillangó szelep

- PV 1, PV2: távvezérelt, pneumatikus működtetésű pillangó szelep - R 1, R 2: reduktor

3.3.1 Nyomáscsökkentő szelep méretezése A nyomáscsökkentő szelepek (M2 melléklet) feladata, hogy egy adott közeg (jelen esetben levegő) nyomását csökkentik a kívánt értékre. A szelep fojtással

szabályoz,

mely

együlékes,

csőmembránnal

tehermentesített

kivitelben készül. Így a primer nyomáslökésekre a szelep nem érzékeny. A szekunder nyomás nyomáskiegyenlítő tartályon és impulzus vezetéken keresztül hat a működtető membránra, amellyel a rugó tart egyensúlyt5. A megfelelő szelep kiválasztásához méretezési számításokat kell elvégezni. Levegő közeg esetén az átáramló levegőmennyiség meghatározható a következő képlettel: 𝐺 = 14,2 ∗ 𝑘𝑣100 ∗ 𝑚 ∗ √𝑝𝑝 ∗ 𝜌𝑡

𝑘𝑔

[ℎ]

Jelölések: 𝑚

 𝑘𝑣100 - a szelep átfolyási tényező teljes nyitási állapotban [ ℎ ], 𝑘𝑔

 G - az átáramló közeg mennyisége [ ℎ ]  𝑝𝑝 - primer oldali nyomás [bar]  𝑝𝑠 - szekunder oldali nyomás [bar]  𝜌𝑡 - gázok sűrűsége (M3 melléklet) 𝑝

 m - 𝑝 𝑠 viszonytól függő érték (M4 melléklet) 𝑝

A 4 − 8 𝑏𝑎𝑟𝑔 nyomást biztosító reduktor méretezéséhez szükséges alapadatokat a 8.táblázat szemlélteti.

5

http://msgkft.hu/letoltesek/pdf/gnycs.pdf

42


Primer oldali nyomás, 𝒑𝒑 [bar]

10 𝑏𝑎𝑟𝑔𝑜𝑠 =11 𝑏𝑎𝑟𝑎𝑜𝑠

Szekunder oldali nyomás, 𝒑𝒔 [𝒃𝒂𝒓]


Levegő reálgáz-tényezője, 287,1

𝑱

𝑹𝒆𝒍𝒘 [𝒌𝒈∗𝑲] Hőmérséklet, T [K]

293,15 8. táblázat

Az átáramló levegőmennyiségét úgy kapjuk meg, ha először meghatározzuk a szekunder oldali sűrűségét az alábbi módon:

𝜌𝑠

𝑝𝑠 5 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 = = 5,94 3 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝐽 ∗ 293,15𝐾 𝑚 𝑘𝑔 ∗ 𝐾

Ezek után, ha a kapott eredményt megszorozzuk az elvárt szekunder oldali térfogatáram értékével, akkor megkapjuk az átáramló levegő mennyiségét: 𝐺 = 𝜌𝑠 *𝜌𝑣𝑠 = 5,94

𝐺 = 5940

𝑘𝑔 𝑚3

∗ 1000

𝑚3 ℎ

𝑘𝑔 ℎ

Ahhoz, hogy a fő reduktor névleges átmérőjét (DN) és a 𝑘𝑣100 értékét 20 ˚C-os sűrített levegő esetén megkapjuk, szükségünk van "m" értékére: 𝑝𝑠𝑎𝑜𝑠 5 𝑏𝑎𝑟 = = 0,4545 𝑝𝑝𝑎𝑜𝑠 11 𝑏𝑎𝑟 Az M4 mellékletben szereplő táblázat alapján "m" értékét m=1 - nek veszem. A szelep átfolyási tényező teljes nyitási állapotban lévő értékéhez szükség van a primer oldali sűrűség értékére, amely:

𝜌𝑝 =

𝑝𝑝 11 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 = = 13,07 3 𝐽 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝑚 ∗ 293,15𝐾 𝑘𝑔 ∗ 𝐾

Az így megkapott eredmény alapján:

43


𝑘𝑣100 =

𝐺 14,2 ∗ 𝑚 ∗ √𝑝𝑝 ∗ 𝜌𝑝

5940

=

𝑘𝑔 ℎ 𝑘𝑔 𝑚3

14,2 ∗ 1, √11 ∗ 105 𝑃𝑎 ∗ 13,07

𝑘𝑣100 = 34,88

𝑚 ℎ

Az adatok ismeretében a 9.táblázat segítségével kiválasztható a megfelelő névleges átmérőjű szelep (minden esetben felfelé kell kerekíteni), amely szerint a DN 80-as a megfelelő. DN

25

32

40

50

65

80

100

125

150

𝒌𝒗𝟏𝟎𝟎

5

8

12

19

33

50

76

117

168

9. táblázat A kiválasztott reduktorhoz tartozó méreteket az M5 melléklet tartalmazza. Az

1 − 4 𝑏𝑎𝑟𝑔

nyomást

biztosító

reduktor

méretezéséhez

szükséges

alapadatokat a 10. táblázat foglalja magába. Primer oldali nyomás, 𝒑𝒑 [bar]


Szekunder oldali nyomás, 𝒑𝒔 [𝒃𝒂𝒓]


Levegő reálgáz-tényezője, 287,1

𝑱

𝑹𝒆𝒍𝒘 [𝒌𝒈∗𝑲] Hőmérséklet, T [K]

293,15 10. táblázat

Az átáramló levegőmennyiségét úgy kapjuk meg, ha először meghatározzuk a szekunder oldali sűrűségét az alábbi módon: 𝑝𝑠 5 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 𝜌𝑠 = = 5,94 3 𝐽 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝑚 ∗ 293,15𝐾 𝑘𝑔 ∗ 𝐾 Ezek után, ha a kapott eredményt megszorozzuk az elvárt szekunder oldali térfogatáram értékével, akkor megkapjuk az átáramló levegő mennyiségét:

44


𝑘𝑔

𝐺 = 𝜌𝑠 *𝜌𝑣𝑠 = 5,94

𝑚3

𝐺 = 5940

∗ 1000

𝑚3 ℎ

𝑘𝑔 ℎ

Ahhoz, hogy a fő reduktor névleges átmérőjét (DN) és a 𝑘𝑣100 értékét 20 ˚C-os sűrített levegő esetén megkapjuk, szükségünk van "m" értékére: 𝑝𝑠𝑎𝑜𝑠 5 𝑏𝑎𝑟 = = 0,4545 𝑝𝑝𝑎𝑜𝑠 11 𝑏𝑎𝑟 Az M4 mellékletben szereplő táblázat alapján "m" értékét m=1 - nek veszem. A szelep átfolyási tényező teljes nyitási állapotban lévő értékéhez szükség van a primer oldali sűrűség értékére, amely:

𝜌𝑝 =

𝑝𝑝 11 ∗ 105 𝑃𝑎 𝑘𝑔 = = 13,07 3 𝐽 𝑅𝑒𝑙𝑤 ∗ 𝑇 287,1 𝑚 ∗ 293,15𝐾 𝑘𝑔 ∗ 𝐾

Az így megkapott eredmény alapján:

𝑘𝑣100 =

𝐺 14,2 ∗ 𝑚 ∗ √𝑝𝑝 ∗ 𝜌𝑝

5940

=

𝑘𝑔 ℎ

14,2 ∗ 1, √11 ∗ 105 𝑃𝑎 ∗ 13,07

𝑘𝑣100 = 34,88

𝑘𝑔 𝑚3

𝑚 ℎ

Az adatok ismeretében a 11.táblázat segítségével kiválasztható a megfelelő névleges átmérőjű szelep (minden esetben felfelé kell kerekíteni), amely szerint a DN100-as a megfelelő. DN

25

32

40

50

65

80

100

125

150

𝒌𝒗𝟏𝟎𝟎

5

8

12

19

33

50

76

117

168

11. táblázat A kiválasztott reduktorhoz tartozó méreteket az M5 melléklet tartalmazza.

45


3.3.2 Csővezetékek tervezése A csővezetékek tervezésénél meg kell említeni, hogy nem szükséges különleges anyagból készült csövet használni, mivel jelen esetben nem beszélhetünk extrém nagy nyomásról és hőmérsékletről. A legmegfelelőbb választható anyag a szénacél. A nyomástartó berendezéshez kapcsolódó csőszakasz névleges átmérője megegyezik a kivezető csonk átmérőjével (DN 100). A nyomáscsökkentők szekunder oldalán lévő csövek átmérőjét 25%-al növelni

kell,

a

hőmérsékletváltozás

elkerülése

miatt.

A

diffúzorok

kiválasztásában figyelembe vettem, hogy általában 4-6˚ -os diffúzorokat használnak

az

áramlástechnikában,

megkönnyítve

a

szereléshez

való

hozzáférést és a nyomásveszteség minimalizálását. A DN100 és DN125 átmérővel rendelkező csöveknél a szabványban előírt falvastagság 3,6-4 mm. Mivel a berendezés funkciója megköveteli az adott csőszakaszhoz szükséges maximális térfogatáram értékét (akár 3600 légsebesség optimalizálásától eltekintünk.

𝑚3 ℎ

), ezért a csőben kialakuló

46


3.3.3 Biztonsági szelep méretezése A biztonsági szelep feladata, hogy a nyomástartó edényben és a csővezetékekben meggátolja a belső nyomás veszélyes növekedését, ezáltal elkerülve a személyi sérüléseket, illetve a berendezés károsodását. A védeni kívánt rendszerhez szabványos karimákkal lehet csatlakoztatni. A megfelelő biztonsági szelep kiválasztásához meg kell határozni az elméletileg kilépő 𝑞𝑚𝑒 tömegáramot a folytonossági egyenlet segítségével: 𝑞𝑚𝑒 = 𝐴𝑘𝑖 ∗ 𝜈𝑠𝑖 ∗ 𝜌𝑘 Ideális gázoknál és gőzöknél, izentrop állapotváltozást feltételezve a sűrűség és nyomás között a következő összefüggés áll fenn: 1 𝜅 𝑝 ∗ ( ) = á𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑ó, 𝜌 1 𝜅 1 𝜅 𝑝𝑘 ∗ ( ) = 𝑝𝑏 ∗ ( ) , 𝜌𝑠 𝜌𝑏 1

𝑝𝑘 𝜅 𝜌𝑠 = 𝜌𝑏 ∗ ( ) 𝑝𝑏 felhasználva a 𝜅−1 𝜅

𝜅 𝑝𝑏 𝑝𝑘 𝜈𝑠𝑖 = √2 ∗ ∗ [1 − ( ) 𝜅 − 1 𝜌𝑏 𝑝𝑏

]

összefüggést, az elméletileg kilépő 𝑞𝑚𝑒 tömegáram: 1

𝜅−1 𝜅

𝑞𝑚𝑒

𝑝𝑘 𝜅 𝜅 𝑝𝑏 𝑝𝑘 = 𝐴𝑘𝑖 ∗ 𝜌𝑏 ∗ ( ) ∗ √2 ∗ ∗ [1 − ( ) 𝑝𝑏 𝜅 − 1 𝜌𝑏 𝑝𝑏

𝑞𝑚𝑒

𝜅 𝑝𝑘 𝜅 𝑝𝑏 𝑝𝑘 = 𝐴𝑘𝑖 ∗ √2 ∗ ∗ 𝜌𝑏 2 ∗ ( ) ∗ [1 − ( ) 𝜅−1 𝑝𝑏 𝜌𝑏 𝑝𝑏

2

],

𝜅−1 𝜅

],

47


2

𝑞𝑚𝑒

𝜅+1 𝜅

𝜅 𝑝𝑘 𝜅 𝑝𝑘 = 𝐴𝑘𝑖 ∗ √2 ∗ ∗ 𝑝𝑏 ∗ 𝜌𝑏 ∗ [( ) − ( ) 𝜅−1 𝑝𝑏 𝑝𝑏

2

𝑞𝑚𝑒

]

𝜅+1 𝜅

𝜅 𝑝𝑘 𝜅 𝑝𝑘 = 𝐴𝑘𝑖 ∗ √2 ∗ 𝑝𝑏 ∗ 𝜌𝑏 ∗ √ ∗ [( ) − ( ) 𝜅−1 𝑝𝑏 𝑝𝑏

].

Az elméleti tömegáram, ahogy a fenti egyenletből is látható az alábbi mennyiségektől függ:  a kilépő nyílástól (𝐴𝑘𝑖 ),  a belső nyomástól (𝑝𝑏 ),  a közeg sűrűségétől (𝜌𝑏 ),  az izentropikus kitevőtől (𝜅),  és a 𝑝𝑘 /𝑝𝑏 nyomásviszonytól. Ezeknek a mennyiségeknek az értékét a 12. táblázat tartalmazza. Kilépő nyílás keresztmetszete

𝐴𝑘𝑖 = 0,001963495 𝑚2

Belső nyomás

𝜌𝑏 = 10,5 𝑏𝑎𝑟 = 1063912,5 𝑃𝑎

Külső nyomás

𝑝𝑘 = 1 𝑏𝑎𝑟 = 101325 𝑃𝑎

Közeg sűrűsége

𝜌𝑏 = 12,51651

Izentropikus kitevő

𝑘𝑔 𝑚3

𝜅 = 1,4 12. táblázat

A mennyiségek ismeretében az elméleti tömegáram értéke:

𝑞𝑚𝑒 = 0,001963495 𝑚2 ∗ √2 ∗ 1063912,5 𝑃𝑎 ∗ 12,5165 2

𝑘𝑔 ∗ 𝑚3

1,4+1 1,4

1,4 101325 𝑃𝑎 1,4 101325 𝑃𝑎 ∗√ ∗ [( ) −( ) 1,4 − 1 1063912,5 𝑃𝑎 1063912,5 𝑃𝑎

] = 2,47

𝑘𝑔 𝑠

48


Ezután a szelep kiválasztásához szükséges térfogatáramot számíthatjuk ki: 𝑞𝑚𝑒 𝑞= = 𝜌𝑏

𝑘𝑔 2,47 𝑠 𝑚3 = 711 . 𝑘𝑔 ℎ 12,5165 3 𝑚

A kapott értékek alapján a 06217 típusú biztonsági szelepet választottam, melynek adatai:  névleges átmérő: 3/4"  névleges nyomás: 8,5 bar belépő  a fúvóka keresztmetszete: 177 𝑚𝑚2  közeg: levegő A szelep legfőbb jellemzői:  szeleptányér löket: 4,5 mm  teljesítménytényező: α=0,83  rugóméret: Ø 2,8x Ø 16-52 mm  működő menetek száma: 9,65 A szelep fő elemeinek anyagjellemzői:  ház anyaga: CW617N  szeleptányér: CW614N  rugó: rugóacél 1.1200  szeleptányér tömítés: FPM (Viton)  megengedett hőmérséklet: -40°C - +200°C A következő lépésben a kiválasztott szelepet ellenőrizni kell, hogy megfelel-e a kritériumoknak. Ehhez szükségem van a szelep lefúvóteljesítményének értékére. Az egyenlethez szükséges kiinduló adatokat a 13. táblázat foglalja össze.

49


𝑘𝑔 ] ℎ

Szelep lefúvóteljesítménye

𝑚̇ [

Teljesítménytényező

𝛼 = 0,83

Fúvóka legkisebb áramlási

𝐴0 = 176,7 𝑚𝑚2

keresztmetszete Legnagyobb nyomás a szelep előtt

𝑝1 = 0,935 𝑀𝑃𝑎

Üzemi jellemző a szelep előtt

𝜅1

Adiabatikus kitevő levegőre

𝜆 = 1,4

Levegő molekula tömege

𝑀 = 28,964

Kompresszibilitási tényező

𝑘𝑔 𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑍=1

Levegő hőmérséklete a szelep

𝑇1 = 293 𝐾

előtt Legnagyobb nyomás a szelep után

𝑝2 = 0,1013 𝑀𝑃𝑎 𝑚3 𝑣 = 0,775 𝑘𝑔

Fajtérfogat 13. táblázat Az adatok ismeretében a szelep lefúvóteljesítménye:

𝑚̇ = 10 ∗ 𝐾1 ∗ 𝐾2 ∗ 𝛼 ∗ 𝐴0 ∗ (𝑝1 + 0,1), ahol: 𝑀 𝐾1 = 5,58 ∗ 𝛹𝑚𝑎𝑥 ∗ √ = 0,849444. 𝑍 ∗ 𝑇1

50


Itt a 𝛹𝑚𝑎𝑥 az expandálási tényező legnagyobb értékét jelenti, amely a következő egyenletből számítható: 1

𝛹𝑚𝑎𝑥

𝜆 2 𝜆−1 =√ ∗( ) = 0,484178. 𝜆+1 𝜆+1

A 𝐾2 üzemi jellemző a nyomásviszony (𝛽) és a kritikus nyomásviszony (𝛽𝑘𝑟𝑖𝑡 ) közötti különbségből határozható meg: 𝜆

𝛽𝑘𝑟𝑖𝑡

2 𝜆−1 =( ) = 0,528282 𝜆+1

𝛽=

𝑝2 + 0,1 = 0,195503. 𝑝1 + 0,1

Mivel 𝛽 < 𝛽𝑘𝑟𝑖𝑡 ezért 𝐾2 = 1, így a szelep lefúvóteljesítménye: 𝑚̇ = 12191,026

𝑘𝑔 . ℎ

Óránkénti töltet térfogatértékre való átszámítás után az eredmény: 𝑚3 𝑉 = 𝑚̇ ∗ 𝑣 = 1000,545 ℎ értékre változik, amely nagyobb, mint a 𝑞 = 711 megfelelő.

𝑚3 ℎ

, így a biztonsági szelep

51

ÖSSZEFOGLALÁS

Összefoglalás A szakdolgozatomban egy levegő közegű mérőpad préslevegő ellátó és szabályozó szakasz megtervezését készítettem el. A dolgozatom a csövek, csővezetékrendszerek

általános

bemutatásával,

nyomástartó

berendezés

műszaki-biztonsági szabályzatának megismerésével, valamint a feladatban kért szakasz áramlástechnikai és szerkezeti tervezésével foglalkozik. A szakirodalmi jegyzetek tanulmányozásával kezdtem el a feladatom kidolgozását. Különböző részekre bontva mutattam be a csövek többféle csoportosítását, felületkezeléseinek és csatlakoztatásainak ismertetését. A

következőekben

a

nyomástartó

berendezés

műszaki-biztonsági

szabályzatára tértem ki, melynek fontos szerepe van a nyomástartó rendszerek

létesítésében,

áthelyezésében,

használatbavételében,

üzemeltetésében, karbantartásában, javításában és átalakításában. Mindezek

után

kezdtem

hozzá

a

feladatban

kiírt

kritériumok

ismeretében a szakasz megtervezéséhez. Első sorban az áramlástechnikai tervezés során meghatároztam a maximális térfogatáram értékét ideális illetve valóságos esetben. Ezt követően a szerkezeti tervezés alatt az 1-8 bar nyomás közötti szabályozás biztosítása volt a cél, amelyet a nyomáscsökkentő szelepek méretezésével és üzemmódjainak meghatározásával értem el. A szabályozást

követően

a

nyomástartó

létesítmény

túlnyomás

elleni

védelmének biztosítását a biztonsági szelepek méretezésével sikerült lehetővé tenni. A számítások mellett rajzdokumentációt készítettem a megtervezett csőszakaszról összeszerelt állapotban. A dolgozatomban igyekeztem minden követelménynek eleget tenni. Előtérbe helyezve a biztonságot, a veszély minimálisra való lecsökkentése érdekében igyekeztem a legmegfelelőbb megoldásokat választani.

52

SUMMARY

Summary The design of an air -state my thesis weighing bench press and air supply control section made it. The thesis of the pipes , piping systems overall presentation of the pressure equipment , technical knowledge of security regulations , as well as the phase problem for aerodynamic and structural design deals. I started out by studying the literature notes the development of the task . Divided into several sections , I presented many of the pipes grouping of surface treatment and of connecting descriptions. The following are the technical Pressure Equipment Safety Rules came out , which plays an important role in the establishment of pressure systems , the transfer of initial use , operation , maintenance , repair and remodeling. After that I started to light the indicated task to design criteria of this section. Primarily determined the value of the maximum flow in the fluidic design ideal and real cases. Then, during the architectural design process to ensure control between 1-8 bar pressure , the objective was to understand that the pressure relief valve sizing and operation modes of determination. After the legislation to ensure protection against excess pressure relief valve sizing the facility could be possible . In addition to the calculations made in the drawing documentation designed tube section to be assembled. In my work I have tried to meet all the requirements . Prioritizing the interests of safety , reduction of the risk minimizing

tried

to

choose

the

most

suitable

solutions..

53

IRODALOMJEGYZÉK

Irodalomjegyzék [1]

TISZA MIKLÓS – Metallográfia. Miskolci Egyetemi Kiadó, 2000

[2]

Juhász György – Csővezetékek és csővezetéki elemek. Debrecen, 1998

[3]

http://www.doksi.hu

[4]

Nyomástartó berendezések műszaki - biztonsági szabályzata, 2007

[5]

http://msgkft.hu/letoltesek/pdf/gnycs.pdf

[6]

http://www.ara.bme.hu/~lohasz/diplomak/vargabsc.pdf

[7]

http://www.nagygusztav.hu/tema/szakdolgozat

[8]

http://mkeh.gov.hu/

[9]

HTTP://WWW.TOMFERR.HU/ACELCSO-EN/PAGE/13/

[10]

HTTP://ELIB.KKF.HU/INDEX_ELEMEI/PAGE439.HTML

[11]

DR HÁZKÖTŐ ISTVÁN. – Csővezetékrendszerek elemei. Budapest, 2008

[12]

HTTP://HU.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/ACÉLCSŐGYÁRTÁS

[13]

HTTP://HU.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/ÖNTÖTTVAS

[14]

HTTP://HU.METAPEDIA.ORG/WIKI/ÓLOMCSŐ

[15]

HTTPS://WWW.STROMFELD.STARJAN.HU/GT3/DOWNLOAD

[16]

HTTP://HU.METAPEDIA.ORG/WIKI/RÉZCSŐ

[17]

HTTP://WWW.STAFF.U-SZEGED.HU/~KUTSAN/KORROZIO/KORROZIOIXI.PPT

[18]

HTTP://EZERMESTER.HU/CIKK-4352/FEMEK_FELULETKEZELESE

[19]

HTTP://HU.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/T%C5%B1ZIHORGANYZ%C3%A1S

[20]

HTTP://WWW.SZE.HU/~NEMETHGY/KORROZIO.PDF

[21]

BUDAVÁRI ZOLTÁN.

[22]

HTTP://MEK.OSZK.HU/01100/01199/HTML/SZERELES.HTM

[23]

HTTP://HU.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/FORRASZT%C3%A1S

[24]

DARIDA PÉTER. – Lágyforrasztás elméleti és gyakorlati ismeretei,

– Tömített csőkötés készítése.

munkabiztonsági előírásai. [25]

HTTP://WWW.SZE.HU/~NEMETHGY/HEGESZTES1.PDF

[26]

http://www.mezoflex.hu/kompenzatorok.html

[27]

http://www.rezinfo.hu/hotagulas-kiegyenlitese

[28]

DR.

ÍRÓ BÉLA - DR. ZSENÁK FERENC. – Műszaki áramlástan

(kompresszibilis közegek) [29]

WILLI BOHL. – Műszaki áramlástan. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983

IRODALOMJEGYZÉK

[30]

DR. ZSEBIK ALBIN. – Áramlástechnikai alapok. Budapest, 2003

54

MELLÉKLETEK

M1 MELLÉKLET

55

56

MELLÉKLETEK

M2 MELLÉKLET

Megnevezés: 1. Szelepház 2. Szelepülék 3. Kúp 4. Szelepszár 5. Szerelt csőmembrán 6. Csőmembránház 7. Orsó 8. Oszlop 9. Rugó 10. Rugótányér 11. Feszítőanya 12. Felső membránház 13. Membrántányér 14. Gumimembrán 15. Alsó membránház 16. Impulzuscső 17. Menetes toldat 18. Toldat 19. Peremes zárócsavar 20. Kiegyenlítőtartály 21. Peremes zárócsavar 13. ábra Gőznyomáscsökkentő szelep

MELLÉKLETEK

M3 MELLÉKLET

1: LEVEGŐ 2: NITROGÉN 3: SZÉNDIOXID

57

58

MELLÉKLETEK

M4 MELLÉKLET Az "m" értéke különböző gázok esetén:

1.: x = 1,400 kétatomos gázok (nitrogén, levegő) 2.: x = 1,300 három és többatomos gázok (pl.: széndioxid) 3.: x = 1,135 vízgőz vonatkozóan

𝑝𝑠 /𝑝𝑝

0...0,6

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

0,99

m

1

0,96

0,92

0,86

0,77

0,66

0,48

0,22

MELLÉKLETEK

M5 MELLÉKLET

59

LEVEGŐ KÖZEGŰ MÉRŐPAD PRÉSLEVEGŐ ELLÁTÓ

Recommend Documents