potrubní technika - cvut.czusers.fs.cvut.cz/~beckajan/predn_design_kon_i_6.pdf · mez pro...
TRANSCRIPT
Potrubní technika
Podle přepravovaného média patří do oblasti:
vodovody a rozvodné sítě
kalovody a kanalizace (a sítě)
ropovody
parovody
plynovody
technologická zařízení chemického průmyslu
technologická zařízení elektráren aj.
rozvody stlačeného vzduchu aj.
Podle provedení a materiálu jsou potrubí
litinová hrdlová
ocelová svařovaná přírubová
ocelová se spoji závity
z litého čediče, kameniny, eternitu hrdlová, beton. aj.
plastová svařovaná, lepená (PE, polyetylen, PP, PVC aj.)
měděná a mosazná pájená
Zařízení potrubní techniky představují:
spoje potrubí a závěsy potrubí
uzavírky aj. (armatury)
kompenzátory (dilatace)
filtrační zařízení
zásobníky (nádrže, tanky)
čerpadla, kompresory, akumulátory
měřicí a regulační technika
Podle tlaku a teploty jsou potrubí
o chladicí (solanka)
o nízkotlaká (voda, vzduch)
o středotlaká (plyn)
o vysokotlaká (voda, olej, pára)
Hydraulický ráz při uzavírání dlouhých potrubí (vodní zámek).
Přeprava tekutin – ekonomické hledisko (cisternová přeprava x produktovody).
Základy proudění tekutin
Zákon zachování hmoty – pro kapaliny (nestlačitelné) Q = A1 . v1 . ϱ = A2 . v2 . ϱ = konst
pro plyny Q . ϱ = konst. ϱ = f ( p, T )
Rovnice kontinuity (spojitosti) průtočné množství Q [ m3. s-1 ] tlak p [ Pa ]
rychlost v [ m . s-1 ]
plocha průřezu A [ m2 ]
hustota ϱ [ kg . m-3 ]
stavová rovnice plynu p . ϱ -1 = R . T
(ideální plyn)
Energetická bilance → E přivedená = ∆U + E odvedená
Zákon zachování energie – pro kapaliny (Bernoulliho rovnice)
energie polohová, tlaková, kinetická, ztráty
h1 + p1 / (ϱ . g ) + v12 / ( 2 . g ) + hztr = konst.
grav. zrychlení g = 9,81 m . s-2
tlak p1 [ Pa ]
rychlost v1 [ m . s-1 ]
změna vnitřní energie ∆U
rovnice obsahující součet energií jednotky objemu kapaliny byla krácena součinem (ϱ.g)
vzduch R = 287 J .kg-1 . K-1
teplota T [ K ]
Zákon zachování energie pro plyny
součet energií tlakové, kinetické, tepelné a rozptýlené do okolí (ztrát) se nemění
Charakter proudění v potrubí
• laminární
• turbulentní
Reynoldsovo číslo Re = d . v . ϱ / η
Re je bezrozměrné kritérium hustota ϱ [ kg.m-3 ]
průměr potrubí d [ m ]
rychlost v [ m . s-1 ]
dynamická viskozita η [ Pa . s ]
mez pro laminární proudění Re < 2320
kinematická viskozita ѵ = η / ϱ [ m2 / s ]
rozložení rychlosti v potrubí při laminárním a turbulentním proudění
ztráty při turbulentním proudění stoupají se čtvercem rychlosti
průměr potrubí (vnitřní) d pro přepravované množství Q [ m3.s-1] d = 4 . Q
π . v √
tloušťka stěny potrubí s pro vnitřní tlak p s = d . p / (2 . σD )
dovolené namáhání σD je třeba volit dle materiálu i technologie výroby (svařované roury)
voda v = 1 až 3 m . s-1 η = 0,00101 Pa . s
analogie Ohmova a Kirchhoffových zákonů Δp = Q . Rh Σ Qi = 0 Σ Δp = Σ ( Q . Rh )
Tepelné a tlakové ztráty a dilatace
přepravované médum o vyšší teplotě než je teplota okolí chladne tepelnými ztrátami
potrubí se prodlužuje a zkracuje při změnách teploty média
produktovody musí být izolovány a vybaveny kompenzátory
ztráty tlaku třením – laminární úměrné rychlosti v a viskozitě η
-- turbulentní úměrné čtverci rychlosti v2
dilatace změnou teploty – roztažnost oceli α = 18 . 10-6 K-1 ( pro 100 m a 20°C dilatace 36 mm )
dilatace Δl = α . l0 . Δt
koeficienty λ [ - ] pro výpočet tlakové ztráty při proudění kapaliny
laminární proudění λ = 64 / Re = 64 . η / ( v . d . ϱ )
turbulentní proudění λ = 0,316 . ( Re) -1/4
hztr = λ . l . v2 / ( 2 . d . g ) ztrátová výška hztr
ztráta tlaku Δp Δp = ϱ . g . hztr
Potrubí uložená v zemi
ochrana proti korozi
ochrana proti vedení bludných elektrických proudů a následné elektrokorozi
vyrovnávání dilatací a sesuvů
přehled o dispozici uložení (mapy, plány, hledání místa vedení)
Evidenční data o potrubí
o druh média, jeho tlak a teplota
o provedení potrubí (parametry, materiál, druh spojů, vyrovnávání dilatací aj.)
o uložení – hloubka, podloží, zásyp, označení na povrchu aj.
Ztráty místními odpory
místní odpory jsou odpory průtoku skrze uzavírky, změny průřezu, změny směru (kolena) aj.
ztrátová výška je hztr = ξ . v2 / ( 2 . g )
Rozložení rychlosti
laminární proudění - parabolické, turbulentní - malá změna uvnitř, strmý spád při okrajích
Spoje potrubí a jejich těsnění
hrdlové
přírubové
závitové
svary, pájené a lepené spoje
Spoje Těsnění plochá
obsahující azbest (klingerit)
neosahující asbest (keramzit)
pryžová, plastová
kovová (Cu, Pb, Al)
Přírubové spoje ocelových svařovaných rour plynovody, parovody, horkovody
Hrdlové spoje rour
Těsnění konopným provazcem a vlitím olova nebo asfaltu,
cementu, klínový pryžový uzávěr aj.
Vodovody, kanalizace, nízký tlak, sedání zeminy.
Spoje jsou částečně poddajné – dovolí natočení os rour.
Roury litinové, PP (polypropylenové), PVC, kameninové, eternitové aj.
HRDLOVÉ ROURY A TVAROVKY
tvárná litina
železobeton, eternit
kamenina, tavený čedič
plast (PVC, polyethylen, polypropylen aj.)
• kolena
• odbočky
• T-kusy a kříže
• redukce, přesuvky aj.
Provedení
Typy
Závitové spoje potrubí
Požívá se trubkový závit a kuželový trubkový závit a spojovací tvarovky (fitinky) temperovaná litina
bezešvé závitové trubky s vnějším kuželovým trubkovým závitem, tvarovky s vnitřním trub. závitem
nátrubek kříž odbočka T oblouk koleno redukované koleno
antikorozní povrchová úprava – pozinkování, mosazné tvarovky a trubky aj.
vsuvka šroubení šroubení nárožní šroubení nárožní šroubení
Závitnice pro řezání trubkových závitů při montáži ocelových potrubí spojovaných tvarovkami
se závitem (fitinky) – výměnné čelisti pro základní rozměry (v palcích - inch)
Různé typy šroubení
Pro spoje trubek menších průměrů (ocelové, měděné, mosazné) jsou užívána strojírenská šroubení
rozvody maziva v mazacích soustavách, přívody kapalného paliva spalovacích motorů aj.
Kompezátory dilatace potrubí
• deformační tvaru U apod.
• ucpávkové
• s pružnými prvky
Provedení kompenzátoru
kompenzátor
tvaru U ucpávkový kompenzátor
kompensátor s pružným pryžovým vlnovcem
Tvarovky (fitinky)
pro závitové spoje (temperovaná litina, mosaz) pro svařené nebo lepené spoje (PE, PP, PVC novodur)
pro spoje potrubí
při montáži se řeže závit na koncích trubek
těsní se konopím a fermeží
při montáži se svařuje tlakem
obě části jsou elektricky odporově předehřáty
Plastová potrubí
Při uložení v zemi jim nehrozí koroze – proto jsou používány pro vodovody, plynovody aj.
Materiál – polypropylen (PP), novodur (PVC), polyetylen (PE)
Potrubí jsou uvnitř hladká a nezanášejí se usazeninami – příměsi a produkty média neulpívají na stěně.
Uzavírky potrubí
kohouty
ventily
šoupata
klapky
Typy
Třmenový ventil
ventil – jemná regulace průtoku je možná
Průmyslové šoupátko
Zpětná klapka
šoupě – malý odpor při průtoku – nízké ztráty tlaku
Jednocestný kohout kuželový
další armatury – pojistné ventily, vypouštěcí
kohouty, regulační a redukční ventily
kohout – jednoduchý, špatná regulace průtoku
KULOVÝ KOHOUT
čtvrtinový řez
koule
pohled
moderní pákové baterie pro vodovodní
výpustní ventil
tzv. kartuše (vlastní uzavírka)
naklápění a otáčení pro ovládání průtoku a směšování
jemné drážkování pro otáčení - průtok
Vzduchotechnika (větrání a vytápění)
Vzduchotechnika slouží k úpravám vzduchu v obytných a jiných prostorách a znamená také přepravu
většího množství vzduchu při tlacích blízkých barometrickému tlaku a teplotě okolo 20°C
potrubí vzduchotechniky jsou plechová s úpravou
odolnou korozi nebo plastová
Proudění par a plynů
První hlavní věta termodynamická
„dodané množství tepla způsobí zvýšení vnitřní energie a vykoná práci“ ΔQ = ΔU + L
vykonaná práce je L = ∫ p . dV dV = dm / ϱ
zvýšení vnitřní energie znamená zvýšení teploty T a tlaku p a změnu hustoty ϱ
Změny stavu
izotermická (konst. T)
izobarická (konst. p)
izochorická (konst. V, resp. konst. ϱ )
adiabatická (nulové přivedené nebo odvedené teplo ΔQ)
polytropická
Přestup tepla při proudění plynů a směsí par a plynů (tepelné výměníky).
PAROVOD
PAROVOD
Plynovod
Plynovod