Przyklady obliczen 12 obl-4

4. Obliczenie wymiarów króćców
Króćce
Króćce wlotowe i wylotowe w aparacie o działaniu okresowym dobiera się na podstawie zadanego
czasu napełniania i opróżniania zbiornika τwl i τwy [s] o objętości V [m3] oraz prędkości przepływu czynnika
w [m/s]. W przypadku aparatów o działaniu ciągłym na podstawie prędkości w [m/s] i objętościowego
(
natężenia przepływu czynnika V [m3/s]. Przy czym objętościowe natężenie przepływu napełniania lub
opróżniania aparatu o działaniu okresowym wynosi:
( V
V =
τ
[m3/s]
Stosunek objętościowego natężenia przepływu do prędkości przepływu pozwala wyznaczyć przekrój
czynny rurociągu F [m2], a w przypadku, gdy jest to rurociąg o przekroju kołowym jego średnicę
wewnętrzną dw [m]:
(
(
V
4 ⋅V
2
dw =
[m]
F=
[m ] ,
a następnie
w
π ⋅w
Obliczoną z średnicę rurociągu dw należy zaokrąglić do najbliższej znormalizowanej wielkości,
których wartości podane są w normie (PN-83/H-02651) i wynoszą: 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0 (R
1/4"), 10 (R 3/8"), 13, 15 (R 1/2"), 20 (R 3/4"), 25 (R 1"), 32 (R11/4 "), 40 (R11/2 "), 50 (R 2"), 65 (R 21/2
"), 80 (R 3"), 90 (R 31/2 "), 100 (R 4"), 125 (R 5"), 150 (R 6"), 170 (R 7"), 200 (R 8"), 225 (R 9"), 250 (R
10"), 275 (R 11"), 300 (R 12"), 325, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 .... 4000 [mm]. W nawiasach
podano odpowiednie gwinty rurowe. Średnice nominalne podkreślone obowiązują dla armatury ogólnego
przeznaczenia, która jest uprzywilejowana.
Norma (PN-81/H-02650) podaje następujące znormalizowane wartości ciśnień w instalacjach
rurowych pn = 0.1, 0.25, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.25, 1.6, 2.0, 2.5, 3.2, 4.0, 5.0, 6.4 i 8.0 [MPa].
Medium
Ciecze
Para
Gazy
Optymalne prędkości przepływu w rurociągach w
Warunki przepływu
Pompy tłokowe
przewody ssawne
przewody tłoczne
przewody ssawne
Pompy odśrodkowe
przewody tłoczne
nasycona p < 1.2 [MPa] przewody wylotowe
nasycona p > 1.2 [MPa] przewody wlotowe
przegrzana
przewody zasilające
p < 0.6 [MPa]
przewody przesyłowe
p > 0.6 [MPa]
instalacje
sprężone powietrze
instalacje
[m/s]
0.5 - 1.0
1.0 - 2.0
0.5 - 2.5
1.5 - 4.5
16 - 24
24 - 40
40 - 60
6 - 10
16 - 24
8 - 16
Rodzaje rur.
Do budowy instalacji rurociągów stosuje się rury stalowe, dla których materiał, technologia
produkcji (spawane, walcowane wzdłużnie, spiralnie itd.) i wymiary podane są w tablicach lub katalogach
wyrobów hutniczych i normach.
*PN-74/H-74200. Rury stalowe ze szwem, gwintowane lekkie i średnie, które mogą być
zabezpieczone przed korozją (rury czarne), ocynkowane lub lakierowane. Zakres średnic nominalnych od 10
do 100 [mm], dostarczane ze złączkami o długości od 4 do 7 [m].
*PN-73/H-74240. Rury stalowe bez szwu precyzyjne o średnicach od 4 do 120 [mm] o grubości
ścianek: 0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.5, 2.8, 3.0, 3.5, 4.0 4.5, 5.0 ... 10 [mm] i długościach od 1.5 do
9 [m].
*PN-73/H-74243. Rury stalowe ze szwem precyzyjne o średnicach od 4 do 65 [mm] i długości od
1.5 do 9 [m].
10
*PN-80/H-74219. Rury stalowe, bez szwu, walcowane na gorąco, przewodowe ogólnego
zastosowania o wymiarach podanych w Tablicy (poniżej).
dz [mm]
21.3
25
26.9
30
31.8
33.7
38
42.4
44.5
48.3
51
54
57
g [mm]
dz [mm]
g [mm]
dz [mm]
g [mm]
2.3 – 4.0
60.3
2.9 - 14.2
168.3
5.0 – 20.0
2.3 - 4.5
2.9 - 16
5.0 – 20.0
63.5
177.8
2.3 - 4.5
2.9 - 16
5.6 – 20.0
70
193.7
2.6 - 6.3
2.9 - 20
7.1 - 22.2
76.1
219.1
2.6 - 7.1
3.2 - 20
7.1 - 22.2
82.5
244.5
2.6 - 7.1
3.2 - 20
7.1 – 25.0
88.9
273
2.6 - 7.1
3.6 - 20
8.0 – 25.0
101.6
298.5
2.6 – 8.0
3.6 - 20
8.0 – 30.0
108
323.9
2.6 - 11
3.6 - 20
8.0 – 30.0
114.3
355.6
2.6 - 11
4.0 - 25
8.8 – 30.0
127
406.4
2.6 -12.5
4.0 - 25
10.0 – 30.0
133
457
2.6 -14.2
4.0 - 25
11.0 – 30.0
139.7
508
2.9 - 14.2
4.5 - 25
159
Szereg podstawowy grubości ścianek rur [mm]:
2.3, 2.6, 2.9, 3.2, 3.6, 4.0, 4.5, 5.0, 5.6, 6.3, 7.1, 8.0, 8.8, 10, 11, 12.5, 16, 17, 20, 22.2, 25, 28 i 30 .
Rury dostarczane są w odcinkach o długości od 4 do 12.5 [m] w wersji fabrycznej ± 500 [mm] lub w
wersji dokładnej w odcinkach do 7 [mm] z odchyłką + 10 [mm]. W przemyśle chemicznym stosowane są
rury wykonane ze stali nierdzewnej (chromowo-niklowej) na przewody HNO3 (kwasu azotowego), H2SO4
(siarkowego), H3PO4 (fosforowego) oraz ługów NaOH i KOH.
*PN-79/H-74244. Rury stalowe ze szwem przewodowe. Do średnicy 16 [mm] jest to szew wzdłużny,
powyżej wzdłużny lub spiralny. Zakres produkowanych średnic taki sam jak w Tablicy 30, uzupełniony o
średnice zewnętrzne dz : 10.2 (1.6, 1.8, 2.0), 12 (1.6, 1.8, 2), 13.5 (1.8, 2.0, 2.3), 16 (1.8, 2.0, 2.3), 17 (2.0,
2.3, 2.6, 2.9), 20 (2.3, 2.6, 2.9) [mm], a następnie powyżej 508 aż do 2020 [mm]. Wartości w nawiasach
podają grubości ścianek produkowanych rur. Rury dostarczane są w wersji fabrycznej w odcinkach od 4 do
12 [m].
*PN-67/H-74206. Rury stalowe zgrzewane stosowane do transportu gazów, powietrza i wody,
wykonane zazwyczaj z końcówkami gwintowanymi.
Przykład obliczenia wymiarów króćca
Przykład I Tematem projektu jest cylindryczny, pionowy i bezciśnieniowy zbiornik przeznaczony do
magazynowania 2 ton oleju opałowego. Zbiornik ma być umieszczony 2.5 [m] nad poziomem
gruntu, na zewnątrz. Czas napełniania i opróżniania jest taki sam i wynosi τ ok. 5 [min]
Dane/Założenia:
Vnom = 3.2 [m3]
τ ok. 300 [s]
Obliczenia:
Wyniki:
4. Obliczenie wymiarów króćców wlotowego i wylotowego
4.1. Objętościowe natężenie przepływu
( V 3.2
V = =
= 0.011 [m3/s]
τ 300
(
V = 0.011 [m3/s]
4.2. Prędkość przepływu oleju
Przy założeniu, że olej będzie przetłaczany przy użyciu pompy
wirnikowej odśrodkowej prędkość jego przetłaczania (Tabela) mieści
się w przedziale: w = 0.5 – 5.5 [m/s]. Przyjęto w = 1.0 [m/s]
w = 1.0 [m/s]
11
(
V = 0.011 [m3/s]
w = 1.0 [m/s]
4.3. Średnica wewnętrzna króćca
Średnica wewnętrzna króćca, w oparciu o poniższą zależność,
wynosi:
(
4 ⋅V
4 ⋅ 0.011
=
dw =
= 0.1183 [m]
dw = 0.1183 [m]
π ⋅w
π ⋅ 1.0
4.4. Dobór króćca
dw = 0.1183 [m]
DN = 0.125 [m]
Najbliższa znormalizowana wartość to króciec DN = 0.125 [m],
który zgodnie z normą PN-80/H-74219 (Tabela) przy minimalnej
grubości ścianek g = 0.004 [m] ma średnicę zewnętrzną dz = 0.133 [m].
dz = 0.133 [m]
g = 0.004 [m]
Przykład II Tematem projektu jest cylindryczny, poziomy zbiornik o pojemności V = 4.5 [m3], ciśnieniu p =
15 [at] i temperaturze t = 15 - 50 [oC] przeznaczony do magazynowania amoniaku. Zbiornik ma być
umieszczony w pomieszczeniu piwnicznym o wysokości 3 [m], skąd przetłaczany jest amoniak na
(
wysokość 4 [m] do hali sprężarek. Objętościowe natężenie przetłaczania amoniaku wynosi V = 0,02
[m3/s].
Dane/Założenia:
Obliczenia:
Wyniki:
4. Obliczenie wymiarów króćców wlotowego i wylotowego
4.1. Prędkość przepływu amoniaku
Przy ciśnieniu pn = 1.6 [MPa] amoniak musi być przetłaczany
pompą tłokową z prędkością mieszczącą się w przedziale: w = 0.5 –
2.0 [m/s] (Tabela). Założono w = 2.0 [m/s]
(
V = 0.02 [m3/s]
w = 2.0 [m/s]
w = 2.0 [m/s]
4.2. Średnica wewnętrzna króćca
Średnica wewnętrzna króćca, w oparciu o poniższą zależność,
wynosi:
(
4 ⋅V
4 ⋅ 0.02
=
dw =
= 0.1128 [m]
π ⋅w
π ⋅2
dw = 0.1128 [m]
4.3. Dobór króćca
dw = 0.1183 [m]
Najbliższa znormalizowana wartość to króciec DN = 0.125 [m],
który zgodnie z normą dla połączeń kołnierzowych PN-70/H-74738
dla ciśnienia nominalnego pnom = 16 [bar] = 1.6 [MPa] ma średnicę
zewnętrzną końcówki do przyspawania do zbiornika dz = 0.140 [m].
Stąd wynika, że jest wykonany z rury o grubości ścianki ok.gk =
DN = 0.125 [m]
0.0075 [m].
Na wykonanie króćca, zgodnie z normą BN-77/2302-13, dobrano
rurę stalową bez szwu ze stali kwasoodpornej 1H18N9T, której dz = 0.1397 [m]
parametry są następujące: średnica nominalna DN = 0.125, średnica
g = 0.0071 [m]
zewnętrzna dz = 0.1397 [m] i grubość gk = 0.0071 [m].
12