ELEMENTI STROJEVA II

Stručni preddiplomski studij strojarstva

petak, 23. ožujak 2007

CJEVOVODI

Cjevovodi

Cjevovod je uređaj sastavljen od niza međusobno nepropusno spojenih cijevi s pripadajućom armaturom, kompenzatorima, kontrolnim i mjernim uređajima, osloncima i ostalim pomoćnim elementima.

Cjevodi služe za transport:

plinova i para

tekućina

čvrstih rasutih materijala

Cjevovodi

Prema primjeni cjevovodi se dijele na:

Tehnološke cjevovode – služe za transport sirovina, poluproizvoda, gotovih proizvoda ili otpadnih materijala pri raznim tehnološkim procesima

Cjevovodi

Sanitarno-tehničke cjevovode – cjevovodi za grijanje, klimatizaciju, kanalizaciju i cjevovodi plinske mreže

Cjevovodi

Cjevovode hidrauličkih i pneumatskih instalacija – cjevovodi kočionih i servo sistema, kontrolnih sistema, ispušnih plinova, sistema automatike itd. Nalaze se u sklopu raznih stacionarnih i mobilnih strojeva

Cjevovode za posebne namjene – pneumatska pošta

Cjevovodi

Prema tlaku koji vlada u cjevovodu dijele se na:

vakuumske cjevovode – p ‹ 1 bar

cjevovode niskog tlaka – 1 bar ≤ p ‹ 16 bar

cjevovode srednjeg tlaka – 16 bar ≤ p ‹ 100 bar

cjevovode visokog tlaka – p › 100 bar

Stupanj agresivnosti trasportiranog medija određuje se prema debljini korodiranog sloja tokom jedne godine na cijevi od ugljičnog čelika:

mala agresivnost - ‹ 0,1 mm/god

srednja agresivost – 0,1 – 1 mm/god

velika agresivnost - › 1 mm/god

Materijali

MATERIJALI ZA IZRADU CJEVOVODA

Povijest

Prvi materijali za izradu cjevovoda su bili drvo i keramika, premda se i danas ovi materijali koriste za neke specijalne svrhe (kemijska industrija i industrija celuloze- drvo, za transport agresivnih medija – keramika)

Vodovodne cijevi u starom Rimu rađene su od lijevanih olovnih cijevi (zbog toksičnosti olova već su odavno napuštene).

Bakar se također koristio zbog lake izrade šavnih cijevi.

Materijali

ČELICI

Najviše primijenjeni materijali za izradu cijevnih vodova, kompenzatora, oslonaca i nosećih konstrukcija. Ovisno o temperaturi, tlaku i stupnju agresivnosti transportiranog medija, za izradu se cijevi koriste:

Ugljični čelici – za umjerene temperature i neagresivne medije. Koriste se za sve tlakove koji se sreću u praksi. Gornja temperaturna granica je 450o C.

Za vodove koji se moraju zavarivati koriste se: Č 1212, Č 1213, Č 1402 i Č 1502.

Za povišene temperature i tlakove: Č 1214 i Č 1215

Od ugljičnih se čelika izrađuju i vijci, matice, podloške i oslonci.

Materijali

Legirani čelici – koriste se kod povećanih zahtjeva u pogledu:

otpornosti na ekstremne temperature

otpornosti na mehanička naprezanja

otpornosti na agresivne medije

Za cjevovode izložene ekstremno visokim temperaturama koriste se čelici legirani s: Cr, Mo, Ni, a u novije vrijeme V, Ti, Al i B.

Za cjevovode izložene ekstremno niskim temperaturama koriste se čelici legirani Cr i Ni.

Za cjevovode izložene agresivnim tvarima čelici moraju biti otporni na koroziju kao što su: Č4170, Č4172, Č4570, Č4571.

Materijali

Ljevano željezo – koristi se najčešće za izradu armature (kućište ventila, kotača, poklopaca), a rijetko se koristi za izradu cijevi, osim kanalizacijskih ili u kemijskoj industriji kada lijevano željezo pokazuje posebnu otpornost na agresivnost nekog medija.

Čelični lijev – koristi se u slučajevima kada je opterećenje armature takvo da ga ne može podnijeti ljevano željezo. Koristi se čelični lijev sa sadržajem ugljika manjim od 0,6 %. Ukoliko su zahtjevi takvi, čelični se lijev može legirati s Cu, Ti i Mo.

Materijali

OBOJENI METALI I NJIHOVE LEGURE

Koriste se za izradu cijevi, armature i brtvenih elemenata. Najviše se koriste:

Bakar – za cijevi manjeg promjera. Postojane su na atmosferske utjecaje, prema slatkoj vodi i nekim organskim kiselinama, freonima i alkoholima. Dobro se zavaruju i leme.

Aluminij – primjenjuje se za cijevi u kemijskoj, procesnoj i prehrambenoj industriji za transpotr: koncentrirane dušične kiseline te mravlje i octene kiseline. Neotporan je na solnu kiselinu, morsku vodu i rastvore lužnatog karaktera.

Materijali

Legure bakra (bronce) – ovisno o osnovnom legirajućem elementu legure bakra se dijele na:

kositrene (Sn)

aluminijske (Al)

olovne (Pb)

silicijske (Si)

crveni lijev (Sn + Zn)

kositreno – olovne (Sn + Pb)

manganske (Mn)

Legure bakra s Zn kao glavnim legirajućim elementom nazivamo mesing.

Materijali

Prema namjeni legure bakra se dijele na:

legure za ljevanje – koriste se za odljevke kućišta armature i brtvenih elemenata

legure za gnječenje – prešane i vučene cijevi.

Materijali

PLASTIČNE MASE

Vrlo se često primjenjuju osobito u kemijskoj industriji i građevinastvu zbog otpornosti na koroziju pojedinih fluida, vode i zraka.

Polivinil klorid (PVC) – cijevi, armatura, filteri i pumpe. Koristi se za temperature od – 20oC do +60oC.

Bakelit – materijal od čistih fenolformaldehidnih smola

Faolit – materijal od fenolformaldehidnih smola s raznim dodacima

Vlaknaste plastične mase – kao dodaci se koriste drveno brašno i razna organska vlakna

Tekstolit – prešana tkanina natopljena fenolformaldehidnim smolama.

Materijali

GUMA

Koriste se za elastične (fleksibilne cijevi) najčešće armirane s čeličnom žicom te za brtvene elemente.

Tvrdoća gume ovisi o sadržaju sumpora:

0,5 do 5 % S – meka guma

‹ 15 % S – polutvrda guma

‹ 25 % i više – tvrda guma

Materijali

STAKLO

Koristi se za izradu cijevi kojima se transportiraju jako agresivni mediji ili kada je potrebna velika čistoća (prehrambena i farmaceutska industrija).

Veliku otpornost prema naglim temperaturnim promjenama imaju:

borosilikatna stakla

staklo s ~ 20 % Al2O3.

Materijali

ČELIČNE CIJEVI BAKRENE CIJEVI

CIJEVI OD PLASTIČNIH MASA

Zaštita od korozije

Korozija je proces trošenja čvrstog materijala uslijed kemijskog djelovanja okoline. Kod nemetala se uz koroziju pojavljuje i starenje, drobljenje i bubrenje (pa se sve skupa naziva degradacijom).

Zaštita od korozije

Zaštita cjevovoda od korozijePo svom se karakteru zaštita od korozije dijeli u tri grupe:1. Mjere u cilju povećanja antikorozivne otpornosti –

pravilan izbor materijala

2. Fizičko odvajanje površine cjevovoda od agresivnog medija (pasive mjere) – prevlake

Zaštita od korozije

3. Aktivne zaštitne mjere, kojima se utječe na sam proces korozije – neutralizacija kiselosti vode, degazacija vode (oslobađanje od O2 i CO2), dodavanje inhibitora (za vodovodne cijevi) i katodna zaštita (površina se dovodi na dovoljno nizak električni potencijal od -0,85 V u odnosu na tlo tako da metal ne ispušta pozitivne ione).

Zn - protektor

Normizacija cjevovoda i armature

Najznačajnije norme su:

o nazivnim promjerima

o nazivnim tlakovima

Nazivni (nominalni) promjer – DIN 2402

Oznaka je DN

Nazivni promjer samo približno odgovara unutarnjem promjeru cijevi, prirubnica, ventila i dr. Normirani su za vrijednosti od 1 do 4000 mm.

Normizacija cjevovoda i armature

Nazivni (nominalni ) tlak – DIN EN 1333

Nazivni (nominalni) tlak je onaj najviši tlak kojem dani element smije biti izložen na temperaturi od +20oC. Označava se s NP i brojem koji označava vrijednost tlaka u barima.

Dozvoljeni radni tlak (pr) je onaj najviši tlak, kojem element smije biti izložen na radnoj temperaturi (tr). Ako je temperatura viša od 20oC, ako postoji kolebanje tlaka ili postoje dodatna mehanička opterećenja, dozvoljeni maksimalni tlak je utoliko niži koliko je neki od navedenih utjecaja izraženiji.

Pri izboru elemenata cijevnog voda treba usvojiti onaj čiji je nominalni tlak veći od radnog tlaka

Normizacija cjevovoda i armature

Kod temperatura iznad 400oC treba naknadno kontrolirati naprezanja i usporediti s dopuštenim naprezanjima (prema granici razvlačenja na danoj temperaturi).

Može se reći da je dopušteni radni tlak približno za onoliko puta manji od NP za koliko je dopušteno naprezanje na radnoj temperaturi manje od dopuštenog naprezanja na 20oC.

Probni (ispitni) tlak je onaj tlak pod kojim se na sobnoj temperaturi ispituje mehanička otpornost, nepropusnost i brtvljenje, kako pojedinačnih elemenata tako i cjevovoda u cjelini.

Ako nije drukčije propisano (npr. sporazumom između proizvođača i korisnika), usvaja se:

Pi = 1,5 NP

Izrada cijevi

Izrada čeličnih cijevi

Prema načinu proizvodnje čelične se cijevi dijele na

bešavne

šavne

Izrada cijevi

Izrada bešavnih cijevi

Proizvodnja bešavnih cijevi započela je 80 – tih godina 19. st. Na osnovu pronalaska braće Mannesman zbog čega je često sinonim za bešavni cijev Mannesmanova cijev.

Postupci izrade bešavnih cijevi su:

Steifelov postupak

Ehrhardtov postupak

prešanje cijevi – 20 do 100 mm

hladno vučene cijevi

hladno valjane cijevi

Izrada cijevi

Seamless.exe

Izrada cijevi

Izrada šavnih cijevi

Prema vrsti šava dijele se na :

s preklopnim šavom – spiralne šavne cijevi

sa sučeonim zavarivanjem - pritiskanjem predhodno usijanih bridova (Fretz- Moonov postupak).

Izrada cijevi

Erw.exe

Izrada cijevi

Izrada cijevi od SLCentrifugalnim ljevanjem u rotirajućem metalnom kalupu, koji se izvana hladi vodom. Nakon lijevanja se žare na 950oC da bi se dobila ujednačena struktura materijala.Izrađuju se za promjeri od 40 do 800 mm i dužine do 6 m.

Izrada cijevi

Izrada cijevi od obojenih metala – najčešće prešanjem i hladnim valjanjem.

Izrada cijevi od plastičnih masa i drugih nemetala – prešanjem ili zavarivanjem plastičnih ploča.

Proračun cjevovoda

Proračun cjevovoda

Potrebni unutarnji (“svjetli”) promjer cijevi

v

Qd i

4

di Q v

m m3/s m/s

V

Usvaja se najbliži (ili prvi veći) standarni nazivni promjer DN.

Proračun cjevovoda

21

2cc

S

K

pds ea

da u mm – vanjski promjer cijevi

pe u N/mm2 – maksimalni tlak koji se pojavljuje u radu ili nazivni PN za koji se cjevovod projektira

K u N/mm2 – granica razvlačenja materijala cijevi .

Za najčešće materijale je: 235 N/mm2 Č 1212

275 N/mm2 Č 1213

355 N/mm2 Č 3100

Debljina stijenke cijevi

Proračun cjevovoda

S = 1,5... 1,8 - faktor sigurnosti

- faktor oslabljenja čvrstoće cijevi

= 1 za bešavne cijevi

=0,9 za šavne cijevi

c1 u mm – dodatak na netočnost debljine cijevi

c1 = 0,25 mm za debljine s ≤ 3 mm

c1 = 0,35 mm za debljine 3 mm ‹ s ≤ 10 mm

c1 = 0,5 za debljine s › 10 mm.

c2 u mm – dodatak na koroziju, uobičajeno je 1 mm.

Spojevi i armatura

Cijevni spojevi su sklopovi, koji služe za međusobno spajanje cijevi, kompenzatora i armature u hermetički cjevovod.

Po svojoj namjeni se dijele na:

nerastavljive – zavareni, zalemljeni i zalijepljeni

Spojevi i armatura

rastavljivi – prirubnički spojevi, Ermeto spojevi (za manje dimenzije cjevovoda

Prirubnički spoj

Spojevi i armatura

Ermeto spojevi

Spojevi i armatura

Cjevovodna armatura su razni uređaji koji služe za upravljanje protokom transpotiranog fluida promjenom površine protočnog otvora.Armatura se prema funkciji dijeli na:

zapornu - po potrebi odvaja jedan dio cjevovoda od drugoga

prigušnu – služi za redukciju tlaka

jednosmjernu – dopušta kretanje fluida samo u jednom smjeru i automatski zatvara pri promjeni smjera kretanja

regulirajuću – automatsli otvara protočni otvor kada tlak ispred ventila pređe dozvoljenu vrijednost

havarijsku – automatski prekida kretanje fluida na mjestu havarije

aeracijsku (odzračnu) – služi za ispuštanje plinova iz cjevovoda (cjevovod za transport tekućina)

kondenznu – služi za odstranjivanje kondenzata iz cjevovoda( cjevovodi za transport pare i plinova)

Spojevi i armatura

Prema obliku i kretanju zatvarača armatura se dijeli na:

Zaporne ventile – kojim se zatvarač kreće okomito na brtvenu površinu (sjedište ventila)

Spojevi i armatura

Zasune – zatvarač se kreće paralelno ili pod malim kutem na brtvenu površinu

Spojevi i armatura

Pipce – zatvarač se okreće oko osi kaja je okomita na pravac kretanja fluida

Spojevi i armatura

Zaklopce (klapne) – zatvarač se okreće oko osi koja se nalazi izvan protočnog otvora

Spojevi i armatura

Kompenzatori temperaturnih dilatacija

To su elementi, koji omogućavaju temperaturne dilatacije cjevovoda, a da pri tome sile i naprezanja u njemu ostanu u dozvoljenim granicama.