Ciobanu PetreProiect de an UNIVERSITATEA PETROL-GAZE PLOIETIA. TEM: Proiectarea mecanic a unui schimbtor de cldur tubular cunoscnd:1. Tipul schimbtorului de cldur:cu cap mobil;2. Suprafaa de schimb de cldur:150m2;3. Numrul de treceri in manta/evi:1/2M/T;4. Dispunerea evilor:in triunghi echilateral;5. Mediul tehnologic in manta/evi:ulei/apa;6. Presiunea de lucru in compartimentul manta/evi:0,70/0,80 MPa;7. Temperatura de lucru in manta/evi:220/500C;8. Presiunea de calcul in manta/evi:0,85/0,95 MPa;9. Temperatura de calcul in manta/evi:230/600C;10. Durata de serviciu:12,5 ani;11. Viteza de coroziune: 0,15 mm/an. Adaos de coroziune: 2 mm

B. Coninutul memoriului tehnic:1. Prezentarea constructiv-funcional a principalelor tipuri de schimbtoare de cldur.2. Alegerea pe criterii tehnico-economice a materialelor, determinarea caracteristicilor mecanice elastice si fizice ale acestora, calculul rezisteelor admisibile si stabilirea coeficientului(coeficienilor) de rezistena pentru imbinarile sudate.3. Calculul diametrului interior al mantalei si stabilirea dimensiunilor constructive si de gabarit.4. Calculul de rezistena al principalelor elemente componente al schimbtorului de caldur.5. Calculul de verificare al mantalei in dreptul suporilor de rezemare.6. Instruciuni privind montajul, intreinerea si exploatarea schimbtorului de cldur proiectat.7. Norme de Securitate si Sanatate in Munca ce trebuie respectate la realizarea unui schimbtor de cldur.8. Concluzii.9. Bibliografie.C. Coninutul parii grafice:1. Desenul de ansamblu.2. Subansamblul: camera de distribuie.1Ciobanu PetreProiect de an INTRODUCERESchimbtoarele de cldur servesc la realizarea transferului de cldur ntre doi ageni termici, n industria chimic, rafinrii i combinate petrochimice ndeplinind funcii multiple ca prenclzitoare, nclzitoare, rcitoare, condensatoare i refierbtoare.Schimbtoarele de cldur la care transmiterea cldurii de la un agent termic la altul se face prin un perete despritor (n general metalic), fr producerea de reacii chimice i fr acumularea de cldur se numesc schimbtoare de cldur n suprafa. Acestea se clasific dup urmtoarele criterii standardizate conform STAS 843575:1) Operaia termic la care folosete schimbtorul de cldur (prenclzitor, nclzitor, rcitor, condensator sau vaporizator);2) Starea de agregare a agenilor termici (lichid lichid, lichidgaz, lichidvapori, gaz gaz i gazvapori);3) Direcia i sensul de deplasare a agenilor termici (echicurent, contracurent, curent ncruciat, curent mixt);4) Configuraia peretelui despritor i forma constructiv dup acest criteriu se deosebesc schimbtoare de cldur tubulare (cu manta, fr manta i cu evi cu aripioare nalte) i schimbtoare decldur netubulare.Cele mai rspndite schimbtoare de cldur sunt cele cu fascicul tubular. Materialele utilizate n construcia schimbtoarelor de cldur sunt n funcie de condiiile de exploatare i de natura fluidelor care circul prin schimbtor.La executarea mantalei se folosete uzual oelul carbon.Fascicolul tubular se execut din evi de oel care constituie o clas special sub aspectul preciziei diametrului exterior pentru care abaterile limit sunt severe n scopul realizrii unei mbinri mandrinate de calitate, STAS 937790.Alegerea materialelor este condiionat de condiiile de exploatare:- oelul carbon - pentru utilizri generale;- oelul inoxidabil n condiiile utilizrii produselor corozive la temperaturiridicate;- alam naval - pentru aparatele care folosesc ca agent de rcire apa de mare;- aluminiul i cuprul pentru condiiile exploatrii la temperaturi sczute.Cauza principal a scoaterii din funciune a instalaiilor din rafinrii i combinate petrochimice o reprezint defectarea schimbtoarelor de cldur (cca. 36% din incidentele funcionale).Principalele defectri survenite n exploatarea schimbtoarelor de cldur, sunt corodarea corpului i fascicolului tubular i obturarea evilor datorit depunerilor. Acestea implic msuri sistematice privind reducerea efectelor coroziunii (folosirea inhibitorilor de coroziune, alegerea corect a materialelor), exploatarea i ntreinerea corespunztoare.2Ciobanu PetreProiect de an CAPITOLUL 1PREZENTAREA CONSTRUCTIV-FUNCIONAL A PRINCIPALELOR TIPURI DE SCHIMBTOARE DE CLDUR UTILIZATE N PETROCHIMIE1.1 DEFINIIA SCHIMBTORULUI DE CLDURPrin schimbtor de cldur se nelege un aparat sau o instalaie care are drept scop realizarea unui transfer de cldur de la un corp mai cald la unul mai rece, n procese de nclzire nsoit eventual de topire, fierbere, vaporizare, uscare, etc. sau de rcire eventual nsoit de condensare cum sunt cele din cazanele de abur ori ap cald sau fierbinte, cuptoare, prenclzitoare, distilatoare, condensatoare, etc.Cele dou corpuri n care are loc transferul de cldur sunt denumite purttori de cldur sau ageni termici; corpul mai cald care cedeaz cldura i se rcete, se numete agent sau purttor primar, iar corpul mai rece care preia cldura cedat de primul i se nclzete, se numete agent sau purttor de cldur secundar.Din definiia schimbtoarelor de cldur se vede marea diversitatea a acestora, att din punct de vedere constructiv ct i al calculului lor. 1.2 PRINCIPII GENERALE ALE CONSTRUCIEI SCHIMBTOARELOR DE CLDURConstrucia raional a diferitelor tipuri de schimbtoare de cldur este condiionat de respectarea unor condiii cerute acestor aparate. Dintre acestea trebuiesc menionate:- respectarea condiiior de desfurare a proceselor tehnologice (la nclzirea sau la rcirea produsului), care asigur buna calitate a acestuia;- construcie simpl, compact, cu greutate mic i cu cost redus;- construcie uor de montat i de reparat;- siguran n funcionare i comoditate n exploatare.Soluiile particulare de realizare constructiv a schimbtoarelor de cldur sunt foarte diferite. n cele ce urmeaz vom examina pe scurtciva factori constructivi ai schimbtoarelor de cldur. Aceste informaii sunt grupate n aceeai ordine ca i condiiile cerute schimbtoarelor de cldur, ele putnd fi considerate drept principalele caracteristici ale unor aparate termice raional executate.1.2.1 RESPECTAREA CONDIIIOR DE DESFURARE A PROCESELOR TEHNOLOGICEn acest sens au importan urmtorii factori:- meninerea condiiilor de temperatur necesare procesului, prin alegerea unei suprafee convenabile de nclzire sau de contact ntre agenii termici, prin alegerea corespunztoare a agentului termic de nclzire sau de rcire, prin posibilitatea reglrii temperaturilor agenilor termici;- durata de rmnere n aparat a produsului, care este legat de caracterul staionar sau nestaionar al procesului i de vitezele reale ale produsului;- proprietile chimce ale agenilor termici, care determin alegerea materialelor de construcie a aparatului i a calitii lor anticoriosive;- presiunile agenilor termici, care determin forma aparatului i a elementelor lui, dimensiunile pieselor, calitatea materialelor, modul de mbinare i de etanare ale diferitelor pri.3Ciobanu PetreProiect de an 1.2.2 PRODUCTIVITATEA I EFICIENA ECONOMIC A APARATELOREste necesar s se in seama de urmtorii factori, legai de creterea intensittii transmiterii cldurii i, in aceli timp, de realizarea rezistenelor hidraulice optime ale aparatelor:- alegerea vitezelor agenilor termici monofazici (n general trebuie s se tind spre realizarea unei curgeri turbulente a agenilor monofazici);- alegerea direciei relative de deplasare a agenilor termici (n cazul agenilor termici monofazici, rezulatele cele mai bune le dau de obicei schimbtoarele de cldur cu contracurent);- asigurarea condiiilor optime pentru schimbarea strii de agregare a ageniolr termici (de exemplu, alegerea locului de introducere a vaporilor i de evacuare a condensatului i a gazelor necondensate, asigurarea circulaiei lichidului care se vaporizeaz i a nivelului optim la vaporizare, etc.)- realizarea, pe ct posibil a unor rezistene termice de valori ct mai apropiate de cele dou pri ale suprafeei de nclzire i alegerea, n caz de nevoie, a unor tipuri constructive speciale de aparate, cu suprafee cu nervuri sau cu aripioare;- prentmpinarea murdririi suprafeei de nclzire i asigurarea posibilitii unei curiri uoare a depunerilor de pe suprafaa de nclzire:- ndeprtarea spaiilor moarte i a volumelor inutile din aparate.1.2.3 CONSTRUCIA SIMPL I COSTUL REDUSAceste caracteristici ale schimbtoareloe de cldur sunt determinate de urmtorii factori:- alegerea configuraiei suprafeei de nclzire (cea mai simpl este construcia cu evi);- dispoziia i modul de fixare a evilor n placile tubulare;- prezena i tipul pereilor despritori (mai ales la aparatele cu mai multe treceri n spaiul dintre evi);- prezena i caracterul etanrilor (mai ales la aparatele de nalt presiune);- alegerea metodelor de prelucrare a pieselor aparatelor;- aezarea colectoarelor, a capacelor si a fundurilor;- calitatea materialelor folosite la fabricarea aparatelor;- alegerea lungimii i diametrelor evilor, precumi a dimensiunilor de gabarit ale aparatelor, legate de acestea;- standardizarea pieselor.1.2.4UURINA MONTRII I REPARRIIAceasta are o mare importan pentru reducerea la minimum a timpului de lucru, pentru realizarea unor operaii ct mai simple i a unor consumuri minime de materiale. Aceti factori sunt legai direct de muli alii, examinai anterior n legtur cu realizarea unor aparate simple.1.2.5SIGURANA N FUNCIONARE I COMODITATEA N EXPLOATAREDin acest punct de vedere, trebuie s se ine seama de urmtorii factori:- compensarea dilatrilor termice ale pieselor aparatelor, evitndu-se construciile rigide;- rezistena i etaneitatea imbinrilor demontabile ale pieselor aparatului;- prevenirea coroziunii chimice a materialelor din care sunt executate piesele aparatului;- posibilitate de acces la suprafaa de nclzire revizie i curire;- legarea uoar a aparatelor cu conductele;- uurina controlului asupra funcionrii n condiiile de exploatare.Factorii indicai mai sus nu epuizeaz,desigur, toate criteriile care au importan la construirea schimbtoarelor de cldur. Dar chiar i aceast enumerare incomplet a lor ne arat c este necesar s se acorde o deosebit atenie alegerii tipului constructiv i realizrii schimbtoarelor de cldur.4Ciobanu PetreProiect de an Aceti factori sunt destul de diferii, iar unii dintre ei chiar contradictorii. Astfel, de exemplu, realizarea unei construcii compacte duce deseori la scumpirea acesteia; o construcie simpl micoreaz uneori sigurana n funcionare a schimbtorului de cldur, etc. Dar tocmai rezolvarea acestor cerine contradictorii constituie o baz pentru realizarea unor construcii raionale de schimbtoare de cldurConstruirea raional a schimbtoarelor de cldur este strns legat de calculul lor. Un rol important in aceast privin l joac calculele termice, hidraulice i mecanice, bazate pe cele mai noi date tiinifice, care permit o alegere fundamental a principalelor caracteristici ale aparatelor, contribuie la mrirea productivitaii lor i conduc la economii n consumul de metal pentru fabricarea aparatelor.O dat cu tipizarea construciilor raionale, dezvoltarea schimbtoarelor de cldur este legat de intensificarea proceselor de productie, de mrirea productivitii echipamentului, de dezvoltarea aparatului de nalt presiune, de folosirea unor noi materiale i metode de prelucrare a acestora, de dezvoltarea automatizrii controlului i conducerii.1.3ALEGEREA PURTTORILOR DE CLDURn numeroase cazuri, unul sau ambii purttori de cldur sunt impui, astfel c alegerea purttorilor nu este ntotdeauna liber. ntr-adevr de exemplu n cazul unui schimbtor destinat recuperrii cldurii dintr-o resurs energetic refolosibil termic, purttorul de cldur corespunztor acestei resurse este impus, i numai de purttorul de cldur ce urmeaz a fi nclzit este eventual la libera alegere a proiectantului schimbtorului de cldur; s-a spus eventual, pentru c se poate ca i schimbtorul de cldur ce urmeaz a fi nclzit pe baza cldurii cedate de resursa energetic refolosibil s fie impus, fie de necesitile proceselor n care el va fi folosit in continuare ca agent nclzitor, fie de faptul c este vorba de o nclzire direct a unei materii fluide sau a unui subprodus ori a uni produs tehnologic fluid, nclzire cerut de un proces tehnologic oarecare.De asemenea, n cazul cnd un schimbtor de cldur are alt rol dect cel de recuperator (are deci un rol pur tehnologic) este posibil ca ambii purttori s fie impui de natura tehnologic (rcirea unuia, precum i nclzirea celuilat fiind cerute de tehnologie) sau ca agentul ce urmeaz a fi nclzit s fie numai el impus (fiind o materie prim, un subprodus sau un produs tehnologic n stare fluid)i numai agentul nclzitor s fie la libera alegere, n msura n care nu este i el impus prin faptul existenei i disponibilitii lui prealabile n cadrul unitii industriale respective.Pentru a corespunde din punct de vedere tehnic i economic scopului n care sunt destinai, purttorii de cldur ce pot fi liber alei trebuie s indeplineasc urmtoarele condiii:- s fie avantajoi din punct de vedere termodinamic i anume produsul dintre greutatea specific i cldura specific s fie ct mai mare, s aib cldura de vaporizare mare i un coeficient de schimb de cldur superficial ct mai ridicat, n scopul realizrii uni debit de cldur ct mai ridicat la un debit de agent termic ct mai mic, deci al realizrii unei construcii ct mai compacte a scimbtorului de cldur; de asemenea purttorul de cldur trebuie poat avea temperaturi ct mai mari la presiuni mici, ceea ce conduce la o greutate mai redus a aparatului;- s fie avantajoi din punct de vedere hidrodinamic, i anume s aib o vscozitate ct mai mic;- s fie stabili din punct de vedere termic i neagresivi asupra materialelor din care este construit aparatul, chiar sub aciunea ndelungat a unor temperaturi ridicate;- s nu formeze depuneri pe supafeele de contact, acestea ducnd att la micorarea coeficientului global de trecere a cldurii (micornd transferul de cldur), ct i a seciunilor de trecere a agentului prin aparat; n cazul formrii de depuneri, acestea trebuie s poat fi uor nlturate cu mijloace tehnice economice i cu ntreruperi minime n funcionarea aparatului;- s fie ieftini i destul de rspndii, deoarece unele cheltuieli majorate pentru alegerea unor purttori de cldur deosebii, pot fi uor recuperate prin micorarea altor cheltuieli de exploatare i a investiiei corespunztoare schimbtorului de cldur. La alegerea purttorilor de cldur este necesar, ca n fiecare caz n parte, s se in seama n amnunt de toate instalaiile aferente schimbtoarelor de cldur, i anume att de condiiile funcionale ct i de cele econmice, acestea fiind bineneles subordonate celor funcionale.5Ciobanu PetreProiect de an 1.4.CLASIFICAREA SCHIMBTOARELOR DE CLDURTipurile i construciile schimbtoarelor de cldur sunt foarte diferite (vezi SR EN 13445-3). De aceea, este necesar o clasificare a schimbtoarelor de cldur, tinnd seama de particularitile lor funcionale i constructive.Dup modul de transmitere a cldurii, schimbtoarele de cldur pot fi mprite n dou grupe: aparate de suprafa i aparate de amestec.La schimbtoarele de cldur de suprafa, agenii termici (primar i secundar) sunt desprii printr-un perete (suprafaa de transmitere a cldurii sau suprafaa de nclzire) dintr-un material bun conductor de cldur, prin care se transmite cldura.La schimbtoarele de cldur de amestec, agenii termici se amestecdirect unul cu altul, amestecarea fiind nsoit de o transmitere a clduriide la un agent la altul.Schimbtoarele de cldur de suprafa pot fi mprite n urmtoarele clase caracteristice:I. Dupdestinaia schimbtoarelor de cldur, deosebim:- prenclzitoarele, folosite pentru nclzirea diferitelor substane lichide sau gazoase necesare industriei ;- rcitoarele, folosite pentru rcirea gazelor sau a lichidelor (produse industriale)In afar de acestea, poate fi menionat o mare grup de schimbtoare cldur denumite condensatoare, folositepentru condensarea vaporilor. Pelngprocesulde condensarea vaporilor n care, dup cum se tie, temperatura acestora rmne constant, n condensatoare mai are loc inclzireaagentului termic de rcire(de cele mai multe oriap).II. Dup direcia de deplasare a agenilor termici deosebim :- aparate cu echicurent (fig.1.1), n care agenii termici se deplaseaz n acelai sens; Fig. 1.1 Schimbtor de cldur tubular orizontal cu echicurent,cu o singur trecere(construcie rigid)- aparate cu contracurent (fig.1.2) n care agenii termici se deplaseaz, n sensuri contrare;

Fig. 1.2 Schimbtor de cldur vertical cu contracurent, cu o singur trecere6Ciobanu PetreProiect de an - aparate cu curent ncruciat (fig.1.3), n care agenii termici se deplaseaz n direcii perpendiculare una pe alta;- aparate cu curent mixt (fig.1.4) n care direciile de deplasare ale agenilortermici pot forma diferite combinaii, din cele indicate mai sus (o parte - echicurent, o parte - contra curent, etc). Fig. 1.3 Schimbtor de cldur cu curent ncruciat Fig. 1.4 Schimbtor de cldur cu curent mixt, cu perei despritori longitudinali n spaiul dintre eviIII. Dup numrul de treceri deosebim schimbtoare de cldur :- cu o singur trecere(fig.1.1 i fig.1.2),ncareageniitermicisedeplaseaza pe o singur cale, fr s-i schimbe sensul de micare;- cu mai multe treceri (fig.1.5 i fig.1.6) n care agenii termici se deplaseaz prin cteva ci, schimbndu-i succesiv sensul de micare. Fig. 1.5 Schimbtor de cldur cu mai multe treceri (n spaiul din interiorul evilor)

Fig. 1.6 Schimbtor de cldur cu mai multe treceri (n spaiul dintre evi)7Ciobanu PetreProiect de an O particularitate constructiv a schimbatoarelor de cldur cu mai multe treceri este prezena pereilor despritori, care fa de axa geometric a aparatului, pot fi longitudinali sau transversali. In funcie de dispoziia pereilor despritori, aparatele pot avea mai multe treceri n spaiul din interiorul evilor (fig.1.5), n spaiul dintre evi (fig.1.6) sau simultan nspaiul dininteriorul evilor ct in cel dintre evi (fig. 1.7). Fig. 1.7 Schimbtor de cldur cu mai multe serpentine(att n spaiul din interiorul evilor ct i n spaiul dintre evi)IV. Dup starea de agregare a agenilor termici, deosebim:- schimbtoare de cldur vapori-lichid;- schimbtoare de cldur lichid-lichid;- schimbtoare de cldur gaze-lichid;- schimbtoare de cldur gaze-gaze etc, n funcie de agenii termici care acioneaz reciproc n procesul de transmitere a cldurii.V. Dup configuraia suprafeelor denclzire deosebim:- aparate tubulare, a cror suprafa de nclzire este compus din evi drepte (de exemplu fig.1.1);- aparate cu serpentine, a cror suprafa de nclzire este compus din serpentine (fig.1.8 i fig.1.9);

Fig. 1.8 Schimbtor de cldur cu serpentin cilindric

Fig. 1.9 Schimbtor de cldur nnecat, cu serpentin plan8Ciobanu PetreProiect de an - aparate de tipuri speciale (cu plci, cu nervuri, cu aripioare, cu ace, n fagure, spirale etc.); elementele componente ale acestora sunt reprezentate n fig.1.10; Fig. 1.10 Elemente constructive ale schimbtoarelor de cldur: a-cu plci i curent ncruciat; b-cu nervuri; c-cu aripioare; d-form acicular; e-cu fagure; f-cu spiral- aparate combinate, a cror suprafa de nclzire este compus din elemente de configuraie diferit (de exemplu, din evi drepte i din serpentine, ca n fig. 1-11).

Fig. 1.11 Schimbtor de cldur combinat (tubular cu serpentin)Din marea grup a aparatelor tubulare (ca i a unor alte aparate) putem meniona :- aparate verticale, n care elementele suprafeei de nclzire (de exemplu, evile) sunt aezate vertical (fig. 1.1);- aparate orizontale (fig. 1.12);- aparate nclinate.9Ciobanu PetreProiect de an Fig. 1.12 Schimbtor de cldur tubular, cu corp alunectorVI. Dup materialul din care este construit suprafaa de nclzire sau de transmitere a cldurii putem deosebi:- aparatemetalice, a cror suprafa de nclzire este executat din metal;- aparate nemetalice, a cror suprafa de nclzire este executat din materiale nemetalice bune conductoare de cldur (de exemplu, din materiale ceramice, din grafit etc). VII. Dup rigiditatea construciei schimbtoarelor de cldur tubulare, deosebim :- aparate de construcie rigid, care nu permit compensarea dilatrii elementelor din care sunt compuse (evi i mantale);- aparate de construcie elastic, la care se prevede compensarea total a dilatrii elementelor componente (schimbtoare de cldur cu corp alunector, cu presetupe la plcile tubulare,cu evi n form de U, cu evi duble, etc.)- aparate de construcie semielastic, cu o compensare parial a dilatrilor.Schema unui schimbtor de cldur tubular de construcie rigid este prezenat n fig.1.1, cea a schimbtorului de cldur construcie elastic n fig.1.12...fig 1.15, iar cea a schimbtorului de cldur construcie semielastic in fig.1.16. Fig. 1.13 Schimbtor de cldur tubular, cu evi n form de U Fig. 1.14 Schimbtor de cldur tubular, cu evi duble

Fig. 1.15 Schimbtor de cldur tubular, cu compensator cu prestup10Ciobanu PetreProiect de an

Fig. 1.16 Schimbtor de cldur tubular, cu compensator n form de lentilVIII. Dup caracterul regimului termic al aparatului deosebim:- aparate cu regim termic staionar, la care temperaturile agenilor termici ntr-un sector dat al suprafeei de nclzire nu varieaz in timp;- aparate cu regim termic nestaionar, la care condiia menionat mai sus nu este respectat.Din prima grup fac parte aparatele cu aciune contunu (schimbtoarele de cldur propriu-zise), iar dincea de-a doua grup schimbtoarele de cldur cu aciune periodic(ntlnite de cele mai multe ori ca aparate de reacie).IX. Dup construcie schimbtoarele de cldur tubulare i cu serpentine, se pot mpri n :- aparate elementare (fig.1.17) compuse dintr-o eava (eava n eava") sau dintr-un numr mic de evi aezate ntr-un corp;

Fig. 1.17 Schimbtor de cldur monotubular elementar (eav n eav)- aparate cu manta (fig.1.1i fig.1.2), compuse dintr-un numr mare de evi nchise ntr-o manta comun (corp);- aparate necate (fig.1.9), compuse din elemente scufundate ntr-un corp; - aparate cu stropire (fig.1.18), stropite direct de agentul termic i care nu au un corp despritor.

Fig. 1.18 Schimbtor de cldur cu stropiren afar de acestea, putem meniona :a.) aparate ntr-un singur corp (fig.1.1 sau fig1.17),. compuse dintr-un singur corp, manta sau element;b.) aparate cu mai multe corpuri sau secionale (cu mai multe elemente) compuse din dou sau mai multe corpuri, mantale sau elemente legate n serie (fig.1.19 i fig.1.20).11Ciobanu PetreProiect de an Fig. 1.19 Schimbtor de cldur din mai multe elemente (secional) Fig. 1.20 Schimbtor de cldur tubular, cu manta i cu dou corpuriTot aici trebuie menionate aparatele cu cma, la care suprafaa de nclzire este reprezentat de pereii aparatului (fig.1.21).

Fig. 1.21 Schimbtor de cldur cu cma12Ciobanu PetreProiect de an n euronorma SR EN 13445-3 terminologia componentelor schimbtoarelor de cldura sunt prezentate n figura de mai jos.13Ciobanu PetreProiect de an CAPITOLUL IIALEGEREA PE CRITERII TEHNICO-ECONOMICE A MATERIALELOR, DETERMINAREA CARACTERISTICILOR MECANICE, ELASTICE SI FIZICE ALE ACESTORA, CALCULUL REZISTENELOR ADMISIBILE I STABILIREA COEFICIENTULUI (COEFICIENILOR) DE REZISTEN PENTRU MBINRILOR SUDATEn cadrul acestui subcapitol se vor alege materialele necesare confecionrii mantalei, camerei de distribuie, fascicolului tubular si a celorlalte elemente necesare schimbtorului de cldur.2.1 ALEGEREA PE CRITERII TEHNICO-ECONOMICE A MATERIALELORProiectarea tehnologic a unui schimbtor de cldur necesit o serie de informaii suplimentare referitoare la destinaia aparatului, tipuri constructive de aparate, agresivitatea fluidelor fa de diverse materiale care pot fi utilizate pentru confecionarea mantalei si a tuburilor fascicolului tubular.n construirea, montarea sau repararea recipientelor pot fi folosite materiale prevzute in SR EN 13445-2 Recipiente sub presiune nesupuse la flacr Partea 2:Materialecare s reziste la solicitri mecanice (statice i dinamice), termice, chimice, corespunztor condiiilor de exploatare n vederea funcionrii in condiii de siguran a instalaiei.Alegerea mrcilor materialelor se va face din gama celor tipizate sau echivalente ale acestora conform reglementrilor n vigoare.Se aleg urmtoarele materiale pentru principalele pari componente ale schimbtorului de cldur, tabel 2,1:Nr. crtDenumire element schimbtor de cldur Marca materialeStandardSTAS SR EN1 MantaVirol K410.2b P265GH 10028-2Flan K460.2b P295GH 10028-22 Fascicul tubular eava OLT35K P235GH 10216-2Plci tubulare K460.2b P295GH 10028-2icane K410.2b P265GH 10028-23 Camer de distributie Capac plat K460.2b P295GH 10028-2Virol K410.2b P265GH 10028-2FlanK460.2b P295GH 10028-24 Racorduri manta si camer de distribuieFlan cu gt K460.2b P295GH 10028-2eava OLT35K P235GH 10216-2Inel de ntrire K410.2b P265GH 10028-25 Capac mare Virola K410.2b P265GH 10028-2Fund elipsoidal K410.2b P265GH 10028-2FlanK460.2b P295GH 10028-26 Suport de rezemare tip a K410.2b P265GH 10028-27 Capac flotant Calot sferic K410.2b P265GH 10028-2FlanK460.2b P295GH 10028-28 Organe de asamblare Prezon 42MoCr11 21CrMoV5-7 11269-2Piuli OLC45AS-K C45E 10269-214Ciobanu PetreProiect de an 2.1.1CARACTERISTICILE MECANICE LA TEMPERATURA DE 20 o CLimita de curgere convenional c reprezint efortul unitar, corespunztor seciunii iniiale a epruvetei, pentru care alungirea specific remanentp atinge valoarea prescris de 0,2 %, care se menioneaz ca indice al efortului unitar axial . Aceast mrime se noteaz prin simbolul c( Rp0,2) i se exprim n N/mm2.Rezistena la rupere rreprezint raportul dintre sarcina maxim Fmax suportat de ctre epruvet i aria Ao a seciunii transversale iniiale a epruvetei, respectiv [10] : om rAFRmax , [N/mm2], [N/m2]n care:r -efortul unitar de rupere, [N/mm2] , [N/m2];Rm-rezistena de rupere la traciune, [N/mm2] , [N/m2];Fmax -sarcina maxim, [N];Ao-aria seciunii transversale iniiale a epruvetei, [mm2].Alungirea la rupere este o caracteristic convenional dat de urmtoarea relaie:0LL LAo u , [%]n care :Lu - factor dimensional al epruvetei, [mm];Lo - lungimea iniial a epruvetei, [mm].Energia de rupere (caracteristic mecanic de ncovoiere prin oc) se definete ca reprezentnd energia W consumat la ruperea epruvetelor cu cresttur n V.Aceasta se prescrie n J, simbolul su general fiind kV (ce reprezint energia de rupere pe epruvet cu cresttur n V). Deci : kV = W.Reziliena materialului (KCU) care se definete ca fiind raportul dintre lucrul mecanic necesar ruperii dintr-o singur lovitur a unei epruvete de ncovoiere i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei n dreptul crestturii. Forma geometric a crestturii este U. KCU se exprim n J/cm2.Duritatea Brinell (HB) care este raportul dintre sarcina de ncercare F i aria amprentei sferice lsat de bila penetratoare de diametru D pe piesa de ncercat .Pentru confecionarea mantalei cilindrice, fundului elipsoidal, icanelor frontale i suporturilor de fund se alege ca material P265GH conform SR EN 10028 -2:2004. Acest standard se refer la mrcile de oel carbon sau slab aliate destinate tablelor laminate la cald pentru recipiente sub presiune, care lucreaz la temperatur ambiant i/sau la temperatur ridicat . Caracteristici mecanice: Tabelul 2.2 Marca de oelLimita de curgere la 20oC; C20[N/mm2]Rezistena la traciune; Rm20[N/mm2]Alungirea la rupere; A5 [%]P265GH 265 410...530 2215Ciobanu PetreProiect de an Compoziie chimic: Tabelul2.3Marca de oelC Mn Si P S AlP265GH max 0,2 0,5...13 max. 0,35 max. 0,035 max. 0.030 0,02...0,035Pentru confecionarea racordurilor i fascicolului tubular se aleg ca materiale P235 GH (racord cu gt, evi) conform SR EN 10216-3:2003 si P295 GH (racord forjat, flane) conform SR EN 10028-2:2004 [12].SR EN 10216-2:2003se refer la mrcile i condiiile tehnice de calitate ale oelurilor nealiate i aliate, rezistente la temperaturi i presiuni ridicate utilizate n principal pentru evi. SR EN 10028-2:2003stabilete condiiile tehnice de calitate pentru piesele forjate din oel carbon de calitate i aliate pentru cazane i recipiente sub presiune cu grosimea de maxim 500 mm. Prescripiile standardului nu se aplic pieselor forjate cu grosimi peste 500 mm ; pentru aceste piese forjate condiiile tehnice de calitate se stabilesc prin acord ntre pri. Piesele forjate se obin din lingouri sau semifabricate forjate sau laminate. Suprafeele pieselor forjate nu trebuie s aib crpturi, incluziuni nemetalice, urme de retasur vizibile cu ochiul liber.Piesele forjate se livreaz n stare tratat termic. Ele trebuie s fie marcate prin poansonare cu urmtoarele specificaii :- marca de fabricare a ntreprinderii producatoare ;- marca oelului ;- numarul arjei ;- simbolul tratamentului termic aplicat ;- categoria piesei ;- semnul organului de control tehnic al calitii ;-numarul lotului de tratament termic.Caracteristici mecanice: Tabelul 2.4Marca de oelLimita de curgere la 20oC; C20[N/mm2]Rezistena la traciune; Rm20[N/mm2]Alungirea la rupere; A5 [%]P235 GH 235 340...440 22P295 GH 295 450...590 18Compoziie chimic: Tabelul 2.5Marca de oelC Mn Si P S AlP235 GH max. 0.17 0,4...0,9 0,15...0,35 max. 0,04 max. 0.04 0,02...0,045P295 GH 0,12...0,2 0,9...1,4 max. 0,4max. 0,035max. 0,03 0,02...0,035Pentru confecionarea organelor de asamblare (uruburile cu care se realizeaz mbinrile flanelor) se aleg ca materiale 21CrMoV5-7 (prezoane) i C45E (piulie) n conformitate cu SR EN10269:2002.Acest standard se refer la oelurile carbon de calitate i oelurile aliate folosite la fabricarea organelor de asamblare destinate utilajelor i instalaiilor sub presiune, care lucreaz la temperaturi cuprinse ntre 100oC i 550oC, respective n medii care provoac fenomenul de coroziune fisurant sub tensiune. 16Ciobanu PetreProiect de an Caracteristici mecanice: Tabelul 2.6Marca de oelLimita de curgere la 20oC; C20[N/mm2]Rezistena la traciune; Rm20[N/mm2]Alungirea la rupere; A5 [%]21CrMoV5-7 590 780 14C45E 350 590 19Compoziie chimic: Tabelul 2.7Marca de oelC Mn Si Cr Ni Mo P S21Cr-MoV5-70,17...0,250,40...0,800,17...0,401,2...1,5max. 0,60.5 5...0,8max. 0,030max. 0,030C45E0,42...0,50,5...0,80,17...0.37max 0,3max. 0,3-max. 0,035max. 0,035Caracteristicile mecanice la temperatura de calcul: Limita de curgere convenional (tehnic) se calculeaz prin interpolare cu relaia: ( )12 12 11t tt ttctc tctc+ ,[N/mm2] , [N/m2];n care: tc - limita de curgere convenional la temperatura de calcul,[N/mm2] , [N/m2];

1tc - limita de curgere convenional la temperatura imediat inferioar temperaturii de calcul,[N/mm2] , [N/m2]; 2tc - limita de curgere convenionala la temperatura imediat superioara temperaturii de calcul,[N/mm2] , [N/m2];t- temperatura de calcul, [oC];t1 - temperatura imediat inferioar temperaturii de calcul, [oC];t2 - temperatura imediat superioar temperaturii de calcul, [oC].2.1.2 CALCULUL REZISTENELOR ADMISIBILEI STABILIREA COEFICIENTULUI DE REZISENTPENTRU MBINRILE SUDATE a) Calculul rezistenei admisibile la 20 oC (20a)Calculul rezistenei admisibile se face cu urmtoarea formul: 20amin

,_

ccrrc c20 20; , [N/mm2] , [N/m2];17Ciobanu PetreProiect de an n care:20a- este rezistena maxim admisibila materialului, [N/mm2] , [N/m2]; ( )202 , 020p cR - este limita tehnic de curgere a materialului, [N/mm2] , [N/m2] ;( )m rR - este limita de rupere a materialului, [N/mm2] , [N/m2] ; cr - este coeficientul global de siguran fa de rezistena la rupere a materialului;Se adopt : cr = 3,5. cc- este coeficientul global de siguran fa de limita tehnic de curgere a materialului;Se adopt : cc = 1,5 .b) Calculul rezistenei admisibile la temperatura de calcul ) (taSe noteaz cu t [oC] temperatura de calcul a componentei de utilaj considerate. Prin temperatur de calcul se nelege valoarea maxim a temperaturii de regim a peretelui metalic n cele mai severe condiii de solicitare mecanic. Potrivit prescripiilor tehnice ISCIR. C4/1-2003, tensiunea admisibil a materialului de baz, la temperatura de calcul t se stabilete cu urmtoarele formule:ta min{ }tata 2 1; , [N/mm2] , [N/m2];n care:ta1- reprezint tensiunea admisibil a materialului de baz n funcie de strile limit de curgere i de iniiere a ruperii, respectiv este acea tensiune admisibil specific solicitrilor de scurt durat (independente de factorul timp) i se calculeaz cu relaia :ta1 = min

,_

ctcrrtc c ;, [N/mm2] , [N/m2];unde: tc este limita de curgere convenional ( tehnic ) la temperatura de calcul n N/mm2 ; ta2- reprezint tensiunea admisibil a materialului de baz stabilit n funcie de strile limit dezvoltate n condiii de fluaj ( ruperea sau distrugerea prin fluaj ) i starea limit de deformaie prin fluaj. Se calculeaz cu relaia :ta2= min

,_

dtdftfc c;, [N/mm2] , [N/m2];unde : tf = Rt100000 / 1 este limita tehnic de fluajLimita convenional ( tehnic ) de fluaj, reprezint acel efort unitar, corespunztor seciunii iniiale a epruvetei i unei anumite temperaturi constante date, pentru care ntr-un interval de timp determinat, egal n general cu durata maxim de serviciu s- rezult o anumit deformaie remanent de fluaj sau o anumit vitez de fluaj wfmin. . Se exprim n N/mm2 i are simbolulf. trtdR100000 / este rezistena tehnic de durat.Rezistena convenional ( tehnic ) de durat reprezint acel efort unitar, corespunztor seciunii iniiale a epruvetei, pentru care, la o anumit temperatur constant dat, survine distrugerea( ruperea ) prin fluaj ntr-un interval de timp determinat r . Se exprim n N/mm2 i are simboluld .Valorile coeficienilor de siguran se stabilesc n funcie de modul de prelucrare al materialului de construcie i de agresivitatea mediului tehnologic sau a mediului de lucru:a) n cazul oelurilor prelucrate prin deformare plastic (laminate, forjate, matriate, cu excepia celor turnate) se impun urmtoarele valori :-pentru medii de lucru obinuite care nu provoac coroziunea fisurant sub sarcin i/sau care nu sunt letale18Ciobanu PetreProiect de an cr = 2,4;cc = 1,5;cf = 1,0 ; cd = 1,5.cf- coeficientul de siguran fa de limita tehnic de fluaj ;cd - coeficientul de siguran fa de rezistena tehnic de durat.-dac mediul de lucru este letal i (sau) provoaca coroziunea fisurant sub sarcin (CORFIS), coeficientul de sigurana se majoreaz cu circa 20% dup cum urmeaz :cr = 3,0;cc = 1,8;cf = 1,2; cd = 1,8.b) n cazul oelurilor turnate coeficienii de siguran precizai anterior se majoreaz dup cum urmeaz :-la elementele supuse controlului bucat cu bucat (control defectoscopic)coeficienii se majoreaz de 1,5 ori ;-daca controlul nu se face bucata cu bucat, coeficienii de siguran definii anterior se majoreaz de 1,4 ori. Caracteristicile mecanice privind fenomenul de fluaj se iau n consideraie dac temperatura de calcul t a materialului utilajului proiectat ndeplinete condiia :t f ttn care :tt - este temperatura de topire a materialului, [oC]; f - este coeficientul care are valorile :- 0,3 pentru materiale pure ;- 0,4 pentru oeluri ;- 0,6 pentru aliaje speciale.n cazul oelurilor caracteristicile mecanice privind fluajul (f,d,ta2 ) se iau n consideraie de la temperatura 380oC. n cazul n care se proiecteaz un schimbtor ce vehiculeaz produse toxice, letale, explozive sau care provoac coroziune fisurant sub tensiune, coeficienii de siguran anteriori ( cr, cc, cd, cf ) se majoreaz cu 20%. A. Pentru oelul P295GH avem:r = 450...590 N/mm2 20a = min,_

5 . 1295;4 . 2450= min(187,5 N/mm2; 196,6 N/mm2 ) 20a=187,5 N/mm2 ( ) 6 , 237 ) 200 228 (250 200228 25025012 12 11 + + t tt ttctc tctc N/mm2230a=min ,_

5 . 16 , 237;4 . 2450

230a=min(187,5;158,4) N/mm2230a= 158,4N/mm2B. Pentru oelul P265GH avem:r = 410...530 N/mm2 19Ciobanu PetreProiect de an 20a = min,_

5 . 1265;4 . 2410= min(170,83 N/mm2; 176,66 N/mm2 ) 20a=170,83N/mm2( ) 8 , 194 ) 200 230 (250 200188 20520512 12 11 + + t tt ttctc tctc N/mm2230a=min ,_

5 . 18 , 194;4 . 2410

230a=min(170,8;129,8) N/mm2230a= 129,8N/mm2C. Pentru oelul P235GH avem:r = 340...440 N/mm2 20a = min,_

5 . 1235;4 . 2340= min(141,6 N/mm2; 156,6 N/mm2 ) 20a=141,6N/mm2( ) 173 ) 200 230 (250 200167 18218212 12 11 + + t tt ttctc tctc N/mm2230c=173N/mm2230a=min ,_

5 . 1173;4 . 2340

230a=min(141,6;115,3) N/mm2230a= 115,3N/mm2D. Pentru oelul C45E avem:r = 590 N/mm2 20a = min,_

5 . 1350;4 . 2590= min(245,83 N/mm2; 233,3 N/mm2 ) 20a=233,33/mm2( ) 3 , 272 ) 200 230 (300 200245 28428412 12 11 + + t tt ttctc tctc N/mm2230c=272,3N/mm2230a=min ,_

5 . 13 , 272;4 . 2590

230a=min(245,83;181,5) N/mm2230a= 181,5N/mm220Ciobanu PetreProiect de an E. Pentru oelul 21CrMoV5-7 avem:r = 780 N/mm2 20a = min,_

5 . 1590;4 . 2780= min(325 N/mm2; 393,3 N/mm2 ) 20a=325N/mm2( ) 488 ) 200 230 (300 200460 50050012 12 11 + + t tt ttctc tctc N/mm2 230a=min ,_

5 . 1488;4 . 2780

230a=min(325;325,3) N/mm2230a= 325N/mm22.2 CALCULUL COEFICIENILOR DE REZISTENAL MBINRILOR SUDATEPentru micorarea pierderilor de cldur spre exterior, pe mantaua schimbtorului de cldur se aplic un strat de izolaie termic, grosimea acesteia rezultnd pe baza pierderilor de energie termic admise prin izolaie i se va folosi vata mineral.In cazul utilajelor de rafinrie, la care mbinarea elementelor componenete se realizeaz prin sudare, pentru determinarea i alegerea rezistenei admisibile este necesar s se in seama i de coeficientul de sudur numit i cifra de calitate a cordonului de sudur, notat cu .Coeficientul de rezisten cuprinde o serie de factori dintre care cei mai importani sunt:- tipul mbinrii sudate;- modul i mijloacele de control ale cordonului (radiografiere,ultrasunete);- proprietile fizico-mecanice ale mbinrii prin sudare. ntruct la nivelul mbinrilor sudate se produce o diminuare a capacitii portante att la nivelul custurii ct i n zona influenat termic se materializeaz defecte de material i structur, zonele aferente acestor mbinri sudate se caracterizeaz printr-o ncrcare mai mic dect a materialului de baz.n aceste condiii pentru o dimensionare corespunztoare a componentelor de utilaj este necesar corectarea tensiunilor admisibile ale materialului de baz corespunztor diminurii capacitii portante la nivelul mbinrii sudate.Se definete tensiunea admisibil a unui material la nivelul imbinrii sudate:a,st= a t , [N/mm2] , [N/m2],n care :1 este coeficientul de calitate ( sau coeficientul de rezisten sau cifra de rezisten ) a mbinrii sudate;Acest coeficient de rezisten reflect diminuarea capacitii de rezisten a materialului la nivelul custurii i n ZIT.Formula general pentru calculul coeficientului de rezisten al sudurii este urmtoarea:= k1 k2 k3 k4 o n care:k1 - este coeficientul de corecie ce ine seama de sudabilitatea materialului de baz.k2 - este coeficientul de corecie ce ine seama de tratamentul termic de detensionare.k3 - este coeficientul de corecie ce ine seama de examinarea defectoscopic nedistructiv prin radiografie sau gamagrafiere.21Ciobanu PetreProiect de an k4 - este coeficientul de corecie ce ine seama de ncercrile mecanice distructive i de examinarea aspectului exterior.o - este coeficientul teoretic sau maxim al mbinrii sudate n funcie de tipul mbinrii sudate ; de modul de prelucrare al marginilor pieselor ; de procedeul de sudare. Valoarea se alegedin [5], pag. 143, tab. 4.19.Determinarea cifrei de calitate a mbinrii sudate se face cu relaia :% Mn + % Cr + % Ni + %SiValorile coeficienilor se aleg din [5], pag. 144, tab. 4.20.Pentru oelul P265GH, avem :% Mn + % Cr + % Ni + % Si = 1.85 % Din [2], tab. 4, pag. 142, oelul se ncadreaz n grupa de sudabilitate I a (simbol B). Corespunztor acestei grupe de sudabilitate se aleg valorile coeficienilor de corecie : k1 =1, grupa I de sudabilitate; k2 = 0.94, nu se face tratament termic de detensionare; k3 = 0.95, examinarea defectoscopic nedistructiv este parial; k4 = 1, ncercri mecanice pariale.Sudur cap la cap n X, execuie automat sub flux: 0 = 1Deci, avem c : = 1 1 0.940.95 1 = 0.89 Rezistena admisibil a materialului la temperatura de calcul este :ta= 129,86 N/mm2 tatas * = 115,57 N/mm2

Pentru oelul P235GH folosit pentru evi, avem :% Mn + % Cr + % Ni + %Si=0,8 % + 0, % + 0 % + 0,3 % = 1,1 % k1 =1, grupa I de sudabilitate; k2 = 1, se face tratament termic de detensionaresudur plac tubular; k3 = 0.95, examinarea defectoscopic nedistructiv este total; k4 = 1, ncercri mecanice complete, se execut n totalitate.Se alege: o =0.8, se va face sudur incomplet pe o singur parte fr completare la rdcin, WIG normal .Deci, avem c : =0.8 1 1 1 1 = 0.8. Rezistena admisibil a materialului la temperatura de calcul este :ta= 115.33 N/mm2 tatas * = 92.26 N/mm2

CAPITOLUL IIICALCULUL I ALEGEREA DIMENSIUNILOR TEHNOLOGICE I DEGABARIT ALE SCHIMBTORULUI DE CLDURAceast etap are drept scop verificarea corelaiilor existente ntre aria suprafeei de schimb de cldur, numrul si dimensiunile evilor,respectiv diametrul interior al mantalei. n alegerea numrului i dimensiunilor evilor se va ine cont ca datorit grosimii plcii tubulare i a grosimii cumulate a icanelor 22Ciobanu PetreProiect de an transversale, precum i datorit modului de amplasare a racordurilor nu se poate asigura o suprafa integral de utilizare a plcii tubulare. Suprafaa efectiv de schimb de cldur trebuie s fie egal cu suprafaa tehnologic.Pentru materialul tubular, se aleg evi cu urmtoarele caracteristici:- diametrul exterior de = 25 mm;- lungimea evii LT = 6000 mm;- pasul de dispunere t = 1.25 de, deci t = 1.25 25 = 31,3 mm, se adopt t = 32mm;- diametru interior di = 20 mm;- numrul de evi se calculeaz cu formula: innd cont c pentru realizarea suprafeei de schimb de cldur A, n m2, se folosesc evi cu lungimea LTi diametrul exterior de, sepoate deduce numrul de evi necesare realizrii suprafeei de schimb de cldur A:

22 , 3346000 * 25 *10 * 150 * 05 , 1* **6 ' T eL dA kn

Se alege n = 336 evi. evile i orificiile n plcile tubulare i n icane se amplaseaz n ptrat (P), sau n triunghi (T) cu pasul, conform urmtorului tabel i cu respectarea razei minime de curbur, conform SR 8566:1998: Pasul dintre tevi: Tabelul 2.8. Diametrul exterior al evilor[mm] 20 25Pasul, (t); [mm] 26 32Fig 3.1Dispunerea evilor n placa tubular, cu amplasare n triunghi.Se calculeaz diametrul de nscriere al ultimului hexagon, astfel:23Ciobanu PetreProiect de an 8 1 , 6 8 66 0 0 0 * 2 5 * 8 , 08 6 6 , 0 * 1 0 * 1 5 0 * 0 5 , 1*3 2 * 2* *8 6 6 , 0 * * 26"' T epL d kA k tDmmK =1.03 ..1.05,K =0.75 ..0.80Secalculeaz diametrul interior al mantalei cu formula:a d D De p i2 + + mm Di81 , 771 30 * 2 25 81 , 686 + + a = jocul dintre peretele evii extreme i corpul aparatului, [mm] a =15..30 mmPentru schimbtoarele de cldur tubulare cu cap mobil, a are valori mai mari.Se adopt DiSTAS = 800 mm.22 , 33432 * 866 , 0 * 476 , 686 * * 78 , 0* 866 , 0 * 4* *2222 " tD knp se adopt n=336 guriAlegerea presiunilor nominale se face pe baza formulei: taac np p20 - pentru circuitul mantalei:118 , 186 , 12983 , 17085 , 0 np N/mm2Se adopt pn = 16 bar = 1.6 MPa- pentru circuit evi:166 , 13 , 1156 , 14195 , 0 np N/mm2 Se adopt pn = 16 bar= 1.6 MPa.24Ciobanu PetreProiect de an Stabilirea numrului de virole necesar executrii schimbtorului de cldur.In tabel exemplu de livrare a tablelor de productori. Din calculele efectuate mai jos a reieit c:Lschimbator=7156 mmLmanta=5830 mmLcamera de distributie=566 mmLcapac mare=550 mmMantaua se poate executa din 2 virole de 2200mm (2*2200=4400) i o virol de 1430mm, sau din 2 virole de 2500mm(2*2500=5000) i o virol de 830mm.Rezult, c pentru executarea schimbtorului de cldur sunt necesare 3 virole pentru manta.25Ciobanu PetreProiect de an CAPITOLUL IVCALCULUL DE REZISTEN AL PRINCIPALELOR ELEMENTE SUPUSE ACIUNII PRESIUNIIDimensionarea principalelor elemente ale schimbtorelor de cldur se face n funcie de :- presiunea de calcul prin circuitul respectiv ;- diametrul exterior al mantalei ;- rezistena admisibil a materialului i coeficientul de rezisten al mbinrii sudate.4.1. DIMENSIONAREAMANTALEIMantaua cilindric este supus aciunii unei presiuni interioare uniforme.Cunoscnd rezistenele admisibile att ale materialului de baz ct i a mbinrilor sudate, pe baza unei teorii de rezisten se va determina expresia grosimii de rezisten a mantalei recipientului.Pentru dimensionarea mantalei se cunosc:- diametrul interior al mantalei, Di = 800 mm;- presiunea de calcul, pc = 0.85 MPa;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89. Fig. 4.1VirolamantaGrosimea de proiectare a mantalei se calculeaz cu relaia: S>Snec = Sn +c1 +c2

unde: 26Ciobanu PetreProiect de an ctai cnPD PS * * 2*

85 , 0 86 , 129 * 89 , 0 * 2800 * 85 , 0nS = 2,952mmc2= 18%(Sn+c1)c2= 0,18(2,952+2)= 0,89mm Snec=2,952+2+0,89= 5,842mm

n care: Sn - grosimea de rezisten a mantalei;C1 - 2 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 - adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor; Pc - presiunea de calcul; Di - diametrul interior al mantalei; - coeficient de siguran a mbinrii sudate;ta - tensiunea admisibil a materialului din care este confecionat mantauala temperatura de calcul.Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mm.Conform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mmPentru confecionarea mantalei se aleg virole conform SR EN 10029-1995, cu urmtoarele dimensiuni:- lungime: L = 5000...12000 mm- lime: l = 1500...4000 mm Fig. 4.2 Virola dimensiune standardizataPresiunea de calcul la verificarea mantalei este:) (* ) ( 212 1c s Dc c spn ita nc + [MPa][2.34] ) 2 12 ( 80089 , 0 * 86 , 129 * ) 89 , 0 2 12 ( * 2 + cp= 2,599MPa>0,85MPa 4.2.DIMENSIONAREA VIROLEI I A FUNDULUI CAPACULUI FIX (CAPACMARE) Pentru dimensionarea virolei se cunosc:- diametrul interior al virolei fundului capacului fix, Di = 900 mm;- presiunea de control, pc = 0.85 MPa;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;27Ciobanu PetreProiect de an - adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89.

Fig. 4.3 Virola mantaGrosimea de rezisten a virolei se determin cu relaia [1]: ctai cvPD PS * * 2*, [mm]unde:pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm]; = coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];85 , 0 86 , 129 * 89 , 0 * 2900 * 85 , 0vS= 3,331mmGrosimea de proiectare a virolei se determin cu relaia:Sv,p = Sv +c1 +c2c2= 18%(Sn+c1)c2= 0,18(3,331+2)= 0,95mm Svp=3,331+2+0,95= 6,29mmunde: Sv,p - grosimea de rezisten a virolei;C1 = 3 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mm.Conform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mmPentru dimensionarea fundului capacului fix se cunosc:- diametrul interior al fundului capacului fix, Di = 900 mm;- presiunea de control, pc = 0.85 MPa;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;-coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0,89.Grosimea de rezisten a fundului capacului fix se determin cu relaia [1]:tai cfk D PS * * 4* *5, [mm];unde:28Ciobanu PetreProiect de an pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm]; = coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];ks = factorul de form al fundului bombat realizat prin ambutisare, se determin din monogram ks=2. 86 , 129 * 89 , 0 * 42 * 900 * 85 , 0fS= 3,30 mm

Fig. 4.4Fundul capacului mareGrosimea de proiectare a fundurilor elipsoidale se determin cu relaia: Sf,p = Sf +C1 +C2 + C3C2=(1218)%(Sf+C1)C2=0,18(3,30+2)= 0,954 mmSf,p= 3,30 + 2 + 0,954+ 1,2 = 7,454 mmunde: Sf,p - grosimea de rezisten a fundului;C1 = 2 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Conform SR EN 10029-1995se alege SfSTAS = 12 mm.Presiunea de calcul la verificarea elementului este: 51** ) ( * 4k Dc spita fpc [MPa]

2 * 90089 . 0 * 86 . 129 ) 2 45 . 7 ( * 4 cp=1,39 MPa>0,85 MPa4.3DIMENSIONAREA VIROLEI CAMEREI DE DISTRIBUIEPentru dimensionarea virolei se cunosc:- diametrul interior al virolei fundului capacului fix, Di = 800 mm;- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura de calcul, tc = 60 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89.Grosimea de rezisten a virolei se determin cu relaia [1]: ctai ccdPD PS * * 2* [mm];unde:pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm];29Ciobanu PetreProiect de an = coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2]; 95 . 0 86 . 129 * 89 . 0 * 2800 * 95 . 0cdS = 3,31 mmGrosimea de proiectare a virolei se determin cu relaia: Scd,p = Scd +C1 +C2 = 3,31 + 2 + 0.95= 6,26 mm C2=(1218)%(Sf+C1)C2=0,18(3,31+2)= 0,955 mm unde: Scd,p - grosimea de rezisten a virolei camerei de distribuie;C1 = 3 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 - adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mmConform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mm.4.4 DIMENSIONAREA ASAMBLRII PRIN FLANE DINTRE VIROLA CAMEREI DE DISTRIBUIE I MANTADin STAS 9801/6 se alege flana cu gt pentru sudare, cu suprafaa de etanare plan cu umr. Tabel 4.130Ciobanu PetreProiect de an Schia flanei, mpreun cu principalele dimensiuni (conform bibliografie primit) este dat n figura urmtoare: Figura 4.5 Flana cu gtDin tabel 4.1 s-au ales urmatoarele dimensiuni n functie de diametrul interior calculat: Dimensiunileflanei: Tabelul4.2Dndi [mm]de [mm]d1 [mm]d2 [mm]nd3 [mm]d4 [mm]s [mm]b [mm]h1 [mm]h2 [mm]r [mm]800 800 824 990 935 36x27 860 12 62 123 20 12Suprafaa de etanare PASimbol filetPresiune nominalaPnc= 900 M27 16Condiiile de proiectare sunt:- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura mediului ambiant, t = 20 oC;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7Efortul admisibil n prezoane:-la temperatura de calcul:3 . 3935 . 1590230230 scascfN/mm2- la temperatura mediului ambiant:6 . 2165 . 13252020 scascf N/mm2Efortul admisibil n flan:-la temperatura de calcul:230aff=min ,_

5 . 16 , 237;4 . 2450

230aff=min(187,5;158,4) N/mm231Ciobanu PetreProiect de an 230aff=158,4N/mm2- la temperatura mediului ambiant:20aff = rrc20=187,5 N/mm24.5 DETERMINAREA UNGHIULUI LA GTUL FLANEI Se fac urmtoarele notaii: D = di ; D1 = d1 ; D2 = d2 ; D4 = d4, s = sp0302800 860241ipd dS mmL = h1 - h2 b = 123-20-62=41 mmD = diametrul interior al flanei, [mm];D1 = diametrul exterior al flanei, [mm];D2 = diametrul cercurilor de aezare al uruburilor, [mm];D4 = diametrul cercurilor de nceput al gtului flanei, [mm];sp0 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre elementul de recipient, [mm];sp1 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre taler, [mm];h = grosimea talerului flanei, [mm];L = lungimea gtului flanei, [mm]; Fig. 4.6 Determinarea unghiului la gatul flansei

' 00 170 23 372 . 0439 . 04112 3031...41 arctgLs stgtgp p 4.6DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DE ETANARESe alege garnitura metaloplastic cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 890 mm; Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 864 mm;g grosimea garniturii; g = 3mm32Ciobanu PetreProiect de an Fig. 4.7. Garnitura metaloplasticb - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garniturii.n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete limea de referin b0 a garniturii.m coeficient specific garniturii; m = 3,75;q presiunea de strngere specific garniturii; q = 32,4 N/mm2 Valoarea limii de referin i diametrul cercului pe care este repartizat garnitura:Schema de ncrcare:

Fig.4.8 Flana cu gt402910 99022 10d dB mm20240200 Bb mmunde:b0 limea de referin a garniturii b limea eficace a garniturii B0 limea de strngere a garniturii + 20 52 . 2 52 . 20b b= 11,26 mm D3 = Dec-2b = 890 2 11,26 = 867,48 mm unde:D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii Dec = diametrul de contact exterior33Ciobanu PetreProiect de an

Fig. 4.9 Dimensiunile garniturii metaloplastice4.7VALORILE FORELOR CE ACIONEAZ ASUPRA MBINRILOR

Fig. 4.10Valorile forelor ce acioneaz asupra imbinrilorForele ce acioneaz asupra mbinrii vor fi:- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3bq=*867,48*11,26*32,4=994243,462 N- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPc=2*867,48*11,26*3,75*0,95=218641,502 N - FT fora hidrostatic diferenial:FT = (/4)(D32-D2)Pc=(/4)(870,482-8002)0,95=83955,508 N- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 Pc=(/4)(867,482*0,95)= 561477,591 N - Ps - fora total de strngere din uruburi n condiii de regim:Ps = FG+ FD +FT=218641,502 +561477,591+83955,508= 1296840,472 N- Ps,0 fora total de strngere din prezoane n condiii de montaj sau de strngere i care se consider egal cu fora teoretic de strngere Ps,0 = Fq = 994243,462 N4.8 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELE MBINRII PRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTEN A PREZOANELOR 34Ciobanu PetreProiect de an Se calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2). 228 . 45906 , 216426 , 99424320 asqqFAmm2

- Ar - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile de exploatare: 22230230/ 46 , 1408 , 23 , 393mm NcF F FAsasastcasT G Dr + + Ar = 9232,809 mm2- Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:Anec = max(Aq,Ar)=max(4590,228; 9232,809)Anec = 9232,809 mm2- Aef - aria total efectiv a seciunii transversale a tuturor uruburilor, determinate la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:467 , 226194800 *364* id ef necdn A n A A mm2

se verific condiia Aef > AnecSolicitarea garniturii pentru condiiile de strngere:mm Bmm BBq DABB Btcas ef4099 , 174 , 32 48 , 867 246 , 140 467 , 2261920min03min0 min Flana este bine aleas.4.12 DIMENSIONAREAASAMBLRII PRIN FLANE DINTRE VIROLA CAMEREI DE DISTRIBUIE I CAPACUL PLATDin STAS 9801/6 se alege flana cu gt pentru sudare, cu suprafaa de etanare plan cu umr.38Ciobanu PetreProiect de an

Fig. 4.12 SchiaflaneiDin tabel 4.1 s-au ales urmatoarele dimensiuni n functie de diametrul interior calculat. Elementele dimensionale:Tabelul 4.3Dndi [mm]de [mm]d1 [mm]d2 [mm]nd3 [mm]d4 [mm]s [mm]b [mm]h1 [mm]h2 [mm]r [mm]800 800 824 990 910 36x27 860 12 62 123 20 12Suprafaa de etanare PASimbol filetPresiune nominalaPnc= 900 M27 16Condiiile de proiectare sunt:- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura mediului ambiant, t = 20 oC;- temperatura de calcul, tc = 60 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7;Efortul admisibil n prezoane:-la temperatura de calcul:3 . 3935 . 15906060 scascfN/mm2- la temperatura mediului ambiant:6 . 2165 . 13252020 scascf N/mm2Efortul admisibil n flan:-la temperatura de calcul:88 , 124 ;60 6060

,_

rrccasc cf N/mm2- la temperatura mediului ambiant:1406060

,_

ccascfN/mm24.13.DETERMINAREA UNGHIULUI LA GTUL FLANEI 39Ciobanu PetreProiect de an Se fac urmtoarele notaii: D = di ; D1 = d1 ; D2 = d2 ; D4 = d4, s = sp0302800 860241ipd dS mmL = h1 - h2 b = 123-20-62=41 mmD = diametrul interior al flanei, [mm];D1 = diametrul exterior al flanei, [mm];D2 = diametrul cercurilor de aezare al uruburilor, [mm];D4 = diametrul cercurilor de nceput al gtului flanei, [mm];sp0 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre elementul de recipient, [mm];sp1 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre taler, [mm];h = grosimea talerului flanei, [mm];L = lungimea gtului flanei, [mm]; Fig. 4.13 Determinarea unghiului la gtul flanei

' 00 170 23 372 . 0439 . 04112 3031...41 arctgLs stgtgp p4.14 DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DE ETANARE Se alege garnitur metaloplastic cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 890 mm; Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 864 mm;g grosimea garniturii; g = 3mm

Fig. 4.14. Garnitura metaloplasticab - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garniturii.n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete limea de referin b0 a garniturii.m coeficient specific garniturii; m = 3,75;40Ciobanu PetreProiect de an q presiunea de strngere specific garniturii; q = 32,4 N/mm2 n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete conform ISCIR limea de referin b0 a garniturii.402910 99022 10d dB mm20240200 Bb mmunde:b0 limea de referin a garniturii b limea eficace a garniturii B0 limea de strngere a garniturii + 20 52 . 2 52 . 20b b= 11,26 mm D3 = Dec-2b = 890 2 11,26 = 867,48 mm unde:D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii Dec = diametrul de contact exterior

Fig. 4.15Dimensiunilegarniturii metaloplastice4.15 VALORILE FORELOR CE ACIONEAZA ASUPRA MBINRILOR 41Ciobanu PetreProiect de an Fig. 4.16Forele ce acioneaza asupra mbinrilorForele ce acioneaz asupra mbinrii vor fi:- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3bq=*867,48*11,26*32,4=994243,462 N- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPc=2*867,48*11,26*3,75*0,95=218641,502 N - FT fora hidrostatic diferenial:FT = (/4)(D32-D2)Pc=(/4)(867,482-8002)0,95=83955,508 N- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 Pc=(/4)(867,482*0,95)= 561477,591 N - Ps - fora total de strngere din uruburi n condiii de regim:Ps = FG+ FD +FT=218641,502 +561477,591+83955,508= 1296840,472 N- Ps,0 fora total de strngere din prezoane n condiii de montaj sau de strngere i care se consider egal cu fora teoretic de strngere Ps,0 = Fq = 994243,462 N4.16VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELE MBINRII PRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTENA PREZOANELORSe calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2).

364 , 2605325462 , 94424320 asqqFAmm2

- Ar - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile de exploatare: 226060/ 57 , 1928 , 22 , 539mm NcF F FAsasastcasT G Dr + + Ar = 6734,384 mm242Ciobanu PetreProiect de an - Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:Anec = max(Aq,Ar)=max(2605,364;6734,384)Anec = 6734,384 mm2- Aef - aria total efectiv a seciunii transversale a tuturor uruburilor, determinate la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:644 , 150794800 *244* id ef necdn A n A A mm2

se verific condiia Aef > AnecSolicitarea garniturii pentru condiiile de strngere:mm Bmm BBq DABB Btcas ef40831 , 164 , 32 48 , 847 257 , 192 644 , 1507920min03min0 min Flana este bine aleas.4.20DIMENSIONAREA PLCILOR TUBULARE4.20.1DIMENSIONAREA PLCII TUBULARE FIXE Schema de calcul este prezentat n figura 4.17 :45Ciobanu PetreProiect de an Fig.4.17 Schema de calcul1- placa tubular fix;2- fascicol tubular;3- flan camer de distribuie;4- virol camer de distribuie;5- virol manta;3-flan corp.Pentru schimbtoarele de cldur cu cap mobil, grosimea de proiectare aplcii tubulare fixe se determin cu relaia:, , 1 2 3 p f p fs c c c mm 1 + + + + ] unde:- p,f - grosimea de rezisten a placii tubulare fixe;- c1 - adaosul de coroziunepe ambele fee, c1 = 3 mm;- c2 nlimea pragului interior al plcii tubulare, c2 = 5 mm;- c3 nlimea pragului exterior al plcii tubulare, c3 = 5 mm;,2c cp faiD pmm 1 ] unde: - pc - presiunea de calcul, pc = max (pT, pM) = max (0,95;0,85) = 0,95 MPa;- a -rezistena admisibil a materialului plcii la ncovoiere, a=158 N/mm2- Dc - diametrul de calcul al capacului Se adopt garnitura cu urmtoarele dimensiuni: - D1 - diametrul exterior al garniturii; D1 = 890 mm; - D2 - diametrul interior al garniturii; D2 = 864 mm;- g grosimea garniturii; g = 4 mm.46Ciobanu PetreProiect de an

Fig.4.18 Schema de calculmmD DB 132864 89021 20 mmBb 5 , 6213200 unde: b0 limea de referin a garniturii b limea eficace a garniturii B0 limea de strngere a garnituriimm b b 424 , 6 25 , 20 D3 = D1-2b = 864 (2 6,424) = 851,152 mmunde: - D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii- D1 = diametrul de contact exterior mmf p66 , 4615895 , 02152 , 851, f ps, 46,66+3+5+5=59,66 mmDin considerente constructive, se adopt sp,f = 60 mm.4.20.2 DIMENSIONAREA PLCII TUBULARE MOBILE 47Ciobanu PetreProiect de an Tabel 4.4Din tabelul 4.4 se aleg ajuttor dimensiunile conform diametrului interior calculat(Di=800).48Ciobanu PetreProiect de an Schema de calcul este prezentat in figura 4.19: Fig.4.19 Schema de calcul1- plac tubular mobil;2- inel din dou jumti;3- flana capacului mic;4- capacul camerei de ntoarcere;5- eav.Pentru schimbtoarele de cldur cu cap mobil, grosimea de proiectare aplcii tubulare mobile se determin cu relaia:, , 1 2 3 p m p ms c c c mm 1 + + + + ]

unde:- p,m - grosimea de rezisten a placii tubulare mobile;- c1 - adaosul de coroziune pe ambele fee, c1 = 6 mm;- c2 nlimea pragului interior al plcii tubulare, c2 = 5 mm;- c3 nlimea pragului exterior al plcii tubulare, c3 = 5 mm;,2c cp maiD pmm 1 ]

unde: - pc - presiunea de calcul, pc = max (pT, pM) = max (0,95, 0,85) = 0,95 MPa;- a - rezistena admisibil a materialului plcii la ncovoiere,a=158N/mm2 - Dc - diametrul de calcul al capacului.Se adopt garnitura cu urmtoarele dimensiuni: - D1 - diametrul exterior al garniturii; D1 = 790 mm; - D2 - diametrul interior al garniturii; D2 = 784 mm;- g grosimea garniturii; g = 3 mm. 49Ciobanu PetreProiect de an Fig.4.20 Schemade calcul mmD DB 132764 79021 20 mmBb 5 , 6213200 unde: b0 limea de referin a garniturii b limea eficace a garniturii B0 limea de strngere a garnituriimm b b 424 , 6 25 , 20 D3 = D1-2b = 790 2 6,424 = 777,152 mmunde: - D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii- D1 = diametrul de contact exterior mmm p61 , 4215895 , 02152 , 777, m ps, 42,61+3+5+5= 55,61Din considerente constructive, se adopt sp,m = 60 mm.4.21CALCULUL ELEMENTELOR CAPULUI MOBIL(CALOT SFERIC, FLAN, INEL DE STRNGERE)50Ciobanu PetreProiect de an Se cunosc: D1 = 875 mm; n x d3 = 40 x 26; uruburi M30; D =760 mm; D2 = 827 mm; R = 800 mm; H = 200 mm; =30o.4.21.1 CALCULUL CALOTEI SFERICE 1.)supus la presiune pe partea concav (interioar)Grosimea de proiectare a calotei sferice se determin cu relaia:spc = sc +c1 +c2 [mm]

unde: sc - grosimea de rezisten a calotei;c1 = 2 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;c2 adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;( ) mm c s cc23 , 1 ) 2 879 , 4 ( 18 , 0 ) %( 18 ... 121 2 + z fR psacc 65879 , 41 * 8 , 129 * 6800 * 95 , 0 * 5 csunde: R= raza interioar de curburz = 1, pentru fund sferic neracordat ambutisat;fa = tensiunea admisibil a materialului P265 GH, la temperatura de calcul,fa = a230 = 129,8 N/mm2.spc = 4,879+2 +1.23 =8,109 mmConform SR EN 10029:1995se alege SpcSTAS = 12 mm.Presiunea de calcul la verificarea elementului:( )( ) +11* 2c s Rc s z fppp ac1,96>0,95MPa2.)supus la presiune pe partea convex (exterioar)Relaiile de calcul sunt aplicate n toate cazurile n care sunt ndeplinite condiiile:1 , 0 125 ,. 08002 121 , 01 Dc sp5 , 0 25 , 08002005 , 0 2 , 0 DHDHNu se dimensionez la presiune pe partea convex.4.21.2 CALCULUL FLANEI CAPACULUI MOBIL 51Ciobanu PetreProiect de an

Fig.4.21 Shema de calculCondiiile de proiectare sunt:- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura mediului ambiant, t = 20 oC;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7;Efortul admisibil n prezoane:-la temperatura de calcul:3 . 3935 . 1590230230 scascfN/mm2- la temperatura mediului ambiant:6 . 2165 . 13252020 scascf N/mm2Efortul admisibil n flan:-la temperatura de calcul:230aff=min ,_

5 . 16 , 237;4 . 2450

230aff=min(187,5;158,4) N/mm2230aff=158,4N/mm2- la temperatura mediului ambiant:20aff = rrc20=187,5 N/mm24.21.3DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DE ETANARE 52Ciobanu PetreProiect de an Se alege garnitura metaloplastic, cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 790 mm; Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 764 mm;g grosimea garniturii; g = 3mmm coeficient specific garniturii; m = 3;q presiunea de strngere specific garniturii; q = 52,4 N/mm2

Fig. 4.22Garniturametaloplasticab - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garnituriin funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete conform ISCIR limea de referin b0 a garniturii.132764 79022 10d dBmmBb 3 , 6 5 , 6213200> unde: b0 limea de referin a garnituriib limea eficace a garnituriiB0 limea de strngere a garniturii02,52 6.4b b mm D3 = Dec-2b = 790 2 6.4 = 777,2 mmunde: - D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii- Dec = diametrul de contact exterior 4.21.4VALORILE FORELOR CE ACIONEAZ ASUPRA MBINRILOR Forele ce acioneaz asupra mbinrii vor fi:- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3bq Fq = 818830,339N- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPcFG = 89071,239N- FT fora hidrostatic diferenial:FT = (/4)(D32-D2)Pc= (/4)(777,22-7602)*0,95=19727,511NFT = 19727,511N- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 PcFD = 430963,680N4.21.5 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELE MBINRII PRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTEN53Ciobanu PetreProiect de an A PREZOANELOR- se calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2). 380 , 37806 , 216339 , 81883020 asqqfFA mm2 - Ar - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru, necesar n condiiile de exploatare:

807 , 1660325511 , 19727 239 , 89071 680 , 430963230+ ++ +asT G DrF F FAmm2 - Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:Anec = max(Aq,Ar)Anec = 3780,380 mm2- Aef - aria total efectiv a seciunii transversale a tuturor uruburilor, determinate la fundul filetului sau n zona celui mai mic diametru:865 , 198544790 *324* id ef necdn A n A Amm2

se verific condiia Aef > AnecSolicitarea garniturii pentru condiiile de strngere:mm BBBq DABB Btcas ef1330 , 124 , 52 2 , 777 2325 865 , 1985420min03min0 min Mc = 537907650,667 Nmm4.21.7CALCULUL GROSIMII FLANEI Grosimea de proiectare a flanei h va fi:J F F h + + 2 Cu condiia:2pch s 1 Mk R=0,5D=0,8*760=608( ) D D fD R D pFafc 12302 284 ( )702 , 4760 875 4 , 158 8760 608 4 760 95 , 02 2 F 515 , 63686760 875760 875760 4 , 158667 , 537907650 111230++D DD DD fM kJafc MN/mm2

05 , 80 515 , 63686 702 , 4 702 , 42 2 + + + + J F F h mm55Ciobanu PetreProiect de an h=80 mm 4.21.8 CALCULUL INELULUI DE STRNGERE AL CAPULUI MOBILInelul de strngere al capului mobil este realizat din oel P265 GH, conformSR EN 10028-2-1996.Dimensiunile inelului de strngere sunt alese constructiv, funcie de dimensiunile flanei capului mobil, dimensiuni ce au fost calculate anterior, i sunt prezentate n figura 2.23.

Fig.4.23 Dimensiunea flanei capului mobil4.22 CALCULUL DE CONSOLIDARE AL ORIFICIILOR CU METODA COMPENSRII56Ciobanu PetreProiect de an Figura 4.24 Schia modelului de calcul de consolidare al orificiilor - Metoda A.S.M.E.Schia modelului de calcul pentru calcul de consolidare al orificiilor prin metoda A.S.M.E. este dat n figura 5.1. In aceast figur intervin urmtoarele notaii, notaii ce vor fi folosite i pe parcursul calcului analitic:dn - diametrul nominal al tuului mm]de - diametrul exterior al tuului [mm]di - diametrul interior al tuului [mm]D - diametrul interior al mantalei [mm]Di - diametrul inelului de consolidare [mm]sm , sR - grosimea nominal a peretelui mantalei, respectiv a racordului [mm]rRs ,rms- grosimea de rezisten a mantalei, respectiv a racordului [mm]oRs ,oms- grosimea excedentar a mantalei, respectiv a racordului [mm]si - grosimea inelului de consolidare [mm]hi - limea interioar mantalei a dreptunghiului de eficien [mm]he - limea exterioar mantalei a dreptunghiului de eficien [mm]L - semilungimea dreptunghiului de eficien [mm]Aind - aria ndeprtat prin practicarea orificiului [mm2]Am - aria disponibil pentru compensare n manta [mm2]AR - aria disponibil pentru compensare n racord [mm2]Ai - aria disponibil pentru compensare n inel [mm2]20f a, ,20s a, - rezistena maxim admisibil a materialului tuului [N/mm2], [N/m2] 20m a,- rezistena maxim admisibil a materialului mantalei [N/mm2] , [N/m2]Condiia pe care trebuie s o ndeplineasc un orificiu este ca suprafaa seciunii din materialul decupat s fie nlocuit cu o suprafa cel puin echivalent din cadruldreptunghiului de consolidare.Aplicarea consolidrii nu este necesar dac diametrul orificiului rmne sub valoarea:( )11]1

,_

1 111lim875 , 0 2 c c s Dsc sdp ipn care:sp grosimea de proiectare a nveliului, n mm;s1 grosimea de rezisten a nveliului, n mm;57Ciobanu PetreProiect de an Didiametrul interior decalcul al elementului derecipient pecareseaflamplasat orificiul, n mm;c1 adaosul de coroziune, n mm.( ) mm d 87 , 123 2 2 12 800 875 , 029 , 62 122lim1]1

,_

S-a ales pentru compartimentul manta racorduri de intrare i ieire produs de Dn 100 (R1, R2).Deoarece di + n condiii de IPH: ]; / [ ,) ( 2) (211,.mm Nc sc s d ptcRR e phIPHR c < + ]; / [ , 61 , 102 60 , 16) 2 6 ( 1 2) 2 6 3 , 114 ( 25 , 122 , 1 ,.mm NIPHR R c< + 61 , 102 3 , 115 89 , 0 tc N/mm2

Pentru racordul R3 i R4: Conform SR 404-1:1998, pentru Dn 150, diametrul exterior al tubulaturii racordului de = 168,3x7 mm]; [ , 69 , 2 295 , 0 3 , 115 1 23 , 168 95 , 04 , 3mm s sSTAS R R ++ Se adopt sR = 7 mmVerificarea condiiilor de rezisten62Ciobanu PetreProiect de an n condiii de regim:]; [ ,) ( 21120, ',MPa pc s dc spcR eR R aR c>+ unde:a,r20 tensiunea admisibil a materialului din eav din care se confecioneaz racordurile recipientului la temperatura standard normal, [N/mm2];de diametrul exterior al racordului, [mm]; coeficient de siguran al mbinrii sudate;]; [ , 92 7 3 , 168) 2 7 ( 6 , 141 1 2'4 , 3 ,MPa p pc R R c> + n condiii de IPH:]; / [ , 8 , 0) ( 2) (2 2011,.mm Nc sc s d pctcRR e phIPHR c < +

]; / [ , 61 , 102 30 , 22) 2 7 ( 1 2) 2 7 3 , 168 ( 4 , 122 , 1 ,.mm NIPHR R c< +

61 , 102 3 , 115 89 , 0 tc N/mm263Ciobanu PetreProiect de an CAPITOLUL VCALCULUL DE VERIFICARE AL MANTI N DREPTUL SUPORURILOR DE REZEMARENotaii:Di diametrul interior al mantalei; Di =800 mm= 0,8m;s grosimea mantalei, respectiv a fundului elipsoidal; sm =12 mm;sf =12mm;H, L, A, b, b1 dimensiuni constructive;G greutatea total a vasului; dac mediu lucru > ap, se consider greutatea total n condiii de funcionare; dac mediu lucru < ap, se consider greutatea total n condiii de ncercare hidraulic, [N];unde:G = G1 + G2 + G3 , [N]; G1 greutatea aparatului gol, neizolat, [N];G2 greutatea izolaiei termice,[N];G3 greutatea mediului de lucru sau a apei,[N].G1 = GM + 2GF + 2GCD +GFT +2GPT + 2GFl +GR + G, [N];GM greutatea mantalei,[N];GM = OL . 4( De2- Di2 ) . LM . g, [N];unde:OL densitatea oelului, [kg/m3];De diametrul exterior al mantalei, [m];Di diametrul interior al mantalei, [m];LM lungimea mantalei, [m]; LM= 5,830 mg acceleraia gravitaional, [m/s2]; g=9,8m/s2GM = 7850 . 4( 0,8242- 0,82 ) . 5.83 . 9,8 = 13729,39 NGF greutatea fundului semielipsoidal, [N];GF = AF . sf . OL . g, [N];unde:AF aria fundului elipsoidal, [m2];22647 , 04824 , 04mmDAeF sf grosimea fundului elipsoidal, [m];GF = 0.647 . 0.012 . 7850 . 9,8 = 597,28 NGCD greutatea camerei de distribuie, [N];GCD = OL . 4( De2- Di2 ) . LCD . g, [N];GCD = 7850 . 4( 0,8242- 0,82 ) . 0,566. 9,8 = 1332,9 NGFT greutatea fasciculului tubular, [N];GFT = n . OL . 4( de2- di2 ) . LFT . g, [N]; unde:64Ciobanu PetreProiect de an n numrul de evi al fasciculului tubular;de diametrul exterior al evii, [m];di diametrul interior al evii, [m];LFT lungimea fasciculului tubular;GFT = 336 . 7850 . 4( 0.0252- 0.022 ) . 6 . 9,8 = 27406,8 NGPT greutatea plcii tubulare, [N];GPT = OL . (VPT nVg) . g , [N]; unde:VPT volumul plcii tubulare, [m3];Vg volumul gurilor din placa tubular, [m3];GPT = 7850 . 4 . (0,98 2 656 . 0,0252) .0.076 . 9.81 = 2526.13 NGFl greutatea flanei mari, [N];GFl mFl . g , [N];mFl masa flanei mari, [kg];GFl = 197 . 9.81 = 1932.57 NGR greutatea racodurilor, [N];GR = GR forjat + GR cu gt , [N];GR forjat= GR5 + GR6 + GR7 + GR8 + GR9 + GR10 = 60.0950.1650.0878509.8=5780N GR cu gt= Gtu + Gfl mici , [N]; Gtu = Gtu R1 + Gtu R2 + Gtu R3, [N]; Gtu = . di . Ltu . sR . OL . g, [N];unde:di - diametrul interior al tuului, [m];Ltu lungimea tuului, [m];Ltu = (1,5..2)de , [m];sR grosimea tuului, [m];Gtu R1 = . 0.3. 0.135 . 0.01 . 7850 . 9.81 = 978.3 NGtu R3 = . 0.2 . 0.17 . 0.008 . 7850 . 9.81 = 657.04 NGfl mici = m fl mici . g, [N];Gfl mici = 1979.81+1929.81 = 3816 NGR cu gt= 5772.6NGR = 5772.6+ 5780= 11552.6NG greutatea icanelor, [N];Cunoscnd masa icanelor din desenele de execuie G = 73.57NG1 = 7084+2.7230+2.8320+21140+2.2526.13 +11552.6+ 73.57= 76002.17 NG2 = Giz M + 2Giz F + 2Giz CD Giz M greutatea izolaiei mantalei,[N];Giz M = iz . 4( Diz2e- Diz2i ) . LM . g, [N]; unde:iz densitatea izolaiei termice, [kg/m3];De diametrul exterior al izolaiei mantalei, [m];Di diametrul interior al izolaiei mantalei, [m];Giz M = 250. 4( 0.5062- 0.4062 ) . 5.58 . 9.81 = 510.8 NGiz F greutatea Giz CD fundului semielipsoidal, [N];Giz F = AF . siz. iz . g, [N];unde:siz grosimea izolaiei, [m];Giz F = 0.207 . 0.05 . 250 . 9.81 = 26.53 NGiz CD greutatea izolaiei camerei de distribuie, [N];65Ciobanu PetreProiect de an Giz CD = iz . 4( Diz2e- Diz2i ). LCD . g, [N];Giz CD = 250 . 4( 0.5062- 0.4062) . 6.56. 9.81 = 33.99 NG2 = 510.8 + 2 . 26.53+ 2 . 33.99 = 629.8 NG3 = ap . V . g , [N];unde:iz densitatea apei, [kg/m3];V volumul recipientului, [m3];G3 = 1000 . 4.29 . 9.81=42084.9 NG = 76002.17 +629.8+ 42084.9 = 118716,8 N=118.71 kNReaciunea corespunztoare unui suport se calculeaz astfel:118.4159.352 2GQ kN Se alege conform STAS 10817 82 suport a tip N1Fig.5.1 Suportsa Dimensiuni:Tabel 5.1Diametrul nominalDnSarcina maxim admis pe suportkNH L1B C K L2800 170 700 950 430 720 30 97566Ciobanu PetreProiect de an CAPITOLUL VIANALIZA DIN PUNCT DE VEDERE TEHNIC I ECONOMIC A METODELOR DE FIXARE A EVILORN PLACA TUBULAR, CU ALEGEREA VARIANTEI OPTIMEn practic se folosesc diferite metode de fixare a evilor n placa tubular, dar ponderea cea mai mare n realizarea schimbtoarelor de cldur o au urmtoarele metode:1.) mbinarea prin mandrinare;2.) mbinarea prin sudare;3.) mbinarea prin sudare i mandrinare;4.) imbinarea prin lipire, cu aliaje de lipit sau cu adezivi;5.) fixarea hidrodinamic;6.) fixarea prin explozie.mbinrile prin mandrinare sunt imbinrile cu strngere radial, obinute la rece cu ajutorul mandrinelor.Mandrinarea este operaia de evazare la rece, la nceput liber, apoi forat, a capetelor unor zone de elemente tubulare (evi), n orificiile practicate n pereii anumitor dispozitive sau structuri (plci tubulare), n scopul realizrii corespunztoare prin strngere radial de mbinri semidemontabile etane, rezistente i durabile.mbinarea prin sudare este un procedeu tehnologic de obinere a unei mbinri prin stabilirea unei legturi ntre reelele cristaline, n acest scop utiliznd activitatea mecanic sau termic.Fixarea evilor prin sudare se aplic n urmtoarele cazuri: cnd n schimbtoarele de cldur circul gaze otrvitoare, radioactive sau exist pericolul ca , n contact cu aerul, gazele din schimbtor s produc amestecuri explozive; n cazul pericolului apariiei coroziunii sub tensiune; cnd placa tubular are grosimea mic i se cere o rezisten ridicat a mbinrii, i n cazul unor condiii grele de exploatare.mbinarea prin sudare i mandrinare este o combinaie a primelor dou procedee de mbinare ntre evi i placa tubular, n scopul asigurrii unor condiii suplimentare fa de asigurarea etanietii i rezistenei mecanice a mbinrii, cum ar fi: mpiedicarea ptrunderii unui mediu coroziv ntre placa tubular i eava sudat.mbinarea prin lipire cu ajutorul aliajelor de lipit este un procedeu de asamblare nedemontabil a pieselor n stare solid prin intermediul unui aliaj topit aflat ntre suprafeele de mbinat.Acest procedeu este posibil numai n cazul n care forele de adeziune dintre lichid i solid sunt mai mari dect forele de coroziune dintre particulele de lichid.Lipirea cu adezivi este un procedeu de asamblare nedemontabil bazat pe capacitatea de aderen i de ntrire a unor substane sau amestecuri de substane aflate n contact cu suprafeele corpurilor solide destinate mbinrii.Dintre metodele enumerate de fixare a evilor n placa tubular n industria chimic i petrochimic cele mai utilizate sunt:- mbinarea prin mandrinare- mbinarea prin sudare.6.1 MBINAREA PRIN MANDRINAREPrincipalele tipuri de mbinare prin mandrinare sunturmtoarele:1. Dup criteriul formei geometrice a orificiilor n placa tubular, avem:- mbinri cilindrice67Ciobanu PetreProiect de an - mbinri tronconice2. Dup criteriul strii suprafeei orificiilor, se impart n:- mbinri cu suprafa neted- mbinri cu suprafa renurat3. Dup criteriul constructiv, mbinrile se impart n:- imbinri fr petrecere- mbinri cu petrecere dreapt- mbinri cu petrecere rsfrnt.n general mbinrile prin mandrinare se utilizeaz, practic, pentru temperaturi de lucru t < 500 oC,n absena coroziunii fisurante (coroziuni sub sarcin, coroziuni sub tensiune mecanic), ele fiind realizabile i eficiente n urmtoarele condiii:a.) grosimea de perete iniial s a elementului mandrinat este corespunztoare din punct de vedere dimensiona i are de regul dimensiuni mici;b.) duriatatea plcii tubulare este mai mare fat de duritatea evii;c.) cnd se urmrete obinerea unui avantaj determinant pentru activitatea de exploatare ntreinere recondiionare i anume acela al nlocuirilor, destul de uoare, rapide i fr deteriorri sensibile ale structurilor tubulare de elemente tubulare defecte sau avariate.mbinarea prin mandrinare asigur att nlocuirea uoar i rapid a unor evi deteriorate, ct i refolosirea unor piese (plci tubulare, icane) pentru confecionarea unui nou fascicol tubular.Din punct de vedere al modalitii de execuie practic, mandrinarea poate fi:- mecanic (static);- hidraulic;- prin explozie (dinamic).Mandrinarea mecanicse execut cu aparate cu role rostogolitoare, numite mandrine, n scopul mririi diametrului evii i realizarea unei fore remanente de strngere intre placa tubular i eav.Fixarea hidrodinamic folosete energia hidrodinamic obinut prin explozia, n mediu lichid, a unui fir subire,n urma descrcrii sub tensiune de (3..5)104 V, a unei baterii de condensatori. Bateria de condensatori se ncarc de la reea prin intermediul unui transformator de nalt tensiune i a unui redresor. Firul subire se confecioneaz din aluminiu i se monteaz intr-un cartu ce poate fi folosit numai o dat. eava se fixeaz prin deformare plastic n placa tubular, n urma exploziei unui cartu.Metoda se folosete pentru fixarea evilor cu diametre mai mari de 14mm, precum i pentru fixarea evilor din materiale cu rezisten mecanic ridicat, cum ar fi aliajele titanului, se aplic eficient i n cazul adncimilor mari de fixare.Aceast metod presupune un cost ridicat, deoarece este necesar luarea unor msuri speciale de protecia muncii, iar ca principal dezavantaj l constitue variaia necontrolat a parametrilor de fixare a evilor n placa tubular.Fixarea prin explozie se realizeaz prin explozia unui cartu ce se introduce n eava ce urmeaz a fi fixat n placa tubular. Domeniul de aplicarea la acestui procedeu este acelai ca la fixarea hidrodinamic, prezentnd avantajul c nu se lucreaz cu tensiuni nalte. Prin acest procedeu pot fi fixate dintr-o dat 200..300 de evi, utilajul fiind simplu i ieftin, dar presupune respectare unor norme speciale de lucru.6.2MANDRINAREA MECANICProcesul mandrinrii mecanice implic dou etape distincte, principale, care se succed fr ntrerupere, i anume:- premandrinarea- mandrinarea proriu zis.Premandrinarea este deformarea elastic sau elastoplastic a evii, pn cnd aceasta vine n contact cu peretele orificiului din placa tubular.Mandrinarea propriu zis este evazarea suplimentar, remenent, rezidual a evii, concomitent cu lrgirea preponderent elastic, reversibil a orificiilor din placa tubular. Dup ndeprtarea mandrinei, revenirea elastic a peretelui orificiuli din placa tubular este mpiedicat de deformarea (evazarea) 68Ciobanu PetreProiect de an elestoplastic a evii ceea ce se soldeaz cu exercitarea unei apsri (presiuni) radiale, deci realizarea unei strngeri a evii n orificiul din placa tubular.Cei mai importani parametrii tehnologici ai mandrinrii mecanice sunt urmtorii:- calitatea suprafeelor de contact;- viteza de mandrinare;- jocul de montaj;- duritatea materialelor (eav i placa tubular);- adncimea (lugimea) de mandrinare;- cmpul dimensiunilor i variaia acestora n timpul mandrinrii, respectiv creterea diametrului interior al evii, subierea peretelui evii, etc.6.3 CALITATEA SUPRAFEELOR DE CONTACTRugozitatea iniial a suprafeelor de contact a capetelor evilor i a orificiilor din placa tubular influeneaz determinanat valoarea presiunii corespunztoare de contact i din punctul de vedere al strngerii optime constituie un factor principal care condiioneaz etanietatea mbinrii prin mandrinare.Un grad de finisare foarte ridicat al suprafeelor de contact mrete rezistena la etaneitate, ns rezistena la smulgere este minim.Se recomand urmtoarele grade de finisare: Ra = 1.6 m, pentru orificiile din placa tubular, realizabil prin alezare, i Ra = 1.6..3.2 m,obinut prin lustruire.6.4VITEZA DE MANDRINAREAstzi se tie c un anumit grad de evazare i, deci, de mandrinare mecanic se poate realiza, intr-un timp mai lung sau mai scurt, prin corelarea experimental corespunztoare a deplasrii axiale, respectiv avansului longitudinal i frecvenei de rotaie a dornului.n schimb o diminuare exagerat avansului longitudinal al dornului se poate solda cu o scdere ireversibil a indicatorilor calitativi ai mbinrilor prin mandrinare, deoarece:- un avans prea mic poate nsemna o apsare radial aa de redus, nct transmiterea ei prin intermediul grosimii de perete este neglijabil, i deci aderena suprafeelor de contact dintre eav i placa tubular, care asigur etaneitatea mbinrii, devine precar;- deformarea remanent a evilor, pe seama nerealizrii deformrii corespunztoare a plcii tubulare, atrage dup sine micorarea rezistenei mecanice (la smulgerea prin tragere, mpingere sau ncovoiere, la rsucire) a mbinrii prin mandrinare. Mandrinarea mecanic rapid conduce la rezultate calitative net superioare, fa de cea materializat cu viteze de mandrinare mici, i anume: rezisten la smulgere sporit, etaneitate mai bun, un cmp de deformaii mai favorabil att pentru evi ct i pentru placa tubular.6.5 JOCUL DE MONTAJ Un joc mare de montaj implic o deformare exagerat a evii cu ecruisarea peretelui evii i creterea duritii evii, cu diminuarea aderenei acesteia la peretele orificiului din placa tubular. n plus, atunci cnd jocul este mare, apar dificulti privind centrarea corect a evilor n orificiuldin placa tubular, rezultnd dezaxri i, deci, mandrinri incomplete.Jocul de montaj trebuie s fie minim i valoarea sa corespunztoare trebuie s fie determinat de condiia introducerii libere a evilor n orificiile din elementul sau structura de tip plac tubular. Evident, este de preferat ca alegerea evilor din punct de vedere dimensional s fie fcut dup orificiu, prin msurri geometrice adecvate de selecie i corelare.Valorile recomandate ale dimensiunilor gurilor n placa tubular, i respectiv a jocului de montaj sunt date n tabelul 6.169Ciobanu PetreProiect de an Dimensiunile gaurilor si a jocurilor de montaj:Tabel 6.1Diam. exterior eavDiam. gurii (D), conformSR 8566:1998Diam.exterior gurii (D),conform STAS 9377-90Jocul maximde montajnominal minim maxim nominal minim maxim25 25.30 25.25 25.40 25 24.90 25.15 0.50 6.6 DURITATEA MATERIALELORCalitatea execuiei i rezistena mecanic a mbinrilor prin mandrinare depind mult de duritatea elementelor tubulare mandrinate.Se recomand ca duritatea evii s fie cu 15 30 HB dect a plcii tubulare, deoarece n acest caz renurile din placa tubular sunt umplute cu materialul evii i astfel crete mult rezistena la smulgere i etaneitatea mbinrilor.Dup cum se tie, pentru temperaturi mai ridicate, peste 250 oC, limita tehnic de curgere a materialului elementului tubular 02t i cea a plcii tubulare 02p scade din ce n ce mai mult, iar indicatorul 02p /02t trebuie astfel ales (cuplul de materiale plac tubular - eav) nct la temperatura dat ndeplinirea condiiei fundamentale de mandrinare s fie asigurat astfel: 02t < 02p respectiv Ht < Hp (duriatea elementului tubular < duritatea plcii tubulare).Se recomand satisfacerea urmtoarei condiii:[ ]202 02 0230;50 /p tN mm 6.7ADNCIMEA DE MANDRINARE Deocamdat, acest parametru este studiat extrem de puin i aproape numai din punct de vedere constructiv.Valoarea maxim a adncimilor de mandrinare se situeaz in jurul valorii de 60 mm, deoarece o valoare excesiv de mare a adncimii de mandriare conduce la mbinri prin mandrinare inutil de scumpe i cu fiabilitate ndoielnic, datorit dificultilor de execuie i riscurilor de desprindere dintre evi i placa tubular.6.8PETRECEREA I BORDURAREA CAPETELOREVILOR S-a constat c n urma unor considerabile deformaiiatt ale evilor, ct i a plcii tubulare este facilitat o impingere a marginilor orificiilor in peretele evilor, obligndu-le astfel s lucreze, n condiii de smulgere, la forfecare.Influena petrecerii capetelor evilor este sensibil favorabil dac ele sunt bordurate, rezistena i etaneitatea mbinrilor prin mandrinare crescnd mult n aceste condiii. Petrecerea este mult mai avantajoas dac este bordurat (rsfrnt) chiar la mrginea orificiului din placa tubular. Dac bordurarea nu se execut corect, rezistena la smulgere corespunztoare petrecerii nu se mai nsumeaz cu cea datorit mandrinrii eilor, i se va manifesta ca atare numai dup deterioararea mbinrii prin mandrinare, cnd datorit smulgerii, eava ii va ncepe deplasarea axial.O petrecere bordurat, executat corect, nlocuiete, cu deplin succes, renurile, dac mbinarea prin mandrinarenu este solicitat la compresiune axial.70Ciobanu PetreProiect de an 6.9 PRACTICAREA RENURILOR n condiiile solicitrii mbinrilor prin mandrinare la compresiune axial sau la compresiune din ncovoiere, rsfrngerile capetelor nu pot prelua sarcinile corespunztoare, existnd ca singur avantaj practicarea de renuri n gurile din placa tubular.n cazul unor presiuni de serviciu nalte, utilizarea mandrinrii lis fiind limitat, datorit diminurii aderenei dintre evi i placa tubular, asigurarea rezistenei la smulgere a mbinrilor corespunztoare prin mandrinare mecanic se realizeaz cu un spor de 100% prin renurarea orificiilor din placa tubular.6.10MOMENTUL CUPLULUI DE MANDRINARE Momentul cuplului de mandrinare, respectiv momentul cuplului motor, aplicat la dornul mandrinei are urmtoarea expresie clasic de calcul: [ ]mNM c Nmn unde: c = 9740N = puterea total consumat pentru mandrinarea mecanic [kW] n = turaia dornului [rot/min][ ]p mN N N kW + unde: Np = putere de premandrinareNm = puterea de mandrinare propriu-zisSe stabilete un moment optim de mandrinare n funcie de:- materialul evilor i al plcii tubulare- dimensiunile evilor.Folosind maini de mandrinare cu cuplu reglabil, se fixeaz pe main valoarea cuplului i maina se oprete din mandrinat la valoarea cuplului optim, evitnd astfel efectuarea unor mbinri submandrinate sau supramandrinate.6.11GRADUL DE MANDRINARE Aprecierea calitilor mbinrilor prin mandrinare, att din punct de vedere al etaneitii ct i din cel al rezistenei s-a fcut prin intermediul gradului de mandrinare, considerat mult vreme un indicator calitativ unic al mandrinrii mecanice.n mod practic, gradul de mandrinare se aprecieaz cantitativ prin deformaia rezidual total a evilor i locaului din placa tubular, respectiv prin subierea reversibil a peretelui evii i creterea diametrului orificiului din placa tubular, msurate din momentul care marcheaz sfritul premandrinrii i, deci, nceputul mandrinrii propriu-zise.Gradul de mandrinare se exprim n procente i se calculeaz cu formula: ( ) ( )[ ]'1 1 0 20100 %d d d dHd unde: d1 = diametrul interior al evii, dup mandrinared1 =diametrul interior al evii, nainte de mandrinared0 =diametrul gurii n placa tubular, nainte de mandrinared2 =diametrul exterior al evii, nainte de mandrinarembuntirea calitii mbinrilor prin mandrinare depinde determinant de perfeciunea i obiectivitatea mijloacelor de control utilizate pentru supravegherea procesului de mandrinare mecanic. 71Ciobanu PetreProiect de an Evident, pentru efectuarea continu a msurrilor, dispozitivele obinuite universale (ublerul, compasul de interior, etc.) i cele speciale (calibrele, abloanele) nu pot fi luate n consideraie, datorit riscurilor tehnologice pe care le implic i diminurii productivitii, ele fiind utilizabile numai pentru controlul interoperaional.6.12INDICATORII CALITATIVI AI MANDRINRII6.12.1CRITERIILE DE APRECIERE CALITATIV Controlul calitativ i examinrile corespunztoare, referitoare la mandrinarea mecanic a elementelor tubulare n structurile sau elementele de tip plac tubular,