MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
7.2.2.3. Ellenőrzés váltakozó feszültségekre
A váltakozó feszültségekre vonatkozó ellenőrzések során a legjobban igénybe vett helyek értékelését kell elvégezni. Az előírások az egyenértékű feszültségek [7.17] vagy a főfeszültségek (TRD 301 [8]) alapján történő vizsgálat elvégzését írják elő. A hazai gyakorlatban az utóbbi előírás alkalmazása terjedt el, emellett a főfeszültségek vizsgálatán alapuló eljárás (kevesebb, egyszerűbb számítási igényéből adódóan) alkalmasabb a kezelők munkáját megkönnyítő, illetve automatikus folyamatirányító rendszerek számítási összefüggéseinek kidolgozásához. Erre tekintettel, a hatályos méretezési szabványban [7.17] előírt számítási eljárásokat megelőzően, a német szabályzatban rögzített gyakorlat alapelemeit is bemutatjuk.
Ellenőrzés a főfeszültség alapján: A TRD 301 [8] a váltakozó feszültségekre való méretezést a furatperemeken tangenciális irányban ébredő főfeszültségek alapján részletezi. A számítási eljárás a gyakorlati tapasztalatok alapján alakult ki, mivel a legtöbb repedés kazándobok, kamrák furatperemein, a hossztengellyel közel párhuzamosan, az érintőleges feszültségek hatására jelentkezett. Ugyanakkor üzemi vizsgálatok alapján [7.16] nyilvánvalóvá vált, hogy esetenként az axiális feszültségek meghaladhatják a tangenciális feszültségeket, így a folyamatirányításnál (7.3. fejezet) szükséges az axiális váltakozó feszültségek korlátozása, ellenőrzése is. Emiatt a hivatkozott TRD-előírástól eltérően, azt kiegészítve, az ellenőrzésnél a kerület menti hőmérséklet-egyenlőtlenségből adódó axiális feszültségek hatását is indokolt vizsgálni.
A nyomáspróba hatása: A furatszélek első alakváltozását a (7.30), (7.31) képletek alapján számított nagyságú próbanyomással elvégzett nyomáspróba okozza. Ennek során a furatperemen képlékeny alakváltozás következik be, és a nyomás megszűnése után az anyagban nyomó előfeszültség marad vissza. Ideálisan rugalmas alakváltozást feltételezve, ennek nagysága
ahol
A berendezés üzembe helyezése, működése során kialakuló feszültségek az előbbi előfeszültségre szuperponálódnak (7.35. ábra). A felfűtés során általában a belső szál melegszik gyorsabban, így a furatperemen további nyomófeszültség jön létre, amely az előfeszültséggel összegződve elérheti a folyáshatár értékét. Az anyag ismét képlékeny alakváltozást szenvedhet. A nyomás növekedésével megjelenő mechanikai feszültség csökkenti a nyomófeszültség értékét, a hőmérsékletek kiegyenlítődésével a hőfeszültség is csökken, így a furatperemen fokozatosan növekvő húzófeszültség alakul ki. Állandósult üzemben, a jól szigetelt falban, illetve a gőztér és a víztér között is fennálló hőmérséklet-különbségek általában szerény hatásától eltekintve, döntően csak a belső nyomásból keletkező feszültségekkel kell számolni. A nyomás, hőmérséklet csökkenésekor a felfűtéshez képest fordítottá váló hőmérséklet-különbség hatására a falban a húzófeszültség megnövekszik, kedvezőtlen esetben elérheti a folyáshatár értékét, ismét képlékeny alakváltozás következhet be. A belső nyomásból és a hőmérséklet-különbségekből adódó feszültségek csökkenésével a feszültség a furatperemen visszatérhet az előfeszültség értékére. Az egymás utáni, sokszor megismétlődő előbbi ciklusok azonban az előfeszültség nagyságát is módosítják, így a ciklushatárok megállapításánál nem értékét, hanem egy, a ciklushatárokon belüli középfeszültség-értéket ((7.86) képlet) kell figyelembe venni.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5367/#m713kaz_5367 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5367/#m713kaz_5367)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5367/#m713kaz_5367)
7.35. ábra. Változó terhelésnél megengedhető feszültségek [7.115]
A furatperemen ébredő eredő feszültség előbbiekben vázolt változásának nagyságától függően két eset lehetséges [7.119]:
-
Tartósan rugalmas eset, amelynél a furatperemen a maximális feszültség a rugalmassági határon belül marad (7.36. ábra).
-
Rugalmassági határon túli eset, amelynél a furatperemen kialakuló maximális feszültség eléri a folyáshatárt, az anyag maradó alakváltozást szenved (7.38. ábra).
A megengedhető feszültségamplitúdó kiszámításánál a 7.12. ábrán bemutatott, kifáradást okozó (megengedett) feszültségamplitúdó értékéből lehet kiindulni, amelyet az anyagminőség alapján korrigálni kell, figyelembe véve, hogy a nagyobb szilárdságú anyagok nyúlása kisebb, és ennek következtében a repedések megjelenésére érzékenyebbek:
ahol számértékét a 7.18. táblázat tartalmazza. Mint a 7.11. ábrán korábban vázoltuk: , így a megengedhető feszültségamplitúdó nagyságának korlátozásával tulajdonképpen az igénybevételek hatására bekövetkező nyúlásváltozást korlátozzuk. A ciklushatárok ( és ) elhelyezkedése az üzemi igénybevételektől függ, a belső nyomásból adódó feszültségek ismeretében, a megengedhető hőfeszültségek korlátozásával értékük a kifáradási határokon belül tartható.
értéket [7.119], ahol
|
a (7.56) képlet alapján számítható belső nyomás hatására a furatperemen ébredő maximális feszültség [N/mm2],
|
|
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5380/#m713kaz_5380 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5380/#m713kaz_5380)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5380/#m713kaz_5380)
7.36. ábra. A feszültségek változása tartósan rugalmas esetben
A tartósan rugalmas esetre ténylegesen megengedhető, redukált, feszültségamplitúdó [8] a statikus és váltakozó feszültségek között kapcsolatot létesítő Haigh-diagram alapján, a határgörbét Gerber-féle parabolával közelítve (7.37. ábra) határozható meg [7.14].
amelyből a középfeszültségnél megengedhető redukált váltakozó feszültségamplitúdó a következő összefüggéssel számítható [8]:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5389/#m713kaz_5389 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5389/#m713kaz_5389)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5389/#m713kaz_5389)
7.37. ábra. A Kifáradási diagram közelítése [7.14]
A rugalmassági határon túli () eset: A megengedhető változó feszültségamplitúdó- számítási összefüggésének levezetésénél abból a − Neubertől származó − feltevésből indultak ki, hogy a valóságos képlékeny alakváltozás feszültség és nyúlás korrekciós tényezői, valamint az ideálisan rugalmas korrekciós tényezők között fennáll a
összefüggés, amelynek mindkét oldalát a névleges feszültséggel és nyúlással megszorozva kiadódik, hogy a furatperemen ébredő tényleges feszültség és nyúlás szorzata megegyezik az ideálisan rugalmas állapotra vonatkozó feszültség és nyúlás szorzatával (7.38. ábra):
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5395/#m713kaz_5395 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5395/#m713kaz_5395)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5395/#m713kaz_5395)
7.38. ábra. A feszültségek változása a rugalmassági határon túli esetben
képlettel számítható [8].
ahol
|
alsó ciklusfeszültség [N/mm2],
|
|
|
a leállítás kezdetén fennálló felső ciklus- (általában üzemi) nyomáshoz tartozó, (7.56) alapján számítható, furatperemen ébredő, ideálisan rugalmas feszültség [N/mm2],
|
|
|
az indítás kezdetén fennálló alsó ciklus- (hideg indításnál általában környezeti, meleg indításnál a tényleges) nyomáshoz tartozó, (7.56) alapján számítható, furatperemen ébredő, ideálisan rugalmas feszültség [N/mm2],
|
|
A TRD 301 [8] alapján, egyéb megállapodás hiányában = 0 értékkel javasolt a ciklushatárokat számolni. Ebben az esetben a felső ciklushatár a leállítás kezdetén fennálló, belső nyomásból adódó feszültséggel lesz azonos. Egyéb esetekben a felső ciklushatár:
A magnetitréteg épségének megőrzése: Vízzel érintkező részeknél, a magnetitréteg sérülésének elkerülése érdekében, a magnetitréteg keletkezési állapotához viszonyítva a maximális nyomófeszültség nem haladhatja meg a 600 N/mm2, a maximális húzófeszültség a 200 N/mm2 értéket (4.7. fejezet). Miután a magnetitréteg elsősorban normál üzemben keletkezik, a maximális ciklusfeszültségre a
a minimális ciklusfeszültségre pedig a
A hőfeszültségek megengedhető értékei: A hőfeszültségekre megengedhető értékek a ciklushatárokból számíthatók:
-
az indulás kezdetén
-
a leállás kezdetén
A az indulás kezdetén fennálló, belső nyomásból eredő, a furatperemen ébredő csúcsfeszültséget jelöli. Az előbbi összefüggésekből számítható értékek a megengedhető hőfeszültségek minimális értékét adják, ugyanis a nyomás növekedésével nő az indítási folyamat során megengedhető hőfeszültség nagysága, mint az a 7.35. ábrán látható. Hasonlóan a leállás során is egyre nagyobb hőfeszültségek engedhetők meg. A hőfeszültségre megengedett értékekből, az esetleges kerület menti hőmérséklet-egyenlőtlenség hatását elhanyagolva, a (7.68/a) képlet átrendezésével és a hőfeszültség-koncentrációs tényező figyelembevételével minden üzemállapotra kiszámítható a megengedett [K/min] kvázistacioner hőmérséklet-változási sebesség:
Az előbbi képletben az hőfokvezetési számot [mm2/min] dimenzióval kell helyettesíteni. A magnetitréteg épségére tekintettel meghatározott ciklushatárok biztosítják, hogy az előbbi összefüggésből kiadódó megengedhető feszültségváltozások betartása esetén a réteg sérülésével, leválásával nem kell számolni.
Egyszerűsített számítások: Kevésbé igénybe vett szerkezeti elemek esetén az előbbi, részletes elemzés helyett a szabályozás egyszerűsített ellenőrzések elvégzését teszi lehetővé:
-
Egyszerűsített számítás szénacélokra, gyengén ötvözött acélokra: A kivágásokkal gyengített ötvözetlen és gyengén ötvözött acélokból − P295GH (korábban 17 Mn 4) acélminőségig − készített hengeres öveket 10 000 hideg indításig nem kell belső nyomás- vagy hőmérséklet-változásból adódó váltakozó igénybevételekre ellenőrizni, amennyiben a megengedett üzemnyomás, illetve túlnyomás 3,2 N/mm2 (32 bar) értéknél nem nagyobb, vagy ennél nagyobb nyomások esetén a hengeres öv átlagos membránfeszültségére teljesül a
feltétel. A részletesebb ellenőrzés elhagyását az teszi lehetővé, hogy az ilyen anyagféleségek nagy nyúlással rendelkeznek, és a megengedett feszültségtartományban repedések megjelenésére kevésbé érzékenyek.
-
Egyszerűsített számítás elhanyagolható nagyságú hőmérsékletingadozások esetén: Olyan esetekben, amikor a maximális nyomásingadozások száma nem haladja meg a 2000 ciklust, és emellett 10 000 darab, a maximális nyomás és annak 60 százaléka közötti nyomásingadozásra lehet számítani, az előbbi membránfeszültség alaktényezővel való szorzatára teljesülni kell a
feltételnek, ahol
|
a hengeres öv átlagos membránfeszültsége [N/mm2],
|
|
|
megengedett váltakozó feszültségamplitúdó [N/mm2], értékére az előírás diagramokat tartalmaz, amelyeket a (7.15) összefüggéssel = 10 000 ciklusszámra, az elgőzölögtető rendszer részét képező szerkezeti elemeknél = 250 °C, túlhevített gőzzel érintkező szerkezeti elemeknél = 400 °C mértékadó hőmérséklet, = 5 élettartamra vonatkozó biztonsági tényező figyelembevételével meghatározható megengedhető váltakozó feszültségamplitúdó alapján dolgoztak ki.
|
|
A megengedhető hőmérséklet-változási sebességek a
képlettel számíthatók. Előbbi összefüggésben a már ismert jelöléseken túlmenően
Egyszerűsített számítási eljárás alkalmazása esetén is biztosítani kell, hogy a vízzel érintkező részeknél a maximális nyomófeszültség ne haladja meg a 600 N/mm2, a maximális húzófeszültség a 200 N/mm2 értéket. Ezt figyelembe véve:
Ellenőrzés kifáradásra: A furatperemeken üzem közben kialakuló, az anyag kifáradását, repedését eredményező tangenciális főfeszültségek általánosságban a
képlettel számíthatók, amely a belső nyomásból, a falvastagság és a kerület menti hőmérséklet-különbségből adódó feszültségek hatását összegezve adja. (Megjegyezzük, hogy a hivatkozott TRD-előírás a kerület menti hőmérséklet-különbség hatását nem veszi figyelembe.) Kiszámítva az indítás (felfűtés) során kialakuló legkisebb és a leállítás (lehűtés) során kialakuló legnagyobb feszültség értékét, meghatározható a tényleges redukált váltakozó feszültségingadozás:
Ez alapján a kifáradást okozó váltakozó feszültségamplitúdó
A váltakozó feszültségamplitúdó függvényében a (7.15/a) összefüggéssel vagy a 7.12. ábrából meghatározható a repedést okozó ciklusszám. A ténylegesen megengedhető indítási-leállítási ciklusok száma = 5 biztonsági tényezővel való osztással adódik:
Olyan esetben, ha az indítási-leállítási ciklusokon kívül más ciklusok is előfordulnak, az egyes üzemállapotokra megengedett tényleges ciklusszámot a
feltétel teljesülése figyelembevételével kell meghatározni.
Ellenőrzés egyenértékű feszültségek alapján: A könyv összeállításának idején hatályos méretezési szabvány [7.17] a váltakozó feszültségek hatására bekövetkező kifáradás elkerülésére vonatkozó ellenőrzést az egyenértékű feszültségek alapján írja elő. Az egyenértékű feszültségeket a legnagyobb nyírófeszültség elméletén alapuló (7.19) képlettel a főfeszültségek
-
tangenciális irányban a belső nyomásból, illetve a falvastagság menti hőmérséklet-különbségből adódó feszültségek összege (meghatározásuk véges elemes számításokkal vagy a (7.56) képlet alapján az ovalitás hatásának elhanyagolásával, illetve (7.68/a) képlet alapján a belső hőátadás hatását figyelembe vevő (7.83) összefüggés szerinti hőfeszültség-koncentrációs tényezővel történhet)
-
radiális irányban a negatív belső nyomás érték,
-
axiális irányban a negatív belső nyomás érték
alapján számítja. A váltakozó feszültség alapján történő ellenőrzéshez, a három − üzemi igénybevételek függvényében folyamatosan változó − egyenértékű feszültség közül a legkedvezőtlenebbül (legnagyobb feszültségamplitúdóval) változó egyenértékű feszültséget kell figyelembe venni. Általában a
változása adódik a legnagyobbnak. A szélsőértékek alapján meghatározható a váltakozó feszültségingadozás:
A (7.109) képlet szerinti számítást minden egyenértékű feszültségre el kell végezni. A szerkezeti kialakítás akkor tekinthető megfelelőnek, ha az előbbiek szerint számított legnagyobb feszültségingadozás kisebb a megengedett feszültségingadozásnál:
A feszültségingadozás mellett meg kell határozni a közepes ciklusfeszültséget is. Például
A valóságban kialakuló tényleges feszültségingadozás és középfeszültség meghatározásához az előbbi, a szerkezeti anyag tulajdonságait, illetve a szerkezeti elem kialakítását még figyelembe nem vevő értékeket helyesbíteni kell:
illetve
ahol
Kifáradást okozó feszültségamplitúdó: Meghatározásánál a szabvány három esetet különböztet meg:
Az előbbi összefüggés helyett a (7.11. ábra), illetve a (7.38. ábra) összefüggések alapján is meghatározható, amennyiben számításokból vagy mérési eredmények alapján a nyúlások ismertek.
Az előbbi feszültségamplitúdóknál megengedhető ciklusszám a (7.17) képletből kifejezése után, az = 1,5 biztonsági tényezővel növelt váltakozó feszültségamplitúdóra, illetve az = 10 kifáradást okozó ciklusszámra vonatkozó biztonsági tényező figyelembevételével számítható. (Mint a (7.17) képlethez kapcsolódóan arra utaltunk, a számításokat -sel növelt kifáradást okozó feszültségamplitúdóval is el kell végezni, és az így kiadódott , vagy az eredeti feszültségamplitúdóval kiadódott biztonsági tényezővel csökkentett ciklusszám közül a kisebbet kell figyelembe venni.) Amennyiben az ellenőrzés csak hideg indításokra történik, az ebből adódó terheléskollekció (értelmezését lásd (7.108) képletnél) nagysága nem haladhatja meg a 0,4 értéket. A ciklushőmérséklet meghatározása az előbbiekkel azonos módon történik. A magnetitréteg épségének biztosítása érdekében (az ausztenites szerkezeti anyagokat kivéve) a [7.17] is előírja a (7.94)–(7.95) képlet szerinti ellenőrzések elvégzését.
A megengedhető hőmérséklet-változási sebességek meghatározása a értékből (amelyet egy elvárt ciklusszám esetén a (7.105/a), (7.105/b), (7.106/a), illetve a (7.112), (7.113) képletek megfelelő alkalmazásával lehet kiszámítani) kiindulva, a (7.96), (7.97), (7.98) összefüggésekkel lehetséges. A főfeszültségek alapján történő ellenőrzéshez viszonyítva lényeges eltérés, hogy a ciklushatároknál és a hőfeszültségre megengedett feszültségtartományok számításánál, a tangenciális főfeszültség mellett az egyenértékű feszültség számításához felhasznált másik főfeszültség változását is figyelembe kell venni. Ezek megállapításánál a csonkokat terhelő külső nyomatékok hatása az igénybevételek szempontjából mértékadó belső furatperemeken általában elhanyagolható [7.17]. A szabvány, a számítások megkönnyítésére, az anyagjellemzőkre számítási összefüggéseket közöl.
Gyors számítási eljárás: A szabályzat annak ellenére, hogy alapvetően az egyenértékű feszültségek alapján történő számítási eljárásokat alkalmazza, több esetben lehetővé teszi a főfeszültségek alapján történő számítást is. Példa erre a megengedhető hőmérséklet-változási sebesség gyors meghatározási lehetősége. 500-nál több hideg indításra tervezett hengeres övek esetén:
ahol
|
anyagjellemzőktől, szerkezeti kialakítástól függő tényező [mm4K/Ns], számértékére az előírás ferrites acélok esetén Z = 2 [mm4K/Ns], ausztenites acélok esetén Z = 1 [mm4K/Ns] értéket javasol. Miután az átmérőviszonytól függő geometriai formatényezőt is tartalmazza, az előbbi közelítő értékek használata helyett célszerű az adott konstrukcióra vonatkozó tényleges értékekkel történő kiszámítása.
|
Amennyiben a (7.114) képletből kiadódó, megengedett hőmérséklet-változási sebesség túl alacsony vagy az eredmény negatív, el kell végezni az egyenértékű feszültségek alapján történő, előbbiekben ismertetett ellenőrzést. Ettől csak a következő esetekben lehet eltekinteni:
-
Az állandó igénybevételekre való méretezés a szabvány előírásainak megfelelően történt.
-
A hideg indítások száma 3000-nél kevesebb. Minden olyan indítást, amelynél a nyomásváltozás 50%-nál nagyobb, hideg indításnak kell tekinteni.
-
Az 50%-nál kisebb nyomásváltozással járó indítások száma nem haladja meg a 10 000 darabot.
-
A szerkezeti elem két jellemző pontja (például a hengeres öv és a csonk) közötti, állandósult és átmeneti állapotban kialakuló hőmérséklet-különbségből képzett paraméternek nem szabad meghaladni az előírásban az anyagminőségtől és méretezési hőmérséklettől függően megadott értéket.
Héjak egymásra hatása: A nyomástartó szerkezeti elemeket alkotó különféle részelemek: hengeres övek, tartályfenekek, átmeneti övek stb. a mechanikai és hőigénybevételek hatására eltérően változtatnák alakjukat, amennyiben azt összeerősítésük nem korlátozná. Különösen nagy különbségek alakulhatnak ki eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkező (például ferrites-martenzites, illetve ausztenites) anyagokból készült elemek között [7.144]. Miután a gátolt alakváltozás alapvető oka a külső terhelések, a hőmérséklet változásában van, a héjak egymásra hatásából adódó feszültségek is változó feszültségnek minősülnek. A kazántechnikában ilyen gátolt alakváltozásból eredő meghibásodások a leggyakrabban az eltérő minőségű, falvastagságú csövek egymáshoz, eltérő anyagú kamrához történő csatlakozásánál fordulnak elő, ezért a számítási eljárást, a legalapvetőbb következtetéseket a 7.2.3. fejezetben, a csövekkel összefüggésben ismertetjük. A konstrukció véglegesítésénél, elemzésénél minden szerkezeti elemnél meg kell vizsgálni, hogy az összeerősítésből adódó igénybevételek mekkorák, és indokolt esetben az összeerősítési keresztmetszetekre is el kell végezni a váltakozó feszültségekre történő számítást.
Az anyagminőség hatása: Egy adott feladat megoldására általában többféle szerkezeti anyag is felhasználható. Eltérő szilárdsági és más jellemzőikből eredően azonban lényegesen különböző költségek (beépítendő anyagmennyiség), üzemi tulajdonságok adódhatnak. Ennek érzékeltetésére egy 300 mm belső átmérőjű, 240 bar üzemi nyomású, 560 °C üzemi hőmérsékletű, konvektív fűtésű túlhevítő csőköteg kilépő kamrájára számított eredményeket mutatjuk be. A kamrába a csövek 38 mm külső átmérőjű, 6 mm falvastagságú, kimunkált gyökökkel hegesztett, 300 mm-es osztással, sorosan elrendezett csőcsonkokon keresztül csatlakoznak. A kamra falvastagságának meghatározása és a változó igénybevételek szempontjából megengedett feszültségek, megengedett felfűtési, lehűtési sebességek kiszámítása négy (három ferrites-martenzites, egy ausztenites) anyagminőség figyelembevételével történt:
-
„A” jelű:X20CrMoV11-1,
-
„B” jelű:X10CrMoVNb9-1,
-
„C” jelű:X10CrWMoVNb9-2,
-
„D” jelű:X3CrNiMoBN17-3-3, ausztenites anyag.
A számításokat a TRD 301 előírás (furatperemen ébredő tangenciális főfeszültségek korlátozása), illetve az MSZ EN 12952-3 szabvány (furatperemen ébredő, tangenciális és radiális főfeszültségek alapján számított egyenértékű feszültségek korlátozása) alapján is elvégeztük. Az eredményeket a 7.19. táblázat foglalja össze.
7.19. táblázat
|
Anyagminőség
|
|
A
|
B
|
C
|
D
|
|
|
Falvastagság, pótlékok nélkül
|
mm
|
97,2
|
54,2
|
45,2
|
37,9
|
|
|
Közepes ciklushőmérséklet
|
°C
|
440
|
||||
|
Folyáshatár ciklushőmérsékleten
|
N/mm2
|
336,0
|
324,0
|
362,4
|
161,0
|
|
|
Rugalmassági modulus
|
N/mm2
|
185000
|
187000
|
187001
|
164000
|
|
|
Lineáris hőtágulási együttható
|
1/K
|
|||||
|
Hőfokvezetési szám
|
mm2/min
|
304,0
|
356,0
|
356,0
|
270,9
|
|
|
TRD 301 alapján
|
Megengedhető feszültségamplitúdó
|
N/mm2
|
470,93
|
470,93
|
470,93
|
470,93
|
|
Minősítés
|
|
Rugalmas eset
|
Rugalmas eset
|
Rugalmas eset
|
Rugalmassági határon túli eset
|
|
|
Megengedhető váltakozó feszültségamplitúdó
|
N/mm2
|
459,79
|
460,50
|
447,35
|
389,41
|
|
|
Belső nyomásból adódó változó feszültség
|
N/mm2
|
142,19
|
227,28
|
265,78
|
310,35
|
|
|
Szimmetriaviszonyokra jellemző szám
|
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
|
|
Alsó ciklushatár
|
N/mm2
|
–158,80
|
–116,61
|
–90,79
|
–39,53
|
|
|
Felső ciklushatár
|
N/mm2
|
300,99
|
343,89
|
356,56
|
349,88
|
|
|
Hőfeszültségre megengedett érték indulásnál
|
N/mm2
|
–158,80
|
–116,61
|
–90,79
|
–39,53
|
|
|
Hőfeszültségre megengedett érték leállásnál
|
N/mm2
|
158,80
|
116,61
|
90,79
|
39,53
|
|
|
Indításnál megengedett közepes hőmérséklet-különbség
|
°C
|
–23,40
|
–16,23
|
–12,64
|
–4,23
|
|
|
Leállásnál megengedett közepes hőmérséklet-különbség
|
°C
|
23,40
|
16,23
|
12,64
|
4,23
|
|
|
Indításnál megengedett hőmérséklet-változási sebesség
|
K/min
|
1,96
|
5,42
|
6,16
|
2,26
|
|
|
Leállásnál megengedett hőmérséklet-változási sebesség
|
K/min
|
–1,96
|
–5,42
|
–6,16
|
–2,26
|
|
|
MSZ-EN 12952-3 alapján
|
Megengedhető feszültségamplitúdó
|
N/mm2
|
684,51
|
652,26
|
646,89
|
772,26
|
|
Minősítés
|
|
Képlékeny
tartomány
|
Képlékeny
tartomány
|
Rugalmas
tartomány
|
Képlékeny
tartomány
|
|
|
Megengedhető váltakozó feszültségamplitúdó
|
N/mm2
|
678,23
|
650,13
|
683,03
|
498,67
|
|
|
Belső nyomásból adódó változó feszültség
|
N/mm2
|
152,03
|
242,58
|
285,25
|
335,53
|
|
|
Alsó ciklushatár
|
N/mm2
|
–263,10
|
–203,77
|
–198,89
|
–81,57
|
|
|
Felső ciklushatár
|
N/mm2
|
415,13
|
446,35
|
484,14
|
417,10
|
|
|
Hőfeszültségre megengedett érték indulásnál
|
N/mm2
|
–263,10
|
–203,77
|
–198,89
|
–81,57
|
|
|
Hőfeszültségre megengedett érték leállásnál
|
N/mm2
|
263,10
|
203,77
|
198,89
|
81,57
|
|
|
Indításnál megengedett közepes hőmérséklet-különbség
|
°C
|
–22,39
|
–16,40
|
–16,07
|
–5,24
|
|
|
Leállásnál megengedett közepes hőmérséklet-különbség
|
°C
|
22,39
|
16,40
|
16,07
|
5,24
|
|
|
Indításnál megengedett hőmérséklet-változási sebesség
|
K/min
|
1,87
|
5,48
|
7,83
|
2,79
|
|
|
Leállásnál megengedett hőmérséklet-változási sebesség
|
K/min
|
–1,87
|
–5,48
|
–7,83
|
–2,79
|
|
A táblázat alapján a következők állapíthatók meg:
-
Az anyagminőség (szilárdsági jellemzők) javulása a falvastagság lényeges csökkenését eredményezi.
-
A falvastagság csökkenése, a belső nyomásból adódó váltakozó feszültség növekedése és az ezzel egyidejű, hőfeszültségekre megengedett váltakozófeszültség-tartomány csökkenése ellenére az indításnál és a leállásnál megengedhető hőmérséklet-változtatási sebességek növekedését eredményezi.
-
Az ausztenites anyagnál a rugalmassági modulus és a hőfokvezetési szám kisebb, a hőtágulási együttható, illetve a belső nyomásból adódó feszültség nagyobb a ferrites anyagokénál, ebből adódóan kisebb megengedhető hőmérséklet-változási sebességek adódnak.
A kétféle számítási eljárás közel azonos megengedett hőmérséklet-változási sebességeket eredményez, érdemes azonban megfigyelni, hogy a főfeszültségek alapján rugalmasnak minősített „A”, „B” eseteket az egyenértékű feszültségeken alapuló eljárás plasztikusnak minősíti.
Anyagjellemzők: A hőfeszültségek, megengedett hőmérséklet-változási sebességek számításánál minden esetben szükség van a fizikai jellemzőkre, illetve az ezekből képzett tényezőkre. Az anyaggyártók az rugalmassági együtthatót, a lineáris hőtágulási tényezőt, a Poisson-számot, a hővezetési tényezőt, a sűrűséget, a közepes fajhőt, az anyag szavatolt szilárdsági jellemzőit, tulajdonságait, alkalmazhatóságát, hegeszthetőségét, hőkezelési ajánlásait tartalmazó anyaglapokon általában közlik. Az adatok használatánál figyelembe kell venni, hogy a 7.2.2.2. fejezetben ismertetett összefüggések használatához az adott üzemállapotra jellemző hőmérséklet tartományban érvényes anyagjellemzőkre van szükség, miközben az adatbázisokban esetenként átlagos integrált () értékek szerepelnek. Különösen gyakori ez a lineáris hőtágulási együttható esetén, amelyet az adott hőmérséklet és 20 °C között átlagolva adnak meg. Ebből egy adott hőmérsékletre vonatkozó érték a
összefüggéssel számítható. A sűrűséget gyakran csak 20 °C értékre adják meg. Más hőmérsékletre történő átszámítás a
kifejezéssel lehetséges [7.69].
A [7.17] előírás az anyagok összetételtől függő csoportosítása alapján nem anyagféleségenként, hanem az egyes csoportokra adja meg a számítások elvégzéséhez szükséges előbbi fizikai jellemzőket. Az előbbieken túlmenően a legtöbb, használatos szerkezeti anyagra a VDI-Wärmeatlasban [7.69] is megtalálhatók az anyagjellemzők. A különféle források között azonban eltérések tapasztalhatók, amelyekre a témakörrel foglalkozók már az 1960-as évek elején (például [7.111]) rámutattak. Úgy tűnik, az egységesítésre vonatkozó erőfeszítések azóta sem vezettek eredményre. Ennek az is oka lehet, hogy a méretezési előírások egységesítéséért felelős testületek (mint azt a hatályos európai szabvány [7.17] tükrözi) az anyagjellemzők pontosságának kisebb jelentőséget tulajdonítanak. Valószínűsíthető, hogy a [7.120] irodalom 1980-as évek elején közzétett megállapításai (7.20. táblázat), az egyes anyagjellemzők pontosságára vonatkozóan ma is helytállóak lehetnek, bár a VDI-Wärmeatlas [7.69] a táblázatban szereplőknél kisebb mérési hibára utal.
A gyakorlati számításoknál, közöttük a 7.3. fejezetben ismertetett folyamatirányító, élettartam-elhasználódást ellenőrző rendszereknél az anyagjellemzőkből képzett alábbi tényezőket használjuk
-
a hőfeszültségek állandósult állapotban, a külső hőszigetelés fajlagos hővesztesége (7.17. táblázat) alapján,
történő számításához. A táblázatokban megadott anyagjellemzőkből az ott megadott vonatkoztatási hőmérsékletekre képzett tényezőkre közelítő függvények illeszthetők, amelyekkel a számértékek a közbenső hőmérsékletekre is gyorsan meghatározhatók. A [7.120] irodalom alapján a harmadfokú polinommal történő közelítés kellő pontosságot biztosít.
7.20. táblázat [7.120]
|
Jellemző
|
Befolyásoló tényező
|
Hiba
|
|
Szövetszerkezet, hőkezelés
|
> ± 5%
|
|
|
Összetétel
|
± 2–8%
|
|
|
Összetétel
|
± 5–10%
|
|
|
Összetétel
|
± 1–2%
|
|
|
Összetétel
|
± 5–7%
|
|
|
Összetétel
|
± 4–7%
|
|
|
Összetétel
|
± 7–10%
|
|
|
|
± 6–11%
|
|
|
|
± 9–15%
|
|
|
|
± 8–15%
|
A tényezők hibája az alappontokban az egyes anyagjellemzők hibájának alábbi összefüggés szerinti összegzésével számítható:
ahol az egyes anyagjellemzők hibája. A 7.20. táblázatban a , , tényezők eredő hibáját is feltüntettük.
Tartalomjegyzék
- Kazánok
- Impresszum
- Előszó a második kiadáshoz
- Bevezetés
- 1. Kazánok általános jellemzői
- 2. Kazántípusok általános ismerte
- 3. Kétfázisú hőátadás, áramlás fűtött felületen
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 3.2. Forrás végtelen térben [3.1]
- 3.3. Hőátadás és gőzfejlesztés csőben
- 3.4. A kétfázisú közeg áramlásának alapjai
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 4. Vízoldali folyamatok, vízelőkészítés, gőztisztaság
- 5. Hőtechnikai számítások
- 6. Füstgázoldali folyamatok, légtechnikai számítások
- 7. Gőzkazánok elemeinek szilárdsági számítása
- 8. A gőzkazánok üzemeltetése
- Függelék
- 1. függelék
- 2. függelék
- 3. függelék
- 4. függelék
- 5. függelék
- Szerkezeti anyagok
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- b) Hagyományos lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- c) Növelt szilárdságú lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- d) Jellemző dobanyagok tartamszilárdsága [7.63]
- e) Kamrák lemezanyagainak tartamszilárdsága [7.63]
- f) Rozsdamentes lemezanyagok folyáshatára [7.65]
- g) Rozsdamentes lemezanyagok tartamszilárdsága [7.65]
- h) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok folyáshatára [7.70]
- i) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- j) Hagyományos csőanyagok folyáshatára [7.70]
- k) Hagyományos csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- l) Növelt szilárdságú csőanyagok folyáshatára [7.70]
- m) Növelt szilárdságú csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- n) Rozsdamentes csőanyagok folyáshatára [7.71]
- o) Rozsdamentes csőanyagok tartamszilárdsága [7.71]
- p) Korszerű anyagok folyáshatára [7.30], [7.74, 7.75, 7.76], [7.79, 7.80], [7.83]
- q) Korszerű anyagok tartamszilárdsága [7.25], [7.74, 7.75], [7.79, 7.80, 7.81, 7.82, 7.83]
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- Szerkezeti anyagok
- Irodalom
Kiadó: Akadémiai Kiadó
Online megjelenés éve: 2020
ISBN: 978 963 454 492 0
Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.
Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
