MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
7.2.3.2. Csövek csatlakozása, perem-igénybevételek
A kazánok nyomástartó szerkezeti elemeihez felhasznált különböző alakú, anyagú részelemek az igénybevételek hatására eltérően változtatják alakjukat, így az összeerősítési keresztmetszetekben járulékos igénybevételek jöhetnek létre [7.144]. A következőkben ezek közül csak az eltérő anyagú, méretű, hőmérsékletű csövek egymáshoz, tartályfalhoz erősítésével foglalkozunk, mivel a gyakorlati tapasztalatok alapján a legtöbb − gátolt alakváltozásból eredő − meghibásodás ilyen csatlakozásoknál következik be.
A lineáris hőtágulás alapegyenletét felírva
megállapítható, hogy a folyamatban szerepet játszó mindhárom paraméterben – az anyagminőségtől függően a lineáris hőtágulási együtthatóban, a szerkezeti elem méretében (falvastagságában), hőmérsékletében (a kiinduló állapothoz viszonyított hőmérséklet-változásában) – bekövetkezhet eltérés. Ebből adódóan a részelemek csaknem minden esetben gátolják egymás szabad alakváltozását. A folyamatok a héjelmélet felhasználásával vizsgálhatók [7.144]. A hengeres héj tengelyszimmetrikus alakváltozása az alábbi differenciálegyenlettel írható le [7.14]:
ahol
|
alakváltozás [mm],
|
|
|
a csatlakozás helyétől mért hosszirányú koordináta [mm],
|
|
|
a cső falvastagsága [mm],
|
|
|
a hengeres öv (héj) sugara [mm],
|
|
|
belső nyomás [N/mm2],
|
|
|
hosszirányú húzóerő [N],
|
|
|
a kiinduló állapothoz viszonyított hőmérséklet-változás [°C],
|
|
|
a cső falában ébredő hőmérséklet-különbség [°C].
|
Hosszú héjak esetén
feltételezésével, az előbbi egyenlet egyik megoldása
ahol
A sugárirányú elmozdulás függvényében az igénybevételek is kiszámíthatók (7.55. ábra):
-
Hosszirányú hajlítónyomaték:
-
Érintőleges irányú hajlítónyomaték:
-
Sugárirányú nyíróerő:
-
Érintőleges irányú nyíróerő:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5723/#m713kaz_5723 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5723/#m713kaz_5723)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5723/#m713kaz_5723)
7.55. ábra. Élerő, élnyomaték hatására bekövetkező alakváltozások hengeres héjon [7.14]
Nagy értékek ( >) esetén == 0, így a (7.151) kifejezésben az ezeket a tényezőket tartalmazó tagok elhanyagolhatók. Bevezetve az [Nmm/mm] egyenletesen megoszló élnyomaték és a [N/mm] egyenletesen megoszló élerő fogalmát, és feltételezve, hogy = 0, a teljes kerülete mentén azonos hőmérsékletű, falvastagságú, homogén anyagú cső
-
átmérőjének változása (megállapodás alapján a növekedés pozitív előjelű)
-
elfordulása (megállapodás alapján pozitív, amennyiben a cső kifelé fordul):
Az előbbi összefüggésekben
Érintőleges irányban:
A csövek összeerősítése: A módszer alkalmazását ferrites és ausztenites cső tompavarrattal hegesztett csatlakozásának vizsgálatára mutatjuk be. Feltételezzük, hogy a csövek méretei azonosak, hőmérsékletük azonos, csak hőtágulási együtthatójuk különbözik. Miután a csövek egymáshoz vannak erősítve, sugárirányú elmozdulásuk és szögelfordulásuk azonos. A gátolt alakváltozásból adódóan a csövekben járulékos nyomaték és nyíróerő ébred, amelyek járulékos feszültséget okoznak. Ezek meghatározásához az elmozdulások és az elfordulások azonosságát felíró egyenletekből kell kiindulni. Az egyenletek mindkét oldalán 3-3 tag szerepel: a hőtágulás, az élnyomaték és az élerő hatására létrejövő elmozdulások, illetve elfordulások.
illetve
A (7.156)–(7.157) összefüggések felhasználásával a 7.56. ábrán (a) vázolt irányoknak megfelelően behelyettesítve:
Az előbbiekből következik, hogy eltérő anyagminőségű, de azonos méretű, hőmérsékletű csövek összeerősítésénél élnyomaték nem, csak élerő ébred. Nagysága a (7.161/b) képlet átrendezésével a
kifejezésből határozható meg. Az összeerősítési helytől távolabbi nyomatékok, illetve nyíróerő a (7.152), (7.153), (7.154), (7.155) képletekbe behelyettesítve adódnak:
A hosszirányú hajlítófeszültség hatására ébredő hajlítófeszültség (pozitív előjel külső, negatív előjel belső szálon) a
képlettel számítható.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5760/#m713kaz_5760 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5760/#m713kaz_5760)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5760/#m713kaz_5760)
7.56. ábra. Eltérő anyagú szerkezeti elemek egymáshoz erősítése
A szerkezeti elemeket terhelő, összeerősítésből eredő nyomatékok, nyíróerő más esetekre is levezethetők. Példaként (csak a végeredményt közölve) a cső merevnek tekinthető, alakját nem változtató, vastag falú szerkezeti elemhez történő erősítése (7.56. ábra (b)) esetén:
-
az élerő
-
az élnyomaték
Ezek felhasználásával a hosszirányú hajlítónyomaték
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5769/#m713kaz_5769 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5769/#m713kaz_5769)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5769/#m713kaz_5769)
7.57. ábra. Érintőleges feszültség az összeerősítés módjától függően [7.14]
A kétféle összeerősítés esetén ébredő, belső nyomásból és hajlításból eredő tangenciális feszültségek összehasonlítását 57 mm külső átmérőjű, 5 mm falvastagságú, 550 °C-ra felmelegedő, X20CrMoV11-1, illetve X8CrNiNb16-13 anyagból készült csövek, illetve az ausztenites anyagú cső vastag, X20CrMoV11-1 anyagú lemezhez történő csatlakozásának esetére a 7.57. ábra mutatja. Látható, hogy a merevnek tekinthető falhoz történő cső csatlakoztatása esetén lényegesen nagyobb feszültségek ébrednek, mint cső-cső csatlakozás esetén. Ebből következik, hogy a kamráétól, kazándobétól eltérő anyagú csövek csatlakoztatása esetén, a nagy járulékos feszültségek megelőzése érdekében minden esetben célszerű a > méretet meghaladó, a dobbal, kamrával azonos anyagú csonkok beépítése és az eltérő anyagú csövek ezekhez történő csatlakoztatása.
Az axiális hőmérséklet-különbség hatása: A szabadra menő tartályok belsejébe (a csőben áramló közegétől eltérő hőmérsékletű térbe) vezető csöveknél a közeg és ezzel a csőfal hőmérséklete változik a cső hossztengelye mentén (7.58. ábra). alakú lineáris hőmérséklet-lefutást feltételezve az élnyomaték értéke
nagyságúra adódik, amelyből a hajlítófeszültség a (7.167) képlettel számítható. A hőmérséklet-lefutás előbbi képletében [°C/mm] a hosszirányú hőmérséklet-gradiens. Meg kell említeni, hogy szabad csővégek esetén a járulékos igénybevételek a csővégeken a legnagyobbak, ezért a repedések a peremről indulnak ki.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5775/#m713kaz_5775 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5775/#m713kaz_5775)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5775/#m713kaz_5775)
7.58. ábra. A csővég axiális irányú hőmérséklet-változásának hatása
A tápvíz dobba vezetése: A gyakorlatban gyakran előfordul, hogy a vastag falú szerkezeti elem és a csatlakozó cső között nemcsak az anyagminőségben van különbség, hanem a csőben szállított közeg hőmérséklete lényegesen eltér a vastag falú szerkezeti elem hőmérsékletétől. Utóbbi hőmérséklet üzem közben ingadozhat is. A hőmérséklet-különbségből, annak változásából adódóan a szerkezeti elem és a csőfal csatlakozásánál jelentős igénybevételek lépnek fel, amelyek rövid időn belül repedésekre vezethetnek.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_5779/#m713kaz_5779 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_5779/#m713kaz_5779)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_5779/#m713kaz_5779)
7.59. ábra. Védőcső alkalmazása nagy hőmérséklet-különbség esetén
A jelenség különösen a telítésinél hidegebb tápvizet kazándobba vezető csőcsatlakozásoknál, a telítési hőmérsékletűnél hidegebb folyadékot gőz befúvásával melegítő nyomástartó edényeknél lehet veszélyes. Ilyen esetben a 7.59. ábrán vázolt megoldások alkalmazhatók, amelyeknél az eltérő hőmérsékletű közeget szállító cső kellő hosszúságú védőcsővel csatlakozik. A csatlakozást külső védőcső alkalmazása esetén csak a gőztérben lehet elhelyezni. Az esetlegesen folyadéktérben elhelyezett belső védőcső és a tápvízbevezetés közötti varrat kritikus helynek minősül, mivel a védőcső hőmérséklete a jobb folyadéktéri hőátadásból adódóan a folyadék-hőmérséklettel lesz azonos, így nagy járulékos feszültségek alakulhatnak ki. Ezért az átvezetéseket lehetőleg minden esetben a gőztéren kell kialakítani.
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.
