ELEMENTI STROJEVA II

1. ELEMENTI STROJEVA II Stručni preddiplomski studij strojarstva petak, 23. ožujak 2007

2. CJEVOVODI

3. Cjevovodi • Cjevovod je uređaj sastavljen od niza međusobno nepropusno spojenih cijevi s pripadajućom armaturom, kompenzatorima, kontrolnim i mjernim uređajima, osloncima i ostalim pomoćnim elementima. • Cjevodi služe za transport: •  plinova i para • tekućina • čvrstih rasutih materijala

4. Cjevovodi Prema primjeni cjevovodi se dijele na: Tehnološke cjevovode – služe za transport sirovina, poluproizvoda, gotovih proizvoda ili otpadnih materijala pri raznim tehnološkim procesima

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

6. Cjevovodi Cjevovode hidrauličkih i pneumatskih instalacija – cjevovodi kočionih i servo sistema, kontrolnih sistema, ispušnih plinova, sistema automatike itd. Nalaze se u sklopu raznih stacionarnih i mobilnih strojeva Cjevovode za posebne namjene – pneumatska pošta

7. Cjevovodi • Prema tlaku koji vlada u cjevovodu dijele se na: • vakuumske cjevovode – p ‹ 1 bar • cjevovode niskog tlaka – 1 bar ≤ p ‹ 16 bar • cjevovode srednjeg tlaka – 16 bar ≤ p ‹ 100 bar • cjevovode visokog tlaka – p › 100 bar • Stupanj agresivnosti trasportiranog medija određuje se prema debljini korodiranog sloja tokom jedne godine na cijevi od ugljičnog čelika: • mala agresivnost - ‹ 0,1 mm/god • srednja agresivost – 0,1 – 1 mm/god • velika agresivnost - › 1 mm/god

8. Materijali MATERIJALI ZA IZRADU CJEVOVODA Povijest Prvi materijali za izradu cjevovoda su bili drvo i keramika, premda se i danas ovi materijali koriste za neke specijalne svrhe (kemijska industrija i industrija celuloze- drvo, za transport agresivnih medija – keramika) Vodovodne cijevi u starom Rimu rađene su od lijevanih olovnih cijevi (zbog toksičnosti olova već su odavno napuštene). Bakar se također koristio zbog lake izrade šavnih cijevi.

9. Materijali ČELICI Najviše primijenjeni materijali za izradu cijevnih vodova, kompenzatora, oslonaca i nosećih konstrukcija. Ovisno o temperaturi, tlaku i stupnju agresivnosti transportiranog medija, za izradu se cijevi koriste: Ugljični čelici – za umjerene temperature i neagresivne medije. Koriste se za sve tlakove koji se sreću u praksi. Gornja temperaturna granica je 450o C. Za vodove koji se moraju zavarivati koriste se: Č 1212, Č 1213, Č 1402 i Č 1502. Za povišene temperature i tlakove: Č 1214 i Č 1215 Od ugljičnih se čelika izrađuju i vijci, matice, podloške i oslonci.

10. Materijali • Legirani čelici – koriste se kod povećanih zahtjeva u pogledu: • otpornosti na ekstremne temperature • otpornosti na mehanička naprezanja • otpornosti na agresivne medije Za cjevovode izložene ekstremno visokim temperaturama koriste se čelici legirani s: Cr, Mo, Ni, a u novije vrijeme V, Ti, Al i B. Za cjevovode izložene ekstremno niskim temperaturama koriste se čelici legirani Cr i Ni. Za cjevovode izložene agresivnim tvarima čelici moraju biti otporni na koroziju kao što su: Č4170, Č4172, Č4570, Č4571.

11. Materijali Ljevano željezo – koristi se najčešće za izradu armature (kućište ventila, kotača, poklopaca), a rijetko se koristi za izradu cijevi, osim kanalizacijskih ili u kemijskoj industriji kada lijevano željezo pokazuje posebnu otpornost na agresivnost nekog medija. Čelični lijev – koristi se u slučajevima kada je opterećenje armature takvo da ga ne može podnijeti ljevano željezo. Koristi se čelični lijev sa sadržajem ugljika manjim od 0,6 %. Ukoliko su zahtjevi takvi, čelični se lijev može legirati s Cu, Ti i Mo.

12. Materijali OBOJENI METALI I NJIHOVE LEGURE Koriste se za izradu cijevi, armature i brtvenih elemenata. Najviše se koriste: Bakar – za cijevi manjeg promjera. Postojane su na atmosferske utjecaje, prema slatkoj vodi i nekim organskim kiselinama, freonima i alkoholima. Dobro se zavaruju i leme. Aluminij – primjenjuje se za cijevi u kemijskoj, procesnoj i prehrambenoj industriji za transpotr: koncentrirane dušične kiseline te mravlje i octene kiseline. Neotporan je na solnu kiselinu, morsku vodu i rastvore lužnatog karaktera.

13. Materijali • Legure bakra (bronce) – ovisno o osnovnom legirajućem elementu legure bakra se dijele na: • kositrene (Sn) • aluminijske (Al) • olovne (Pb) • silicijske (Si) • crveni lijev (Sn + Zn) • kositreno – olovne (Sn + Pb) • manganske (Mn) Legure bakra s Zn kao glavnim legirajućim elementom nazivamo mesing.

14. Materijali • Prema namjeni legure bakra se dijele na: • legure za ljevanje – koriste se za odljevke kućišta armature i brtvenih elemenata • legure za gnječenje – prešane i vučene cijevi.

15. Materijali PLASTIČNE MASE Vrlo se često primjenjuju osobito u kemijskoj industriji i građevinastvu zbog otpornosti na koroziju pojedinih fluida, vode i zraka. Polivinil klorid (PVC) – cijevi, armatura, filteri i pumpe. Koristi se za temperature od – 20oC do +60oC. Bakelit – materijal od čistih fenolformaldehidnih smola Faolit – materijal od fenolformaldehidnih smola s raznim dodacima Vlaknaste plastične mase – kao dodaci se koriste drveno brašno i razna organska vlakna Tekstolit – prešana tkanina natopljena fenolformaldehidnim smolama.

16. Materijali GUMA Koriste se za elastične (fleksibilne cijevi) najčešće armirane s čeličnom žicom te za brtvene elemente. Tvrdoća gume ovisi o sadržaju sumpora: 0,5 do 5 % S – meka guma ‹ 15 % S – polutvrda guma ‹ 25 % i više – tvrda guma

17. Materijali • STAKLO • Koristi se za izradu cijevi kojima se transportiraju jako agresivni mediji ili kada je potrebna velika čistoća (prehrambena i farmaceutska industrija). • Veliku otpornost prema naglim temperaturnim promjenama imaju: • borosilikatna stakla • staklo s ~ 20 % Al2O3.

18. Materijali BAKRENE CIJEVI ČELIČNE CIJEVI CIJEVI OD PLASTIČNIH MASA

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

20. Zaštita od korozije • Zaštita cjevovoda od korozije • Po svom se karakteru zaštita od korozije dijeli u tri grupe: • Mjere u cilju povećanja antikorozivne otpornosti – pravilan izbor materijala • 2. Fizičko odvajanje površine cjevovoda od agresivnog medija (pasive mjere) – prevlake

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

22. Normizacija cjevovoda i armature • Najznačajnije norme su: • o nazivnim promjerima • o nazivnim tlakovima Nazivni (nominalni) promjer – DIN 2402 Oznaka je DN Nazivni promjer samo približno odgovara unutarnjem promjeru cijevi, prirubnica, ventila i dr. Normirani su za vrijednosti od 1 do 4000 mm.

23. Normizacija cjevovoda i armature Nazivni (nominalni ) tlak – DIN EN 1333 Nazivni (nominalni) tlak je onaj najviši tlak kojem dani element smije biti izložen na temperaturi od +20oC. Označava se s NP i brojem koji označava vrijednost tlaka u barima. Dozvoljeni radni tlak (pr) je onaj najviši tlak, kojem element smije biti izložen na radnoj temperaturi (tr). Ako je temperatura viša od 20oC, ako postoji kolebanje tlaka ili postoje dodatna mehanička opterećenja, dozvoljeni maksimalni tlak je utoliko niži koliko je neki od navedenih utjecaja izraženiji. Pri izboru elemenata cijevnog voda treba usvojiti onaj čiji je nominalni tlak veći od radnog tlaka

24. Normizacija cjevovoda i armature Kod temperatura iznad 400oC treba naknadno kontrolirati naprezanja i usporediti s dopuštenim naprezanjima (prema granici razvlačenja na danoj temperaturi). Može se reći da je dopušteni radni tlak približno za onoliko puta manji od NP za koliko je dopušteno naprezanje na radnoj temperaturi manje od dopuštenog naprezanja na 20oC. Probni (ispitni) tlak je onaj tlak pod kojim se na sobnoj temperaturi ispituje mehanička otpornost, nepropusnost i brtvljenje, kako pojedinačnih elemenata tako i cjevovoda u cjelini. Ako nije drukčije propisano (npr. sporazumom između proizvođača i korisnika), usvaja se: Pi = 1,5 NP

25. Izrada cijevi • Izrada čeličnih cijevi • Prema načinu proizvodnje čelične se cijevi dijele na • bešavne • šavne

26. Izrada cijevi • Izrada bešavnih cijevi • Proizvodnja bešavnih cijevi započela je 80 – tih godina 19. st. Na osnovu pronalaska braće Mannesman zbog čega je često sinonim za bešavni cijev Mannesmanova cijev. • Postupci izrade bešavnih cijevi su: • Steifelov postupak • Ehrhardtov postupak • prešanje cijevi – 20 do 100 mm • hladno vučene cijevi • hladno valjane cijevi

27. Izrada cijevi

28. Izrada cijevi • Izrada šavnih cijevi • Prema vrsti šava dijele se na : • s preklopnim šavom – spiralne šavne cijevi • sa sučeonim zavarivanjem - pritiskanjem predhodno usijanih bridova (Fretz- Moonov postupak).

29. Izrada cijevi

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

31. Izrada cijevi Izrada cijevi od obojenih metala – najčešće prešanjem i hladnim valjanjem. Izrada cijevi od plastičnih masa i drugih nemetala – prešanjem ili zavarivanjem plastičnih ploča.

32. Proračun cjevovoda Proračun cjevovoda Potrebni unutarnji (“svjetli”) promjer cijevi Usvaja se najbliži (ili prvi veći) standarni nazivni promjer DN.

33. Proračun cjevovoda Debljina stijenke cijevi da u mm – vanjski promjer cijevi pe u N/mm2 – maksimalni tlak koji se pojavljuje u radu ili nazivni PN za koji se cjevovod projektira K u N/mm2 – granica razvlačenja materijala cijevi . Za najčešće materijale je: 235 N/mm2 Č 1212 275 N/mm2 Č 1213 355 N/mm2 Č 3100

34. Proračun cjevovoda • S = 1,5... 1,8 - faktor sigurnosti • - faktor oslabljenja čvrstoće cijevi • = 1 za bešavne cijevi • =0,9 za šavne cijevi c1 u mm – dodatak na netočnost debljine cijevi c1 = 0,25 mm za debljine s ≤ 3 mm c1 = 0,35 mm za debljine 3 mm ‹ s ≤ 10 mm c1 = 0,5 za debljine s › 10 mm. c2 u mm – dodatak na koroziju, uobičajeno je 1 mm.

35. Spojevi i armatura • Cijevni spojevi su sklopovi, koji služe za međusobno spajanje cijevi, kompenzatora i armature u hermetički cjevovod. • Po svojoj namjeni se dijele na: • nerastavljive – zavareni, zalemljeni i zalijepljeni

36. Spojevi i armatura • rastavljivi – prirubnički spojevi, Ermeto spojevi (za manje dimenzije cjevovoda Prirubnički spoj

37. Spojevi i armatura Ermeto spojevi

38. Spojevi i armatura • Cjevovodna armatura su razni uređaji koji služe za upravljanje protokom transpotiranog fluida promjenom površine protočnog otvora. • Armatura se prema funkciji dijeli na: • zapornu - po potrebi odvaja jedan dio cjevovoda od drugoga • prigušnu – služi za redukciju tlaka • jednosmjernu – dopušta kretanje fluida samo u jednom smjeru i automatski zatvara pri promjeni smjera kretanja • regulirajuću – automatsli otvara protočni otvor kada tlak ispred ventila pređe dozvoljenu vrijednost • havarijsku – automatski prekida kretanje fluida na mjestu havarije • aeracijsku (odzračnu) – služi za ispuštanje plinova iz cjevovoda (cjevovod za transport tekućina) • kondenznu – služi za odstranjivanje kondenzata iz cjevovoda( cjevovodi za transport pare i plinova)

39. Spojevi i armatura • Prema obliku i kretanju zatvarača armatura se dijeli na: • Zaporne ventile – kojim se zatvarač kreće okomito na brtvenu površinu (sjedište ventila)

40. Spojevi i armatura Zasune – zatvarač se kreće paralelno ili pod malim kutem na brtvenu površinu

41. Spojevi i armatura Pipce – zatvarač se okreće oko osi kaja je okomita na pravac kretanja fluida

42. Spojevi i armatura Zaklopce (klapne) – zatvarač se okreće oko osi koja se nalazi izvan protočnog otvora

43. Spojevi i armatura Kompenzatori temperaturnih dilatacija To su elementi, koji omogućavaju temperaturne dilatacije cjevovoda, a da pri tome sile i naprezanja u njemu ostanu u dozvoljenim granicama.