LOGICĂ ing. DOBROIU I. Emilia Marinela căs. SCHEIBNER CERCETĂRI TEORETICE ŞI APLICATIVE PRIVIND OPTIMIZAREA CONSTRUCTIVĂ A ELEMENTELOR DE SUSŢINERE ŞI PRINDERE ALE CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE INDUSTRIALE THEORETICAL AND PRACTICAL RESEARCH ON STRUCTURAL OPTIMIZATION OF PIPE SUPPORTS AND FASTENING COMPONENTS IN INDUSTRIAL PLANTS REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT Summary of the doctoral disertation Conducător ştiinţific Prof.univ.dr.ing. DORU VELICU BRAŞOV 2011 UNIVERSITATEA „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV FACULTATEA DE INGINERIE TEHNOLOGICĂ CATEDRA DE GEOMETRIE DESCRIPTIVĂ ŞI GRAFICĂ TEHNICĂ
60
Embed
CATEDRA DE GEOMETRIE DESCRIPTIVĂ ŞI GRAFICĂ …webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/ScheibnerDobroiuEmilia... · Lucrarea Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LOGICĂ
ing. DOBROIU I. Emilia Marinela căs. SCHEIBNER
CERCETĂRI TEORETICE ŞI APLICATIVE PRIVIND OPTIMIZAREA CONSTRUCTIVĂ A ELEMENTELOR DE
SUSŢINERE ŞI PRINDERE ALE CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE INDUSTRIALE
THEORETICAL AND PRACTICAL RESEARCH ON STRUCTURAL OPTIMIZATION OF PIPE SUPPORTS AND
FASTENING COMPONENTS IN INDUSTRIAL PLANTS
REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT Summary of the doctoral disertation
UNIVERSITATEA „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV FACULTATEA DE INGINERIE TEHNOLOGICĂ
CATEDRA DE GEOMETRIE DESCRIPTIVĂ ŞI GRAFICĂ TEHNICĂ
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
2
MINISTERUL EDUCAŢIEI CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR, NR. 29, 500036, Tel.0040-268-413000, Fax 0040-268-410525 RECTORAT
D-nei/lui ...…………………………………………………………………………………
Vă invităm să participaţi la susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată: CERCETĂRI TEORETICE ŞI APLICATIVE PRIVIND OPTIMIZAREA CONSTRUCTIVĂ A ELEMENTELOR DE SUSŢINERE ŞI PRINDERE ALE CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE INDUSTRIALE, elaborată de doctoranda ing. DOBROIU I. Emilia Marinela căs. SCHEIBNER în vederea obţinerii titlului ştiinţific de DOCTOR, în domeniul INGINERIE INDUSTRIALĂ.
COMPONENŢA comisiei de doctorat
numită prin Ordinul Rectorului Universităţii „TRANSILVANIA” din Braşov Nr. 4683 din 26.07.2011
PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Nouraş Barbu LUPULESCU
DECAN – Facultatea de Inginerie Tehnologică Universitatea „Transilvania” din Braşov
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Doru VELICU Universitatea „Transilvania” din Braşov
REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Codruţa BOLOŞ Universitatea „Petru Maior” Târgu Mureş
Prof. univ. dr. ing. Ionel SIMION Universitatea „Politehnică” Bucureşti
Prof. univ. dr. ing. Lucian BÂRSAN Universitatea „Transilvania” din Braşov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 26.09.2011, ora 1200
, Universitatea „Transilvania” din Braşov, corpul A, sala A IV.1 (Colina Universităţii).
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi, în timp util, pe adresa Universităţii „Transilvania” din Braşov.
PREFAŢĂ
Lucrarea Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a
elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale reprezintă
sinteza cercetărilor desfăşurate de autoare pentru teza de doctorat, dezvoltate pe parcursul
celor 5 ani de studii doctorale, în cadrul Universităţii “Transilvania” din Braşov, Catedra de
Geometrie Descriptivă şi Grafică Tehnică.
Tematica abordată în cadrul acestei lucrări este axată pe calculul de rezistenţă al
reţelelor termice şi crearea unor module software destinate optimizării constructive a
principalelor elemente de prindere şi susţinere ale conductelor, produse informatice care
permit: determinarea grosimii pereţilor conductelor; determinarea distanţei între reazemele
mobile şi cele fixe ale conductelor; dimensionarea configuraţiilor elastice în formă de „L”,
„Z” şi „U” ; dimensionarea compensatoarelor lenticulare şi crearea unor baze de date pentru
principalele elemente de prindere.
Lucrarea a fost elaborată în perioada 2006-2011 sub conducerea Domnului Prof. dr.
ing. Doru VELICU, căruia îi mulţumesc pentru sprijinul acordat de-a lungul întregii perioade de
realizare a lucrării precum şi pentru îndrumările, observaţiile şi exigenţa ştiinţifică abordată la
conceperea tezei.
Mulţumesc referenţilor ştiinţifici Doamnei Prof. dr. ing. Codruţa Boloş de la Universitatea
„Petru Maior” din Târgu Mureş precum şi Domnilor: Prof. dr. ing Ionel Simion de la
Universitatea „Politehnica” din Bucureşti, Prof. dr. ing. Lucian Bârsan de la Universitatea
„Transilvania” din Braşov, pentru sugestiile şi observaţiile care m-au ajutat să finalizez prezenta
lucrare.
Autoarea aduce mulţumiri speciale Domnei Conf. dr. ing. Mihaela Urdea care m-a ajutat
şi sprijinit pe parcursul elaborării lucrării.
Tot pe această cale doresc să mulţumesc colectivului de cadre didactice de la Catedra de
Geometrie Descriptivă şi Grafică Tehnică din Universitatea „Transilvania” din Braşov, condus de
Domnul Prof. dr. ing. Lucian Bârsan care mi-a acordat în permanenţă toată încrederea, ceea ce a
constituit un important suport moral.
Nu în ultimul rând mulţumesc familiei, pentru susţinerea, înţelegerea şi răbdarea avută în toţi
aceşti ani.
Braşov, Autorul august 2011
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
2
CUPRINS Teza Rez
1. INTRODUCERE 7/6 2. PREZENTAREA ANSAMBLURILOR DE INSTALAŢII ÎN CLĂDIRI 13/7
2.1. INSTALAŢII DE ÎNCĂLZIRE 13/7 2.2. INSTALAŢII SANITARE 16/- 2.3. INSTALAŢII DE VENTILARE ŞI CLIMATIZARE 17/-
3. PREZENTAREA ELEMENTELOR DE SUSŢINERE ŞI PRINDERE ALE CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE DE ÎNCĂLZIRE 19/8 3.1. STÂLPI ŞI CONSOLE DE SUSŢINERE. REAZEME DE SUSŢINERE 19/8
3.1.1. Stâlpi pentru susţinerea conductelor supraterane de încălzire 19/- 3.1.2. Console pentru susţinerea conductelor termice exterioare 20/- 3.1.3. Reazeme de susţinere 22/- 3.1.4. Compensatoare de dilatare 25/8
3.2. SUPORTURI DE SUSŢINERE. COLIERE DE PRINDERE 30/9 3.3. SISTEME DE ANCORARE 37/-
3.3.1. Bolţuri şi dibluri 37/- 3.3.2. Ancore 38/-
4. OBIECTIVELE LUCRĂRII 41/10 5. CONTRIBUŢII TEORETICE ŞI APLICATIVE PRIVIND CALCULUL
5.1.1. Creaţie de software pentru determinarea grosimii pereţilor conductelor. Procesorul “CCRT – Grosime perete conductă” 46/12
5.2. DETERMINAREA DISTANŢELOR DINTRE REAZEMELE MOBILE ŞI CELE FIXE 50/13 5.2.1. Creaţie de software pentru determinarea grosimii pereţilor conductelor.
COMPENSATOARELOR DE DILATARE ASUPRA SOLICITĂRILOR CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE DE ÎNCĂLZIRE 57/15 6.1. DIMENSIONAREA CONFIGURAŢIILOR ELASTICE 57/15
6.1.1. Dimensionarea configuraţiilor natural elastice în formă de “L” 57/15 6.1.2. Dimensionarea configuraţiilor natural elastice în formă de “Z” 61/18
6.2. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR NATURAL ELASTICE 63/20 6.2.1. Procesorul “CCRT – CNE – Tip L” pentru dimensionarea configuraţiilor
natural elastice în formă de “L” 63/20 6.2.2. Procesorul “CCRT – CNE – Tip Z” pentru dimensionarea configuraţiilor
natural elastice în formă de “Z” 68/22 6.3. DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR CURBATE ÎN FORMĂ
DE “U” 73/25 6.4. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU DIMENSIONAREA
COMPENSATOARELOR CURBATE ÎN FORMĂ DE “U” 75/27 6.4.1. Procesorul “CCRT – CNE – Tip U” pentru dimensionarea
configuraţiilor natural elastice în formă de “U” 75/27 6.5. DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR LENTICULARE
(CU BURDUF) 79/28 6.6. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU DIMENSIONAREA
COMPENSATOARELOR LENTICULARE (CU BURDUF) 82/29
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
9. FINAL CONCLUSIONS, ORIGINAL CONTRIBUTIONS AND CAPITALIZATION OF RESULTS 119/49 9.1. FINAL CONCLUSIONS 119/49 9.2. ORIGINAL CONTRIBUTIONS 120/50 9.3. RESULTS CAPITALIZATION 121/51
ATTACHMENTS 123/- REFERENCES 175/53 Note: For chapters, subsections, figures and relations, in the summary we kept the order numbers of the thesis.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
6
1. INTRODUCERE
Instalaţiile constituie o componentă determinantă în vederea desfăşurării activităţilor
civile sau industriale În orice construcţie indiferent de destinaţia acesteia, civilă sau
industrială, vom regăsi în mod obligatoriu instalaţii electrice, de încălzire, sanitare şi după caz
instalaţii de ventilare şi climatizare. Echipamentele care intră în alcătuirea instalaţiilor
industriale sunt fixate pe construcţii utilizând diverse elemente de susţinere şi prindere.
Activitatea de proiectare în inginerie este o activitate intelectuală de creaţie prin care
se urmăreşte obţinerea de produse noi cu performanţe ridicate la costuri scăzute prin folosirea,
de către inginerii proiectanţi, a cunoştinţelor ştiinţifico-tehnice şi a abilităţilor practice
dezvoltate în scopul optimizarii acestora, din punct de vedere conceptual, funcţional,
constructiv, tehnologic şi economic.
Principalele dimensiuni ale elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din
instalaţiile industriale sunt condiţionate de diametrele conductelor din cadrul instalaţiilor. Din
acest motiv, înainte de alegerea sau determinarea parametrilor constructivi ai elementelor de
prindere şi susţinere, este necesar a fi dimensionate conductele din cadrul instalaţiei.
Elementele de prindere şi susţinere cu cea mai mare diversitate constructivă sunt
întâlnite în cadrul instalaţiilor de încălzire, o bună parte din aceste elemente fiind întâlnite şi
în cadrul celorlalte tipuri de instalaţii. Din acest motiv, cercetărille intreprinse în cadrul
acestei lucrări se referă doar la elementele de prindere şi susţinere ale conductelor din cadrul
instalaţiilor de încălzire.
Diametrele conductelor din instalaţiile de încălzire rezultă în urma calculului
hidraulic al reţelelor termice [33, 34, 37], iar valorile acestora sunt considerate cunoscute
(date de intrare) în cercetările din cadrul acestei lucrări.
Principalul obiectiv al lucrării se înscrie în calculul de rezistenţă al reţelelor termice
şi este acela de a crea o serie de module software destinate optimizării constructive a
principalelor elemente de prindere şi susţinere ale conductelor, produse informatice care
permit: determinarea grosimii pereţilor conductelor; determinarea distanţei între reazemele
mobile şi cele fixe ale conductelor; dimensionarea configuraţiilor elastice în formă de „L”,
„Z” şi „U”; dimensionarea compensatoarelor lenticulare şi crearea unor baze de date pentru
principalele elemente de prindere.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
7
2. PREZENTAREA ANSAMBLURILOR DE INSTALAŢII ÎN CLĂDIRI
Instalaţiile interioare aferente construcţiilor civile şi industriale pot fi clasificate,
după rolul funcţional, în: instalaţii de încălzire; instalaţii de ventilare şi climatizare; instalaţii
sanitare; instalaţii electrice [53].
2.1. INSTALAŢII DE ÎNCĂLZIRE
La fixarea conductelor într-o instalaţie de încălzire se folosesc, în general,
următoarele elemente componente [107, 109, 123, 124, 126, 130]:
- coliere (fig. 2.2, a) cu garnituri speciale din cauciuc;
- sisteme de prindere cu puncte fixe (fig. 2.2, b);
- conector cu rolă pentru prinderea colierelor (fig. 2.2, c);
- profile de montaj pentru prinderea colierelor cu ajutorul tijelor filetate (fig. 2.2, d);
- plăci de bază pentru montarea ţevilor verticale (fig. 2.2, e);
Fig. 2.2. Detalii dintr-un ansamblu al unei instalaţii de încălzire
a b c
e
d
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
8
3. PREZENTAREA ELEMENTELOR DE SUSŢINERE ŞI PRINDERE ALE CONDUCTELOR DIN INSTALAŢIILE DE
ÎNCĂLZIRE
3.1. STÂLPI ŞI CONSOLE DE SUSŢINERE. REAZEME DE SUSŢINERE
Montarea în poziţie de funcţionare a unor elemente de instalaţii, conducte, aparate
etc., necesită susţinerea sau ancorarea lor de elementele structurii de rezistenţă a clădirii, prin
intermediul unor piese, elemente sau subansambluri speciale, ca de exemplu: bolţuri, dibluri,
6.1.1. Dimensionarea configuraţiei natural elastice în formă de „L”
Pentru efectuarea calculelor în timp foarte scurt şi pentru eliminarea erorilor care pot
apărea dacă se fac reiteraţii, a fost creat procesorul „CCRT –CNE – Tip L”. Dacă în urma
efectuării calculelor nu este îndeplinită condiţia de verificare a tensiunii maxime de
încovoiere (σmax=Mmax
Se consideră un sistem ABC fixat în extremităţile A şi C (fig. 6.1) cu un unghi
φ = 90° + β între laturile sale.
/W<100 MPa), procesorul va afişa un mesaj de avertizare “ATENŢIE
conducta NU rezista”, iar dimensiunile vor fi modificate în aşa fel încât condiţia să fie
îndeplinită în final. Etapele de calcul pentru dimensionarea configuraţiilor natural elastice în
formă de „L” au fost incluse în cadrul procesorului „CCRT –CNE – Tip L”. Totodată
procesorul rezolvă şi transformările unităţilor de măsură astfel încât rezultatele finale să fie
exprimate unitar.
Pentru a stabili starea de încărcare din funcţionarea reală se consideră eliberată
extremitatea A şi deformarea configuraţiei care face ca această extremitate să ajungă în A'.
Starea reală se obţine prin readucerea punctului A' în A prin introducerea unei forţe P şi a
momentului de încovoiere MA (care reprezintă, de fapt, reacţiuni ale rezemului fix). În fig.
6.1, a este evidenţiată poziţia lui B’, după dilatarea braţelor L1 şi L2
Etapele de calcul [34, 37] sunt organizate în următoarea succesiune:
.
• Calculul deplasărilor laterale maxime D1 şi D2
(fig. 6.1, a) în zona cotului conductelor
( )ββ+
α=
β
+ββ
ε=cos
sin-coscos
sin10
211
nLttLLD f ;
( )ββ+
α=
ββ
+β
ε=cos
sin1-cossin
cos 1021
2nLttLLD f ,
în care :
ε – deformaţie specifică;
α – coeficientul de dilatare a materialului utilizat [mm/m·K] (Anexa 4);
tf
t
– temperatura fluidului în regim nominal [°C];
0
(6.1, a)
– temperatura mediului ambiant în perioada de montare [°C];
(6.1, b)
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
16
L1, L2
n – raportul laturilor configuraţiei (n = L
– valorile braţelor configuraţiei [m];
2/L1
β – suplementul peste 90°C al unghiului φ cuprins între braţele compensatorului.
);
Fig. 6.1, a. Schema de calcul a deplasărilor cotului conductelor
Aceste deplasări se impun a fi mai mici decât valorile deplasărilor maxime admise
(0,16...0,17 m) pentru a preîntâmpina căderea conductelor de pe reazeme sau apariţia unor
reacţiuni din partea pereţilor laterali ai canalelor termice în care sunt pozate conductele.
• Calculul deplasării AA', utilizând relaţiile
22, yxAA ∆+∆= ; (6.2)
( )0120 -cos ttnLTLxx ft βα=∆α=ε=∆ ; (6.3)
( )( )0120 -sin1 ttnLTLyy ft β+α=∆α=ε=∆ , (6.4)
în care:
Δx si Δy – deplasari pe axele x si y;
εt
α este coeficientul de dilatare al materialului utilizat [mm/m·K];
– deformaţie termică specifică;
L1, L2
ΔT - diferenţa de temperatură [°C].
– valorile braţelor configuraţiei [m];
• Calculul coordonatelor centrelor de greutate ale trosoanelor AB şi BC
xG1 = 0 xG2 βcos21
1nL = (6.5)
yG1 21L = yG1 = L1 βsin
21
1nL+
G2 G1
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
17
Fig. 6.1, b. Schema de calcul a configuraţiei elastice în formă de „L”
• Calculul momentelor statice ale sistemului în raport cu axele x şi y
2211 LyLyM GGsx += ;
2211 LxLxM GGsy += , (6.6)
în care:
Msx, Msy
x
– momentele statice ale sistemului în raport cu axele x şi y;
G1,xG2, yG1,yG2
L
– coordonatele centrelor de greutate în raport cu axele x şi y;
1, L2
• Calculul coordonatelor centrului de greutate al sistemului
– valorile braţelor configuraţiei [m];
1111
;nLL
MnLL
M sxsy
+=η
+=ξ . (6.7)
• Calculul momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele x şi y
( )β+β++= 23231 sin3/1sin3/1 nnnLI x ;
( )β= 2331 cos3/1 nLI y ; (6.8)
( )β+ββ= cos2/1cossin3/1 2331 nnLI xy .
• Calculul momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele xG si y
G
)( 212 LLII xsG +η−= ;
)( 212 LLII yyG +ξ−= ; (6.9)
)( 21 LLII xysyG +ηξ−= .
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
18
• Calculul componentelelor X şi Y, care se obţin din relaţiile generale
2-GGG
GG
xyyx
xyy
III
yIxIEIX
∆+∆= ; (6.10)
2-GGG
GG
xyyIx
xyx
IIl
xIyIEIY
∆+∆= ,
în care:
E este modulul de elasticitate longitudinal pentru oţelul din care este confecţionată
conducta [MPa], (Anexa 5);
I este momentul de inerţie al secţiunii conductei [cm4
• Calculul momentelor de încovoiere în punctele A, B, C plasând forţele X şi Y în centrul
de greutate G al configuraţiei
] - se pot utiliza informativ
valori din (Anexa 3);
ξ−η= GGA YXM ; (6.11)
ξ−−η= GGB YLXM )( 1 ;
)]sin1([)cos( 11 η−β+−ξ−β= nLXnLYM GGC .
• Calculul tensiunii maxime de încovoiere
atWM
σ=σ ≤maxmax , (6.12)
unde σat
W – modulul de rezistenţă al secţiunii conductei [cm
este rezistenţa admisibilă a oţelului conductei (100-110 MPa); 3
6.1.2. Dimensionarea configuraţiei natural elastice în formă de „Z”
].
Etapele de calcul pentru dimensionarea configuraţiilor natural elastice în formă de
„Z” au fost incluse în cadrul procesorului „CCRT –CNE – Tip Z”, procesor care efectuează în
câteva secunde calculele şi elimină erorile care pot apărea la reluarea calculelor în cazul în
care rezultatele nu îndeplinesc condiţia de verificare a tensiunii maxime de încovoiere
(σmax=Mmax
Se consideră sistemul ABCD fixat în extremităţile A şi D (fig. 6.2) cu unghiuri de
90° între laturile sale.
/W<100 MPa).
Stabilirea componentelor forţelor elastice dezvoltate de acest tip de compensator şi a
tensiunii maxime de încovoiere presupune parcurgerea următoarelor etape [34, 37]:
• Calculul deplasării punctului A sub efectul dilatării termice
( ) ( )1- 0 +α=∆ nLttx f ;
( )qLtty f 0-α=∆ , (6.13)
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
19
unde:
α – coeficientul de dilatare al materialului utilizat [mm/m·K] – (Anexa 5);
tf
t
– temperatura fluidului în regim nominal [°C];
0
L – latura compensatorului [m];
– temperatura mediului ambiant în perioada de montare [°C];
n, q – raportul laturilor configuraţiei [m].
Fig. 6.2. Schemă de calcul a configuraţiei natural elastice în formă de „Z”
• Calculul momentelor statice ale sistemului în raport cu axele x şi y
LqLqLqLnLM sx ++=2
0 ;
)2
(2
LnLLqLnLnLnLM sy +++= . (6.14)
• Calculul coordonatelor centrului de greutate al sistemului
( ) ( )qnLM
qnLM sxsy
++=η
++=ξ
1;
1. (6.15)
• Calculul momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele x şi y
)3
( 23
3 qqLI x += ;
( )[ ]323
133
nqnLI y ++= ; (6.16)
( )nqqnqLlxy 22
23
++= .
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
20
• Calculul momentelor de inerţie în raport cu axele xG şi yG
( )qnLII xxG++η= 1- 2 ;
( )qnLII yyG++ξ= 1- 2 ; (6.17)
( )qnLII xyxyG++ηξ= 1- .
• Calculul componentelor forţei elastice
2GGG
GG
xyyx
xyy
IIIyIxI
EIX∆+∆
= ; (6.18)
2GGG
GG
xyyx
xyx
IIIxIyI
EIY∆+∆
= .
• Calculul momentelor de încovoiere în punctele A, B, C şi D considerând că forţele X şi Y
acţionează în centrul de greutate G al sistemului elastic. Ele devin XG şi Y
G
ξη= GY-GA XM ;
( )nLXM GB −ξη= GY- ; (6.19)
( ) ( )nLqLXM GC −ξη−−= G1Y- ;
( ) ( )ξ−++η−−= LnLqLXM GD GY .
• Verificarea tensiunii maxime de încovoiere
atWM
σ<=σ maxmax (6.20)
unde σat
Pentru gama de fabricaţie a conductelor din oţel utilizate în sistemele de reţele
termice se pot utiliza valori σ
este tensiunea maximă admisibilă de încovoiere a conductei din oţel.
at
= 100 - 110 [MPa].
6.2. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU CONFIGURAREA COMPENSATOARELOR NATURAL ELASTICE
6.2.1. Procesorul „CCRT-CNE-Tip L” pentru dimensionarea configuraţiilor natural elastice în formă de „L”
a. Interfaţă grafică şi mod de utilizare a procesorului „CCRT – CNE – Tip L”
Procesorul „CCRT – CNE –Tip L” foloseşte drept date de intrare, următorele
informaţii: diametrul nominal (Dn), materialul (Mat), modulul de elasticitate longitudinală
pentru oţelul din care este confecţionată conducta (E) şi momentul de inerţie al secţiunii
conductei (I). În fig. 6.3 se prezintă fereastra de preluare a datelor de intrare.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
21
Fig. 6.3. Fereastra de introducere a datelor de intrare
b. Algoritmul procesorului „CCRT – CNE –Tip L”
Algoritmul acestui procesor se bazează pe determinarea: componentelor deplasării
laterale din zona cotului configuraţiei natural elastice: D1, D2; componentelor deplasării
punctului A sub efectul deformaţiei termice: Δx,Δy ; coordonatelor centrelor de greutate ale
tronsoanelor AB şi BC: G1, G2; momentelor statice ale sistemului în raport cu axele x şi y:
Msx, Msy; coordonatelor centrului de greutate al sistemului: Gx, Gy; momentelor de inerţie
ale sistemului în raport cu axele x şi y: Ix, Iy, Ixy; momentelor de inerţie ale sistemului în
raport cu axele XG şi YG: IxG, IyG, IxyG; componentelor forţei de reacţiune elastică: X, Y;
momentelor de încovoiere în punctele A, B, C, D: MA, MB, MC, MD
Dacă în urma calculelor nu este îndeplinită condiţia de verificare a tensiunii maxime
de încovoiere (σ
.
max=Mmax/W<100 MPa), este afişat un mesaj de avertizare, prezentat în
fereastra din fig. 6.5. Această ferestră a fost creată cu tehnologia Windows Presentation
Foundation şi este definită în fişierele MessageDialog.xaml şi MessageDialog.xaml.cs, fişiere
ce se regăsesc în Anexele 22 şi 23.
Fig. 6.5. Fereastra cu mesajul de avertizare
În cadrul programului există trei secţiuni: calcule, date de intrare şi utilizatori. 1
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
22
6.2.2. Procesorul „CCRT-CNE-Tip Z” pentru dimensionarea configuraţiilor natural elastice în formă de „Z”
a. Interfaţă grafică şi mod de utilizare a procesorului „CCRT – CNE – Tip Z”
Procesorul „CCRT – CNE –Tip Z” foloseşte drept date de intrare, următorele
informaţii: diametrul nominal (Dn
b. Algoritmul procesorului „CCRT – CNE –Tip Z ”
), materialul (Mat), modulul de elasticitate longitudinală
pentru oţelul din care este confecţionată conducta (E) şi momentul de inerţie al secţiunii
conductei (I).
Algoritmul acestui procesor se bazează pe determinarea: componentelor deplasării
punctului a sub efectele dilatării termice: Δ x, Δy; momentelor statice ale sistemului în raport
cu axele x şi y: Msx, Msy; coordonatelor centrului de greutateal sistemului: Gx, Gy;
momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele x şi y: Ix,Iy,Ixy; momentelor de inerţie
ale sistemului în raport cu axele xG, yG: IxG,IyG,IxyG; componentelor forţei de reacţiune
elastică: X, Y; momentelor de încovoiere în punctele A, B, C, D: MA,MB,MC,MD
Rezultatele obţinute în urma efectuării calculelor sunt afişate atât sub formă de text
(fig. 6.9) în submeniul Date de calculat cât şi sub formă grafică în submeniurile Schema 1 şi
Schema 2 (fig. 6.10).
.
Fig. 6.9. Ferestra Date de calculat
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
23
Fig. 6.10. Fereastra Schema 2
În cadrul programului există trei secţiuni: calcule, date de intrare şi utilizatori.
c. Organigrama procesorului „CCRT –CNE –Tip Z”
În fig. 6.11, a şi b este prezentată organigrama procesorului „CCRT –CNE-Tip Z”, ce
scoate în evidenţă etapele ce se parcurg atunci când se intră într-o sesiune de lucru cu acest
procesor.
Nu
START
Restricţii de autentificare
(utilizator şi parolă)
Mesaj de eroare
Da Se verifică tensiunea
maximă de încovoiere
Mmax/W<1000
Se afişează rezultatele (prin valori şi/sau grafic). Este îndeplinită condiţia.
STOP
1
Fig. 6.11, a.
1
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
24
Semnificaţia variabilelor: Mat - material; DnL
– diametru nominal; 1, L2 , L3
β – suplementul peste 90º al unghiului φ cuprins între braţele compensatorului; – lungimile braţelor configuraţiei;
tft
– temperatura fluidului în regim nominal; 0
α – coeficientul de dilatare a materialului utilizat; – temperatura mediului ambiant în perioada de montare;
E – modulul de elasticitate; I – momentul de inerţie; W – modulul de rezistenţă al secţiunii conductei.
Date de intrare: Mat, Dn, L1, L2, L3, β, tf, t0, α
Se alege din tabel : E, I, W
Calculul de dimensionare compensatoarelor natural elastice în formă de „Z” pentru determinarea: - componentelor deplasărilor punctului A sub efectele dilatării termice Δx, Δy; - momentelor statice ale sistemului în raport cu axele x şi y: Msx, Msy; - coordonatelor centrului de greutateal sistemului Gx, Gy; - momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele x şi y: Ix,Iy,Ixy; - momentelor de inerţie ale sistemului în raport cu axele xG, yG: IxG,IyG,IxyG; - componentelor forţei de reacţiune elastică X, Y; - momentelor de încovoiere în punctele A, B, C, D: MA,MB,MC,MD.
Se verifică tensiunea maximă de încovoiere
σmax=Mmax/W<100 MPa
Se afişează rezultatele (prin valori şi/sau grafic). Este îndeplinită condiţia.
STOP
Se afişează rezultatele (prin valori şi/sau grafic). Nu este îndeplinită condiţia!
Fig. 6.11, b.
Da
Nu
1
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
25
6.3. DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR CURBATE ÎN FORMĂ DE „U”
Calculul de dimensionare a compensatoarelor curbate în formă de „U” a fost inclus
în cadrul procesorului „CCRT –CNE – Tip U”, procesor care efectuează într-un timp foarte
scurt calculele şi elimină posibilitatea apariţiei greşelilor de calcul.
Aceste compensatoare sunt, în general, simetrice, în acest caz centrul de greutate
aflându-se foarte aproape de direcţia tronsonului a cărei deformaţie este preluată. Această
observaţie conduce la posibilitatea neglijării momentelor de încovoiere de-a lungul
tronsonului şi din coturile compensatorului. Se consideră, deci, că de-a lungul tronsonului
rectiliniu nu intervine decât forţa de reacţiune elastică a compensatorului (fig. 6.12).
Deformaţia totală preluată de compensator este:
( )0- ttLL fα=∆ , (6.21)
unde:
α – coeficientul de dilatare a materialului conductei [mm/m·K] (Anexa 3);
L – lungimea totală a liniei elastice [m];
tf
t
– temperatura finală a fluidului [°C];
0
Pentru forţa de reacţiune elastică se poate utiliza relaţia
– temperatura de montare [°C].
A
LEIx ∆= , ( 6.22)
unde:
E – modulul de elasticitate [MPa] (Anexa 5);
Fig. 6.12. Schema de calcul a compensatorului curbat în formă de „U”.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
26
I – momentul de inerţie al conductei [cm4
A – momentul de inerţie al liniei elastice [cm
] (Anexa 3); 3
] se poate calcula cu expresia generală:
( ) BHHRHHRRRHHRRKm
A 23223223
167,04233,114,328,24,11
++−+−+−
= , (6.23)
în care:
K – coeficientul lui Karman – pentru coturi (curbe) netede sau cutate;
m1
R – raza de curbură a coturilor compensatorului [m];
– coeficientul de repartizare a tensiunii în secţiunea conductei;
H – înălţimea compensatorului [m];
B – lăţimea (deschiderea) compensatorului [m].
În cazul coturilor rigide m1
Coeficientul K se poate determina cu relaţia
= 1 şi K = 1.
2
2
1210121
hhK
++
= pentru h>0,3; (6.24)
48004136105
480053632
42
++++
=h
hhK pentru 0,2<h<0,3, (6.25)
în care h este coeficientul ţevii care se determină cu relaţia
24
mDsRh = , (6.26)
unde:
s – grosimea peretelui ţevii [m];
Dm
Coeficientul m
– diametrul mediu în secţiunea transversală a ţevii [m].
1
se determină cu relaţia
1865
32 2
1h
Km +
= ; pentru h<1,47; (6.27)
1-122-12
2
2
1 hhm = ; pentru h>1,47. (6.28)
În ipoteza pretensionării iniţiale a compensatorului (de regulă, în proporţie de 50%)
deformaţia ΔL devine ΔL/2, iar relaţia forţei elastice devine:
A
LEIX2∆
= . (6.29)
Tensiunea maximă de încovoiere se deduce cu relaţia:
A
LEDH2max
∆=σ , (6.30)
unde D este diametrul conductei (care se poate asimila cu diametrul nominal al acesteia [m].
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
27
6.4. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR CURBATE ÎN FORMĂ DE „U”
6.4.1. Procesorul „CCRT-CNE-Tip U” pentru dimensionarea compensatoarelor curbate în formă de „U”
a. Interfaţă grafică şi mod de utilizare a procesorului „CCRT – CNE – Tip U”
Procesorul „CCRT – CNE –Tip U” foloseşte drept date de intrare, următorele
informaţii: diametrul nominal (Dn), materialul (Mat), modulul de elasticitate longitudinală
pentru oţelul din care este confecţionată conducta (E), momentul de inerţie al secţiunii
conductei (I). Pentru realizarea calculelor este necesar să se aleagă şi tipul cotului: elastic sau
rigid. În fig. 6.13 se prezintă fereastra de preluare a datelor de intrare.
Fig. 6.13. Fereastra de preluare a datelor de intrare
b. Algoritmul procesorului „CCRT – CNE –Tip U ”
Intrarea într-o sesiune de lucru cu procesorul CCRT – CNE –Tip U”, în scopul
realizării obiectivelor propuse, presupune introducerea datelor de intrare în fereastra Calcule.
Algoritmul acestui procesor se bazează pe determinarea deformaţiei termice totale preluată
de compensator (ΔL); deschiderii compensatorului (B); forţei elastice a compensatorului: (X)
şi a momentului de inerţie al liniei elastice (A).
În cadrul programului există trei secţiuni: calcule, date de intrare şi utilizatori.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
28
6.5. DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR LENTICULARE (CU BURDUF)
Calculul mecanic urmăreşte determinarea caracteristicilor geometrice ale
compensatorului, respectiv numărul de elemente care îl alcătuiesc (fig. 6.18) astfel încât
compensatorul să aibă capacitatea de preluare a dilatării conductei pe care acesta este montat.
Caracteristicile de dilatare ale compensatorului lenticular depind de modul de
realizare a acestuia (din elemente sudate sau din elemente continue). Astfel, pentru
compensatorul cu elemente sudate, pentru o presiune interioră până la 4 MPa
Lungimea compensatorului nu poate depăşi o anumită limită, deoarece
compensatorul se poate deforma asimetric datorită greutăţii proprii şi a fluidului transportat
sau a montării defectuoase. Considerând Δl deformarea axială totală a unui compensator,
numărul necesar de compensatoare pentru preluarea dilatării totale ΔL a conductei este
se poate
considera ca dilatare maximă a unui element [34, 37] o valoare de 10...12 mm.
lLnc ∆
∆= . (6.31)
Dilatarea conductei de lungime L se determină cu relaţia
tLL t ∆α=∆ , (6.32)
în care:
αt
L – lungimea conductei [m];
reprezintă coeficientul de dilatare liniară [mm/m·K];
Δt - diferenţa dintre temperatura fluidului (tf) respectiv a mediului ambiant (t0
Fig. 6.18. Element lenticular solicitat la presiunea p
).
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
29
Deformarea axială totală Δl a unui compensator compus din n elemente se determină cu
relaţia
nlnl
1.09.01
+∆
=∆ , (6.33)
în care Δl1
Numărul lentilelor poate varia de la 2 până la maximum 6 bucăţi.
reprezintă deformarea axială a unui element lenticular.
6.6. CREAŢIE DE SOFTWARE PENTRU DIMENSIONAREA COMPENSATOARELOR LENTICULARE (CU BURDUF)
6.6.1. Procesorul „CCRT-CNE-Comp Lent” pentru dimensionarea compensatoarelor lenticulare
a. Interfaţă grafică şi mod de utilizare a procesorului „CCRT –CNE–Comp Lent”
Procesorul „CCRT – CNE – Comp Lent” foloseşte drept date de intrare următorele
informaţii: diametrul nominal (Dn) şi materialul (Mat), date care se introduc în fereastra
Calcule. În fig. 6.19 se prezintă fereastra de preluare a datelor de intrare.
Fig. 6.19. Fereastra de preluare a datelor de intrare
b. Algoritmul procesorului „CCRT – CNE – Comp Lent ”
Intrarea într-o sesiune de lucru cu procesorul CCRT – CNE –Comp Lent”, în scopul
realizării obiectivelor propuse, presupune introducerea datelor de intrare în fereastra Calcule.
Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale
30
Algoritmul acestui procesor se bazează pe determinarea: dilatarii conductei de lungime L
(ΔL), deformării axiale totale (Δl), numărului de compensatoare necesare (nc
În cadrul programului există trei secţiuni: calcule, date de intrare, şi utilizatori.
).
7. CONTRIBUŢII PRIVIND CALCULUL ŞI CONSTRUCŢIA REAZEMELOR CONDUCTELOR
7.1. DETERMINAREA FORŢELOR ÎN REAZEMELE CONDUCTELOR
Reazemele fixe sunt solicitate de forţe care apar simultan sau parţial în funcţie de
soluţiile adoptate pentru preluarea deformaţiilor, de diametru şi lungimea tronsoanelor. În
calculul rezultantelor ce acţionează asupra unui reazem fix, se iau în considerare următoarele
tipuri de forţe:
- de frecare din reazemele mobile;
- de reacţiune elastică dezvoltate de compensatoarele natural elastice („L”, „Z”), cele
generate de compensatoarele curbate în formă de „U” sau lenticulare;
- de frecare în compensatoarele cu presetupă;
- generate de presiunea interioară neechilibrată.
7.2. CONSTRUCŢIA PUNCTELOR FIXE. BAZE DE DATE PENTRU ALEGEREA COLIERELOR
1994-1998 Grup Şcolar Industrial „Tractorul II”, Braşov
STUDII UNIVERSITARE:
1998-2003 Universitatea “Transilvania” din Braşov, Facultatea de Inginerie Tehnologică, profilul Inginerie Managerială şi Tehnologică, specializarea Tehnologii şi Echipamente Neconvenţionale
SPECIALIZĂRI:
2010 – Curs Formator, organizat de Dad Expertise, Alba Iulia 2009 – Curs Operator introducere, validare şi prelucrare date organizat de First Job School, Braşov 2007 – Curs Competenţe comune – Comunicare în limba engleză – Iniţiere organizat de First Job School, Braşov
2004 – Curs Inspector Resurse Umane organizat de A.J.O.F.M., Braşov 2003 – Modulul psiho-pedagogic - Departamentul pentru pregătirea personalului didactic în cadrul Universităţii „Transilvania” din Braşov
ACTIVITATEA PROFESIONALĂ:
2006 – prezent - Universitatea „Transilvania” din Braşov, Catedra G.D.G.T, doctorand cu frecvenţă/doctorand fără frecvenţă/cadru didactic asociat; 2010 – prezent - S.C. Go To Job School S.R.L, Inspector resurse umane în cadrul proiectului “ONCT – O Noua Cariera pentru Tine”; 2010 – prezent – S.C. Human Resources Consulting S.R.L, în cadrul proiectului „MINERVA – Emancipare pentru egalitate de şanse”; 2008 – 2009 - S.C. First Job School S.R.L, Lector/ Inspector resurse umane în cadrul proiectelor „CeLM - Calea eficienta spre un loc de munca” şi -„InfoJob – Centrul de consiliere în carieră şi pregătire profesională”; 2004 – 2007 - S.C. First Job School S.R.L, Director General Adjunct.
ACTIVITATEA ŞTIINŢIFICĂ:
Articole publicate : 6 (3 ca prim autor), dintre care un articol este ISI
Propunere pentru un contract de cercetare de tip CNCSIS – TD, 2007, intitulat „Cercetări teoretice şi aplicative privind optimizarea constructivă a elementelor de susţinere şi prindere ale conductelor din instalaţiile industriale”
1994-1998 Technical College „Tractorul II”, Braşov HIGHER EDUCATION:
1998-2003 “Transilvania” University of Braşov, Process Engineering
Faculty, Managerial and Process Engineering profile, Unconventional
Technologies and Equipment specialization
OTHER SPECIALIZATIONS AND QUALIFICATIONS:
2010 – Trainer Course, organized by Dad Expertise, Alba Iulia 2009 – Course Data entry operator, validation and processing organized by the First Job School, Braşov 2007 – Common skills training – Communication in English – Beginner organized by First Job School, Braşov 2004 – Human Resources Inspector course organized by A.J.O.F.M., Braşov 2003 – Psycho-pedagogical Module – Department of Teacher Training in “Transilvania” University of Braşov
PROFESSIONAL ACTIVITY:
2006 – present - “Transilvania” University of Braşov, Descriptive Geometry and Computer Graphics department, PhD student/PhD distance learning / full-time learning /associate teacher; 2010 – present - S.C. Go To Job School S.R.L, Human resources inspector in the project “ONCT – A new carrier for you”; 2010 – present – S.C. Human Resources Consulting S.R.L, in the project “MINERVA – Empowerment for Equal Opportunities”; 2008 – 2009 - S.C. First Job School S.R.L, Lecturer/ Human resources inspector in the projects „CeLM – Efficient way for a job” and - “InfoJob – Center Career Counseling and Training”; 2004 – 2007 - S.C. First Job School S.R.L, Deputy Executive Manager
SCIENTIFIC ACTIVITY:
Articles: 6 (3 as first author), of which one article is ISI
Proposal for a research contract type CNCSIS – TD, 2007, entitled ”Research on optimization theory and practical design of the supports and fastening of pipes in industrial plants”