Silové poměry na ventilu (směr proudění pod kuželku, vřeteno netočivé stoupající) Přímý přírubový ventil s otáčivým vřetenem Varianta uložení matice pro netočivé vřeteno (F p + F t + F u ) d k 2 o F 2 o F M Z (F p + F t ) (F p + F t + F u ) F u F pp F pp F pv Q 1v od F 1v Q 1u od F 1u Q 1p od F 1p F p , F t , F u [N] … síla tlaková, těsnicí, třecí v ucpávce (viz. další snímek), F o [N] … obvodová síla na ručním kole, F pp [N] … tlaková síla v potrubí (síla od tlaku v potrubí), F pv [N] … tlaková síla na víko tělesa ventilu, F 1p , F 1v , F 1u [N] … vnější síla působící na šroub příruby, šroub víka,
18
Embed
Silové poměry na ventilu (směr proudění pod kuželku, vřeteno netočivé stoupající)
Silové poměry na ventilu (směr proudění pod kuželku, vřeteno netočivé stoupající). d k. M Z. (F p + F t + F u ). Q 1u od F 1u. F u. Q 1v od F 1v. (F p + F t + F u ). (F p + F t ). Q 1p od F 1p. Varianta uložení matice pro netočivé vřeteno. F pv. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
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
Silové poměry na ventilu(směr proudění pod kuželku, vřeteno netočivé stoupající)
Přímý přírubový ventil s otáčivým vřetenem
Varianta uložení matice pro netočivé vřeteno
(Fp + Ft + Fu)
dk
2oF
2oF
MZ
(Fp + Ft)
(Fp + Ft + Fu)
Fu
Fpp Fpp
Fpv
Q1v od F1v
Q1u od F1u
Q1p od F1p
Fp, Ft, Fu [N] … síla tlaková, těsnicí, třecí v ucpávce (viz. další snímek),
Fo [N] … obvodová síla na ručním kole,
Fpp [N] … tlaková síla v potrubí (síla od tlaku v potrubí),
Fpv [N] … tlaková síla na víko tělesa ventilu,
F1p, F1v, F1u [N] … vnější síla působící na šroub příruby, šroub víka,
a šroub víka ucpávky,
Q1p, Q1v, Q1u [N] … maximální vnitřní síla ve šroubu příruby,
šroubu víka a šroubu víka ucpávky.
Výpočet sil a momentů
Síly a momenty potřebné k ovládání ventilu(směr proudění pod kuželku, vřeteno netočivé stoupající)
[N.m]
[N]
[N]
[N]
[N.m]
[N.m]
d2
Výpočet sil a momentůd, D, Ds [mm] … vnitřní, vnější, střední průměr těsnicí plochy sedla,
dv [mm] … průměr vřetena,
d2 [mm] … střední průměr závitu vřetena,
Rs [mm] … střední poloměr nákružku vřetenové matice (pro kluzné uložení), poloměr oběžné dráhy kuliček (pro valivé uložení),
h [mm] … výška ucpávkového prostoru (viz. další snímek prezentace),
obvodová síla na ručním kole (pro dosažení momentu MZ)
kontrola víka ucpávek na ohyb
Obvodová síla na ručním kole(pro dosažení MZ)
dk
2oF
2oF
MZ,2
k
Zo d
MF
Fo [N] … obvodová síla na ručním kole,
MZ [N.m] … celkový uzavírací moment,
dk [m] … průměr ručního kola.
Výpočet síly potřebné k uzavření ventilu
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Statické zatížení!
F
FF
F
Qo
Qo
těsnění
Rozbor namáhání předepjatých šroubových spojů
Qo [N] … montážní osové předpětí,
Q‘o [N] … provozní zbytkové osové předpětí,
(kompaktnost spoje, těsnost!),
Q1 [N] … maximální vnitřní síla,
F [N] … vnější provozní síla,
(statická, dynamická).
Diagram síla - deformace, (Rötscherův diagram)
Silové toky a deformační oblast
Rozložení měrného tlaku na jednotlivé závity,
(intenzita přestupu silového toku po závitech)
Běžná matice
1. nosný závit!!!
Matice se zápichem
Tažená matice
p
p
p
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Nejvyšší pracovní přetlak ppmax
dle ČSN 13 0010
(příklad) 42 2712.5
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Jmen
ovit
é tl
aky
a zk
ušeb
ní p
řetl
aky
dle
ČS
N 1
3 00
09
a Č
SN
13
0010
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
σkt
Hodnoty meze kluzu v tahu σkt (Re) [N.mm-2] a pevnosti v tahu σPt (Rm) [N.mm-2] dle materiálu šroubu (podle tabulky utahovacích momentů pro torzní momentový klíč s rozsahem použití (0 – 200) N.m)
např. 8.8
8 x 100 = 800 N.mm-2 = σPt
8 x 8 x 10 = 640 N.mm-2 = σkt
[N.mm-2]
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Rozbor namáhání předepjatých šroubových spojů
Skupina
mech. vl.
Výchozí materiál
Mez kluzu v tahu σkt [N.mm-2] v závislosti na teplotě
20º C 100º C 200º C 300º C 350º C 400º C
8.8 12 040,
12 050,
13 240
630 570 500 440 350 315
10.9 13 240,
15 230880 790 700 620 480 440
12.9 13 240,
16 5211060 950 850 740 580 530
Značným problémem je přesné určení vnější síly, která na šroub (šroubový spoj) působí!Vycházet budeme samozřejmě ze zatížení od tlaku (z tlakových sil) a sil potřebných pro ovládání ventilu!Je však třeba rozlišovat dva provozní stavy:1) provozní režim ventilu (ventil je zatížen nejvyšším pracovním přetlakem ppmax při maximální pracovní teplotě, nutno uvažovat sníženou mez kluzu materiálu šroubu σktT při maximální pracovní teplotě,2) režim tlakové zkoušky (ventil je zatížen zkušebním přetlakem pz při teplotě 20º C, nutno uvažovat mez kluzu materiálu šroubu σkt20º při teplotě 20º C).Je nutné si však uvědomit, že skutečné namáhání šroubových spojů za provozu bude značně vyšší s ohledem na montáža tepelné dilatace (deformace přírub, upevnění potrubí, vlastní tíha potrubí, kompenzace tepelných dilatací – to vše zpravidla vnáší do šroubů značné přídavné tahové a ohybové namáhání). Z těchto důvodů je nezbytné při pevnostním výpočtu šroubů uvažovat vyšší hodnoty součinitele bezpečnosti! Šrouby musí být rovněž vhodným způsobem chráněny proti korozi, aby nedocházelo ke snížení jejich unosnosti (pevnosti)!
Odhad meze kluzuv tahu σkt pro vybrané skupiny materiálů šroubů v závislostina teplotě
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Výpočet (odhad) vnějších sil působících na jeden šroubzvoleného šroubového spoje ventilu
,)(max
1sp
pzp
sp
ppp i
Spp
i
FF
,)()()( max
1sv
vzputp
sv
pvutpv i
SppFFF
i
FFFFF
,1su
uyhu i
SpF
Fp, Ft, Fu [N] … síla tlaková, těsnicí, třecí v ucpávce (ovládání ventilu),
Fpp [N] … tlaková síla v potrubí (síla od tlaku v potrubí),
Fpv [N] … tlaková síla působící na víko tělesa ventilu,
F1p, F1v, F1u [N] … vnější síla působící na jeden šroub připojovací příruby, jeden šroub víka tělesa, jeden šroub víka ucpávek,
ppmax [MPa] … nejvyšší pracovní přetlak,
pz [MPa] … zkušební přetlak,
pxh [MPa] … radiální tlak v ucpávce,
pyh [MPa] … axiální tlak v ucpávce,
Sp [mm2] … vnitřní průřez potrubí (na který působí tlak),
Sv [mm2] … plocha čela víka tělesa (na kterou působí tlak),
Su [mm2] … plocha čela víka ucpávky,
isp ,isv, isu [1] … počet šroubů ve spoji (na připojovací přírubě, na víku tělesa, na víku ucpávek).
Pro šroub na připojovací přírubě
Pro šroub na víku tělesa
Pro šroub na víku ucpávky
Pozn.:1) síly F1p a F1v je nutné počítat pro provozní režim (nejvyšší pracovní přetlak ppmax) a pro režim tlakové zkoušky (zkušební přetlak pz).2) pro jednoduchost budeme počítat s velikostí ploch Sp, Sv, Su
bez uvažování vlivu účinného průměru těsnění.
,25,1 xhyh pp (hrubý odhad)
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Kontrola šroubového spoje(předepjatý šroubový spoj staticky zatížený)
Kontrola měrného tlaku v závitech
,P
hz
p [MPa] … měrný tlak v závitech,
pD [MPa] … dovolená hodnota měrného tlaku v závitech (pro pohyblivý závit vřetena pD = 10 N.mm-2, pro závity spojovacích šroubů pD = 40 N.mm-2), (za vysokých pracovních teplot nutno uvažovat nižší hodnoty),
Q1 [N] … maximální vnitřní síla ve šroubu (od tlaku ppmax, respektive pz) ,
d2 [mm] … střední průměr závitu,
H1 [mm] … nosná výška závitu,
z [1] … počet nosných závitů matice,
h [mm] … výška matice,
P [mm] … rozteč závitu.
,12
1DpzHd
Qp
V případě matice vřetena a víčka ložiseknutno dosadit (Fp + Ft + Fu)
Výška matice (jednotlivé příklady)
h
h
p
z
h
Kontrola svarového spoje(tupé svary - přivařovací ventil)
Výpočet napětí v tupém svaru(σ┴ od tlakové síly v potrubí) tA
tB
,DT
PP
S
F
Fpp Fpp,4
)(2
maxP
zpPP
DppF
,)( AAvT ttDS
,)( BBpT ttDS
,kkt
D
σ┴
[N.mm-2] … napětí kolmé na průřez tupého svaru,
FPP [N] … tlaková síla v potrubí (od tlaku ppmax, respektive pz) ,
ST [mm2] … plocha průřezu tupého svaru,
α┴ [1] … součinitel anizotropie svarového spoje
(pro tupý svar na potrubí namáhaný v tahu α
┴ = 0,7),
σD [N.mm-2] …dovolené napětí základního materiálu,
σkt [N.mm-2] … mez kluzu základního materiálu (za vysokých pracovních teplot nutno uvažovat nižší hodnoty),
k [1] … součinitel bezpečnosti (volíme k = 2).
(pro svar A)
(pro svar B)
(pro svar A resp. B)
(pro svar A i B)
Kontrola na prostý tah(třmeny a těleso ucpávkového prostoru víka ventilu)
F F
F F
Výpočet napětí v tahuσt [N.mm-2] … napětí v tahu ve zvoleném průřezu,
Fp [N] … tlaková síla prostředí na kuželku (od tlaku ppmax, respektive pz),
Ft [N] … těsnicí síla,
Fu [N] … třecí síla v ucpávce,
σDt [N.mm-2] …dovolené napětí v tahu, (pro ocel volíme σDt = 100 N/mm2, pro šedou litinu volíme σDt = 50 N/mm2), (za vysokých pracovních teplot nutno uvažovat nižší hodnoty),
σkt [N.mm-2] … mez kluzu v tahu pro zvolený materiál víka ventilu,
k [1] … součinitel bezpečnosti,
υ [1] … míra využití meze kluzu,
Stř [mm2] … plocha průřezu třmenů,
Su [mm2] … plocha průřezu tělesa ucpávkového prostoru.
,)(
ktkt
Dtutp
t kS
FFF
,2 baStř
,24
222třtř
tř
ddS
),(4
22uuu dDS
(eliptický průřez)
(kruhový průřez)
(mezikruhový průřez)
Du
du
dtř 2a
2b
kde za S dosadíme:
Kontrola víka ucpávky na ohyb(ramena víka ucpávky)
Výpočet napětí v ohybu v místě vetknutí ramena víka ucpávky
Q1u
r
B
H
,
6
1 2
1oD
u
o
oo
HB
rQ
W
M
σo [N.mm-2] ... napětí v ohybu v místě vetknutí ramena víka ucpávky,
σDo [N.mm-2] ... dovolené napětí v ohybu (pro litou i kovanou ocel volíme σDo = 100 N/mm2, pro šedou litinu volíme σDo = 50 N/mm2), (za vysokých pracovních teplot nutno uvažovat nižší hodnoty),
Mo [N.mm] … ohybový moment od síly Q1u ve šroubu,
Wo [mm3] … modul odporu v ohybu průřezu ramena víka ucpávek,
Q1u [N] … maximální vnitřní síla ve šroubu víka ucpávky,
r [mm] … rameno ohybu,
B [mm] … šířka obdélníkového průřezu ramena víka ucpávky v místě vetknutí,
H [mm] … výška obdélníkového průřezu ramena víka ucpávky v místě vetknutí.
Statická kontrola axiálního ložiska(jednosměrné axiální kuličkové ložisko)
(Fp + Ft + Fu)
Výpočet ložiska na statickou únosnost
),( utpo
oaa FFF
k
CF
Fa [N] … přípustné axiální zatížení ložiska,
Coa [N] … základní statická únosnost ložiska (viz. katalog výrobce) (za vysokých pracovních teplot nutno uvažovat nižší hodnoty,
ko [1] … součinitel bezpečnosti při statickém zatížení ložiska (volí se v rozmezí 0,5 až 5, požadujeme ko = 2),
Fp [N] … tlaková síla prostředí na kuželku (od tlaku ppmax, respektive pz),