Calculul unui recipient de Hidrofor

U.T.C.B.

Facultatea de Instalatii

Calculul unui recipient de Hidrofor

TEMA

A.    Date Initiale

1. Capacitatea nominala a recipientului

C_n= 6.2 [m3]

2. Presiunea nominala

p_n= 6 [bar]

3. Diametrul gurii de vizitare

D_GV= 420 [mm]

4. Mediul de lucru

Apa si aer

5. Temperatura minima a mediului de lucru

t_min= 5°C

6. Temperatura maxima a mediului de lucru

t_max= 100°C

7. Pozitia de functionare a recipientului

Verticala

8. Durata normata de utilizare a recipientului

T= 10 ani

B.     Ce se cere

1. Calculul mantalei

2. Calculul fundurilor

3. Calculul gurii de vizitare

C.     Termen de predare

Saptamana 13 - 14.01.2008

MEMORIU DE PREZENTARE

Recipientele de hidrofor fac parte din instalatiile sanitare de alimentare cu apa, ele servesc la alimentarea unui anumit volum de apa si asigurarea unei presiuni constante de distributie a apei catre consumator.

Aceste recipiente functioneaza in pozitie verticala, au un singur compartiment si sunt proiectate, construite, instalate, exploatate si intretinute conform normativului C4 - ISCIR.

Schema de principiu a unei instalatii de hidrofor este prezentata in figura 1.

Fig. 1

Instalatia de hidrofor:

1. Motor electric de actionare
2. Pompa de apa
3. Manometru
4. Recipient de hidrofor

Racord de intrare apa

Indicator de nivel al apei

Presostat

Racord manometru aer

Supapa de siguranta

Racord de alimentare cu aer comprimat

Gura de vizitare

Racord de iesire

Racord de golire recipient

5. Compresor de apa

Recipientul de hidrofor este o constructie metalica din tabla sudata.

Acest recipient este alcatuit dintr-o portiune cilindrica (manta) la care sunt sudate 2 funduri elipsoidale si un sistem de rezemare.

Recipientul mai este prevazut cu un numar de racorduri:

• 2 racorduri identice plasate in partea inferioara a mantalei, necesare intrarii apei in recipient, respective iesirii apei din recipient
• 1 racord plasat la nivelul cel mai de jos al fundului inferior necesar golirii recipientului
• 1 racord plasat la nivelul cel mai de sus al fundului superior necesar supapei de siguranta
• 1 racord sudat la fundul superior necesar la alimentarea cu are comprimat
• 1 racord sudat la partea superioara a mantalei necesar manometrului de aer
• 2 racorduri necesare indicatorului de nivel (sticla de nivel).

BREVIAR DE CALCUL

1. Calculul mantalei

1.1. Determinarea raportului optim H/D, a diametrului D [mm] si a inaltimii H [mm]

h_f= D/4

Ipoteza simplificatoare: capacitatea nominala a recipientului o vom considera ca este realizata de volumul corespunzator zonei mantalei.

C_n= (πD²)/4 * H * 10^-9 [m³]

H= (4 * C_n * 10⁹)/πD² [mm]

H/D= (4 * C_n * 10⁹)/πD³

(Consum minim de material)

A_t=A_m + 2A_f=πD * H + 2 * (π/4) * (1.2 * D)²

→A_t=A_t(D) → A_t'(D)=0 → D=960(C_n)⅓ = 920 * 1.8169= 1671.548 [mm]

D_{n STAS} ≤ D → D_{n STAS} = 1600 [mm]

H/D ≈ 1.44 → H=1.44 * D_{n STAS} = 1.44 * 1600 = 2304 [mm]

Valoarea adoptata pentru H va rezulta prin rotunjirea in minus a valorii calculate la un numar intreg de cm.

→ H = 230 [cm] = 2304 [mm]

1.2. Determinarea presiunii hidraulice

Presiunea hidraulica este presiunea creata de volumul de apa din recipient.

p_H=10^-4 * γ_l * h_l

γ_l=1 bar/dm³

h_l=H + 2h_f=H + D/2=2304+ 1600/2=3104 [mm]

p_H=10^-4 * 3104=0.310[bar]

1.3. Adoptarea presiunii de calcul

Daca p_H < 0.05p_n → p_C=p_n

Daca p_H ≥ 0.05p_n → p_C=p_H + p_n → p_C= p_H + p_n=6.310 [bar]

0.329≥ 0.3

1.4. Alegerea materialului utilizat la fabricarea recipientului

Recipientul va fi executat din tabla alegand una dintre marcile de otel cuprinse in STAS 2883/3 - 80.

Vom utiliza otelul K412b.

1.5. Determinarea rezistentei admisibile de rupere la tractiune pentru marca de otel ales.

Se alege in functie de limita de curgere σ_C si de rezistenta de rupere la tractiune σ_r.

σ_C [MPa] → c_s1=1.5 → σ_C=225

σ_r [MPa] → c_s2=2.4 → σ_r=400

σ_at=min(σ_C/c_s1 , σ_r/c_s2) [MPa] → σ_at=150 [MPa]

1.6. Determinarea coeficientului de calitate a sudurii

Pentru suduri cap la cap executate automat φ are valoarea:

• 1, pentru control total
• 0.9, pentru control partial
• 0.8, pentru suduri fara control.

La suduri executate manual φ are valoarea:

• 0.95, pentru control total
• 0.85, pentru control partial
• 0.7, pentru suduri fara control.

Vom considera φ=0.7.

1.7. Calculul grosimii mantalei

a) Stabilirea grosimii teoretice

δ=(p_C D_n)/(2 φ σ_at - p_C) [mm]

δ=(0.6310*1600)/(2*0.7*150-0.6310)=4.822 [mm]

b) Stabilirea grosimii preliminare a tablei

s'= δ + c₁ [mm]

c₁=v_c T

→ c₁=0.1*10=1 mm

v_c= ( 0.002 . 0.25 mm/an)

v_c =0.1

s'= δ + 1=5.138 + 1=6.138 [mm]

c) Stabilirea abaterii negative de la dimensiunea nominala a grosimii tablei

c₂=0.6 [mm]

d) Adoptarea grosimii standardizate a tablei

s_STAS ≥ s' + c₂ = 6.138 + 0.6=6.738 [mm]

→ s_STAS=7 [mm]

2.Calculul grosimii fundurilor elipsoidale

2.1 Calculul grosimii teoretice a fundurilor

f [mm]

f =(R*Pc)/(2* φ* σ_at - Pc)

R=Dn²/ 4*hi

R=1700²/4*425=1600

f = (1600*0.6310)/(2*0.7*150-0.6310)=4,822 [mm]

2.2 Stabilirea grosimii preliminare a punctelor

S'f [mm]

S'f = δf + c₁

S'f = 5.138 +1= 6.138 [mm]

Sf_STAS [mm]

Sf_STAS ≥ S'f + c₂ ≥ 6.138 + 0.6 ≥ 6.738 [mm]

→ Sf_STAS = 7 [mm]

3. Calculul Gurii de Vizitare

3.1 Stabilirea tipului si dimensiunii principale a gurii de vizitare

Vom utiliza o gura de vizitare cu capac bombat pivotant. Gura de vizitare este alc din corpul gurii de vizitare. Corpul se obtine dintr-un element tubular la care se sudeaza o flansa.

Capacul se fixeaza la gura de vizitare cu suruburi si piulite. Este alcatuit dintr-o flansa la care se sudeaza capacul propriu-zis obtinut din tabla cu forma sferica. Practic fixarea dintre capac si corp se face cu suruburi si piulite prin intermediul celor 2 flanse. Etansarea gurii de vizitare se face prin intermediul unei garniture de vizitare. Aceste flanse sunt standardizate si sunt prevazute cu diferite tipuri de suprafata de etansare. Vom utilize niste flanse cu suprafata de etansare plana cu umar.

Detaliile constructive ale corpului respective capacului de vizitare sunt prevazute in fig.2 , iar dimensiunile corescpunzatoare acestor detalii sunt indicate in tabelul 12.

Detaliile constructive ale ansamblului gura de vizitare sunt prevazute in fig.3. Dimensiunile corespunzatoare acestor detalii sunt indicate in tabelul 14 .

3.2 Elemente de calcul ale etansarii

B=(c-d5)/2 [mm]

B=(488- 441)/2 =23.5 [ mm]

b0 = B/2 = 23.5/2 = 11.75 [mm]

dm = (c+d5)/2 = (488+441)/2=708.5 [mm]

Daca b0>6.3 mm atunci bc=0.79*√b0 = 2.7

3.3 Verificarea asamblarii capac-corp a gurii de vizitare

Forta de strivire a garniturii Fq[N]

Fq=π*dm*bc*q≥ F0tot

F(3)= 3.14*708.5*2.7*3=18019.99[N]

F(1.5)=3.14*708.5*2.7*1.5=9009.99 [N]

F(0.8)= 3.14*708.5*2.7*0.8=4805.33[N]

Forta de exploatare, Fd[N]

Fd=π*d²5*Pc/4=96623.31 [N]

Presiunea de etansare pe [MPa]

Pe= 2*m*Pc= 2*10*0.6329=12.658 [MPa]

Forta minima pe garniture FG [N]

FG = π*dm*bc*pe= 76032.34 [N]

Forta totala ce actioneaza asupra suruburilor la exploatarea recipientului Fextot [N] 

Fextot = Fd+FG = 96623.31+76032.34 = 172655.65[N]

Forta maxima de calcul la care sunt supuse toatea suruburile Ftstot [N]

Ftstot = 1.3 * Fextot = 224452.345[N]

Rezistenta admisibila la tractiune σ_at [MPa]

σ_at = σ_C/c_s = 150 [MPa]

Diametru interior necesar filetului d1nec [mm]

d1nec =√4* Ftstot /π*n* σ_at