„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Adam Sabiniok
Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy
rurociągów 713[04].B1.01
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Robert Wanic
mgr inż. Janusz Rudolf
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Adam Sabiniok
Konsultacja:
mgr Janusz Górny
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 713[04].B1.01
Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy rurociągów w modułowym
programie nauczania dla zawodu monter systemów rurociągowych.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki płynów
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
15
4.1.3. Ćwiczenia
15
4.1.4. Sprawdzian postępów
16
4.2. Podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki technicznej
17
4.2.1. Materiał nauczania
17
4.2.2. Pytania sprawdzające
22
4.2.3. Ćwiczenia
22
4.2.4. Sprawdzian postępów
23
4.3. Rodzaje rurociągów
24
4.3.1. Materiał nauczania
24
4.3.2. Pytania sprawdzające
26
4.3.3. Ćwiczenia
26
4.3.4. Sprawdzian postępów
28
4.4. Elementy składowe rurociągów i ich funkcje
29
4.4.1. Materiał nauczania
29
4.4.2. Pytania sprawdzające
37
4.4.3. Ćwiczenia
37
4.4.4. Sprawdzian postępów
38
4.5. Prace montażowe podczas wykonywania rurociągów
39
4.5.1. Materiał nauczania
39
4.5.2. Pytania sprawdzające
42
4.5.3. Ćwiczenia
42
4.5.4. Sprawdzian postępów
42
5. Sprawdzian osiągnięć
43
6. Literatura
49
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w nabywaniu umiejętności z zakresu posługiwania się
podstawowymi pojęciami z zakresu budowy rurociągów.
W poradniku zamieszczono:
−
wymagania wstępne, wykaz umiejętności i wiedzy, jakie powinieneś mieć już opanowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
−
cele kształcenia, wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz w czasie zajęć,
−
materiał nauczania – umożliwia przygotowanie się do wykonywania ćwiczeń,
−
zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś materiał nauczania,
−
ćwiczenia pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności
praktyczne,
−
pytania sprawdzające,
−
sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu
potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć i że nabyłeś wiedzę i umiejętności z zakresu
jednostki modułowej,
−
literaturę uzupełniającą.
W materiale nauczania zostały opisane zagadnienia z zakresu rozpoznawania podstawowych
pojęć z zakresu budowy rurociągów. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub
ćwiczenia, to poproś nauczyciela o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz
daną czynność.
Z rozdziałem „Pytania sprawdzające” możesz zapoznać się:
−
przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania – poznając przy tej okazji wymagania
wynikające z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając na pytania
sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,
−
po zapoznaniu się z rozdziałem Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonywanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie wiadomości
i umiejętności z zakresu posługiwania się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy rurociągów.
Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela, poznasz
zasady posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy rurociągów.
Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swojej wiedzy rozwiązując sprawdzian
postępów.
W tym celu:
−
przeczytaj pytania i odpowiedz na nie,
−
podaj odpowiedź wstawiając X w podane miejsce Tak lub Nie.
Odpowiedzi NIE wskazują luki w Twojej wiedzy, informują Cię również, jakich zagadnień
jeszcze dobrze nie opanowałeś. Oznacza to także powrót do materiału, który nie jest dostatecznie
opanowany.
Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło dla nauczyciela
podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości i ukształtowanych
umiejętności. W tym celu nauczyciel może posłużyć się zestawem zadań testowych.
W rozdziale 5 tego poradnika jest zamieszczony przykład takiego testu, zawiera on:
−
instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,
−
przykładową kartę odpowiedzi, w której, zakreśl poprawne rozwiązana do poszczególnych
zadań,
−
zawiera także zadania testowe.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa
i higieny pracy, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
713[04].B1
Techniczne podstawy budowy systemów
rurociągowych
713[04].B1.01
Posługiwanie się podstawowymi
pojęciami z zakresu budowy
rurociągów
713[04].B1.04
Posługiwanie się
dokumentacją techniczną
713[04].B1.05
Magazynowanie,
składowanie i
transportowanie materiałów
stosowanych do budowy
rurociągów
713[04].B1.02
Przestrzeganie przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony
przeciwpożarowej
oraz ochrony środowiska
materiałów i wyrobów kowalskich
713[04].B1.03
Rozpoznawanie podstawowych
materiałów stosowanych do budowy
rurociągów
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
stosować układ jednostek SI,
−
korzystać z różnych źródeł informacji,
−
selekcjonować, porządkować i przechowywać informacje,
−
interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, wykresów, schematów, diagramów,
tabel,
−
obsługiwać komputer na poziomie podstawowym,
−
posługiwać się kalkulatorem,
−
oceniać własne możliwości sprostania wymaganiom stanowiska pracy i wybranego zawodu,
−
zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii,
−
przestrzegać przepisy BHP.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
zastosować terminologię techniczną,
−
rozróżnić rodzaje rurociągów,
−
rozróżnić elementy konstrukcyjne rurociągów różnego typu,
−
określić rodzaje osadzenia rurociągów,
−
rozróżnić rodzaje ścian ze względu na ich konstrukcję i rodzaj użytego materiału,
−
rozróżnić materiały i technologie stosowane do wykonania rurociągu,
−
rozróżnić rodzaje izolacji,
−
rozpoznać rodzaje instalacji i sieci,
−
zinterpretować podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki technicznej,
−
zinterpretować podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki płynów,
−
rozróżnić rodzaje rur, połączeń rur, armatury i kształtek rurowych stosowanych do budowy
rurociągów,
−
rozróżnić materiały konstrukcyjne, izolację i armaturę stosowaną do budowy rurociągu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki płynów
4.1.1. Materiał nauczania
Charakterystyka płynów
Płynami określamy substancje, które mogą samodzielnie płynąć, np. w rurociągach. Do
płynów zalicza się ciecze i gazy. Ciał stałych nie zalicza się do płynów. Aby ciała stałe mogły być
transportowane w rurociągu potrzebne są płyny (np. transport szlamów, zawiesin). Podczas
transportu w rurociągu gazy wypełniają zawsze całą objętość rury. Określamy je jako płyny
ściśliwe – zmieniają swoją objętość odpowiednio do objętości rurociągu, którym płyną. Ciecze są
nieściśliwe (płyny nieściśliwe), a w związku z tym podczas transportu rurociągiem przy małym
przepływie mogą wypełnić tylko część przekroju rurociągu.
Płyn transportowany rurociągiem wywiera ciśnienie na ścianki rury, które określamy jako
stosunek siły wywieranej przez płyn na powierzchnię, do pola tej powierzchni. W układzie SI
jednostką ciśnienia jest paskal (Pa) czyli ciśnienie występujące na powierzchni 1 m
2
, na którą
oddziaływuje siła 1 niutona (N).
1 Pa = 1 N/m
2
Inne używane jednostki to:
1 bar = 10
5
N/m
2
1 mm Hg = 133,32 Pa
Do pomiaru ciśnienia służą manometry, które wskazują ciśnienie względem ciśnienia
atmosferycznego, określane jako ciśnienie manometryczne p
m
.
ot
m
p
p
p
−
=
p
m
– ciśnienie wskazywane przez manometr,
p – ciśnienie w badanym ośrodku, np. w zbiorniku (ciśnienie bezwzględne),
p
ot
– ciśnienie otoczenia (ciśnienie atmosferyczne).
W przypadku manometrów cieczowych ciśnienie to można wyrazić wysokością słupa cieczy
manometrycznej. Jeżeli cieczą manometryczną jest rtęć, to pomiaru ciśnienia dokonuje się w mm
Hg. Wyższe ciśnienia mierzy się za pomocą różnej konstrukcji manometrów metalowych (rys.1).
Rys.1. Manometr metalowy mierzący ciśnienie w zbiorniku. [2, s. 16]
Jeżeli p > p
ot
to w zbiorniku występuje nadciśnienie, natomiast jeżeli p < p
ot
to
w zbiorniku
występuje podciśnienie.
p
p
ot
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Elementy dynamiki płynów.
Natężenie przepływu (strumień objętościowy Q) płynu przepływający przez rurociąg określa
się wzorem:
A
Q
⋅
=
ν
gdzie:
ν – średnia prędkość przepływu płynu w m/s,
A – pole przekroju rurociągu w m
2
.
Podstawową jednostką natężenia przepływu jest m
3
/s. Natężenie przepływu nazywane jest
również wydajnością. W przypadku rurociągów używa się też nazwy przepustowość rurociągu,
szczególnie do opisu zdolności do przesłania w czasie określonej ilości płynu. Na przykład
natężenie przepływu opisuje się następująco: „przepustowość rurociągu wynosi 40 mln ton ropy
naftowej rocznie” albo „wydajność gazociągu wzrosła do 100000 m
3
/godz.”. Natężenie
przepływu jest więc parametrem określającym ilość płynu przesyłanego rurociągiem w celu
zaspokojenia potrzeb jego odbiorców w określonym czasie.
Rys.2 Schemat przepływu płynu z predkością w i natężeniem przepływu Q przez rurociąg o średnicy nominalnej
D
n
i przekroju A = A
1
= A
2
= A
3
[3, s. 146]
Można przyjąć, że natężenie przepływu w dowolnym przekroju rurociągu nie zmienia się,
czyli dla rurociągu o średnicy nominalnej D
n
na rys.2 można zapisać, że:
3
2
1
Q
Q
Q
Q
=
=
=
czyli:
3
3
2
2
1
1
A
A
A
A
⋅
=
⋅
=
⋅
=
⋅
ν
ν
ν
ν
Równanie to nazywa się równaniem ciągłości strugi. W podanej postaci obowiązuje ono dla
płynów nieściśliwych. Jeżeli przekrój rurociągu nie ulega zmianie to średnia prędkość przepływu
też nie zmienia się. Z równania (4) wynika również, że każda zmiana przekroju rurociągu
powoduje zmianę średniej prędkości płynu.
Przepływ płynów w rurociągu
Przepływ płynów przez rurociąg występuje wtedy, gdy istnieje różnica ciśnień. W układach
rurociągów różnicę ciśnień przy przepływie cieczy wytwarzają pompy, a w przypadku przepływu
gazów wentylatory i sprężarki. Różnicę ciśnień powodującą przepływ cieczy można również
uzyskać w wyniku naporu hydrostatycznego słupa cieczy (wieża ciśnień).
Aby zapewnić transport płynu rurociągiem do jego odbiorców konieczne jest utrzymywanie
wymaganego ciśnienia w systemie rurociągowym. Wykonując pomiar ciśnienia na początku i na
D
n
A
1
A
1
A
1
1
2
3
w
Q
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
końcu odcinka rurociągu okazuje się, że ciśnienie to spada na odcinku rurociągu o pewną wartość
∆p:
∆p = p
c1
– p
c2
Duże znaczenie na wielkość spadku ciśnienia ma chropowatość ścianek przewodów
rurowych. Wskutek tarcia płynu, szczególnie przy ścianie rurociągu, ciśnienie płynu zmniejsza się
stale wzdłuż przewodu rurowego. Im większa chropowatość tym większe są straty ciśnienia
spowodowane tarciem. Straty związane z tarciem nazywa się również stratami liniowymi.
Oprócz strat ciśnienia w prostych odcinkach rurociągu spowodowanych tarciem, występują
również straty ciśnienia spowodowane zmianą średnicy rurociągu; jego zwężeniem lub
rozszerzeniem lub zmianą konfiguracji rurociągu (kolana, trójniki), a także zamontowaniem na
rurociągu zaworów, itp. Te straty z kolei nazywamy stratami miejscowymi.
Tak więc w systemach rurociągowych podczas przepływu płynu do odbiorców straty
związane z tarciem i wszystkimi zakłóceniami przepływu pokrywa ciśnienie całkowite p
c
.
W przypadku systemów rurociągowych o dużych stratach, np. w rurociągach dalekiego
zasięgu do utrzymania żądanego ciśnienia nie wystarcza układ pomp zamontowany w miejscu
jego początku. Stosuje się wzdłuż trasy dodatkowe stacje pomp lub stacje sprężarek. Ich
zadaniem jest utrzymywanie dopuszczalnej wartości ciśnienia roboczego. Np. na trasie ropociagu
dalekiego zasięgu (rys.3) zespół agregatów pompowych włączony jest bocznikowo w stosunku
do głównego rurociągu. Rozwiązanie to zapewnia przepływ przez rurociąg także w warunkach
awarii układu pomp lub zaworów regulacyjnych, a przez to uniemożliwia wystąpienie całkowitej
blokady rurociągu przesyłowego.
Z3
Z2
Z1
Rys. 3.
Schemat podłączenia stacji pomp do odcinka rurociągu przesyłowego. [1, s. 9]
Pomiar ciśnienia płynu w rurociągu musi uwzględniać dynamikę płynu. Interpretacja ciśnienia
płynu przepływającego rurociągiem jest inna niż ciśnienia płynu znajdującego się w spoczynku
w zbiorniku. Płyn w zbiorniku wywiera ciśnienie p na ścianki zbiornika. Podobnie płyn znajdujący
się w ruchu w rurociągu wywiera ciśnienie p na ściankę rury. Na rys. 4 w punkcie A nad
powierzchnią cieczy manometrycznej ciśnienie jest takie, jakie wywiera płyn na ściankę zbiornika
lub rury. Okazuje się jednak, że w rurociągu występuje ciśnienie p
c
wyższe od ciśnienia p na
ściance.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
p
ot
p
h
A
p
ot
p
h
A
Rys. 4.
Pomiar ciśnienia statycznego w zbiorniku (po lewej) i w rurociągu (po prawej). [1, s. 10]
Aby zmierzyć tą nadwyżkę ciśnienia umieszcza się w rurociągu U-rurkę której koniec
zawinięty jest przeciw prądowi (rurka Pitota). W wyniku przepływu płynu w rurociągu ciecz
manometryczna w U-rurce pokazuje wskazania jak na rys. 5. W punkcie A nad powierzchnią
cieczy manometrycznej ciśnienie p jest takie, jakie wywiera płyn na ściankę rurociągu. Nazywamy
je ciśnieniem statycznym. W punkcie B występuje ciśnienie większe od ciśnienia statycznego, co
pokazuje poziom cieczy manometrycznej. Jest to ciśnienie całkowite p
c
płynu. Różnicę ciśnień,
której odpowiada wysokość słupa cieczy manometrycznej w rurce Pitota nazywamy ciśnieniem
dynamicznym p
d
.
Inaczej sumę ciśnienia statycznego p i dynamicznego p
d
określa się jako ciśnienie całkowite p
c
,
panujące w rurociągu w określonym jego przekroju:
p
c
= p + p
d
Wyznaczenie ciśnienia dynamicznego za pomocą rurki Pitota pozwala obliczyć prędkość
płynu w rurociągu, gdyż wielkość ciśnienia dynamicznego jest wprost proporcjonalna do
prędkości płynu w rurociągu.
p
ot
h
A
B
1
2
Rys. 5.
Rurka Pitota zamontowana w rurociągu. [1, s. 10]
Podstawy wymiarowania rurociągów
Dynamikę przepływu płynu w rurociągach charakteryzuje średnia prędkość płynu. Nie ma
jednej uporządkowanej klasyfikacji rurociągów ze względu na prędkości transportowanych
płynów. Wartości średnich prędkości różnych płynów podawane są w literaturze w zależności od
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
rodzaju płynu. Przyjmując prędkość przepływu płynu w rurociągu w można obliczyć średnicę
rurociągu D
n
. Przekształcając równanie (2) otrzymujemy:
ν
Q
A
=
gdzie:
A - powierzchnia przekroju rurociągu w m
2
,
Q – natężenie przepływu płynu w m
3
/s,
ν – prędkość płynu w przekroju A rurociągu w m/s
Z równania (7) oraz ponieważ dla rurociągu o przekroju kołowym:
ν
π
π
⋅
⋅
=
⇒
⋅
=
Q
D
D
A
n
n
2
4
2
gdzie D
n
jest średnicą wewnętrzną rury w m.
Uderzenie hydrauliczne
Załóżmy, ze przez odpowiednio długi rurociąg płynie woda ustaloną prędkością średnią v
o
.
Rurociąg zasilany jest ze zbiornika o stałym ciśnieniu a na końcu rurociągu znajduje się zawór.
Przyjmijmy, że w pewnym momencie nastąpi nagłe zamknięcie zaworu odcinające wypływ wody
z rurociągu.
Zgodnie z doświadczeniem cząsteczki wody przed zaworem zostaną zatrzymane czyli ich
poprzednia prędkość przepływu spadnie do wartości zerowej (v
o
= v = 0) i jednocześnie nastąpi
dość znaczne zagęszczenie cieczy oraz bardzo duży przyrost ciśnienia o Δp powodujący
odkształcenie rurociągu (rys. 6). Zjawisko to nazywane jest uderzeniem hydraulicznym. To
gwałtowne unieruchomienie cząsteczek cieczy nie nastąpi w tym samym momencie na całej
długości rurociągu; w części przewodu ciecz będzie unieruchomiona, natomiast w pozostałej
części będzie w dalszym ciągu poruszać się z dotychczasową prędkością v
o
. Granica strefy cieczy
unieruchomionej i cieczy płynącej będzie się przesuwać w kierunku wlotu do rurociągu
z prędkością c, zwaną prędkością rozprzestrzeniania się fali uderzenia.
Przy nagłym zamknięciu przewodu w którym płynęła ciecz następuje przyrost ciśnienia i takie
zjawisko nazywamy uderzeniem dodatnim. Występuje też zjawisko uderzenia hydraulicznego,
Rys. 6. Uderzenie hydrauliczne dodatnie [1, s. 34]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
gdy w rurociągu połączonym ze zbiornikiem o odpowiednim ciśnieniu znajduje się woda stojąca
i nastąpi nagłe otwarcie zaworu znajdującego się na końcu tego rurociągu. Nagłemu
uruchomieniu cząsteczek wody towarzyszy spadek ciśnienia i takie zjawisko nazywamy
uderzeniem ujemnym.
Opisane zjawisko jest przykładem ruchu nieustalonego, w którym parametry ruchu
(prędkość, ciśnienie) zmieniaj się w czasie.
Podstawowe parametry opisujące uderzenie hydrauliczne można wyznaczyć przy następujących
założeniach:
a) zbiornik doprowadzający jest duży i w całym czasie trwania zjawisk poziom
zw. w. w zbiorniku jest stały
b) średnica rurociągu D oraz grubość ścianki e na całej jego długości jest stała
c) przed zamknięciem zaworu występuje ruch jednostajny i trwały t.zn. v
o
= const
d) następuje nagłe zamknięcie zaworu tj. czas zamknięcia t
z
= 0
Wyrażenie na przyrost ciśnienia przy nagłym zamknięciu zaworu, zwanym uderzeniu prostym:
o
v
c
p
⋅
⋅
=
∆
ρ
Z powyższego równania wynika, że przyrost ciśnienia w uderzeniu prostym nie zależy od
wartości pierwotnego ciśnienia ani od długości rurociągu, czyli przy dokonanych założeniach jego
warto będzie taka sama na końcu rurociągu przy zaworze i na początku rurociągu na wlocie.
Zgodnie z wyliczoną wyżej prędkością rozprzestrzeniania się fali uderzenia, po czasie
t = l / c, gdzie l jest długością rurociągu, czoło fali uderzenia dojdzie do początku rurociągu
i w tym momencie ciśnienie w rurociągu jest o
∆
p większe od ciśnienia w zbiorniku. Spowoduje
Rys. 7. Zatrzymanie cząsteczek cieczy [1, s. 50]
Rys. 8. Odkształcenie rurociągu [1, s. 146]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
to ruch cieczy w przeciwnym kierunku i przy pominięciu strat hydraulicznych ruch cieczy odbywa
się z tą samą prędkością v
o
i przy tym samym ciśnieniu jak przed zamknięciem zaworu.
Tab. Przeciętne wartości współczynników sprężystości
Materia
K, E [Pa]
K/E
woda
2 ± 10
9
-
stal
2
⋅
10
11
0,01
żeliwo
1
⋅
10
11
0,02
beton
2
⋅
10
10
0,1
drewno
1
⋅
10
10
0,2
szkło
6,5
⋅
10
9
0,3
Po kolejnym czasie t = l / c granica między cieczą płynącą w kierunku do zbiornika dochodzi
do zaworu i wtenczas następuje faza uderzenia ujemnego: wskutek zatrzymania ruchu
i rozprężenia cieczy ciśnienie zmniejsza się o wartość
∆
p poniżej ciśnienia przed zamknięciem
i ponownie czoło fali uderzenia przesuwa się w kierunku początku rurociągu z tą samą prędkością
c. Wykres zmienności ciśnienia w punkcie przy zaworze i w połowie rurociągu przedstawiono na
rys. 9 i 10. Czas T = 2 l / c nazywamy okresem fali uderzenia.
Rys. 9.
Przebieg zmian ciśnienia w punkcie przy zaworze [1, s. 106]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Praktycznie czas zamykania zaworu jest większy od zera. Jednak gdy czas zamknięcia zaworu
t
z
≤
T, przyrost ciśnienia osiąga wartość maksymalną jak przy uderzeniu prostym, zgodnie ze
wzorem (117). Gdy czas zamknięcia zaworu t
z
> T wtenczas występuje tzw. uderzenie złożone,
w którym przyrost ciśnienia jest mniejszy w porównaniu z uderzeniem prostym.
z
o
t
1
v
2
p
ρ
∆
=
jest to wzór Michauda na przyrost ciśnienia przy uderzeniu złożonym.
Przykłady
Dla rurociągu niesprężystego (brak odkształcenia przy wzroście ciśnienia) E = ∞, prędkość
rozprzestrzeniania się fali uderzenia wyniesie:
s
m
c
/
1410
=
Jest to prędkość rozchodzenia się fali dźwięku w wodzie.
Rurociąg stalowy o średnicy D = 10 cm i grubości scianki e = 2 mm:
s
m
c
/
1155
=
Zgodnie ze wzorem przyrost ciśnienia przy początkowej prędkości przepływu wody v
o
=1,5m/s
i przy uderzeniu prostym wyniesie:
∆ p = ρ c v
o
= 10
3
⋅
1155
⋅ 1,5 = 1732 kPa
Rurociąg żelbetowy o średnicy D = 50 cm i grubości ścianki e = 5 cm
Przyrost ciśnienia, podobnie jak poprzednio, przy prędkości początkowej v
o
=1,5m/s i przy
uderzeniu prostym będzie równy:
∆ p = 1000 ⋅ 1000 ⋅1,5 = 1500 kPa
Rys. 10. Przebieg zmian ciśnienia w połowie rurociągu [1, s. 146]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak definiujemy płyny?
2. Jak dzielimy płyny?
3. W jakich jednostkach miary określa się ciśnienie?
4. W jakich jednostkach miary wyrażamy natężenie przepływu?
5. Dlaczego ciśnienie płynu na odcinku rurociągu spada?
6. Jak mierzymy ciśnienie statyczne płynu w rurociągu?
7. Jak mierzymy ciśnienie dynamiczne płynu w rurociągu?
8. Jakie dane są potrzebne do wstępnego doboru średnicy nominalnej rurociągu?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na rysunku przedstawiono uniwersalny manometr metalowy do pomiaru różnicy ciśnień oraz
nadciśnienia i podciśnienia. Odczytaj z rysunku i zapisz:
−
jednostkę w której wyskalowany jest przyrząd,
−
zakres pomiarowy przyrządu.
Rys. 11. Manometr Typ DA 04
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) prawidłowo odczytać jednostkę w której wyskalowany jest przyrząd,
2) określić i zapisać zakres pomiarowy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
manometr,
−
instrukcja obsługi,
−
literatura.
Ćwiczenie 2
Manometr zamontowany na zbiorniku wskazuje 2,2 bara. Ile wynosi ciśnienie w zbiorniku,
jeżeli ciśnienie otoczenia (atmosferyczne) przyjęto w wysokości 1 bara.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić sposób pomiaru za pomocą manometru,
2) zinterpretować odczyt ciśnienia na manometrze.
3) obliczyć ciśnienie w zbiorniku p=
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
literatura,
−
instrukcja pomiaru ciśnienia,
Ćwiczenie 3
Czy w zbiorniku przedstawionym na rysunku panuje nadciśnienie, czy podciśnienie?
Uzasadnij odpowiedź.
p
ot
p
h
A
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić znaczenie pojęć podciśnienie i nadciśnienie,
2) odczytać z ururki relacje pomiędzy ciśnieniem w zbiorniku a ciśnieniem zewnętrznym
(atmosferycznym i słupa rtęci),
3) zinterpretować uzyskany wynik.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcje przeprowadzania pomiarów ciśnienia,
−
literatura.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zdefiniować pojęcie płynu?
¨
¨
2) zdefiniować pojęcia ciśnienie, prędkość, natężenie przepływu?
¨
¨
3) określić zadania pomiarowe manometrów?
¨
¨
4) określić przeznaczenie pomp, sprężarek, itp. w systemach rurociągowych?
¨
¨
5) przeliczać jednostki ciśnienia, prędkości, natężenia przepływu?
¨
¨
6) obliczać średnicę nominalną D
n
z podanego wzoru.
¨
¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
4.2. Podstawowe zjawiska i prawa z zakresu mechaniki technicznej
4.2.1. Materiał nauczania
Masa i ciężar ciała. Pojęcie siły
Wszystko co posiada masę nazywamy materią, a więc masa m jest miarą ilości materii
w danym ciele. Jest jej właściwością decydującą o bezwładności (ciało o dużej masie trudno jest
rozpędzić, a rozpędzone zatrzymać) i oddziaływaniu grawitacyjnym (ciało o dużej masie trudno
jest podnieść). Jednostką podstawową masy określoną za pomocą wzorca jest kilogram (kg).
Niekiedy masę wyraża się też w gramach (g) lub tonach (T). Wyznaczanie masy ciała odbywa się
za pomocą wagi szalkowej przez porównanie z masą wzorcową (odważnikami). Stosuje się też
wagi sprężynowe, ale są one najczęściej mniej dokładne.
Ciężar ciała G to siła ciężkości lub siła ciążenia - siła z jaką Ziemia przyciąga dane ciało.
g
m
G
⋅
=
gdzie g jest przyspieszeniem ziemskim i wynosi 9,81 m/s
2
≅
10 m/s
2
.
Ogólnie siła to mechaniczne oddziaływanie jednych ciał na drugie. W mechanice siła jest
wielkością wywołującą zmianę ruchu ciał lub ich odkształcenia. Siła jest wektorem, a więc
własnością wektora siły jest: wartość siły, zwrot oraz kierunek. Aby scharakteryzować siłę należy
podać opisujący ją wektor oraz punkt przyłożenia siły. Jednostką siły jest niuton (N). Jest to siła,
która masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 m/s
2
.
1 N = 1 kg m/s
2
A
10 N
zwrot si
ły
kierunek
punkt przy
łożenia
warto
ść siły
Rys. 12. Graficzne przedstawienie siły – wektor siły [1, s. 76]
Na ciało może działać jednocześnie kilka sił (nazywamy je składowymi). W takim przypadku
działanie tych sił możemy zastąpić jedną siłą wypadkową, którą wyznaczamy graficznie
wykonując sumowanie sił składowych.
Siła wypadkowa musi być przyłożona do tego samego punktu co siły składowe. Jeżeli
w punkcie A ciała działają dwie siły F
1
i F
2
o różnych kierunkach, możemy je zastąpić
wypadkową F zaczepioną w punkcie A, równą przekątnej równoległoboku utworzonego na siłach
F
1
i F
2
. Jeżeli kąt między siłami wynosi 90
0
jak na rys. 13, wypadkowa równa przekątnej
prostokąta wynosi:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
A
F
2
F
1
F
2
2
2
1
F
F
F
+
=
Rys.13. Dodawanie sił - zasada równoległoboku. [1, s. 13]
Jeżeli siły składowe działają wzdłuż jednej prostej to wypadkowa układu sił jest wektorem
działającym wzdłuż tej samej prostej, zwrocie zgodnym z zwrotem większej z tych sił i wartości
równej sumie algebraicznej sił składowych.
Na przykład, jeżeli na ciało działają wzdłuż jednej linii dwie siły F
1
i F
2
o przeciwnych
zwrotach, to wypadkowa F wynosi:
2
1
F
F
F
−
=
Rys. 14. Dodawanie sił działających wzdłuż jednej linii działania. [1, s. 25]
Układ dwu sił pozostaje w równowadze, jeżeli siły te leżą na jednej prostej, mają przeciwne
zwroty i te same wartości.
Obciążenia. Podpory
Na ciało działają siły zewnętrzne. W mechanice wyróżnia się następujące rodzaje sił
zewnętrznych.
1. siły zewnętrzne czynne, przyłożone do ciała, pochodzące od innych ciał, na przykład siła
ciążenia (ciężar ciała)
2. reakcje – siły zewnętrzne bierne wynikające z sposobu zamocowania konstrukcji, na przykład
siły w miejscu styku konstrukcji z podłożem.
Reakcje występują zazwyczaj w określonym miejscu, gdzie występują podpory. Podpory
ograniczają możliwość ruchu ciała w przestrzeni. Ogólnie rozróżnia się podpory stałe, ruchome
i wiotkie. Przykłady podpór zamieszczono na rys. 15.
A
F
A
F
2
F
1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
R
X
R
Y
R
Y
R
1
R
2
A
B
C
Rys. 15. Przykłady podpór. A – stałe, B – ruchome, C – wiotkie. [1, s. 21]
Układ sił czynnych oraz układ sił biernych (sił reakcji) nazywa się obciążeniem. Pod
wpływem obciążeń ciało ulega odkształceniom – sprężystym (jeżeli odkształcenia ustępują po
ustaniu obciążeń) lub trwałym, zwanym także plastycznym, pozostającym w ciele (materiale) po
usunięciu przyczyny. Praktycznie z odkształceniami trwałymi mamy do czynienia po
przekroczeniu pewnej wielkości odkształceń tzw. granicy plastyczności materiału. W każdym
przypadku efektem odkształcenia jest chwilowa lub trwała zmiana wymiarów ciała.
Rys. 16.
Układ sił zewnętrznych czynnych i biernych działających na ciało. [1, s. 19]
W zależności od miejsca przyłożenia sił zewnętrznych możemy wyróżnić następujące
przypadki obciążeń: rozciąganie, ściskanie, ścinanie, skręcanie zginanie.
F
F
rozci
ąganie
F
F
ściskanie
F
F
ścinanie
∆
x
F
F
skr
ęcanie
F
F
zginanie
F
F
F
F
Rys. 17.
Podstawowe przypadki obciążeń [2, s. 14]
G
F
R
1
R
2
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Obciążenia przyłożone do ciała (elementu konstrukcyjnego) powodują powstanie w nim,
w dowolnym jego przekroju A, sił nazwanych siłami wewnętrznymi P. Siły wewnętrzne
przypadające na jednostkę pola przekroju nazywa się naprężeniem
σ
.
A
P
=
σ
Jednostką naprężenia
σ
jest pascal (Pa).
W przypadku mocowania rurociągów podpory stałe stosuje się w miejscu, w którym rurociąg
ma być unieruchomiony. Podpory ruchome stosuje się na trasie rurociągu w miejscach, w których
rurociąg musi mieć możliwość swobodnego poosiowego przesuwu. Stąd podpory te nazywamy
przesuwnymi.
Rurociągi zazwyczaj układane są poziomo lub z bardzo niewielkim spadkiem. Ze względu na
zachowanie wymaganego przebiegu trasy i nachylenia (spadku) należy układać je na odpowiednio
ustawionych podporach. Rurociągi z punktu widzenia mechaniki należy rozpatrywać jak belki
spoczywające swobodnie na podporach (rys. 18) .
R
Y
R
Y
R
Y
G
G
L
L
Rys. 18. Schemat statyczny rurociągu stalowego ułożonego swobodnie na podporach. [1, s. 14]
Wskutek ciężaru G rurociągu wraz z transportowanym płynem na odcinku o długości L
pomiędzy podporami występuje ugięcie rurociągu, największe w środku tego odcinka. Im
większy rozstaw podpór, tym większe jest ugięcie rurociągu. Dlatego rozstaw podpór należy
dobrać tak, aby ugięcie (tzw. strzałka ugięcia) nie przekraczała wartości dopuszczalnej.
W przypadku zginania układ sił w poprzecznym przekroju sprowadza się do pary sił leżącej
w płaszczyźnie prostopadłej do przekroju (rys. 17). Moment tej pary sił nazywa się momentem
zginającym. Na rys. 18 jest to moment zginający o rozkładzie parabolicznym. Można zauważyć,
że maksymalny moment zginający występuje w osiach podpór rurociągu. Tu występują
największe naprężenia zginające. Dla przykładu przedstawionego na rysunku w odległości ok. 0,2
L od osi podpory moment zginający jest równy zeru. Dlatego w tym miejscu jest najkorzystniej
łączyć rury za pomocą połączeń spawanych lub kołnierzowych. Ogólne zalecenie jest takie, że
należy unikać powstawania w rurociągach naprężeń zginających. zwłaszcza złącza rur należy
umieszczać tam, gdzie te naprężenia są najmniejsze.
Tarcie
−
Tarcie poślizgowe - powstające podczas ruchu postępowego jednego ciała po powierzchni
drugiego,
−
Tarcie toczne - powstające wtedy, gdy jedno ciało toczy się po powierzchni drugiego.
−
Tarcie poślizgowe dzielimy z kolei na tarcie spoczynkowe i tarcie kinematyczne .
−
Tarcie spoczynkowe czyli statyczne występuje pomiędzy wzajemnie nieruchomymi ciałami.
Z powodu występowania tego tarcia, aby poruszyć z miejsca spoczywające ciało, należy użyć
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
pewnej siły. Najmniejszą wartość tej siły, która wprawi to ciało w ruch nazywa się siłą tarcia
statycznego Tarcie kinematyczne występuje pomiędzy ciałami, które już są w ruchu.
Jako siłę tarcia kinematycznego przyjmuje się minimalną wartość siły, która niezbędna jest do
podtrzymania ruchu. Wielkość siły tarcia poślizgowego, zarówno statycznego jak
i kinematycznego, zależy od siły nacisku N ciała na podłoże, prostopadłej do powierzchni, na
której spoczywa ciało.
Siłę nacisku N, którą ciało wywiera na podłoże, zastępujemy zazwyczaj siłą reakcji podłoża
R, która (zgodnie z trzecią zasadą dynamiki ) jest równa co do wartości sile nacisku lecz jest
przyłożona do ciała.
Dla tarcia poślizgowego określamy współczynnik tarcia następująco:
N
T
=
µ
T – oznacza tu siłę tarcia, N – siłę nacisku.
Współczynnik tarcia spoczynkowego i współczynnik tarcia kinematycznego definiujemy
identycznie, inna jest tylko w każdej z tych definicji wartość siły tarcia (raz jest to siła tarcia
spoczynkowego, drugi raz siła tarcia kinematycznego). Współczynnik tarcia zależy od tak wielu
różnych czynników, że praktycznie dla każdego ciała należałoby wyznaczać go indywidualnie,
a i tak w miarę upływu czasu i ścierania wzajemnego powierzchni może on się mniej lub bardziej
zmieniać.
Współczynnik tarcia tocznego jest liczbowo równy połowie długości łuku styczności
toczącego się ciała z podłożem. Fizycznie określa się go jako ramię działania składowej pionowej
momentu siły reakcji na nacisk ciała na podłoże. Ramię to równe jest k = rsin
α
, gdzie r oznacza
promień toczącego się ciała, zaś
α
kąt pomiędzy kierunkiem siły reakcji na nacisk ciała na
podłoże a pionem.
Rys. 19. Rozkład sił [11] : a) podczas toczenia się ciała, b) na równi pochyłej
Jednostką współczynnika tarcia tocznego jest metr [m].
Równia pochyła
Jeśli nie uwzględniamy dodatkowych sił zewnętrznych, to na ciało znajdujące się na równi
pochyłej działają jedynie siła ciężkości i siła tarcia. Rozkładając te siły na kierunki prostopadły
i równoległy do równi możemy wyznaczyć siłę N=R będącą siłą reakcji podłoża na nacisk ciała.
(Składowa ta jest niezbędna do określenia wielkości siły tarcia jeśli znany jest współczynnik
tarcia).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
A
F
2
F
1
F
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak definiujemy ciężar ciała?
2. Czym charakteryzuje się siła jako wektor?
3. Jakie znasz rodzaje sił zewnętrznych?
4. Jak dodajemy wektory sił?
5. Jakie podpory stosujemy w prowadzeniu rurociągów?
6. Co nazywamy obciążeniem?
7. Jakie znasz rodzaje tarcia?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Obliczanie wypadkowej sił przedstawionych na rysunku . Siła F
1
=8 j, F
2
=6 j
1 j= 5 N
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić zasady wyznaczania wypadkowej sił składowych,
2) obliczyć wartości siły f
1
i f
2
przy założonej jednostce,
3) zastosować właściwą metodę obliczeniową do wyznaczenia wartości siły wypadkowej,
4) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
kalkulator,
−
instrukcja wykonywania działań na wektorach,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Wyznaczanie kierunku ruchu ciała A’ pod wpływem układu sił przedstawionego na rysunku.
Sposób wykonania ćwiczenia
A
F
1
F
2
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić zasady wyznaczania wypadkowej sił składowych,
2) wyznaczyć zwrot siły wypadkowej,
3) określić ruch ciała na podstawie zasad dynamiki,
4) porównać wyniki i zaprezentować wyniki.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
instrukcja wykonywania działań na wektorach,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Wykorzystanie zależności pomiędzy ciężarem a masą.
Masa [kg]
Ciężar [N]
2
600
8,5
2,5
100
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić związek pomiędzy masą a ciężarem,
2) określić przybliżenie przyspieszenia ziemskiego,
3) wykonać obliczenia ,
4) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
kalkulator,
−
notatnik,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zdefiniować pojęcie siły ?
¨
¨
2) określić związek pomiędzy masa a ciężarem?
¨
¨
3) określić zadania podpór rurociągów?
¨
¨
4) rozróżnić elementy wektora sił?
¨
¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
4.3. Rodzaje rurociągów
4.3.1. Materiał nauczania
Rurociągi służą do przesyłania na odległość gazów, par, cieczy, substancji sypkich, itp. Są
stosowane w napędach pneumatycznych, hydraulicznych, itp. Rurociąg powstaje przez połączenie
rur i innych elementów rurociągu, na przykład kształtek rurowych, zaworów w układ
umożliwiający jego funkcjonowanie. Różnorodne rozwiązania materiałowe i konstrukcyjne
przewodów rurowych powodują, że coraz częściej rurociąg rozpatruje się w ujęciu systemowym,
co dla montera systemów rurociągowych w praktyce oznacza, że rurociąg montuje wraz
wszystkimi elementami składowymi specjalnie dobranymi przez producenta systemu do ich
zastosowania. Na przykład do budowy wodociągów z rur z nieplastyfikowanego polichlorku
winylu stosuje się łączniki – kształtki dostosowane materiałowo i konstrukcyjnie do tego rodzaju
przewodu. Szczegółowe zalecenie montażowe zawarte są w instrukcjach producentów systemów
rurociągowych. Wynika z tego, że przed przystąpieniem do montażu należy się z tymi
instrukcjami zapoznać. Ogólnie przewody rurowe klasyfikujemy jako sztywne, plastyczne lub
giętkie. Sztywne i plastyczne to rury, natomiast giętkie to węże.
Ze względu na materiał, z jakiego wykonane są rury rozróżnia się rurociągi:
−
metalowe: stalowe, żeliwne lub staliwne, mosiężne, z miedzi, itp.
−
niemetalowe: ceramiczne, żelbetowe, z tworzyw sztucznych np. z polichlorku winylu,
polietylenu i inne.
Powszechnie stosowane są rury stalowe, które ze względu na technologię produkcji dzielimy na:
−
rury ze szwem; zgrzewane lub spawane,
−
rury bez szwu.
Rurociągi rozróżnia się również w zależności od temperatury i ciśnienia przepływającego
nimi czynnika. Stąd np. stalowe rurociągi energetyczne można podzielić na wysokoprężne,
średnioprężne i niskoprężne, a także wysokotemperaturowe, średniotemperaturowe
i niskotemperaturowe. Do wykonania rurociągów, w których panuje stosunkowo niskie ciśnienie
stosuje się rury stalowe ze szwem, natomiast rury bez szwu umożliwiają zmontowanie rurociągu,
w którym występują najwyższe ciśnienia i temperatura.
Normalizacja wymiarów elementów rurociągów dotyczy przede wszystkim:
−
nominalnej średnicy DN,
−
nominalnego ciśnienia PN na które został zaprojektowany każdy z elementów rurociągu,
wykonany z określonego materiału.
Wartości liczbowe średnic nominalnych DN odpowiadają w przybliżeniu wewnętrznym
średnicom rur. Tak więc opisując rurociąg lub jego odcinek podajemy zazwyczaj nazwę czynnika
przez niego przepływającego i średnicę nominalną przewodu rurowego dodając rodzaj
zastosowanego materiału, na przykład rurociąg sprężonego powietrza DN50 z rur stalowych.
Tabela 1. Znormalizowane wartości średni przewodów rurowych
Znormalizowane wartości średnic nominalnych DN przewodów rurowych w mm
10
15
20
25
32
40
50
65
80
100
125
150
(175)
200
(225)
250
300
350
400
(450)
500
600
(700)
800
(900) 1000
1200 1400
1600 (1800)
2000
Wartości DN w nawiasach są nie zalecane.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Tabela 2. Znormalizowane wartości ciśnienia przewodów rurowych
Znormalizowane wartości ciśnienia nominalnego PN przewodów rurowych w MPa
0,1
0,25
0,4
0,6
1
1,6
2,5
4
6,4
10
16
20
25
32
40
50
64
80
100
125
160
Ze względu na ukształtowanie rurociągów, przeznaczenie i sposób eksploatacji systemy
rurociągowe są bardzo zróżnicowane. Do przetransportowania, na przykład ropy naftowej lub
gazu ziemnego z określonego, nawet z bardzo odległego rejonu wydobycia (ujęcia) buduje się do
rejonu odbioru rurociągi przesyłowe. Rurociągi zasilające doprowadzają na przykład gaz ziemny
do poszczególnych grup odbiorców, natomiast dalej rurociągami rozdzielczymi jest on
dostarczany do odbiorców indywidualnych. Innym przykładem złożonego ukształtowania
rurociągów są sieci cieplne czyli układ rurociągów z elektrociepłowni lub ciepłowni dostarczający
przez rurociągi zasilające i sieć rurociągów rozdzielczych wodę grzewczą do poszczególnych
odbiorców.
Rodzaje typowych systemów rurociągowych zestawiono poniżej.
1. Systemy rurociągów przesyłowych zwanych także rurociągami dalekiego zasięgu, głównie
gazu ziemnego i ropy naftowej oraz produktów naftowych; lądowe i morskie.
2. Zewnętrzne sieci kanalizacyjne i wodociągowe.
3. Zewnętrzne sieci cieplne; sieci cieplne podziemne układane w kanałach lub bezkanałowe
w rurach osłonowych, sieci cieplne naziemne i sieci cieplne nadziemne układane lub
podwieszane na estakadach lub słupach.
4. Wewnętrzne instalacje wody zimnej, wody ciepłej i kanalizacyjne.
5. Zewnętrzne i wewnętrzne instalacje wodne ochrony przeciwpożarowej.
6. Rurociągi w pompowniach wody pitnej oraz wody przemysłowej, ścieków, w stacji
sprężarek, stacji redukcyjnej gazów i pompowni oleju.
7. Rurociągi w kotłowniach i siłowniach; parowe, wodne, odpopielania hydraulicznego
i pneumatycznego, olejowe, pyłu węglowego, itp.
8. Rurociągi węzła cieplnego ogrzewania wodnego, rurociągi instalacji wewnętrznej centralnego
ogrzewania.
9. Instalacje sprężonego powietrza i gazów technicznych: tlenu, azotu, argonu, acetylenu,
wodoru, dwutlenku węgla, itp. oraz gazów palnych np. gazu ziemnego, propanu, butanu,
gazu koksowniczego.
10. Sieci i instalacje technologiczne – wewnętrzne i zewnętrzne, do przesyłania surowców,
półproduktów i wyrobów oraz nośników energii w zakładach przemysłowych, np.
w przemyśle: farmaceutyczno-kosmetycznym, chemicznym, spożywczym, okrętowym oraz
hutnictwie, górnictwie.
Dodatkowego wyjaśnienia wymaga pojęcie rurociągu dalekobieżnego.
Rurociągiem dalekiego zasięgu jest rurociąg łączący wydzielone obiekty nadania, odbioru lub
rozdziału
transportowanego
medium
(stacje
pomp,
stacje
sprężarkowe,
zbiorniki
magazynowania), biegnący między tymi obiektami. W zależności od rodzaju przesyłanych mediów
rurociągi dzielą się na:
−
rurociągi transportujące ropę, zwane ropociągami,
−
rurociągi transportujące produkty naftowe,
−
rurociągi transportujące gaz, zwane gazociągami.
Położenie rurociągu w stosunku do terenu może być:
−
podziemne, gdy rurociąg jest zasypany warstwą ziemi,
−
zagłębione, gdy rurociąg leży poniżej poziomu terenu, ale nie jest zasypany,
−
naziemne, gdy nad rurociągiem projektuje się komunikację kołową.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
W zależności od rodzaju transportowanego produktu naftowego rurociągi dalekiego zasięgu
zalicza się do następujących kategorii:
Tabela 3. Klasy niebezpieczeństwa pożarowego ropy naftowej i produktów naftowych
Klasa niebezpieczeństwa
pożarowego
Temperatura
zapłonu
o
C
Rodzaj produktu naftowego
I
21 i niższa
•
ropa naftowa, benzyna, mieszanki
benzynowe itp.
II
21-55
•
ropa naftowa, paliwa lotnicze, oleje
napędowe, płyn etylowy itp.
III
ponad 55
•
oleje smarowe, olej opałowy
Zastosowane w opisie rodzajów rurociągów słowa „zewnętrzne” i wewnętrzne” wymaga
wyjaśnienia. Zewnętrzne sieci rurociągów rozprowadzają transportowane nimi substancję po
określonym terytorium (np. państwo, miasto), do poszczególnych odbiorców. Ci z kolei za
pomocą instalacji wewnętrznych doprowadzają substancję do punktów jej zapotrzebowania.
Odcinek rurociągu łączący sieć z instalacją określamy jako przyłącze. Zazwyczaj instalacje
wewnętrzne występują w budynkach.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak ogólnie klasyfikujemy przewody rurowe?
2. Gdzie znajdują się szczegółowe zalecenia dotyczące montażu systemów rurociągowych?
3. Z jakich materiałów wykonuje się rury?
4. Kiedy rurociągi np. wody pitnej określamy jako sieć wodociągowa, a kiedy jako instalacja
wody pitnej?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wypisz w tabeli nazwy gazów, par, cieczy i innych substancji, które są przesyłane
rurociągami.
1.
............................................
2.
............................................
3.
............................................
4.
............................................
5.
............................................
6.
............................................
7.
............................................
8.
............................................
9.
............................................
10.
..........................................
11.
..........................................
12.
..........................................
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić jakie media mogą być przesyłane rurociągami,
2) wypełnić wszystkie pozycje tabeli,
3) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Określanie podziału rurociągów.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić jakie media mogą być przesyłane rurociągami,
2) dokonać podziału ze względu na przesyłane media
3) określić ciśnienia i temperaturę mediów przesyłanych rurociągami,
4) dokonać podziału ze względu na ciśnienie i temperaturę,
5) określić materiały do wykonania rurociągów,
6) dokonać podziału ze względu na użyte materiały,
7) określić sposób prowadzenia rurociągów,
8) dokonać podziału ze względu na sposób prowadzenia rurociągu,
9) porównać wyniki i zaprezentować wyniki.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Określanie rodzaju rurociągu. Wstaw X we właściwą .pozycję
Określenie rurociągu
Zewnętrzny
Wewnętrzny
Miejski ciepłociąg
Domowa instalacja centralnego
ogrzewania
Zakładowa instalacja sprężonego
powietrza
Gazociąg daleko bieżny
Kanalizacja osiedlowa
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić jakie media mogą być przesyłane rurociągami,
2) określić obszar obsługiwany przez rurociąg,
3) sklasyfikować rurociągi
4) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zdefiniować pojęcia rurociągu dalekiego zasięgu?
¨
¨
2) rozpoznać oznaczenia elementów rurociągu?
¨
¨
3) określić zadania rurociągów?
¨
¨
4) rozróżnić rodzaje rurociągów ?
¨
¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
4.4. Elementy składowe rurociągu i ich funkcje
4.4.1. Materiał nauczania
Rury i wymagania dotyczące rur
Podstawowym wymaganiem stawianym przy produkcji rur jest poprawne dobranie stali oraz
odpowiednia jakość wykonania. Wybór materiału na rury przeznaczone do budowy rurociągu
wymaga dokonania analizy warunków pracy rurociągu, rodzaju jego trasy oraz warunków
montażu. Stosowanie stali wyższej jakości niż niezbędna podnosi koszt budowy, natomiast
zastosowanie stali o zbyt niskiej jakości może być przyczyną powstawania pęknięć awaryjnych
w czasie eksploatacji. Stale powinny mieć określone własności wytrzymałościowe: rzeczywiste
wartości wytrzymałości na rozciąganie Rm i granicy plastyczności Re nie mogą być mniejsze od
wartości Rm i Re przyjętych do obliczeń grubości ścianki rury odporność na pękanie złącz
spawanych pod wpływem ciśnień występujących w czasie użytkowania rurociągu. Pod względem
składu chemicznego materiał rur powinien mieć dobre własności spawalnicze w warunkach
polowych.
Przez ograniczenie zawartości węgla do 0,25%, niebezpieczeństwo krytycznych utwardzeń
w strefie wpływu ciepła obniża się oraz zmniejsza się wrażliwość na powstawanie pęknięć.
Wysokie zawartości węgla i manganu powodują, zwłaszcza w niskiej temperaturze trudności
w spawaniu. Mogą wystąpić pęknięcia w strefie przejściowej między spoiwem a materiałem
rodzimym, powstające bezpośrednio przy spawaniu bądź przy stygnięciu w zimnym powietrzu.
Proces wytwarzania rur może być źródłem znacznej ilości karbów geometrycznych, do których
zalicza się owalność, przesunięcia krawędzi i zwichrzenia, daszkowatość, braki przetopu, zbyt
wysokie lica spoin. Oddziaływanie cieplne łuku spawalniczego wprowadza zmiany strukturalne
w obszarze złącza, a co za tym idzie zmiany własności mechanicznych. Obecność karbów
powoduje spiętrzenie naprężeń do tego stopnia, że pęknięcia mogą być zainicjowane przez
obciążenia zewnętrzne mniejsze od przyjętych do obliczeń rurociągu. Na jakość wykonania rur
ma również wpływ sposób przygotowania blach do spawania, rodzaj stosowanych materiałów,
spoin, parametry skrawania i obróbki. Wady wewnętrzne rur wykrywa się za pomocą
defektoskopowych badań nieniszczących: rentgenowskich, izotopowych i ultradźwiękowych.
Kontrolą nieniszczącą obejmuje się wszystkie spoiny hutnicze. Rurociągi przeznaczone do
transportu ropy naftowej, produktów naftowych i gazu ziemnego wykonuje się z rur stalowych:
−
bez szwu,
−
ze szwem wzdłużnym spawanym elektrycznie,
−
ze szwem spiralnym spawanym elektrycznie.
Zakres średnic waha się od 0,15 - 2,0 m. Rury bez szwu wykonuje się z wlewków lub kęsów
wycinanych na gorąco, a następnie walcowanych w rury. Dla uzyskania właściwych wymiarów
oraz kształtu, a także podwyższenia wytrzymałości materiału przez zgniot, rury poddaje się
kalibrowaniu. Zaletą rur bez szwu jest uniknięcie wad związanych ze spawaniem, natomiast ich
wadą jest ograniczona średnica (do 0,5 m) i grubość ścianek. Rury ze szwem wzdłużnym
wykonuje się z blach walcowanych na gorąco. Formowanie odbywa się na zimno na zwijarkach
lub w matrycach na prasach Złącze wzdłużne wykonuje się przez dwustronne spawanie łukiem
krytym. Kalibrowanie najczęściej przeprowadza się za pomocą ekspanderów. Odpowiednio
wysokie ciśnienie wytworzone wewnątrz rury wywołuje w materiale rury naprężenie większe od
naprężeń odpowiadających granicy plastyczności i odkształcenia trwałe, w wyniku którego
otrzymuje się cylindryczny kształt, zmniejszając do minimum jej owalizację oraz zwiększenie jej
średnicy do wymiarów matrycy ekspandera. Rury ze szwem spiralnym otrzymuje się z taśm
stalowych zwijanych spiralnie, następnie zespawanych łukiem krytym wzdłuż krawędzi zwijania
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
oraz obciętych na odpowiedni wymiar końcowy. Do ich zalet tych należy możliwość wykonania
rur o dużych średnicach, o stosunkowo dokładnych wymiarach, bez konieczności stosowania
kalibrowania, oraz lepsze własności mechaniczne, spowodowane kątem pochylenia linii spoiny
i korzystnego położenia włókien w stosunku do naprężeń obwodowych. Cechą ujemną jest
znaczna długość spawanego złącza i wynikające stąd zwiększone ryzyko wystąpienia wad.
Urządzenia zaporowe
Urządzenia zaporowe wbudowane bezpośrednio w rurociąg mają zapewnić jego prawidłową
i bezpieczną eksploatację oraz spełniać warunek szczelnego odcięcia dopływu przesyłanego
medium. Stosowane są w postaci tzw. Stacji zasuw lub stacji zaworów kulowych (sferycznych)
z napędami elektrycznymi typu pojedynczego lub podwójnego. Wybór konstrukcji armatury,
rodzaj materiału i uszczelnień poszczególnych elementów są uzależnione od rodzaju
transportowanego medium, projektowanego ciśnienia roboczego, temperatury pracy, miejsca
zainstalowania oraz wygody obsługi. Ze względu na konieczność przepuszczania czyszczaków
przez rurociąg, na przewodzie głównym instaluje się zasuwy płytowe (rys. 21.) o średnicy
przelotowej nie mniejszej niż średnica rurociągu lub zawory kulowe (rys. 22.). Na przewodach
odgałęźnych wskazane jest stosowanie zasuw klinowych (rys.23.), jako tańszych od zasuw
płytowych i zaworów kulowych. Zawory i zasuwy osadzone są na fundamentach betonowych
w linii rurociągu oraz izolowane na całej części podziemnej.
Rys. 21. zasuwa płytowa [2, s. 146]
Rys 22. zawór kulowy [2, s. 146]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Rys. 23. Zasuwa klinowa owalna kołnierzowa z trzpieniem wznoszącym [2, s. 143]
Kształtki
Kształtki są elementami, które umożliwiają zmianę średnicy rurociągu, kierunku trasy,
zaślepienie oraz rozgałęzienie przewodu. Należą do nich kolana, trójniki, zaślepki, zwężki.
Kolana gięte
W budowie rurociągów najczęściej stosowane są kolana gięte, rozróżnia się następujące
rodzaje kolan:
−
kolana gładkie normalne,
−
kolana gładkie o małym promieniu.
Do kolan gładkich normalnych zaliczamy kolana o promieniu R>2,5 D
nom
. Przy średnicach
zewnętrznych rur do 419 mm włącznie kolana gładkie normalne wykonuje się poprzez gięcie rur
na zimno, lub na gorąco (w zależności od grubości ścianki)na giętarkach trzpieniowych. Giętarki
wymagają specjalnego oprzyrządowania w postaci trzpieni oraz segmentów, które zależą od
średnicy rury, grubości ścianki i promienia gięcia. Materiałem wyjściowym dla kolan giętych
normalnych są najczęściej rury bez szwu. Kolana o średnicach powyżej 419 mm wykonuje się
przez gięcie rur na gorąco na specjalnych stanowiskach do gięcia rur. Przed poddaniem rur
procesowi gięcia, materiał rur musi być starannie sprawdzony. Rury należy poddać oględzinom
zewnętrznym i wewnętrznym w celu stwierdzenia wad powierzchniowych w postaci wgnieceń,
zawalcowań, itp. Przy gięciu kolan gładkich normalnych następuje owalizacja przekroju
poprzecznego rury, której wielkość zależy od stosunku promienia gięcia do średnicy rury,
grubości ścianki oraz od technologii procesu gięcia.
W teorii przyjmuje się założenie, że po zowalizowaniu przekrój poprzeczny kolana posiada
kształt doskonałej elipsy. W rzeczywistości kształt ten odbiega nieznacznie od kształtu
teoretycznego. Statystycznie owalizacja przekroju poprzecznego prawidłowo wykonanego
normalnego kolana o promieniu gięcia R > 5D, nie przekracza 4%. W związku z występowaniem
owalizacji kolana gładkie normalne powinny posiadać na zakończeniach łuków odcinki proste
o długości równej średnicy, jednak nie krótszej niż 100 mm (rys. 25).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
Rys. 25.
kolano gładkie normalne
[2, s. 108]
Kolana gładkie o małym promieniu, wynoszącym od 1 do 2,5 Dnom, zwane również
kolanami hamburskimi są wytwarzane na gorąco z rur stalowych bez szwu. Cechą
charakterystyczną jest brak odcinków prostych na zakończeniach łuków oraz prawie całkowity
brak owalizacji przekroju poprzecznego rury i ścienienia ścianki (rys. 26).
Rys. 26.
kolana gładkie o małym promieniu
[2, s. 107]
Króćce
Króćcami nazywamy elementy pozwalające na odprowadzenie odgałęzienia rurociągu, lub
wprowadzenie do niego elementów urządzeń pomocniczych oraz przyrządów pomiarowych.
Króćce o małych średnicach służą najczęściej do odpowietrzania i odwadniania rurociągów albo
też do poboru impulsów do przyrządów kontrolno-pomiarowych (króćce manometryczne
i termometryczne). Mocowane są za pomocą spawania. Kształt króćca jest podyktowany
w większym stopniu względami spawalniczymi niż wytrzymałościowymi (27). Wymiary końcówki
króćca powinny być przystosowane do wymiarów rurociągu lub armatury lub elementów
przyrządów pomiarowych. Zalecane jest stosowanie na króćce tych samych materiałów, z których
wykonany jest rurociąg, lub materiał o podobnym składzie chemicznym.
Rys. 27. króciec [2, s. 106]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
Trójniki
W budowie rurociągów stosuje się trójniki o nominalnych średnicach przelotów 65 - 900mm
dla zakresu ciśnień do 6,4 MPa.
Rozróżnia się następujące rodzaje trójników:
−
trójniki spawane
Trójniki spawane wykonywane są z pospawanych rur i mogą być stosowane w rurociągach
na niskie i średnie parametry robocze. W rozwiązaniu pokazanym na rys. 28 przy stosunku
średnic
D
2
/ D
1
= 1 zachodzą znaczne osłabienia głównej rury trójnika oraz występują trudności
w poprawnym wykonaniu połączenia spawanego, szczególnie w płaszczyznach zbliżonych do
pokazanego przekroju.
Rys. 28. trójnik spawany [2, s. 109]
Korzystniejsze pod względem wytrzymałościowym jest rozwiązanie pokazane na rys 29.
Zastosowano tutaj tzw. nakładkę, która wzmacnia konstrukcję trójnika. Zaprojektowanie
wzmocnienia sprowadza się do ustalenia wymaganego przekroju materiału wzmacniającego oraz
rozmieszczenia w obszarze otworu.
Rys. 30. trójnik z nakładką [2, s. 109]
W ściance głównej rury trójnika, w obszarze otworu, zachodzi zmiana w rozkładzie naprężeń
- największe spiętrzenia naprężeń występuje na krawędzi otworu w przekroju podłużnym,
pokazanym na rysunku. W związku z tym występuje tam największe wytężenia materiału.
Niewielkie wyrównanie tych naprężeń może nastąpić na skutek odkształceń plastycznych, których
niewielkie wartości w obszarze bezpośrednio przyległym do otworu są dopuszczalne.
−
z wyciąganą szyjką
Trójniki z wyciąganymi szyjkami (rys. 30) wykonuje się przez wyciąganie lub wytłaczanie
szyjki w głównej rurze trójnika na gorąco za pomocą trzpienia. Trójniki wyciągana mogą być
wykonywane tylko z materiałów posiadających dostateczne własności plastyczne, np. stale
węglowe oraz molibdenowe. Zastosowanie powyższych materiałów pozwala na stosowanie tych
trójników przy najwyższych parametrach czynników roboczych. Przy projektowaniu trójników
z wyciąganymi szyjkami powinien być spełniony warunek D
2
/D
1
<0,85.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
Rys. 31. trójnik z wyciąganą szyjką [1, s. 316]
Zamknięcia rurociągów są to wszelkiego rodzaju dna i pokrywy. Rozróżnia się zamknięcia
rozbieralne i nierozbieralne. Zastosowanie odpowiedniego rodzaju pokrywy jest podyktowane
względami eksploatacyjnymi i konstrukcyjnymi. Dąży się do stosowania zamknięć nierozłącznych
połączonych z rurociągiem złączem spawanym, ze względu na czynniki ekonomiczne oraz jako
najprostsze technologicznie i konstrukcyjnie. Zamknięcia nierozłączne mogą mieć dna wypukłe,
eliptyczne i koszykowe. W budowie rurociągów najczęściej stosuje się dna o dużej wypukłości,
posiadające profil półeliptyczny. Zamknięcia rozłączne są pokrywami łączonymi z rurociągami za
pomocą połączeń kołnierzowo-śrubowych oraz w sporadycznych przypadkach przy pomocy
połączeń gwintowych (rys. 32.).
Rys. 32.
zamknięcie rozłączne z denkiem [1, s. 86]: a) kulistym, b) wypukłym
Zwężki
Zwężki umożliwiają łagodne przejście czynnika z przewodów o różnych średnicach. Zwężki
zwijane z blachy Wykonywane są przez zwijanie z arkusza blachy i spawane na styk. Posiadają
jednakową grubość ścianki (rys. 33.).
Rys. 33. zwężka zwijana [2, s. 126]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
W punktach przejścia od części stożkowej do części cylindrycznej następuje gwałtowna
utrata ciągłości, występuje tam więc największe wytężenie materiału. Stosowane w tych
zwężkach spoiny dodatkowo osłabiają konstrukcję, niekorzystnie wpływając na własności
wytrzymałościowe, powinny więc charakteryzować się doskonałą jakością i plastycznością.
Powyższe ograniczenia pozwalają na stosowanie zwężek zwijanych z blachy do rurociągów
o umiarkowanych czynnikach roboczych. Zwężki skuwane i rozkuwane. Przy niewielkich
średnicach rurociągów oraz przy wyższych parametrach tłoczonego czynnika stosuje się zwężki
bez szwu otrzymane przez skucie lub rozkucie rury i następnie obrobienie metodą wiórową, lub
też zwężki tłoczone w matrycach (rys. 34). Zaletą tego typu zwężek jest możliwość wykonania
prostego odcinka cylindrycznego na obydwu końcach zwężki.
Rys. 34. zwężka skuwana [2, s. 126]
Podpory rurociągów
Rurociągi prowadzone mogą być różnymi technologiami w każdym przypadku wymagane
jest odpowiednie ich umocowanie, zapewniające właściwy przebieg i odporność na obciążenia
rurociągu. Wyróżniamy podpory: ruchome i nieruchome.
Rys. 35. Podpora ruchoma ślizgowa [3, s. 54]:
Rys. 36. Podpora ruchoma rolkowa [2, s. 54]:]
1 - podstawa podpory, 2 - płoza, 3 - pod kładka - 1 - podstawa podpory, 2 - rolka, 3 - płoza,
4 – podkładka
Rys. 37. Konstrukcja podpory stałej w ramie z kątowników (przykład) [2, s. 56]:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
Urządzenia pomiarowe
Ciśnieniomierze ogólnego przeznaczenia służą do pomiaru ciśnienia gazów i cieczy
chemicznie obojętnych na stopy miedzi i nie powodujących zatorów w układach ciśnienia.
Rys. 38. Ciśnieniomierze [1, s. 19]
Termometry szklane przemysłowe
Termometry przemysłowe przeznaczone są do pomiarów temperatury w urządzeniach
stosowanych
w
różnych
dziedzinach
przemysłu. Wywzorcowane
są
w
stopniach
Międzynarodowej Praktycznej Skali Temperatury tj. w stopniach Celsjusza (°C)
Rys. 39.
Termometr szklany przemysłowy [2, s. 186]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz rodzaje rur stalowych?
2. Do czego służą urządzenia zaporowe?
3. Jakie to są kolana hamburskie?
4. Jakie jest zastosowanie zaworów?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Nazywanie elementów rurociągu. Wpisz właściwe określenia w puste miejsca tabeli.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić zastosowanie przedstawionych elementów,
2) odszukać w katalogach podobne elementy rurociągów,
3) wpisać do tabeli właściwe nazwy,
4) porównać wyniki i zaprezentować wyniki.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
katalogi,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) rozróżnić podpory rurociagów?
¨
¨
2) określić zastosowanie króćców?
¨
¨
3) określić zadania zwężek?
¨
¨
4) rozróżnić elementy zaporowe rurociągu?
¨
¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
4.5. Prace montażowe podczas wykonywania rurociągów
4.5.1. Materiał nauczania
Przygotowanie do montażu rurociągu
Przed przystąpieniem do montażu, należy bardzo dokładnie zapoznać się z dokumentacją
techniczną, zwracając baczną uwagę między innymi, na przedstawione przez projektanta schemat
montażowy sieci oraz zestawienie materiałowe. Zestawienie takie należy porównać z materiałami
dostarczonymi przez producenta systemu, w celu ustalenia ilości odcinków uzupełniających. Są
nimi wszystkie elementy, których wymiary odbiegają od wymiarów elementów typowych,
w zdecydowanej większości przypadków, konieczne jest skrócenie jednej z rur, układanych między
charakterystycznymi punktami sieci (łuki, punkty stałe, odgałęzienia itp.)
Cięcie
Jak już powiedziano, w zdecydowanej większości przypadków nieuniknioną czynnością
wykonywaną podczas montażu, jest cięcie rur. Rury można ciąć na odcinki dowolnej długości,
jednak należy pamiętać, że ze względów montażowych, odcinki nie powinny być zbyt krótkie
Układanie rurociągu
Do montażu rurociągów przystępujemy zazwyczaj, po wykonaniu części prac ziemnych.
Może się zdarzyć, że montaż prowadzony będzie równocześnie z pracami przygotowawczymi
robót ziemnych, a odcinki rurociągów o znacznej długości, po zmontowaniu na powierzchni
terenu, będą opuszczane do wykopu.
W trakcie przemieszczania elementy rurociągu nie mogą być przeciągane po powierzchni
terenu. Oprócz przenoszenia ręcznego czy mechanicznego, dopuszczalne jest ich ostrożne
przetaczanie. Należy pamiętać, aby przed ułożeniem elementów na ich końce pozakładać nasuwki
polietylenowe oraz detale, których założenie może stać się niemożliwe po połączeniu elementów
(np. nasadki termokurczliwe, pierścienie gumowe itp.).
Przed przystąpieniem do łączenia elementów rurociągu należy dokładnie oczyścić bose końce
rur stalowych z pianki, brudu oraz innych zanieczyszczeń. odtłuścić (acetonem).
Spawanie
Połączenia spawane wykonujemy podczas montażu rur przewodowych stalowych czarnych.
Należy pamiętać, że minimalna temperatura otoczenia podczas spawania nie powinna być niższa
od 0°C, w przeciwnym razie trzeba będzie stosować specjalne technologie z podgrzewem rur.
Zwykle dostarczone przez producenta, elementy posiadają końce rury stalowej wstępnie
przygotowane do spawania. W przypadku cięcia rur na budowie bose końce rur stalowych należy
przygotować, "Ukosowanie" krawędzi należy przeprowadzić sposobem mechanicznym.
W żadnym wypadku nie należy ukosowania wykonywać przy użyciu palnika gazowego.
W chwili rozpoczęcia spawania krawędzie rur muszą być zupełnie czyste, niezatłuszczone
i posiadać metaliczny połysk. Spoiny mogą wykonywać spawacze posiadający uprawnienia
ponadpodstawowe typ R1-E lub typ R1-G.
W przypadku spawania elektrycznego, należy pamiętać aby zapalenie łuku następowało
w rowku spoiny a nie na elemencie spawanym.
W miarę możliwości należy unikać "sczepów" przy wykonaniu warstwy graniowej. Jeżeli
z różnych powodów nieuniknione jest wykonanie "sczepów", należy je wykonać bardzo starannie,
pamiętając, że pozostaną one jako elementy warstwy graniowej.
Po wykonaniu każdej warstwy, spoina winna być starannie oczyszczona, a po wykonaniu
całej spoiny jej lico powinno być starannie oszlifowane.
W przypadku stwierdzenia wadliwości połączenia, źle wykonaną spoinę należy wyciąć.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
Połączenia gwintowane
Połączenia gwintowane są kolejną, a do niedawna jedyną, metodą łączenia elementów z rur
stalowych ocynkowanych. Wykonywane są przy użyciu łączników na gwint krótki. Jako
szczeliwa należy używać włókien czesanych, lnianych lub konopnych, zwilżonych pastą grafitową.
W trakcie wykonywania połączenia należy pamiętać, że jednym z decydujących o jakości
połączenia czynników jest sposób nawinięcia włókien na gwint. Kierunek nawijania szczeliwa
powinien być zgodny z kierunkiem obrotu i przesuwu łącznika. Gwint na rurach powinien być
wykonany jako cylindryczny, a powierzchnia jego powinna być czysta bez zadziorów i naderwań
nitek.
Dla przypomnienia należy podać, że stosownie do rodzaju elementu rurociągowego stosuje
się różne kombinacje gwintów:
−
kolana - posiadają jeden gwint lewy i jeden prawy.
−
trójniki - posiadają oba gwinty lewe na przelocie i jeden prawy na odgałęzieniu.
−
pozostałe proste elementy posiadają oba gwinty prawe.
Połączenia kielichowe
Najstarszą postacią połączeń rurowych są rozłączne połączenia kielichowe (rys. 40)
stosowane do łączenia rur żeliwnych, kamionkowych, a czasem także stalowych. W połączeniu
kielichowym gładki koniec jednej rury (czop) jest wsunięty do rozszerzonego końca (kielicha)
drugiej rury. Połączenie uszczelnia się sznurem białym (konopnym) lub nasyconym masą
bitumiczną i doszczelnia wełną ołowianą lub aluminiową, albo zalewa ołowiem, smołą lub
cementem. Niekiedy stosuje się gumowe pierścienie uszczelniające.
Rys. 40. Rurowe połączenia kielichowe [2, s. 16]: a) rur żeliwnych, b) - kamionkowych, c) - stalowych,
d) połączenie przesuwane, e) - nasuwkowe, f) - z podwójnie wywiniętym brzegiem,
g)– z uszczelnieniem gumowym i przyspawanym pierścieniem zabezpieczającym, h, i) połączenia podatne
j) połączenie przegubowe k) kielichowe połączenie spawane (kuliste)
Połączenia kołnierzowe
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
W połączeniach kołnierzowych występują najczęściej kołnierze stałe, a tylko niekiedy
luźne. Kołnierze stałe mogą być typu lekkiego nakręcane lub przyspawane do rury i typu
ciężkiego, do których zalicza się kołnierze z szyjką. Kołnierze luźne stosuje się do łączenia
rur większych średnic, co znacznie ułatwia ich montaż (nie zachodzi konieczność okręcania
rur przy ustawianiu dwóch sąsiednich kołnierzy). Nasunięte luźno kołnierze opierają się
o obrzeża rur
W połączeniach kołnierzowych trzeba stosować uszczelki. Wypełniają one nierówności
stykających się czołowych powierzchni kołnierzy, muszą zatem być elastyczne.
Kontrola szczelności
Wykonane złącza rur stalowych należy poddać kontroli. Spoiny powinny być kontrolowane
przez odpowiednio wykwalifikowany personel.
W pierwszym etapie należy poddać oględzinom zewnętrznym 100% połączeń.
W przypadku spoin i lutospoin wynik oględzin można uznać za pomyślny gdy wygląd spoin
spełnia co najmniej "Wymagania przejściowe" EN 2587 z (do czasu opublikowania normy
europejskiej, należy stosować równoważną normę krajową).
Wszystkie złącza powinny być kontrolowane na całej długości obwodu przy zastosowaniu
jednej z przedstawionych równorzędnych metod :
1. próba szczelności przy pomocy powietrza, o ciśnieniu 20 - 50 kPa. Czas trwania próby min.
15 minut. Na zwilżonej wodą mydlaną powierzchni złącza nie mogą wystąpić żadne bańki
z powietrzem.
2. próba szczelności przy pomocy wody o ciśnieniu równym 1,3x ciśnienia projektowanego. Na
powierzchni złącza obserwowanej przez lupę nie mogą być widoczne żadne ślady wody.
3. kontrola radiograficzna spoin, dla której klasyfikację złącza określają odpowiednie normy.
4. kontrola ultradźwiękowa spoin w zakresie stosowalności ultradźwięków w defektoskopii
spoin czołowych rurociągów.
Odpowiedzialność za źle wykonane połączenie, oraz koszty związane z usuwaniem skutków
awarii wynikłej wskutek złego wykonania połączenia ponosi wykonawca złączy, występujący
w roli gwaranta wykonywanych przez siebie prac.
Po przeprowadzeniu kontroli spoin jedną z przedstawionych metod, należy przystąpić do
prób i odbioru sieci, przeprowadzając je zgodnie z obowiązującymi w kraju przepisami.
Na okres próby ciśnieniowej wodnej, należy pamiętać o zabezpieczeniu rurociągów, przez
obsypanie rur na jak najdłuższych odcinkach pozostawiając tylko dostęp do połączeń.
Rys. 41. Połączenie rur z kołnierzami stałymi i płaską uszczelką na powierzchniach z wytoczonymi rowkami
[2, s. 116]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak powinno przebiegać przygotowanie do montażu rurociągu?
2. Jakie zasady obowiązują przykładaniu rurociągu?
3. Jakimi metodami wykonujemy połączenia rur?
4. Na czym polega kontrola szczelności?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Określanie prac przygotowawczych do montażu rurociągu na podstawie dokumentacji.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przeanalizować dokumentację projektową rurociągu,
2) wyselekcjonować i nazwać prace przygotowawcze,
3) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
dokumentacja projektowa,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Rozpoznawanie typowych połączeń w rurociagach.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przeanalizować przykładowe połączenia rur,
2) wyselekcjonować połączenia jednego typu,
3) porównać wyniki i zaprezentować wyniki obliczeń.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
elementy łączone rurociągów,
−
katalogi systemów połączeniowych,
−
literatura z punktu 6 poradnika dla ucznia.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) rozróżnić rodzaje połączeń?
¨
¨
2) określić procedurę układania rur wykopach?
¨
¨
3) określić etapy wykonania kontroli szczelności?
¨
¨
4) na czym polega kontrola radiograficzna?
¨
¨
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
A. INSTRUKCJA OGÓLNA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
B. INSTRUKCJA SZCZEGÓŁOWA
1. Zestaw zadań testowych składa się z zadań zamkniętych (zadań wielokrotnego wyboru).
2. Zadania wielokrotnego wyboru mają 4 odpowiedzi, z których jedna jest prawidłowa.
Prawidłową odpowiedź należy zakreślić we właściwym miejscu na Karcie odpowiedzi.
3. W wypadku pomyłki błędną odpowiedź należy ująć w kółko i ponownie zakreślić odpowiedź
prawidłową.
4. Jeżeli udzielenie odpowiedzi na jakieś pytanie sprawia Ci trudność, to opuść je
i przejdź do zadania następnego. Do zadań bez odpowiedzi możesz wrócić później.
5. Czas trwania testu – 60 min.
6. Maksymalna liczba punktów, jaką można osiągnąć za poprawne rozwiązanie testu
wynosi 20 pkt.
Materiały dla ucznia:
−
instrukcja dla ucznia,
−
zestaw zadań testowych,
−
karta odpowiedzi.
Celem przeprowadzanego pomiaru dydaktycznego jest sprawdzenie poziomu wiadomości
i umiejętności, jakie zostały ukształtowane w wyniku zorganizowanego procesu kształcenia
w jednostce modułowej „Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy
rurociągów ”. Spróbuj swoich sił. Pytania nie są trudne i jeżeli zastanowisz się, to na pewno
udzielisz poprawnej odpowiedzi.
Powodzenia !
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1. Rurociągami możemy przesyłać:
a) tylko gazy,
b) tylko ciecze,
c) ciecze i gazy,
d) ciecze, gazy i ciała stałe.
2. 10 Pa to ciśnienie wywierane na 1m
2
przez siłę
a) 1 N,
b) 10 N,
c) 100 N,
d) 1000 N.
3. Jednostką natężenia przepływu jest:
a) m
3
/s,
b) m
3
/s
2
,
c) m
2
/s,
d) m
3
/s
3
.
4. Uderzenie hydrauliczne cieczy w rurociągu jest to:
a) przyrost lub zmniejszenie ciśnienia cieczy,
b) przyrost lub zmniejszenie temperatury cieczy,
c) przyrost lub zmniejszenie objętości cieczy,
d) żadna z powyższych odpowiedzi.
5. Odczytaj z jaka dokładnością mierzymy ciśnienie na tym manometrze:
a) 0,5 bara,
b) 0,1 bara,
c) 0,05 bara,
d) 0,01 bara.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
6. Przedstawiony na rysunku układ służy do pomiaru:
p
ot
p
h
A
a) ciśnienia atmosferycznego,
b) ciśnienia w zbiorniku,
c) tylko nadciśnienia w zbiorniku,
d) tylko podciśnienia w zbiorniku.
7. Ciało o ciężarze 150 N ma masę:
a) 1500 kg,
b) 150 kg,
c) 15 kg,
d) 1,5.
8. Ciało przedstawione na rysunku będzie poruszało się pod działaniem siły wypadkowej o
wartości ?
a) 5 N w prawo,
b) 5 N w lewo,
c) 15 N w prawo,
d) 15 N w lewo.
9. Rysunek przedstawia podporę rurociągu:
a) wiotką,
b) ruchomą,
c) nieruchomą,
d) sztywną.
10. Kiedy nie występuje tarcie kinematyczne ?
a) Gdy jedno jest nieruchome a drugie się porusza,
b) Oba ciała poruszają się,
c) Oba ciała są nieruchome,
d) Występuje zawsze.
10 N
5 N
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
11. Siła tarcia zależy od:
a) gęstości ciała,
b) prędkości ciała,
c) powierzchni ciała,
d) siły nacisku ciała na powierzchnię.
12. Rurociągi przeznaczone do transportu ropy naftowej wykonuje się z rur:
a) stalowych,
b) miedzianych,
c) kamionkowych,
d) plastikowych.
13. Do urządzeń zaporowych zaliczamy:
a) zasuwa,
b) kolano,
c) kryza,
d) króciec.
14. Element przedstawiony na rysunku to:
a) zwężka,
b) trójnik,
c) kompensator,
d) zawór.
15. Transport rur nie może odbywać sie poprzez
a) Przetaczanie,
b) przenoszenie ręczne,
c) przenoszenie mechaniczne,
d) przerzucanie.
16. Spawania rur stalowych może dokonywać osoba:
a) po przeszkoleniu stanowikowym,
b) posiadająca umiejętności spawania,
c) posiadająca uprawnienia spawacza,
d) każda wykonująca montaż rur.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
17. Połączenia spawane należą do połączeń?
a) zawsze rozłączne,
b) zawsze nierozłączne,
c) rozłączne i nierozłączne,
d) mieszane.
18. Uszczelnienia nie wymagają połączenia:
a) spawane,
b) kielichowe,
c) gwintowane,
d) kołnierzowe.
19. Próby szczelności wykonuje się
a) tylko dla gazociągów,
b) tylko dla wodociągów,
c) tylko dla instalacji sprężonego powietrza,
d) dla każdej instalacji.
20. Ukosowanie rur przeprowadzamy zawsze:
a) palnikiem gazowym,
b) przyrządem mechanicznymi,
c) palnikiem elektrycznym,
d) laserem.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko ……………………………………………………..
„Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu budowy rurociągów”
Zakreśl poprawną odpowiedź.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punktacja
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
6. LITERATURA
1. Ares J. A.: Metaloplastyka. Technika formowania, kucia i spajania. Wydawnictwo Arkady,
Warszawa 2006
2. Cieślowski S. Krygier K.: Technologia – Instalacje sanitarne cz. 1. WSiP, Warszawa 2004
3. Cieślowski S. Krygier K.: Technologia – Instalacje sanitarne cz. 2. WSiP, Warszawa 2004
4. Górecki A.: Technologia ogólna. WSiP, Warszawa 2000
5. Lewandowski T.: Rysunek techniczny dla mechaników. WSiP, Warszawa 2004
6. Mac S.: Obróbka metali z materiałoznawstwem. WSiP, Warszawa 1997
7. Praca zbiorowa. Poradnik mechanika warsztatowca. WNT, Warszawa 1981
8. Solis H. Lenart T.: Technologia eksploatacji maszyn. WSiP, Warszawa 1996
9. Wasilewski Z. Rysunek zawodowy. Instalacje sanitarne i rurociągi przemysłowe. WSiP,
Warszawa 1999
10. www.messer.pl
11. www.wychowanietechniczne.prv.pl