Potrubní technika

Podle přepravovaného média patří do oblasti:

vodovody a rozvodné sítě

kalovody a kanalizace (a sítě)

ropovody

parovody

plynovody

technologická zařízení chemického průmyslu

technologická zařízení elektráren aj.

rozvody stlačeného vzduchu aj.

Podle provedení a materiálu jsou potrubí

litinová hrdlová

ocelová svařovaná přírubová

ocelová se spoji závity

z litého čediče, kameniny, eternitu hrdlová, beton. aj.

plastová svařovaná, lepená (PE, polyetylen, PP, PVC aj.)

měděná a mosazná pájená

Zařízení potrubní techniky představují:

spoje potrubí a závěsy potrubí

uzavírky aj. (armatury)

kompenzátory (dilatace)

filtrační zařízení

zásobníky (nádrže, tanky)

čerpadla, kompresory, akumulátory

měřicí a regulační technika

Podle tlaku a teploty jsou potrubí

o chladicí (solanka)

o nízkotlaká (voda, vzduch)

o středotlaká (plyn)

o vysokotlaká (voda, olej, pára)

Hydraulický ráz při uzavírání dlouhých potrubí (vodní zámek).

Přeprava tekutin – ekonomické hledisko (cisternová přeprava x produktovody).

Základy proudění tekutin

Zákon zachování hmoty – pro kapaliny (nestlačitelné) Q = A1 . v1 . ϱ = A2 . v2 . ϱ = konst

pro plyny Q . ϱ = konst. ϱ = f ( p, T )

Rovnice kontinuity (spojitosti) průtočné množství Q [ m3. s-1 ] tlak p [ Pa ]

rychlost v [ m . s-1 ]

plocha průřezu A [ m2 ]

hustota ϱ [ kg . m-3 ]

stavová rovnice plynu p . ϱ -1 = R . T

(ideální plyn)

Energetická bilance → E přivedená = ∆U + E odvedená

Zákon zachování energie – pro kapaliny (Bernoulliho rovnice)

energie polohová, tlaková, kinetická, ztráty

h1 + p1 / (ϱ . g ) + v12 / ( 2 . g ) + hztr = konst.

grav. zrychlení g = 9,81 m . s-2

tlak p1 [ Pa ]

rychlost v1 [ m . s-1 ]

změna vnitřní energie ∆U

rovnice obsahující součet energií jednotky objemu kapaliny byla krácena součinem (ϱ.g)

vzduch R = 287 J .kg-1 . K-1

teplota T [ K ]

Zákon zachování energie pro plyny

součet energií tlakové, kinetické, tepelné a rozptýlené do okolí (ztrát) se nemění

Charakter proudění v potrubí

• laminární

• turbulentní

Reynoldsovo číslo Re = d . v . ϱ / η

Re je bezrozměrné kritérium hustota ϱ [ kg.m-3 ]

průměr potrubí d [ m ]

rychlost v [ m . s-1 ]

dynamická viskozita η [ Pa . s ]

mez pro laminární proudění Re < 2320

kinematická viskozita ѵ = η / ϱ [ m2 / s ]

rozložení rychlosti v potrubí při laminárním a turbulentním proudění

ztráty při turbulentním proudění stoupají se čtvercem rychlosti

průměr potrubí (vnitřní) d pro přepravované množství Q [ m3.s-1] d = 4 . Q

π . v √

tloušťka stěny potrubí s pro vnitřní tlak p s = d . p / (2 . σD )

dovolené namáhání σD je třeba volit dle materiálu i technologie výroby (svařované roury)

voda v = 1 až 3 m . s-1 η = 0,00101 Pa . s

analogie Ohmova a Kirchhoffových zákonů Δp = Q . Rh Σ Qi = 0 Σ Δp = Σ ( Q . Rh )

Tepelné a tlakové ztráty a dilatace

přepravované médum o vyšší teplotě než je teplota okolí chladne tepelnými ztrátami

potrubí se prodlužuje a zkracuje při změnách teploty média

produktovody musí být izolovány a vybaveny kompenzátory

ztráty tlaku třením – laminární úměrné rychlosti v a viskozitě η

-- turbulentní úměrné čtverci rychlosti v2

dilatace změnou teploty – roztažnost oceli α = 18 . 10-6 K-1 ( pro 100 m a 20°C dilatace 36 mm )

dilatace Δl = α . l0 . Δt

koeficienty λ [ - ] pro výpočet tlakové ztráty při proudění kapaliny

laminární proudění λ = 64 / Re = 64 . η / ( v . d . ϱ )

turbulentní proudění λ = 0,316 . ( Re) -1/4

hztr = λ . l . v2 / ( 2 . d . g ) ztrátová výška hztr

ztráta tlaku Δp Δp = ϱ . g . hztr

Potrubí uložená v zemi

ochrana proti korozi

ochrana proti vedení bludných elektrických proudů a následné elektrokorozi

vyrovnávání dilatací a sesuvů

přehled o dispozici uložení (mapy, plány, hledání místa vedení)

Evidenční data o potrubí

o druh média, jeho tlak a teplota

o provedení potrubí (parametry, materiál, druh spojů, vyrovnávání dilatací aj.)

o uložení – hloubka, podloží, zásyp, označení na povrchu aj.

Ztráty místními odpory

místní odpory jsou odpory průtoku skrze uzavírky, změny průřezu, změny směru (kolena) aj.

ztrátová výška je hztr = ξ . v2 / ( 2 . g )

Rozložení rychlosti

laminární proudění - parabolické, turbulentní - malá změna uvnitř, strmý spád při okrajích

Spoje potrubí a jejich těsnění

hrdlové

přírubové

závitové

svary, pájené a lepené spoje

Spoje Těsnění plochá

obsahující azbest (klingerit)

neosahující asbest (keramzit)

pryžová, plastová

kovová (Cu, Pb, Al)

Přírubové spoje ocelových svařovaných rour plynovody, parovody, horkovody

Hrdlové spoje rour

Těsnění konopným provazcem a vlitím olova nebo asfaltu,

cementu, klínový pryžový uzávěr aj.

Vodovody, kanalizace, nízký tlak, sedání zeminy.

Spoje jsou částečně poddajné – dovolí natočení os rour.

Roury litinové, PP (polypropylenové), PVC, kameninové, eternitové aj.

HRDLOVÉ ROURY A TVAROVKY

tvárná litina

železobeton, eternit

kamenina, tavený čedič

plast (PVC, polyethylen, polypropylen aj.)

• kolena

• odbočky

• T-kusy a kříže

• redukce, přesuvky aj.

Provedení

Typy

Závitové spoje potrubí

Požívá se trubkový závit a kuželový trubkový závit a spojovací tvarovky (fitinky) temperovaná litina

bezešvé závitové trubky s vnějším kuželovým trubkovým závitem, tvarovky s vnitřním trub. závitem

nátrubek kříž odbočka T oblouk koleno redukované koleno

antikorozní povrchová úprava – pozinkování, mosazné tvarovky a trubky aj.

vsuvka šroubení šroubení nárožní šroubení nárožní šroubení

Závitnice pro řezání trubkových závitů při montáži ocelových potrubí spojovaných tvarovkami

se závitem (fitinky) – výměnné čelisti pro základní rozměry (v palcích - inch)

Různé typy šroubení

Pro spoje trubek menších průměrů (ocelové, měděné, mosazné) jsou užívána strojírenská šroubení

rozvody maziva v mazacích soustavách, přívody kapalného paliva spalovacích motorů aj.

Kompezátory dilatace potrubí

• deformační tvaru U apod.

• ucpávkové

• s pružnými prvky

Provedení kompenzátoru

kompenzátor

tvaru U ucpávkový kompenzátor

kompensátor s pružným pryžovým vlnovcem

Tvarovky (fitinky)

pro závitové spoje (temperovaná litina, mosaz) pro svařené nebo lepené spoje (PE, PP, PVC novodur)

pro spoje potrubí

při montáži se řeže závit na koncích trubek

těsní se konopím a fermeží

při montáži se svařuje tlakem

obě části jsou elektricky odporově předehřáty

Plastová potrubí

Při uložení v zemi jim nehrozí koroze – proto jsou používány pro vodovody, plynovody aj.

Materiál – polypropylen (PP), novodur (PVC), polyetylen (PE)

Potrubí jsou uvnitř hladká a nezanášejí se usazeninami – příměsi a produkty média neulpívají na stěně.

Uzavírky potrubí

kohouty

ventily

šoupata

klapky

Typy

Třmenový ventil

ventil – jemná regulace průtoku je možná

Průmyslové šoupátko

Zpětná klapka

šoupě – malý odpor při průtoku – nízké ztráty tlaku

Jednocestný kohout kuželový

další armatury – pojistné ventily, vypouštěcí

kohouty, regulační a redukční ventily

kohout – jednoduchý, špatná regulace průtoku

KULOVÝ KOHOUT

čtvrtinový řez

koule

pohled

moderní pákové baterie pro vodovodní

výpustní ventil

tzv. kartuše (vlastní uzavírka)

naklápění a otáčení pro ovládání průtoku a směšování

jemné drážkování pro otáčení - průtok

Vzduchotechnika (větrání a vytápění)

Vzduchotechnika slouží k úpravám vzduchu v obytných a jiných prostorách a znamená také přepravu

většího množství vzduchu při tlacích blízkých barometrickému tlaku a teplotě okolo 20°C

potrubí vzduchotechniky jsou plechová s úpravou

odolnou korozi nebo plastová

Proudění par a plynů

První hlavní věta termodynamická

„dodané množství tepla způsobí zvýšení vnitřní energie a vykoná práci“ ΔQ = ΔU + L

vykonaná práce je L = ∫ p . dV dV = dm / ϱ

zvýšení vnitřní energie znamená zvýšení teploty T a tlaku p a změnu hustoty ϱ

Změny stavu

izotermická (konst. T)

izobarická (konst. p)

izochorická (konst. V, resp. konst. ϱ )

adiabatická (nulové přivedené nebo odvedené teplo ΔQ)

polytropická

Přestup tepla při proudění plynů a směsí par a plynů (tepelné výměníky).

PAROVOD

PAROVOD

Plynovod

Plynovod