www.RizikaaRevizeTlakZ.cz

Velikost a tvar svaru mezi hrdlem a pláštěm tlakové nádoby je na obr.3. Kritický řez svarem má vždy tvar mezikruží. Pro toto mezikruží vypočítáme průřezové charakteristiky A (plocha mezikruží), Z(ohybový modul průřezu), Z_tor(krutový modul průřezu).

obr.3. Různé provedení svaru mezi hrdlem a pláštěm tlakové nádoby

Pro další výpočet je možné použít postupy z Bulletinů WRC, EN 13445-3 anebo programu na principu MKP. Jedná se o určení těchto koncentrátorů napětí:

SCF_ax -  od axiální síly P

SCF_in - od ohybového momentu v rovině M_l

SCF_out - od ohybového momentu mimo rovinu M_c

SCF_tor – od kroutícího momentu M_r

SCF_pre - od zatížení vnitřním tlakem

Tato metoda poskytuje výpočtové metody, které konstruktérům pomáhají analyzovat napětí způsobená vnějším zatížením. Když známe tyto koeficienty zatížení, jednoduše si aplikujeme vzorce pro výpočet jednotlivých napětí:

Jestliže máme tato napětí, můžeme spočítat podle hypotézy tau max či HMH redukované napětí pro porovnání s dovoleným.

Metoda tau max: U této hypotézy je redukované napětí rovno rozdílu maximálního a minimálního hlavního napětí, čili redukované napětí je rovno průměru největší Mohrovy kružnice dané napjatosti. Nevýhoda tedy je, že si musíme hlavní napětí vypočítat a určit pořadí. Tuto hypotézu lze použít pouze pro materiály v tvárném stavu, u nichž dochází ke vzniku velkých plastických deformací a které mají prakticky stejné vlastnosti v tahu i tlaku. Můžeme se tedy ve většině našich příkladů na ni obracet.

Metoda HMH: Tato hypotéza platí pro materiály v tvárném stavu. Mezi výhody patří: Není nutné určovat hlavní napětí, není třeba znát pořadí velikostí napětí a všechna napětí se projeví rovnocenně. Redukované napětí pro prostorovou napjatost tak vypočítáme podle vzorce:

 ,

po dosazení výše uvedených napětí vychází

A výsledek tohoto vztahu nesmí překročit hodnotu dovoleného napětí. Tolik k výpočtu dovoleného napětí. Také je nutno podotknout, že v případě provedení 100% prostorové NDT bez zjištění vad, se únosnost svaru rovná únosnosti základního materiálu. Podle uvedeného vzorce se dá odhadnout vliv jednotlivých zatížení.

Metoda výpočtu maximálního dovolených zatížení svaru.

V předešlém jsme si ozřejmili způsoby výpočtu dovoleného napětí v námi zkoumaném svaru.

V úvodu jsme si však dali za úkol výpočet maximálních sil a momentů, proto uvedený postup obrátíme a z uvedených vzorců vyjádříme síly a momenty.

Pro metodu výpočtu dovolených zatížení musíme mít dále na paměti tyto zásady:

1. Maximální tlak lze vypočítat, když jsou všechna ostatní zatížení nulová. Vnitřní tlak se projevuje v hrdle napětím osovým a obvodovým. Osové napětí od vnitřního tlaku má ve většině případů opačnou orientaci než osové napětí způsobené osovou silou od potrubí. Maximální vnitřní tlak se tak odvodí ze vzorce  σ_obv= PD/2t . Výsledný tlak musí být větší než tlak návrhový.
2. Při výpočtu maximálních dovolených vnějších zatížení od potrubí se používá minimální provozní vnitřní tlak. Je to proto, že osové napětí od vnitřního tlaku má ve většině případů opačnou orientaci než osové napětí způsobené osovou silou od potrubí. Vnitřní tlak tak napětí tak napětí od zatížení vnější osovou silou zmenšuje.

3.         Velikosti vnějších dovolených zatížení tak mohou být založeny na různých kombinačních metodách, které jsou uvedeny v dalším

4.         Sekundární a primární zatížení se počítají zvlášť, protože dovolená napětí jsou odlišná. Zatížení potrubí způsobující primární napětí v hrdle jsou:

- zatížení vlastní hmotností potrubí, tekutiny v potrubí a izolace potrubí

- zatížení potrubí sněhem a větrem

Zatížení způsobující sekundární napětí v hrdle jsou:

- tepelná roztažnost potrubí a aparátu pevně pojeného s potrubím přes hrdlo

- pokles či pohyb podpěry či závěsu potrubí a aparátu pevně pojeného s potrubím přes hrdlo

5.         Pro výpočet se používají již uvedené vztahy, avšak neznámá, která se musí vyjádřit jsou síly a momenty.

A výpočet se provádí ve čtyřech bodech A,B,C a D, a to z vnější (tj. U) a vnitřní (tj. L) Při postupu výpočtu dovolených zatížení za těchto podmínek se musí započítat i příslušné koncentrátory napětí.

6. Kontrolu zatížení hrdla pak můžeme provést podle těchto kombinačních metod:

- Porovnání absolutních hodnot: |F_a|≤|F_a1|, |F_b|≤|F_b1|,|F_c|≤|F_c1|,|M_a|≤|M_a1|, |M_b|≤|M_b1|, |M_c|≤|M_c1|

- Metoda shody:                                                             

- Vektorová kombinace:                                

- Nakonec můžeme zkombinovat napětí od sil a momentů takto:

Vysvětlení značení jednotlivých sil a momentů:

S indexem 1 - jde o maximální dovolené hodnoty jednotlivých zatížemí silami a momenty

Bez číselného indexu – jde o skutečné hodnoty jednotlivých zatížemí silami a momenty

Index a – je označení osy hrdla

Index b – je označení první osy kolmé na osu hrdla, rovnoběžné s osou nádoby

Index c – je označení druhé osy kolmé na osu hrdla, kolmé na osu nádoby

Závěr:

Zatížení tlakových nádob potrubím je jedním z důležitých zatížení tlakové nádoby.

Pro projektanty tlakové nádoby a potrubí je důležité, aby spolupracovali. Aby výpočtář tlakové nádoby vždy definoval maximální zatížení hrdla a výpočtář potrubí tyto limity dodržel. Vždy však je celkově lacinější a v provozu bezpečnější zvětšit nosnost hrdla např. límcem, než instalace různých složitých a drahých prvků do potrubí (např. kompenzátorů, pružných či konstantních prvků) z toho důvodu, abychom nepřetížili hrdlo.