[Tisk]  [Poslat e-mailem]  [Hledat v článcích]
Dimenzování tlakových zařízení podle mezních stavů
Datum: 25.8.2011
Autor: Ing. Milan Babinský, CSc.
Zdroj: přednáška TLAK 2011
Příspěvek obsahuje přehled metod pro posuzování „pevnosti“ a životnosti tlakových nádob, na kterých jsou založeny výpočtové metody evropských norem pro dimenzování tlakových nádob EN 13445, průmyslových potrubí EN 13480, kotlů vodotrubných EN 12952 i válcových EN 12953 a další evropské normy harmonizované k evropské směrnici 97/23/EC (PED – Pressure Equipment Directive) a i naše česká norma pro tlakové nádoby stabilní ČSN 69 0010. Jako základ pro tento výklad použijeme nové vydání normy pro netopené tlakové nádoby EN 13445:2009, včetně další nové edice z roku 2010 (EN 13445:2009, Issue 2010) a její českou verzi ČSN EN 13445:2010.

Úvod

Moderní výpočtové postupy pro dimenzování tlakových nádob a jejich částí vycházejí v současnosti z mezních stavů konstrukce, ke kterým přiřazují předepsané rezervy bezpečnosti. Přechod na tyto fyzikálně správné metodiky výpočtů umožnil hlavně rozvoj nelineárních metod mechaniky kontinua v 70. a 80. letech a současný stav rozvoje výpočetní techniky, která umožňuje provádět časově dostupně i potřebné nelineární analýzy metodou konečných prvků. Od výpočtových metod založených na „pseudo-elastických“ stavech napjatosti se postupně upouští a slouží spolu s vyhodnocovací metodou kategorizace napětí (metoda zavedená v ASME BPV Code v roce 1960) jako alternativní metoda pro řešení případů uzlů, pro které není známo analytické řešení mezního stavu plastické únosnosti a řešení nelineární metodou konečných prvků by bylo příliš nákladné. Jak bude dále ukázáno, nepopisuje stav pseudo-elastické napjatosti uzlu nádoby skutečné rozložení napětí a kritéria pro vyhodnocení těchto napětí neodpovídají skutečnému fyzikálnímu chování uzlu.

Rozhodujícím kritériem pro dimenzování části tlakové nádoby je jeho „pevnost“. Zde si musíme uvědomit, že termín "pevnost" může být poněkud zavádějící, pokud si pod ním představujeme pevnost jako takovou, tedy destrukci části nádoby. Většina uzlů tlakové nádoby se totiž v důsledku překročení jisté úrovně zatížení začne silně deformovat a měnit dokonce svůj tvar, při kterém nedochází k lomu. Při tomto výkladu předpokládáme samozřejmě běžný případ ocelové nádoby vyrobené z materiálu s minimální požadovanou tažností > 14% (základní požadavek směrnice 97/23/EC).

Tento nový tvar uzlu má vzhledem k tvarovým změnám i jiné rozložení vnitřních sil a tudíž i jinou úroveň zatížení, při které se dále deformuje. Tyto nové deformační tvary, pokud se nejedná o stabilitní zhroucení, jsou většinou „pevnější“ než byl tvar původní a vykazují tudíž tzv. tvarové zpevnění. U běžných uzlů skořepin dojde většinou k takové změně tvaru a k takovému přerozdělení vnitřních sil, že ke skutečné destrukci tohoto uzlu vůbec nedojde a k destrukci nádoby dojde v jiné její části, která tyto vlastnosti nevykazuje. Klasickým příkladem takového chování jsou např. klenutá dna. Úvodem si musíme tedy definovat základní fyzikální modely chování jak skořepin tlakové nádoby, tak i materiálu.

Materiál ocelových tlakových nádob je z hlediska pevnostních výpočtů definován několika charakteristikami, z nichž nejdůležitější je mez kluzu (obr. 1). Ocelový materiál vykazuje buď výraznou, nebo nevýraznou mez kluzu a vzhledem k tomu, že u materiálu s výraznou mezí kluzu dochází na úrovni meze kluzu k výrazné plastické deformaci, která je deformačně pro uzel tlakové nádoby nepřípustná, používáme pro modelování chování materiálu model idealizovaného materiálu s výraznou mezí kluzu. Pro vlastní analýzu částí tlakových zařízení se potom používá idealizovaný model materiálu s „lineárně elastickým-ideálně plastickým“ chováním (obr. 1 c)).

Na obr. 2 je ukázáno klasické klenuté dno tlakové nádoby a průběh všech 4 hlavních napětí po meridiánu celého dna. Průběh těchto skořepinových napětí je odvozen za předpokladu ideálně elastického chování materiálu v celém rozsahu napětí. To však neodpovídá fyzikální skutečnosti. Z obrázku je zřejmě, že napětí ve svých špičkách překračuje mez kluzu materiálu, a průběh tohoto napětí považujeme tedy za „pseudo-elastický“. Skutečný průběh napětí se při tomto zatížení bude lišit. Tam kde překročilo pseudo-elastické napětí mez kluzu, zůstane skutečné napětí na úrovni meze kluzu a tato oblast se z důvodů zachování rovnováhy vnitřních sil dokonce rozšíří a napětí se v důsledku tohoto přerozdělí.

Takže skutečnosti neodpovídá ani ostatní průběh napětí v oblasti těchto lokálních jevů. Přesto lze tohoto pseudo-elastického průběhu napjatosti použít k vyhodnocené bezpečnosti uzlu, a to smluvní metodou vyhodnocení pseudo-elastických napětí (kategorizace napětí), která je i součástí EN 13445-3 (Návrh na základě analýzy – metoda založená na kategorizaci napětí).

Na obr. 3 je ukázáno skutečné chování tlakové nádoby v porovnání s touto pseudo-elastickou analýzou. Je zde analyzována celá propan – butanová nádoba. Při zvyšování přetlaku v nádobě dochází v místě uzlů skořepin při dosažení meze kluzu k plastickému tečení vláken materiálu. Tato plastizace se postupně rozšiřuje na celý průřez stěny a celou přilehlou oblast. V oblasti se postupně vytvoří 3 plastické klouby, čímž se vytvoří mechanizmus, napětí materiálu je v celém průřezu na mezi kluzu a dochází k plastickému tečení. Gradient závislosti tlak – deformace se výrazně změní a dochází k „výrazným plastickým deformací“ uzlu skořepin. Tyto výrazné plastické deformace jsou trvalé a tudíž nepřípustné. Tento stav je z hlediska dimenzování uzlu nádoby tou naší smluvní „pevností“, ke které vztahujeme požadovanou bezpečnost. Je to základní mezní stav uzlu, mezní stav plastické únosnosti. V EN 13445-3 je uváděn jako mezní stav „výrazné plastické deformace“ a je základním kritériem pro dimenzování tloušťky stěny.

Základním kritériem „pevnosti“ není tudíž z fyzikálního pohledu průběh napětí, ta jsou v tomto stavu v celé oblasti a průřezu na úrovni meze kluzu, ale mezní stav „únosnosti“. Na obr. 3 a) je ukázán průběh pseudo-elastických napětí na nádobě podél celého meridiánu pro tlak 1 MPa. Obr. 3 b) znázorňuje nádobu před a po deformaci na úrovní tlaku kolem 7,7 MPa, kdy dochází u zkoušených nádob k destrukci. Nedochází zde ovšem k destrukci nejvíce lokálně namáhaných částí a uzlů klenutých den, ale k destrukci válcového pláště, tedy části s membránovým stavem napětí. Obr. 3 c) znázorňuje průběh posuvu (u) v závislosti na vnitřním přetlaku.

Diagram je výsledkem plastické analýzy provedené metodou konečných prvků. Z průběhu této závislosti je zřejmě, že elastické chování se na tlaku 5 MPa začalo měnit v místech anuloidových přechodů na chování elasticko-plastické, až bylo při tlaku kolem 5,8 MPa dosaženo plně-plastického stavu a došlo k plastickému tečení. Mezní tlak je dán průsečíkem tečen k těmto průběhům a nachází se na tlaku pm = 5,5 MPa

Na obr. 4 a) je ukázána modelová nádoba pro experimentální ověřování mezních stavů plastické únosnosti kuželových den, na které byla v 70. letech ve VÚCHZ v Praze prováděna měření pro ověření výpočtových vztahů pro dimenzování těchto den [22, 25, 29]. Na obr. 4 b) je uveden příklad naměřených průběhů závislosti tlak/posuv na 3 hlavních čidlech na středovém hrdle pro experimentální určení mezního stavu plastické únosnosti kuželového dna modelu K3. Výsledky těchto analýz a experimentů sloužily k zavedení výpočtových postupů do několika předpisů a jsou v současnosti součástí ČSN 69 0010, EN 13445-3:2009, EN 13480:2002 i ruské normy pro tlakové nádoby stabilní GOST R 52857-2007.

1 Základní postupy normy EN 13445-3:2009

Základem všech současných moderních metodik pro dimenzování tlakových zařízení jsou „mezní stavy“ zatížení (Limit States) a k nim příslušející bezpečnostní rezervy. Na této koncepci je postavena i norma EN 13445-3:2009.

Rozhodujícím je zde samozřejmě stav „pevnosti“ uzlu nebo části, tedy mezní stav plastické únosnosti (Limit Load), tedy stav zatížení, při kterém se změní gradient závislosti zatížení/deformace a původně elastická konstrukce se začne trvale plasticky deformovat, přičemž dojde k plastickému zhroucení (V EN 13445 označováno jako GPD – Gross Plastic Deformation).

Dalšími mezními stavy jsou potom poruchy způsobené únavou (Fatigue Rupture), ztrátou stability (Instability Collapse), tečením za vyšších teplot (Creep) a další stavy, a to v závislosti na typu konstrukce a jejího zatížení.

Evropská směrnice PED, stejně jako harmonizovaná norma EN 13445:2009, rozeznává tři způsoby navrhování a ověřování tlakové nádoby a jejich částí:

- DBF (Design by Formulae – návrh na základě vzorců)
- DBA (Design by Analysis – návrh na základě analýzy)
- DBE (Design by Experiment – návrh na základě experimentu)

Základním postupem je DBF – návrh na základě vzorců. Druhé dvě metody se využívají zejména tam, kde systém DBF neobsahuje metodu pro výpočet příslušného uzlu nebo tam, kde jsou překročeny přípustné výrobní tolerance a úchylky, nebo jsou překročeny meze platnosti metody podle DBF. V současné době jsou samozřejmě vzorce a metody použité v DBF založeny na základě dříve popsaných metod mezních stavů a popisují tudíž skutečné chování uzlů a částí nádob.

Vlastní norma EN 13445-3 byla původně vydána v roce 2002 (EN 13445:2002) a v průběhu 7 následujících let k ní bylo vydáno dalších 36 změn a oprav (Issue 2 – 36). V české verzi byla norma vydána v roce 2003 jako ČSN EN 13445:2003. V roce 2009 byly změny a opravy zapracovány do originálu normy a v červenci 2009 bylo vydáno nové úplné znění normy EN 13445:2009. V českém znění byla norma vydána v říjnu 2010 jako ČSN EN 13445:2010. Nadále se předpokládá, že změny a opravy budou k tomuto novému vydání vydávány již pravidelně v červenci běžného roku s roční periodicitou. Takže v červenci 2010 bylo vydáno k této normě Issue 2, kde je kolem 30 oprav základního vydání normy. Základní čtyři normy pro tlaková zařízení (EN 13445, EN 13480 – Kovová průmyslová potrubí, EN 12952 - Vodotrubné kotle a EN 12953 – Válcové kotle) mají na internetu informační stránky MHD (Migration Help Desks), které zabezpečují příslušnou trvalou podporu k těmto normám.

Na současné stránce CENu:

(www.cen.eu/cen/Sectors/Sectors/Pressure/Pages/default.aspx)

je umístěn rozcestník na všechny tři MHD, na kterých lze formou dotazu získat odpovědi a výklady k jednotlivým bodům příslušných norem.

MHD pro normu EN 13445 je umístěn na francouzské stránce www.unm.fr a kromě jiného jsou tam umístěna i nejnovější znění oprav Issue 2 normy EN 13445:2009 v angličtině a francouzštině.

MHD pro normu EN 13480 je umístěn na francouzské stránce AFNORu.

MHD pro normy EN 12952 a EN 12953 je umístěn na německé stránce DINu.

1.1 Návrh na základě vzorců (DBF – Design by Formulae)

Návrh na základě vzorců je základní metodou dimenzování a kontroly částí tlakové nádoby. Základní návrh pláště a jednotlivých uzlů tělesa tlakové nádoby na „pevnost“ vychází z mezního stavu plastické únosnosti. U membránových stěn (hladká válcová, kulová, kuželová a toroidální skořepina) je tento mezní tlak zároveň tlakem, kdy jednotlivá vlákna stěny dosáhnou stavu napětí na mezi kluzu. Nejedná se tedy o pevnost v pravém slova smyslu, ale o dosažení stavu na mezi kluzu materiálu. K tomuto stavu se vztahuje základní bezpečnost 1,5, která je stejná prakticky ve všech uznávaných světových předpisech. V případě uzlu skořepin (přechod hrdla, přechod klenutého dna, přechod kuželového dna, otvor atd.) dochází k lokální plastizaci oblasti uzlu, mezi tzv. vnějšími plastickými klouby, a k plastickému tečení celého průřezu uzlu při mezním stavu plastické únosnosti. Na obr. 5 a) je znázorněna pseudo-elastická napjatost uzlu hrdlo – kulové dno při mezním tlaku plastické únosnosti

Je zřejmé, že zde ukázaná napětí jsou fyzikálně nereálná. Celkové špičkové napětí 920 MPa zde více než dvakrát překračuje mez pevnosti materiálu 410 MPa a dosahuje téměř čtyřnásobku meze kluzu 265 MPa. Skutečný stav napjatosti znázorňuje obr. 5 b). Celý průřez mezi vnějšími plastickými klouby je zatížen na mezi kluzu, což je nejvyšší „teoreticky“ dostupná napjatost modelového ideálně elastického – ideálně plastického materiálu. Skutečné chování uzlu představuje obr. 6, kde je znázorněn i průběh závislosti tlak – deformace (axiální posuv hrdla) v průběhu celého zatěžování až nad úroveň mezního stavu plastické únosnosti. Vyhodnocený mezní přetlak je 1,7 MPa. Z průběhu deformačního diagramu je zřejmé, že u ideálně dimenzovaného uzlu dojde při tlakové zkoušce k trvalým plastickým deformacím (Wpl), při kterých dochází zároveň i k tzv. „tvarovému“ zpevnění uzlu.

Provozní tlak je opět dán bezpečností 1,5 k tomuto stavu. Na mezním stavu plastické únosnosti jsou založeny všechny „pevnostní“ výpočty plášťů a uzlů skořepin. Návrh na základě vzorců založený na těchto principech je obsahem základních kapitol normy pro pláště a uzly zatížené vnitřním přetlakem, zejména v kapitolách 8, 9, 10, 15, 20, 21 atd. Kromě řešení založených na tomto mezním stavu se v DBF používají i řešení pseudo-elastická, která jsou potom vyhodnocována pseudo-plastickými postupy (např. lokální zatížení v kapitole 16), nebo i čistě elastická řešení (přírubové spoje podle ASME v kapitole 11). Kromě této Waters-Taylorovy metody, která pochází z roku 1933, uvádí norma i další metody dimenzování přírubových spojů na základě mezních stavů v přílohách G a GA a normě pro dimenzování přírubových spojů EN 1591. V německých a českých předpisech (AD-Merkblätter, DIN 2505 a ČSN 69 0010) se moderní metody založené na mezních stavech plastické únosnosti používaly již v 70. letech.

Uvedené kritérium pro dimenzování částí tlakových nádob platí samozřejmě pouze v rozsahu teplot do teplot výrazného tečení materiálu (Creep). V oblasti teplot tečení materiálu (přibližně nad 380 °C u feritických ocelí a 500 °C u austenitických ocelí) přichází v úvahu jiný mezní stav, mezní stav únosnosti při tečení (kapitola 19 normy). Je samozřejmé, že taková nádoba musí být zároveň dimenzována i na základní klasický mezní stav plastické únosnosti, přinejmenším z důvodu tlakové zkoušky.

Kromě nádob pracujících za zvýšených teplot existující i nádoby pracující za teplot snížených (pod přechodovými teplotami materiálu). U takových konstrukcí musí být zohledněn i mezní stav křehkého porušení (viz EN 13445-2:2009). Je třeba připomenout, že tyto přechodové teploty mohou dosahovat i plusových hodnot a na tento stav musí být brán zřetel např. i při tlakových zkouškách, zejména u částí vyrobených z vysoko-pevnostních ocelí.

Pro pláště zatížené vnějším přetlakem platí další ze základních mezních stavů – mezní stav stabilitního zhroucení. Na obr. 7 a) je ukázán teoretický vyztužený válcový plášť ve stavu stabilitního zborcení a na obr. 7 b) skutečná nádrž po nadkritickém zatížení vnějším tlakem. Kromě plášťů zatížených vnějším přetlakem může k tomuto stavu docházet u všech stěn a prvků zatíženích záporným napětím ve stěně, např. i v trubkách výměníků tepla při osovém tlakovém zatížení těchto trubek.

Dalším z mezních stavů částí tlakových nádob je mezní stav přizpůsobení (Shake-Down). Jak je z předchozího výkladu zřejmé, dochází při cyklickém zatěžování uzlů skořepin k překračování elastických deformací na úrovni meze kluzu, protože u materiálu s výraznou mezí kluzu nemůže dojít k překročení napětí na této mezi kluzu. Na obr. 8 je zjednodušeně znázorněno chování maximálně zatíženého napěťového vlákna materiálu (σi) hrdla v kulové skořepině.

Na obr. 8 a) je vlákno zatíženo pseudo-elastickým napětím na úrovni Re≤σi< 2Re . Při snížení přetlaku na nulovou hodnotu se vytvoří ve vlákně záporné předpětí velikosti(σi-Re) , které způsobí, že v dalších cyklech zatížení – odlehčení se chová vlákno již elasticky, tedy napětí se „přizpůsobilo“. Takto se chovají všechna pseudo-elastická napětí až do hodnoty 2Re (viz obr. 8 b)). Při překročení pseudo-elastického napětí nad hodnotu 2Re se vlákno již nepřizpůsobí a vytváří hysterezní smyčku, která má rozměr energie. Mezní stav přizpůsobení je tedy dán úrovní lokálních skořepinových napětí na hodnotě 2Re. K tomuto stavu se při provozním stavu zatížení uvažuje bezpečnost 1,0. Stav přizpůsobení je v metodě DBF zaručen již přímo návrhovými vzorci.

Dalším z významných mezních stavů částí tlakových nádob je mezní stav únavy. Vzhledem k cyklickému zatěžování každé tlakové nádoby je každá tlaková nádoba namáhána únavově. Norma 13445:2009 zajišťuje, že nádoby postavené podle požadavků této normy jsou schopny odolat 500 plným zatěžovacím cyklům (cykly typu natlakování – odtlakování). U nádob, které jsou za dobu životnosti namáhány větším počtem zatěžovacích cyklů, musí být provedena příslušná únavová analýza, pro zajištění odpovídající bezpečnosti proti únavovému porušení. Na obr. 9 je ukázána pseudo-elastická napjatost spoje kuželového dna a válcového pláště bez anuloidového přechodu. V oblasti uzlů skořepin, které jsou z hlediska teorie skořepin tzv. „výraznou diskontinuitou“, a jejichž lokální skořepinová napětí musí splňovat kritérium mezního stavu přizpůsobení, se vyskytují i „lokální diskontinuity“, které jsou lokální i napříč tloušťkou stěny, a vykazují tzv. špičkové napětí.

V uzlu na obr. 9 dosahuje lokální skořepinové napětí hodnoty kolem 360 MPa (podle hypotézy von Mises), zatímco celkové špičkové napětí hodnoty 684 MPa. Tato pseudo-elastická špičková napětí se vyhodnocují na únavovou životnost na základě v normě uvedených únavových křivek materiálu (obr. 11). Protože bychom kvůli získání těchto napětí museli provádět pseudo-elastickou napěťovou analýzu všech uzlů na nádobě, uvádí EN 13445:2009 v kapitole 17 „Zjednodušené posuzování únavové životnosti“. Touto metodou lze velmi jednoduše získat konzervativní odhad únavové životnosti uzlu, který je pro posouzení uzlů nádob ve většině případů zcela vyhovující. Metoda byla vyvinuta pro účely původní normy ČSN 69 0010 ve VÚCHZ Praha v roce 1972 a postupně byla za spolupráce s KCA-Dresden rozšířena i do dalších předpisů včetně EN 13445 a i GOST R 52857.

Na obr. 10 je ukázána „úzká“ lokálnost tohoto špičkového napětí napříč průřezem stěny. Kromě tohoto zjednodušeného posuzování únavy umožňuje norma v kapitole 18 provádět i úplnou únavovou analýzu.

1.2 Návrh na základě analýzy (DBA – Design by Analysis)

Návrh na základě analýzy poskytuje pravidla pro návrh libovolné komponenty a může být použit jako alternativa k návrhu na základě vzorců nebo jako doplněk k návrhu na základě vzorců pro případy neobsažené v návrhu na základě vzorců, případy týkající se superpozice zatížení nebo při splnění dalších podmínek pro případy, kde nejsou splněny výrobní tolerance uvedené v EN 13445-4:2009.

Norma obsahuje dvě metody pro návrh na základě analýzy. Základní metodou je „přímý způsob“ (Direct Route), což je metoda založená na přímém fyzikálním řešení mezních stavů. Druhou použitelnou metodou je „metoda založená na kategorizaci napětí“. Je to metoda založená na pseudo-elastické analýze napětí, která se vyhodnocují napětí na základě rozdělení podle původu a druhu do jednotlivých kategorií, a posuzují se podle příslušných kritérií. Tato metoda byla zavedena v předpisech ASME v 60. letech a byla masově používána v 70. letech, v době rozvoje metody konečných prvků.

1.2.1 Přímý způsob (Direct Route)

Metoda popisuje hlavní způsoby selhání a uvádí příslušný typ mezního stavu, které se dělí na stavy „únosnostní“ a stavy „způsobilostní. Každému způsobu selhání odpovídá jedna „kontrola konstrukce“ (DC – Design Check). Některé kontroly konstrukce nemusí být pro konkrétní konstrukci a její provozní parametry významné.

Uvažované hlavní kontroly konstrukce jsou:

  • kontrola konstrukce na progresivní plastickou deformaci (Progressive Plastic Deformation Design Check (PD-DC)) – mezní stav přizpůsobení nebo „Ratchetingu“
  • kontrola konstrukce na ztrátu stability (Instability Design Check (I-DC)) – mezní stav ztráty stability
  • kontrola konstrukce na únavu (Fatigue Design Check (F-DC)) – mezní stav únavy
  • kontrola konstrukce na statickou rovnováhu (Static Equilibrium Design Check (SE-DC)) – mezní stav statické rovnováhy u vysokých konstrukcí
  • kontrola konstrukce na lom v oblasti tečení (Creep Rupture Design Check (CR-DC)) – mezní stav únosnosti při tečení
  • kontrola konstrukce na nadměrnou deformaci při tečení (Excessive Creep Strain Design Check (ECS-DC)) – mezní stav deformace při tečení
  • kontrola konstrukce na vzájemné působení tečení a únavy (Creep Fatigue Interaction Design Check (CFI-DC) – mezní stav únavy v oblasti tečení

1.2.2 Metoda založená na kategorizaci napětí (Method based on stress categories)

Metoda zahrnuje vyhodnocení napětí vypočtených na elastickém základě v libovolném místě části nádoby a kontrolu přípustnosti prostředky příslušných vyhodnocovacích kritérií. Minimální tloušťka stěny při použití této metody pro zatížení pouze tlakem nesmí být menší, než je požadováno pro danou stěnu podle DBF (návrhu na základě vzorců) podle této normy. To znamená, že i v případech, kdy vychází na základě této analýzy tloušťka stěny menší než podle vzorců této normy, nesmí se tato menší tloušťka použít. Důvodem je přibližnost vyhodnocovacích kritérií metody a smluvní charakter metody. Metoda neobsahuje přímo kontrolu na únavové selhání, která se posuzuje, je-li to požadováno, podle postupů DBF.

Na obr. 12 je uveden vyhodnocovací diagram metody. Základním kritériem je „pev-nost“. Toto kritérium je pro membránové napětí hladké stěny fyzikálně exaktní (napětí Pm v diagramu) a jedná se vlastně o mezní stavy plastické únosnosti těchto hladkých stěn. Vyhodnocení globálních ohybových napětí Pb vychází z exaktního řešení nosníku. Pro desky je však toto kritérium o 7 až 17 % na konzervativní straně a je tudíž přibližné. Napětí PL zastu-puje mezní stav plastické únosnosti uzlů skořepin. Toto kritérium je také přibližné, protože předpokládá, že proti stavu dosažení meze kluzu vykazuje uzel skořepin další 50 % rezervu plasticity do dosažení skutečného mezního stavu únosnosti. Kritérium pro napětí Q je mezní stav přizpůsobení a napětí typu F se vyhodnocují na únavu, tady jako mezní stav únavy.

1.3 Návrh na základě experimentu (DBE – Design by Experiment)

Účelem této metody je ověřit experimentálními metodami návrh nádob nebo jejich částí zatížených tlakem. Tyto metody jsou založeny na zkoušce na roztržení, doplněné v případě nutnosti jinými zkouškami. V současném vydání normy je používání této metody omezeno na navrhování nádob s nejvyšší dovolenou teplotou, při které není nutno brát v úvahu vliv tečení. Experimentální metody bez výpočtu jsou přípustné pouze pro nádoby se součinem PS V < 6 000 bar L a nejsou přípustné v rozsahu PED modul B1.

Jako všeobecné pravidlo se návrhu na základě vzorců nebo návrhu na základě analýzy dávána přednost před návrhem pouze na základě experimentu. Jestliže mohou být dimenze vypočteny návrhem na základě vzorců, musí být metoda návrhu na základě vzorců použita.

Závěr

Současným vydáním normy EN 13445:2009 bylo do původní normy z roku 2009 zapracováno celkem 36 vydání oprav a změn, kterými byla norma významně rozšířena a doplněna. Mezi nejvýznamnější změny patří doplňující požadavky pro oblast tečení, doplněni metod o navrhování na základě experimentu, výpočet vyztužených plochých den a kruhových den s radiálními výztužnými žebry, nová výpočtová metoda pro příruby nádob, které obsahují plyny a páry, a kde je těsnost těsnění prvořadá a výpočet trubkovnic výměníků tepla se zohledněním neotrubkovaných oblastí.

Literatura

[1] ČSN 69 0010-4:1991 Tlakové nádoby stabilní. Technická pravidla. Části 4.xx: Výpočet pevnosti

[2] 97/23/EC (PED) Council Directive of 29 May 1997 on the approximation of the laws of the Member States concerning pressure equipment

[3] NV 26/2003 Sb. Nařízení vlády, kterým se stanoví technické požadavky na tlaková zařízení

[4] EN 764 Tlaková zařízení – Terminologie (Pressure equipment – Terminology)

[5] EN 13445-3:2009 Unfired pressure vessels. Part 3: Design

[6] EN 13480:2002 Průmyslová kovová potrubí (Metallic Industrial Piping)

[7] EN 12952:2001 Vodotrubné kotle a pomocná zařízení. (Water-tube boilers and auxiliary installations)

[8] EN 12953:2001 Válcové kotle (Shell boilers)

[9] EN 12516 Průmyslové armatury (Industrial valves)

[10] EN 14075 Stabilní ocelové svařované ocelové sériově vyráběné válcové zásobníky pro podzemní skladování zkapalněných uhlovodíkových plynů (LPG) o objemu do 13 m3 včetně - Návrh a výroba

[11] EN 12542 Stabilní ocelové svařované ocelové sériově vyráběné nadzemní válcové zásobníky pro skladování LPG o objemu do 13 m3 včetně - Návrh a výroba

[12] EN 13458 Kryogenické nádoby - Stabilní vakuově izolované nádoby

[13] EN 13530 Kryogenické nádoby - Velké přepravní vakuově izolované nádoby

[14] EN 14398 Kryogenické nádoby - Velké přepravní nevakuově izolované nádoby

[15] EN 13831 Closed expansion vessels with built in diaphragm for installation in water systems

[16] EN 1591-1 Flanges and their joints – Design rules for gasketed circular flanges connections – Part 1: Calculation method.

[17] ASME BPV Code ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII. Division 1, Rules for construction of pressure vessels, Division 2 – Alternative rules, Rules for construction of pressure vessels

[18] PD 5500 Specification for unfired fusion welded pressure vessels

[19] AD-2000 Berechnung von Druckbehältern, Reihe B – Berechnung, Reihe S - Sonderfälle

[20] GOST R 52857 ГОСТ Р (2007), Сосуды и аппараты, Нормы и методы рaсчета на прочность

[21] Babinský M. Posuzování lokální špičkové napjatosti elementů nádob. VÚCHZ 1092, Praha 1971

[22] Babinský M. Teorie řešení mezních stavů rotačně-symetrických skořepin I, II, III. VÚCHZ 1221, 1345, 1385, Praha 1972 - 73

[23] Babinský M. Výpočtové metody navrhování duplikátorů z mezních stavů, VÚCHZ 1510, Praha 1974

[24] Babinský M. Mezní stavy rotačně symetrických skořepin, disertační práce, ČVUT Praha, 1976

[25] Babinský M. Mezní stavy únosnosti kuželových přechodů tlakových nádob, disertační práce, ČVUT Praha, 1977

[26] Babinský M. Metoda určování mezního stavu únosnosti kuželových den tlakových nádob, Strojírenství, No 3, 1977

[27] Babinský M. Mezní stav únosnosti kuželového dna tlakových nádob s anuloidovým přechodem, Strojírenství, No 10, 1977

[28] Babinský M. Limit Analysis of the Conical Heads of Pressure Vessels Reinforced by Circumferential Ring, Int. Congress CHISA, 1975

[29] Babinský M. Bochníček K. Experimentální ověřování mezního stavu kuželových den, VÚCHZ 1746, Praha 1977

[30] Babinský M. Bochníček K. Vlk F. Návrh výpočtové metodiky pro dimenzování nádob při cyklickém zatížení. VÚCHZ 2109 Praha 1981.

[31] Babinský M. Přednáškový cyklus, "Moderní metody navrhování částí tlakových nádob", 1995-2000, VUT Brno

[32] Babinský M. Přednáškový cyklus, "Moderní metody navrhování částí tlakových nádob", 2003-2011, TConsult Brno

[33] Babinský M. Bochníček K. Metody únavové analýzy aparátů – koncentrace napětí, I, II, III, VÚCHZ 2326, 2333, 2334, Praha 1984

[34] Babinský M. a kol. Software PVESS: Software pro dimenzování tlakových nádob podle ČSN 69 0010:1991, AD-Merkblätter, ASME BPV Code - Section VIII


 Související

Související témata
Konstrukce, výpočty, projekce
Teorie, definice

 Hodnocení
Zhodnoťte, jak se Vám článek líbil (1 = výborný ... 5 = špatný)
 
průměrné hodnocení: 1,1 (počet známek: 10) 

Diskuze ke článku
V diskuzi není žádný příspěvek
Přihlášení/odhlášení odběru příspěvků e-mailem:
váš e-mail:

Podmínky užívání portálu TLAKinfo.
Připomínky, náměty a dotazy - redakce portálu.
© Copyright DEKRA CZ, a.s. 2005-2019, všechna práva vyhrazena.