Spezielle Problemstellungen
Gegeben ist eine Rohrleitung NW 100 (OD 114.3 mm) mit 7.1 mm Wanddicke. Die Rohrleitung besteht durchgehend aus St35.8 und befördert Heißwasser von 200°C bei 20 bar.
Die Leitung beginnt an einem Pumpenflansch, verläuft 4000 mm in Richtung X , steigt senkrecht 4000 mm, wobei nach 2000 mm eine Deckendurchführung passiert wird. Nach der Steigleitung wechselt der Verlauf in Richtung Z, wobei nach 4000 mm die Leitung an einen Heißwassertank anschließt.
Der Pumpenanschluss und der Tankanschluss werden als starr (Festpunkte) betrachtet.
Die Bögen sind Standard-3D-Bögen.
Die Festpunkte, die Umlenkungen und die Deckendurchführung wurden mit Knotenbezeichnungen lt. obiger Isometrie versehen.
1. Starten von Excel mit PIPE Add-in.
2. Aus Menü „Pipe“ Untermenü „Neueingabe“
3. Eingabe der ersten Rohrstrecke von Knoten 10 zu Knoten 20:
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Von |
Nach |
Dx [mm] |
Dy [mm] |
Dz [mm] |
Radius / T-Stück |
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10 |
20 |
4000 |
S |
Eingetragen wurden Anfangs- und Endknoten, die Länge der Leitung bis zum Scheitelpunkt. Hier sitzt ein Bogen Typ „S“ (Short Bend = 3D ).
In der Spalte „Sonderangaben“ werden die Rohrleitung und die Randbedingungen spezifiziert. Ein Doppelklick auf diese Spalte aktiviert die Eingabehilfe.
In dieser Hilfe wurde über die entsprechenden Schalter
· Punkt 10 als Anker definiert
· Außendurchmesser und Wanddicke festgelegt
· das Gewicht errechnet
· Druck und Temperatur eingegeben
· der Rohrwerkstoff über die Datenbank festgelegt.
Nach Abschluss der Eingaben erhalten Sie den Eintrag:
4. Es folgt die Eingabe der Steigleitung bis zum Deckendurchgang, von Knoten 20 zum Knoten 30 nach oben Richtung Y 4000 mm. Der Knoten 30 ist die Deckendurchführung. Diese ist so ausgebildet, dass sich die Rohrleitung zwar vertikal frei bewegen kann, in der Horizontalen aber durch die Durchführung in ihrer Bewegung behindert ist. Diese Behinderung wird mit der Eingabehilfe und der Schaltfläche „Lager“ am Knoten 30 definiert.
Die gesamte Eingabe erscheint folgendermaßen:
Vor der Durchführung steigt die Leitung nun um weitere 2000 mm und wird anschließend umgelenkt, mit einem 3D-Bogen.
Eingabe:
Letztlich folgt der Anschluss an den Heißwassertank, mit einem Rohrstück von 4000 mm in Richtung Z. Punkt 50 ist wieder ein Anker.
Die Datei wird unter dem Namen Test gespeichert (Excel Konvention).
Aus dem Menü „Pipe“ wird mit der Option „Berechnung“ die Berechnung der Rohrleitung gestartet.
Nach dem Ende
der Berechnung wird vom Programm die Arbeitsmappe „TestErg.Xls“ angelegt.
Diese Arbeitsmappe enthält in den diversen Tabellen die Ergebnisse der
Berechnung z.B. Tabelle "Verschiebungen" die Bewegung der Leitung
beim Einbau und beim Anfahren, gekennzeichnet durch die Lastfälle G (Gewicht)
und T (Temperatur).
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Die Rohrleitung führt an den Knoten 10 und 50 keine Bewegung aus. Dies sind die Festpunkte. Am Knoten 30 bewegt sich die Leitung wie gefordert nur in Richtung Y, im Gewichtslastfall 12 mm nach unten, im Temperaturlastfall führt sie quasi keine Bewegung aus.
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Diese Bewegungen lassen sich am effektivsten mit der Option „Grafik“ aus dem Menü „Pipe“ darstellen:
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Grafik für den Gewichtslastfall, wobei Blau die unverformte und Schwarz die verformte Leitung darstellt.
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Grafik für den Thermischen Lastfall.
Rot ist hier die unverformte Leitung.
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Grafik für die Lastfallkombination:
Rot ist wieder die unverformte Leitung. |
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Das Programm PIPE ist so angelegt, dass möglichst wenige Eingaben erforderlich sind. Dies spart Arbeitszeit, und reduziert Eingabefehler.
Um dies zu verdeutlichen nun folgende Fallstudie:
Der Anschluss an den Tank kann nicht in NW 100 ausgeführt werden, sondern muss in NW 50 realisiert werden. Dazu ist die Leitung kurz vor dem Anschluss entsprechend zu reduzieren.
Vorgehensweise:
In Excel wird eine Zeile zwischen den Knoten 40 und 50 eingefügt (Excel Konvention).
Der Leitungsabschnitt vom Knoten 40 führt nun nicht mehr direkt zum Knoten 50, sondern zunächst nur zu einem Zwischenknoten 45 mit der Länge 3000.
Die nachfolgende Zeile wird korrigiert. Sie führt vom eingefügten Knoten 45 zum Festpunkt 50, hat aber nur noch die Länge 1000 mm. Zudem haben sich die NW, die Wanddicke und damit das Gewicht geändert.
Ab dem Knoten 45 sind die Rohrgeometrie und das Gewicht geändert. Diese Änderung gilt nun so lange für alle eventuell nachfolgenden Leitungen, bis sie wiederum mit neuen Werten modifiziert wird.
Der Anschluss am Heißwassertank ist nicht fixiert, sondern der Stutzen führt beim Anfahren aufgrund der Erwärmung des Tankes selbst eine Bewegung aus. Dieser Stutzenbewegung muss die Leitung folgen. Dies wird durch das Schlüsselwort DEL realisiert.
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Eingabebeispiel
Die Leitung wird am Knoten 50 zwanghaft 8 mm nach oben gedrückt |
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Dies ergibt die Eingabetabelle (Auszug)
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Nach der Berechnung erhalten Sie folgende Ergebnisse für die Bewegungen im Kombinationslastfall: (Auszug)
Im obigen Beispiel ist zu erkennen, dass die Leitung
starke Bewegungen am Knoten 20 durchführt, die vom Pumpenflansch am Knoten 10
getragen werden müssen. Dies würde diesen Flansch überlasten bzw. die
Pumpenwelle schädigen. Am Knoten 20 soll daher eine Feder eingebaut werden und
zwar so, dass der Knoten 10 möglichst keine Gewichtslasten zu tragen hat. Es
wird hierfür der Knoten 20 in der
2. Eingabezeile modifiziert. Doppelklick in Sonderangaben. Für den Knoten 20
wird anschließend eine Feder gewählt.
Da die Federkennwerte vom Programm ermittelt werden sollen, wird weder die Federkonstante noch die Vorspannkraft (Einbaukraft) spezifiziert. Es wird lediglich das zu entlastende Lager angegeben und als Hersteller der Feder wird Lisega gewünscht. Die beiden letzten Eingaben sind optional.
Nach der Berechnung erhalten Sie in der Tabelle Hänger die Auslegungsdaten für die Feder:
Vom Programm wird eine Feder mit einer Federkonstanten von
266.6N/mm vorgeschlagen, die mit einer Vorspannung von 2635N bestellt werden
sollte. Der Federweg zwischen Einbau und Betrieb beträgt
4.4 mm. Dies bewirkt eine Lastdifferenz von 80%. Dies ist in der Regel nicht
akzeptabel und muss überprüft werden.
Die Pumpenstutzenbelastung beträgt nun (Auszug)
Im obigen Beispiel ist der Pumpenflansch zwar im Gewichtslastfall nahezu entlastet worden, jedoch ist die Belastung des Flansches im thermischen Lastfall immer noch zu groß. Dies ist auf die behinderte Wärmedehnung zurückzuführen. Vom Pumpenflansch ausgehend möchte sich die Leitung in Richtung X bewegen, dies wird jedoch durch die Deckendurchführung verhindert. Lediglich der Leitungsschenkel von Knoten 20 bis zu Durchführung kann diese Dehnung aufnehmen. Im Realfall wird die Durchführung bzw. das Futterrohr natürlich nicht so ausgeführt sein, dass es quasi wie eine Passung über der Rohrleitung sitzt, sondern es wird zwischen der Rohrleitung und dem Futterrohr ein Spielraum vorhanden sein, der sich hier nutzen lässt.
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Das Lager 30 wird mit Spiel versehen Dem Lager 30 werden in beiden Behinderungsrichtungen X und Z je ein Spiel von 4 mm zugestanden.
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Die Eingabe hat nun die Form:
Das Schlüsselwort Gap bezieht sich immer auf das Lager in derselben Eingabezelle, auf das Lager 30.
Mit diesem Spiel reduziert sich die Lagerbelastung nochmals:
Stabilitätsberechnung nach der DIN 18800 Teil 4 für einen Rohrleitungsabschnitt
Aufbau:
Stabil #VonKnoten #NachKnoten #Druck #Abst.Versteifungsringe#Breite Versteifung #FlächeVersteifung
Beispiel 1:
Obiges Beispiel Stabilitätsberechnung mit einem Zylinder
von Knoten 10 bis Knoten 40 ,
Innendruck 1 bar Ü , Keine Versteifungsringe.
Beispiel 2
STABIL#10#40#1#2000#15#1500
Beispiel Stabilitätsberechnung mit einem Zylinder von Knoten 10 bis Knoten 40, Innendruck 1 bar Ü, Abstand der Versteifungsringe 200 mm, Dicke der Ringe = 15mm und die Querschnittsfläche des Ringes beträgt 1500 mm²
Vorgehensweise
Gelenksysteme aus Angularkompensatoren werden am besten mit den Kompensatoren Angulas Knie abgebildet. Hier wird die Drehung um den Gelenkbolzen mit dem Balg als Drehfeder korrekt abgebildet.
Hier ein Gelenksystem mit 3 Angularkompensatoren.
und die zugehörige Eingabe:
Verwenden Sie die frei wählbare Komponente (s. Beschreibung beliebiger Komponenten) für Kompensatoren mit Mehrfach-Wirkungen, wie z.B. Angular- und Axialbewegungen oder schräge Einbaulagen.