TCMUTD Capitolul 1

Universitatea Petrol Gaze din Ploieti Facultatea de Inginerie Mecanic i Electric

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe ZECHERU

TEHNOLOGIA CONSTRUCTIEI SI MENTENANTA UTILALELOR PETROCHIMICE SI DE RAFINARII TCMUTD CAPITOLUL I

PLOIESTI, 2009

UPP TCMUTD _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanic

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 1

BIBLIOGRAFIA DE BAZA

1. Raeev D., Zecheru Gh., Tehnologia fabricrii aparaturii instalaiilor statice petrochimice i de rafinrii, Editura Tehnic, Bucureti, 1982

2. * * * PT C4/1 2003 Cerine tehnice privind montarea, instalarea, exploatarea, repararea i verificarea recipientelor metalice stabile sub presiune, ISCIR ( M.O. 929 bis / 23.12.2003)

3. * * * PT C4/2 2003 Ghid pentru proiectarea, construirea, montarea i repararea recipientelor metalice stabile sub presiune, ISCIR ( M.O. 70 bis / 28.01.2004)

4. * * * Normele tehnice privind proiectarea, executarea i exploatarea sistemelor de alimentare cu gaze naturale, Aprobate prin Ordinul Ministrului Economiei i Comerului nr. 58/2004 (M.O. 173/27.02.04)

5. * * * Norme tehnice pentru proiectarea i execuia conductelor de alimentare din amonte i de transport gaze naturale, Aprobate prin Decizia ANRGN nr. 1220/07.11.2006 (M.O. 960/29.11.2006)

6. * * * EN 13445 Unfired pressure vessels, CEN Bruxel, 2002 7. * * * EN 1011 Welding Recommendations for welding of metallic materials 8. * * * API Specification 5L:2004 (American Petroleum Institute API), Specification for line pipe 9. * * * API Standard 650, Welded Steel Tanks for Oil Storage 10. * * * API Standard 579:2005, Recommended practice for Fitness for Service and continued operation of

equipment (piping, vessels and tanks)



I. GENERALITATI SI ELEMENTE DE BAZA PRIVIND FABRICAREA

APARATURII DE TRANSPORT SI DEPOZITARE ATD

1. Introducere

Dezvoltarea i perfecionarea proceselor tehnologice de transport, depozitare, tratare i condiionare a produselor petroliere lichide i a gazelor naturale a impus diversificarea i sporirea severitii regimurilor de lucru ale aparaturii utilizate.

Asigurarea performanelor ATD (n concordan cu condiiile de lucru ale conductelor de transport, rezervoarelor de depozitare i instalaiilor de tratare i condiionare a produselor) a fost i va fi determinat de dou aspecte importante:

Progresul tehnic n domeniul elaborrii i prelucrrii materialelor (ndeosebi al materialelor metalice i, mai ales, al oelurilor); n prezent, n domeniul realizrii elementelor de ATD se utilizeaz cu succes materiale moderne, cum sunt materialele polimerice, ceramicele i materialele compozite.

Progresul tehnic n domeniul realizrii mbinrilor nedemontabile (ndeosebi n domeniul sudrii materialelor metalice i, mai ales, a oelurilor).



2. Clasificarea ATD

Criteriul 1: Procesele fizico chimice care se desfoar n aparat: Aparate de schimb de cldur (n care se realizeaz transferul de cldur ntre dou

medii de lucru separate printr-un perete: schimbtoare de cldur cu fascicul tubular, schimbtoare de cldur eav n eav, condensatoare, vaporizatoare, rcitoare etc.)

Aparate de schimb de mas i cldur (n care transferul de cldur ntre mediile de lucru aflate n contact direct se realizeaz simultan cu reaciile chimice care se desfoar ntre acestea: coloane de rectificare, coloane de extracie, coloane de stabilizare, turnuri de rcire etc.)

Aparate de nclzire cu surse termice (cuptoare, cazane etc.) Aparate pentru separarea i purificarea produselor (separatoare, decantoare, filtre etc.) Amestectoare Rezervoare de depozitare (cilindrice verticale sau orizontale, sferice etc.) Conducte tehnologice, de transport, de distribuie i de alimentare (care transport

materiile prime i produsele ntre diferite componente ale unor instalaii de condiionare sau tratare, sau care fac parte din retelele de transport, distribuie i alimentare a consumatorilor cu diferite produse petroliere lichide sau cu gaze naturale)



Criteriul 2: grosimea peretelui aparatului: Aparate cu perete subire, care au grosimea de perete s mai mic

dect sau egal cu o valoare convenional sc (s sc); Aparate cu perete gros, cu grosimea de perete s mai mare dect

sc (s > sc)

Aceast clasificare se bazeaz pe urmtoarele argumente: Aparatele cu perete subire se realizeaz din semifabricate metalice

cu grosime mic, obinute (de obicei) prin deformare plastic (laminare, forjare, matriare etc.) din lingouri de dimensiuni mici, care conin puine defecte i asigur niveluri ridicate ale caracteristicilor fizico mecanice ale semifabricatelor produse. n plus, asamblarea prin sudare a componentelor acestor aparate implic folosirea unor procedee de sudare simple i/sau realizarea unor mbinari sudate cu numr mic de rnduri i straturi, cu structuri n CUS i ZIT favorabile asigurrii caracteristicilor fizico mecanice impuse de funcionarea n siguran a aparatelor i care nu necesit aplicarea de tratamente termice post sudare.



Aparatele cu perete gros se realizeaz din semifabricate metalice

cu grosime mare, obinute (de obicei) prin deformare plastic (laminare, forjare, matriare etc.) din lingouri de dimensiuni mari, care conin multe defecte i determin niveluri relativ sczute ale caracteristicilor fizico mecanice ale semifabricatelor produse. n plus, asamblarea prin sudare a componentelor acestor aparate implic folosirea unor procedee de sudare speciale i/sau realizarea unor mbinari sudate cu numr mare de rnduri i straturi, cu structuri n CUS i ZIT care necesit aplicarea de tratamente termice postsudare pentru asigurarea caracteristicilor fizico mecanice impuse de funcionarea n siguran a aparatelor.

Grosimea convenional sc folosit la demarcarea celor dou categorii de aparate are caracter istoric, perfecionarea n timp a metodelor i procedeelor tehnologice de elaborare a materialelor metalice, de obinere a semifabricatelor i de realizare a mbinrilor sudate determinnd creterea valorii sc. n prezent, se consider sc = 36 mm.



Criteriul 3: gabaritul aparatului:

Aparate gabaritice, ale cror dimensiuni permit ca ele s poat fi transportate, fr probleme sau restricii, pe osele, ci ferate, fluviale sau maritime

Aparate negabaritice, ale cror dimensiuni depesc dimensiunile de gabarit reglementate prin standarde sau acte normative pentru a fi admis transportul acestora pe osele, ci ferate, fluviale sau maritime. Dac un aparat negabaritic nu depete mult dimensiunile corespunztoare ncadrrii sale n prima categorie, se poate realiza transportul su pe anumite ci de comunicaie, cu acordul i monitorizarea organelor de resort competente; dac aceast soluie nu poate fi acceptat, aparatele negabaritice se secioneaz n subansambluri gabaritice, care se transport la locul n care aparatele trebuie amplasate, unde se realizeaz lucrrile de montare i reasamblare definitiv.



3. Caracteristicile fabricrii ATD

Fabricarea ATD are urmtoarele caractersitici generale:

Caracterul produciei este de unicat sau de serie foarte mic; n plus, deoarece durata de via a aparatelor este mare (de obicei, 1030 ani), atunci cnd se impune nlocuirea acestora se face i modernizarea lor constructiv funcional, astfel c fabricarea oricrui aparat nu este caracterizat de repetabilitate

La realizarea aparatelor se folosesc cu precdere (peste 85 %) semifabricate realizate prin deformare plastic, de tip tabl, platband sau eav

Operaiile tehnologice cu cea mai mare pondere n procesele de fabricare a aparatelor sunt operaiile de prelucrare mecanic (prin achiere), de montaj i de sudare (operaiile de montaj i sudare reprezint peste 60 % din volumul lucrrilor care se realizeaz pentru a obine un astfel de aparat)



Fabricarea aparatelor are urmtoarele elemente comune cu fabricarea de maini grele:

Aparatele i componentele lor au dimensiuni mari, iar forma acestora este de obicei cilindric;

n procesul de fabricare se folosesc utilaje staionare grele (maini de ndreptat, prese, maini de curbat, maini de rabotat marginile tablelor etc.), dar i unele utilaje mobile (maini de polizat, maini de gurit, agregate de sudare etc.)

Echipamentele de ridicare din atelierele de fabricare (macarale, poduri rulante etc.) pot avea funcii de lucru directe, fiind utilizate, ca accesorii (pentru susinerea semifabricatelor), n cursul activitilor efective de prelucrare (realizate n timpul de baz) ale unor utilaje grele (maini de ndreptat, maini de curbat etc.); n prezent aceast caracteristic tinde s dispar, fiind realizate utilaje care sunt dotate cu accesorii care preiau aceste funcii ale mainilor de ridicat (aa cum se poate observa n fig. 1.1).



Fig. 1.1. Exemple de maini dotate cu dispozitive de susinere a semifabricatelor n cursul prelucrrii

O parte din operaiile tehnologice de prelucrare se realizeaz concomitent cu operaiile de montaj

Operaia principal a proceselor tehnologice este operaia de sudare, care influeneaz esenial calitatea i performanele tehnice ale aparatelor



4. Principiile elaborrii proceselor tehnologice de fabricare a ATD

4.1. Datele iniiale necesare proiectrii proceselor tehnologice

Datele iniiale necesare proiectrii proceselor tehnologice de fabricare a

elementelor de ATD sunt aceleai ca i la proiectarea proceselor tehnologice de fabricare a pieselor pentru construcia de maini:

Caracteristicile constructive i funcionale (desenul de execuie i condiiile tehnice) ale elementului de ATD care trebuie fabricat

Volumul produciei (numrul elementelor de ATD care se fabric) Baza material disponibil pentru fabricarea elementului de ATD (maini,

dispozitive, echipamente, scule, instrumente i dispozitive de masurare etc.) Criteriul economic care se aplic pentru selectarea proceselor tehnologice;

pentru obinerea oricrui element de ATD se pot concepe mai multe procedee tehnologice (tehnic posibile) de fabricare, decizia privind alegerea procesului tehnologic care trebuie aplicat trebuind s fie luat prin utilizarea unui criteriu economic: costurile de fabricare minime i/sau productivitatea maxim



4.2. Structura proceselor tehnologice

Procesele tehnologice de fabricare a elementelor de ATD au aceeai structur ca i procesele tehnologice de realizare a pieselor pentru construcia de maini, prile componente ale acestora fiind:

Operaia partea procesului tehnologic de realizare a unui element de ATDcare se realizeaz la acelai loc de munc sau pe aceeai main (acelai utilaj), de ctre un muncitor sau o echip de lucru

Aezarea partea operaiei care se execut la o singur fixare (prindere), pe maina sau utilajul de lucru, a elementului de ATD care se fabric

Faza partea unei aezri, n cursul creia se produce o singur transformare tehnologic a elementului de ATD care se fabric, folosind o singur scul sau element de lucru i un singur regim tehnologic

Trecerea partea unei faze, care se realizeaz la o singur deplasare a sculei sau elementului de lucru n direcia de avans Exemple de operaii, aezri, faze, treceri sunt prezentate n [1] p.14,15



Aplicaie. Pentru nchiderea unei virole cilindrice (realizat din tabl prin curbare), se execut, dintr-o singur parte (din exterior), ntr-un rost n form de V, folosind procedeul de sudarea prin topire cu arc electric i electrozi nvelii SE, o mbinare sudat longitudinal, cu 6 rnduri i trei straturi, cele 3 rnduri de la rdcina CUS fiind realizate cu electrozi cu diametrul de = 3,25 mm, iar rndurile de umplere a rostului fiind realizate cu electrozi cu de = 4,0 mm. Cte aezri, cte faze i cte treceri are operaia de sudare a virolei?

Rezolvare. Pentru fiecare diametru de al electrozilor folosii la sudare se utilizeaz cte un regim distinct de sudare i, ca urmare, operaia de sudare are 2 faz.e. Realizare fiecrui rnd al CUS corespunde cu o trecere i, ca urmare, fiecare faz a operaiei de sudare are cte 3 treceri.

Concluzia: operaia de sudare precizat n enunul aplicaiei are 2 faze i 6 treceri.



4.3. Schema de execuie

La fabricarea oricrui ATD, schema de execuie (succesiunea de etape din procesul tehnologic de realizare) este aceeai, coninutul etapelor fiind ns diferit, funcie de caracteristicile constructive ale aparatului.

Schema de execuie pentru un aparat gabaritic cuprinde urmtoarele etape:

1. Etapa operaiilor pregtitoare (n care se realizeaz elemnetele componente ale ATD)

2. Etapa operaiilor de montaj n vedera sudrii 3. Etapa operaiilor de sudare 4. Etapa operaiilor de tratament termic postsudare 5. Etapa operaiilor de montaj final (cuprinznd n principal operaiile

de realizare a unor mbinri demontabile) 6. Etapa operailor de probare i de verificare final a calitii ATD



n cazul unui aparat negabaritic, dup parcurgerea tuturor etapelor precizate anterior, se procedeaz la secionarea aparatului n pri / componente gabaritice, care se transport n antier, la locul de amplasare final a apartului, dup care se completeaz schema de execuie cu urmtoarele etape:

7. Etapa operaiilor de montaj n vederea sudrii a componentelor gabaritice

8. Etapa operaiilor de asamblare prin sudare a componentelor 9. Etapa operaiilor de tratament termic postsudare 10. Etapa operaiilor de montaj final (cuprinznd n principal operaiile

de realizare a unor mbinri demontabile) 11. Etapa operailor de probare i de verificare final a calitii

aparatului

n condiiile marii diversiti a ATD, folosirea schemei de executie este un element deosebit de util, care permite aplicarea unei strategii de lucru unice la proiectarea proceselor tehnologice de fabricare a oricrui astfel de aparat.



4.4. Tipizarea proceselor tehnologice

Tipizarea proceselor tehnologice este un instrument important de cretere a operativitii elaborrii proceselor tehnologice de fabricare a elementelor de ATD. n vederea folosirii acestui instrument este necesar mprirea elementelor de ATD n urmtoarele categorii, funcie de asemnrile constructive i tehnologice:

CLASE; o clas cuprinde elementele de ATD caracaterizate prin aceleai probleme tehnologice de fabricare;

TIPURI; un tip cuprinde elementele unei clase, care se pot fabrica prin realizarea aceluiai proces tehnologic;

GRUPE; o grup cuprinde elementele unui tip, care au dimensiuni apropiate i se pot realiza cu aceleai maini i utilaje tehnologice.



De exemplu, fundurile pentru ATD reprezint o clas de elemente, care cuprinde mai multe tipuri (funduri eplipsoidale, semisferice i mner de co, funduri plate, funduri conice), elementele fiecrui tip putnd fi mprite n grupe dimensionale, realizabile cu aceleai maini i utilaje tehnologice. Pentru elementele aceluiai TIP se elaboraz un singur proces tehnologic: procesul tehnologic tipizat. Procesele tehnologice tipizate se pot elabora aplicnd urmtoarele principii:

Principiul diferenierii operaiilor; n cazul unui proces tehnologic elaborat pe acest principiu, elementul de aparat efectueaz o succesiune de deplasri, fiecare operaie fiind executata la un alt loc de munc (un alt utilaj sau o alt main unealt).

Principiul concentrrii operaiilor; n cazul unui proces tehnologic elaborat pe acest principiu, elementul de aparat rmne amplasat la un post fix, la care se deplaseaz succesiv echipamentele i echipele de lucru care realizeaz diferite operaii.



Principiul diferenierii operaiilor este potrivit pentru procesele tehnologice de fabricare a componentelor de ATD, iar principiul concentrrii operaiilor este adecvat pentru procesele tehnologice de asamblare a componentelor i de obinere a aparatelor sau subansamblurilor gabaritice ale acestora. Fiecare proces tehnologic tipizat se elaboreaz n dou variante: o variant operativ (de aplicare curent), realizabil cu baza material disponibil la momentul respectiv i o variant de perspectiv, care ine seama de dotrile ce urmeaz a mbogi baza material existent.



5. Principiile interschimbabilitii n domeniul ATD

Dup cum este cunoscut, Interschimbabilitatea este proprietatea unui element, subansamblu sau ansamblu de a putea fi nlocuit, fr prelucrri suplimentare la montaj i fr a fi afectat funcionalitatea subansamblului, ansamblului sau instalatiei din care face parte. Pentru a putea fi aplicate principiile interschimbabilitii trebuie s existe un sistem de tolerane i ajustaje coerent, consistent i unanim recunoscut. n prezent, nu exist un astfel de sistem pentru ATD, principalele aspecte rezolvate n acest domeniu fiind cele expuse n continuare.



5.1. Dimensiunile de referin (de baz) ale elementelor de ATD

Pentru orice element de ATD (realizat din semifabricat de tip tabl, platband sau eav) dimensiunile de referint sunt grosimea de perete s i unul din diametre: diametrul mediu Dm, diametrul interior Di sau diametrul exterior De. Diametrul mediu Dm (mpreun cu grosimea s) se folosete ca dimensiune de referin: La calculele de rezisten mecanic ale elementelor de

ATD; La unele calcule tehnologice (calculul desfuratelor

elementelor de ATD, determinarea gradului de deformare a materialului la transformarea unui semifabricat ntr-un element de ATD).



Pentru elementele de ATD cu diametrul nominal mai mic dect 500, care se realizeaz (n mod obinuit) din semifabricate de tip eav, dimensiunile de referin sunt grosimea de perete s i diametrul exterior De. Pentru elementele de ATD cu diametrul nominal mai mare dect 500, care se realizeaz (n mod obinuit) din semifabricate de tip tabl sau platband, prin curbare i sudare longitudinal, dimensiunile de referin sunt grosimea de perete s i diametrul interior Di.



n regulile de mai sus, factorul care decide dimensiunile de referin este tehnologia de fabricare, marimea diametrului nominal fiind numai orientativ. Astfel, dac corpul unui aparat are diametrul nominal sub 500, dar grosimea de perete este mare i nu exist (n gama tipodimensional standardizat) un semifabricat tip eav adecvat, se va confeciona corpul din virole (realizate din tabl, prin curbare i sudare longitudinal) i dimensiunile de referin vor fi grosimea de perete s i diametrul interior Di. Similar, dac corpul unui aparat are diametrul nominal peste 500, dar grosimea de perete este mic i exist disponibil un semifabricat de tip eav, se va confeciona corpul din eav i dimensiunile de referin ale acestuia vor fi grosimea de perete s i diametrul exterior De.

Informaii suplimentare privind alegerea dimensiunior de referin pentru elementele de ATD sunt date n [1] p.18-20.



5.2. Abaterile admisibile i toleranele mbinrilor sudate cap la cap ale ATD

Abaterile admisibile i toleranele mbinrilor sudate cap la cap s-au stabilit din condiia asigurrii rezistenei mecanice a acestor mbinri. S-a utilizat o schem de calcul de tipul celei prezentate n figura 1.2.

Fig. 1.2. Schema folosit pentru stabilirea abaterilor admisibile i toleranelor la mbinrile sudate cap la cap ale elementelor de ATD



Analiznd figura 1.2 rezult urmtoarele:

Elementele de aparatur V1 i V2 care se mbin cap la cap au o abatere de aliniere ;

mbinarea sudat dintre cele dou elemente are rezistent mecanic corespunztoare, dac n orice seciune transversal prin zona CUS (n care nu se consider supranlarea i rdcina CUS) se asigur o grosime de perete cel puin egal cu grosimea s a virolelor.

n seciunea transversal realizat cu planul y y grosimea de perete este numai s , iar reducerea de grosime este direct proporional cu abaterea de aliniere ( , reducerea de grosime crete odat cu abaterea de aliniere ).

Reducerea de grosime care poate fi acceptat este n funcie de grosimea s a virolelor; dac s este mare, se poate accepta o reducere mai mare i invers, rezultnd astfel c i ( ) pot fi fraciuni din s ( kss, 0 < ks < 1).



Pe baza acestui raionament s-au adoptat abaterile admisibile de aliniere ale elementelor de aparatur care se mbin prin sudare cap la cap (abaterea superioar As i abaterea inferioar Ai):

As = Ai = max = kss. Exeriena practic a condus la acceptarea unei valori ks = 0,1,

astfel c abaterile admisibile de aliniere ale elementelor de aparatur care se mbin prin sudare cap la cap se iau: As = Ai = 0,1s, iar tolerana este T = As Ai = 0,2s (1.1)

Experiena practic a condus la diferite variante ale formulelor (1.1) pentru stabilirea abaterilor admisibilor de aliniere ale elementelor de aparatur care se mbin prin sudare cap la cap; astfel, prescripile tehnice [4] precizeaz urmtoarele valori ale abaterilor admisibile [v. fig.1.4 i 1.5]:



pentru denivelrile mbinarilor sudate longitudinale ale virolelor: As = - Ai = min[0,1s; 3 mm];

pentru denivelrile mbinarilor sudate circulare dintre virole: As = - Ai = min[0,1s + 0,5 mm; 5 mm];

pentru denivelrile evilor care se mbin prin sudare cap la cap (prin orice procedeu, cu excepia sudrii prin presare):

As = - Ai = min[0,1s + 0,3 mm; 3 mm];

Standardul European [6] folosete schemele din figura 1.3 (mai generale dect cea din fig. 1.2) pentru a defini abaterile de aliniere ale elementelor de aparatur mbinate prin sudare cap la cap i prescrie adoptarea abaterilor admisibile folosind diagramele din figurile 1.4 i 1.5.



Fig. 1.3. Schemele cuprinse n [6] pentru definirea abaterilor de aliniere ale mbinrilor sudate cap la cap

Fig. 1.4. Valorile prescrise de [4] i [6] pentru abaterile admisibile de aliniere ale elementelor de aparatur (cu grosimi egale sau diferite) cu mbinri sudate cap la cap longitudinale



Fig. 1.5. Valorile prescrise de [4] i [6] pentru abaterile admisibile de aliniere ale elementelor de aparatur (cu grosimi egale sau diferite) care se asambleaz prin mbinri sudate cap la cap circulare



Analiznd schiele din figura 1.6, rezult c abaterile de aliniere

ale mbinrilor sudate cap la cap circulare (ntre elemente de aparat) au urmtoarele cauze : a. abaterile d ale diametrului elementelor care se mbin (generate fie la fabricarea virolelor, fie de ovalizarea acestora datorit nerigiditaii i nerigidizrii la montaj); b. abaterile de la concentricitate c ale elementelor care se asambleaz cap la cap. Se observ c, n general, c + d/2, iar acoperitor, se poate accepta c abaterile admisibile AsD, AiD i tolerana TD, la diametrul de referin al elementelor care se asambleaz cap la cap cu mbinri sudate circulare, trebuie prescrise ca i abaterile de aliniere ale mbinrilor, aplicnd formula (valabil pentru elemente de aparatur uzuale, cu grosimea de perete s sc = 36 mm):

AsD = AiD = 0,1s, iar tolerana este TD = AsD AiD = 0,2s. (1.2)



Fig. 1.6. Sursele abaterilor de aliniere ale mbinarilor sudate

cap la cap circulare (ntre elemente de ATD)



5.3. Abaterile efective la diametrul i la lungimea ATD

Abaterile efective la diametrul i la lungimea aparatelor se pot stabili utiliznd cunostinele privind rezolvarea lanurilor de dimensiuni. Urmtoarele noiuni trebuie reamintite, pentru a rezolva corect lanurile de dimensiuni:

Elementul de nchidere al unui lan de dimensiuni este dimensiunea (cota) care rezult ultima la prelucrarea mecanic sau la montarea pieselor ale cror dimensiuni sunt elementele lanului.

Dac un lan de dimensiuni se rezolv prin metoda algebric (metoda de maxim i de minim) tolerana elementului de nchidere este egal cu suma toleranelor elementelor componente ale lanului.

Dac un lan de dimensiuni se rezolv prin metoda probabilistic, ptratul toleranei elementului de nchidere este egal cu suma ptratelor toleranelor elementelor componente ale lanului.

Metoda probabilistic de rezolvare a lanurilor de dimensiuni se aplic numai cnd se lucreaz cu loturi mari de piese sau de ansambluri de piese, n cazul loturilor mici fiind recomandat metoda algebric.



Dac virolele care alctuiesc corpul cilindric (cu diametrul interior Di) al unui aparat au circumferina realizat din mai multe table (cu lungimile Li, i = 1... n, n fiind numrul tablelor din care este realizat fiecare virol), asamblate prin suduri cap la cap longitudinale (cu rosturi avnd deschiderile bi, i = 1...n), atunci se poate alctui urmtorul lan de dimensiuni, n care lungimea circumferinei (Di) este elementul de nchidere:

= =+=

n

i

n

iiii bLD

1 1 . (1.3)

Aplicnd metoda algebric i observnd c toate elementele lanului sunt elememente mritoare, rezult:

+=

= =

n

i

n

ibiLiD TTT

1 1

1 ;

+=

= =

n

i

n

isbisLisD AAA

1 1

1 ;

+=

= =

n

i

n

iibiiLiiD AAA

1 1

1 , (1.4)

n care TD, TLi i Tbi sunt toleranele la diametrul aparatului, respectiv la lungimile Li si deschiderile bi, AsD, AsLi, Asbi abaterile superioare la diametrul aparatului, respectiv la lungimile Li i deschiderile bi, iar AiD, AiLi, Aibi abaterile inferioare la diametrul aparatului, respectiv la lungimile Li i deschiderile bi.



Dac corpul cilindric al unui aparat este realizat din mai multe elemente (cu lungimile Hi, i = 1... n, n fiind numrul elementelor din care este realizat corpul), asamblate prin suduri cap la cap circulare (cu rosturi avnd deschiderile bi, i = 1...n-1), atunci se poate alctui urmtorul lan de dimensiuni, n care lungimea aparatului H este elementul de nchidere:

=

=+=

n

i

n

iii bHH

1

1

1. (1.5)

Aplicnd metoda algebric i observnd c toate elementele lanului sunt elememente mritoare, rezult:

=

=+=

n

i

n

ibiHiH TTT

1

1

1;

=

=+= n

i

n

isbisHisH AAA

1

1

1;

=+= n

i

n

iibiiHiiH AAA

1

1, (1.6)

n care TH, THi i Tbi sunt toleranele la lungimea aparatului, respectiv la lungimile Hi si deschiderile bi, AsH, AsHi, Asbi abaterile superioare la lungimea aparatului, respectiv la lungimile Hi i deschiderile bi, iar AiH, AiHi, Aibi abaterile inferioare la lungimea aparatului, respectiv la lungimile Hi i deschiderile bi.

Informaii suplimentare privind stabilirea abaterilor efective la diametrul i la lungimea aparatelor sunt date n [1] p.22-23.



Aplicaie. Capacul mare al unui schimbtor de cldur este alctuit, aa cum se poate observa n figura 1.7, din trei componente asamblate prin sudare cap la cap: o flan cu gt, o virol cilindric i un fund elipsoidal. nlimile celor trei componente ale capacului mare au valorile nominale indicate n figura 1.7 i sunt realizate n condiiile de precizie corespunztoare toleranelor generale recomandate de standardele SR EN 22768-1 i ISO 2768-1, iar dechiderea rosturilor la asamblarea prin sudare a acestor componente este b1=b2= 0...2 mm. S se stabileasc lungimea nominal a capacului i abaterile efective la aceast dimensiune.

Fig. 1.7. Schia capacului mare al aparatului de schimb de cldur

considerat n aplicaie



Rezolvare. Utiliznd informaiile din Tabelul 1.1 i considernd clasa de toleran mijlocie, se stabilesc abaterile limit la nlimile celor trei componente ale camerei de distibuie: la nlimea flanei AsH1 = - AiH1, = 0,3 mm; la nlimea virolei AsH2 = - AiH2, = 0,8 mm ; la nlimea fundului AsH3 = - AiH3, = 0,5 mm. Indicaia b1 = b2 = 0...2 mm se consider n forma echivalent b1 = b2 = 1 mm i, ca urmare, Asb1 = Asb2 = - Aib1 = - Aib2 = 1 mm. Lanul de dimensiuni care include nlimea H = Hca a capacului mare are ecuaia general: H1 + b1 + H2 + b2 + H3 H = 0. Elementul de nchidere al lanului este H, deoarece aceast cot corespunde nlimii elementului care rezult n urma asamblrii prin sudare cap la cap a flanei cu gt, virolei cilindrice i fundului elipsoidal.

Tabelul. 1.1. Abateri limit pentru dimensiuni liniare de tip cote libere (SR EN 22768-1 i ISO 2768-1)

Clasa de toleran Abaterile limit pentru dimensiuni nominale (mm) Simbol Descriere (0,5;3] (3;6] (6;30] (30;120] (120;400] (400;1000] (1000;2000] (2000;4000]

f fin 0,05 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 - m mijlocie 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 2 c grosier 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 2 3 4 v grosolan - 0,5 1 1,5 2,5 4 6 8



Ecuaia lanului de dimensiuni se utilizeaz n forma:

H = H1 + b1 + H2 + b2 + H3. Utiliznd aceast ecuatie rezult valoarea nominal a nlimii capacului mare: H = 75+1+500+1+150 = 727 mm, iar prin aplicarea relaiilor din grupa (1.6), cu n = 3, se obin valorile toleranei i abaterilor efective la nlimea capacului:

= =

+= 31

2

1i ibiHiH TTT = (0,6 + 1,6 +1,0) + (2 + 2) = 7,2 mm;

= =

+= 31

2

1i isbisHisH AAA = (0,3 + 0,8 + 0,5) + (1 +1) = +3,6 mm

=

+= 3 21i i

ibiiHiiH AAA = (-0,3 - 0,8 - 0,5) + (-1 -1) = -3,6 mm



5.4. Toleranele mbinrilor cu joc dintre elementele ATD

n construcia ATD se utilizeaz, n mod obinuit, asamblrile /

ajustajele cu joc ntre elementele de aparatur (ajustajele cu strngere sau intermediare nu sunt practic ntlnite).

La stabilirea caracteristicilor ajustajelor cu joc din construcia ATD se iau n considerare urmtoarele particulariti i se aplic urmtoarele reguli:

Ajustajele cu joc din construcia ATD se formeaz ntre elemente realizate prin procedee tehnologice diferite (spre deosebire de ajustajele cu joc din construcia de maini, care se formeaz ntre piese realizate numai prin prelucrare mecanic / achiere).

Principalele tipuri de ajustaje cu joc ntlnite n construcia ATD sunt urmtoarele:



A. Ajustaj format ntre o pies de tip alezaj realizat n construcie sudat i o pies tip arbore realizat prin laminare; un exemplu este prezentat n figura 1.7 a.

B. Ajustaj format ntre o pies de tip alezaj realizat n construcie sudat i o pies tip arbore realizat, de asemenea, n construcie sudat; un exemplu este prezentat n figura 1.7 b.

C. Ajustaj format ntre o pies de tip alezaj realizat n construcie sudat i o pies tip arbore realizat prin prelucrare mecanic (achiere); un exemplu este prezentat n figura 1.7 c.

D. Ajustaj format ntre o pies de tip alezaj realizat prin prelucrare mecanic (achiere) i o pies tip arbore realizat prin laminare; un exemplu este prezentat n figura 1.7 d.



Fig. 1.7. Tipuri de ajustaje cu joc folosite n construcia ATD



Fig. 1.7. continuare. Schem comparativ a tehnologiilor de realizare a semifabricatelor pentru flanele plate, cu evidenierea avantajelor realizrii acestor semifabricate n construcie sudat (flane sudate)



Pentru fiecare element component al ajustajului (realizat printr-un anumit procedeu tehnologic) exist reguli distincte privind prescrierea abaterilor admisibile i toleranelor la dimensiuni (spre deosebire de piesele componente ale ajustajelor din construcia de maini, la care se aplic numai prescripiile sistemului ISO de tolerane i ajustaje).

Avnd n vedere particularitatea anterioar, pentru a se evita problemele privind asigurarea jocurilor prescrise, la ajustajele cu joc din construcia ATD se folosesc dou dimensiuni nominale, una pentru piesa tip alezaj i una pentru piesa tip arbore din compunerea ajustajului (spre deosebire de ajustajele din construcia de maini la care se prescrie o dimensiune nominal unic pentru cele dou piese care alctuiesc ajustajul).

Pentru rezolvarea unui ajustaj cu joc din construcia ATD se parcurg urmtoarele etape (prezentate considernd cazul unui ajustaj de tipul celui din fig. 1.7. c, cu piesa tip alezaj realizat din tabl, prin curbare i sudare longitudinal i piesa tip arbore obinut prin achiere):



Se ntocmete schema de calcul a ajustajului, aa cum se prezint n figura 1.8 pentru ajustajul considerat ca exemplu (schema corespunde detaliului A din fig. 1.7. c).

Fig. 1.8. Schema de calcul a unui ajustaj cu joc din construcia ATD



Se precizeaz (pe baz de argumente tehnologice, constructive i/sau funcionale) valoarea jocului minim Jmin; n cazul exemplului considerat, Jmin se stabilete din condiia asigurrii deplasrii libere a plcii tubulare (piesa tip arbore a ajustajului) n interiorul virolei capacului mare (piesa tip alezaj a ajustajului), n condiiile considerrii deformaiilor de natur termic pe care le sufer cele dou piese la temperaturile de regim ale schimbtorului de cldur din care fac parte).

Se precizeaz valoarea dimensiunii nominale a uneia din piesele care alctuiesc ajustajul (de obicei, a piesei care se realizeaz mai greu sau este mai scump); n cazul exemplului considerat se precizeaz diametrul interior al virolei capacului mare Di.

Se stabilesc abaterile admisibile i toleranele la dimensiunile nominale ale celor dou piese care alctuiesc ajustajul; n cazul exemplului considerat, innd seama de modul de obinere a celor dou piese rezult:



Pentru piesa tip alezaj se aplic formulele din grupul (1.2): As = +0,1s; Ai = 0,1s; TD = 0,2s;

Pentru piesa tip arbore se aplic regulile sistemului ISO (cunoscute) privind prescrierea abaterilor admisibile i toleranelor la piesele prelucrate prin achiere:

As = 0; Ai = Td; Td = ic, n care c este cifra clasei de precizie n care se realizeaz dimensiunea d, iar i este unitatea de toleran, care se calculeaz (n m) cu una din formulele (cunoscute):

mimi ddi 001,045,0 3 += , dac d 500 mm sau 1,2004,0 += midi , dac d > 500 mm,

dmi fiind diametrul mediu (n mm) al intervalului ISO n care se nscrie diametrul d al piesei tip arbore (Atenie! Dup cum este cunoscut, dac diametrul d al piesei analizate se afl n intervalul ISO avnd marginile dmin i dmax, diametrul mediu al intervalului este maxmindddmi = ).



Se calculeaz valoarea jocului maxim Jmax, cu formula (v. fig. 1.8): Jmax = Jmin + TD + Td . (1.7)

Se calculeaz dimensiunea nominal a celei de-a doua piese a

ajustajului; n cazul considerat ca exemplu, se determin valoarea diametrului d la care trebuie prelucrat piesa tip arbore (placa tubular) pentru a asigura dimensiunile stabilite ale ajustajului (Jmax i Jmin):

minmaxmin 2JTDaJADaJADd Diisisii +=+=+= .



6. Adaosuri i tolerane la operaiile de prelucrare a semifabricatelor pentru ATD

Aa cum s-a precizat anterior, pentru realizarea elementelor componente ale ATD se utilizeaz cu precdere semifabricate (laminate) de tip tabl, platband sau eav.

Schema general de prelucrare a unui astfel de semifabricat (cuprinznd succesiunea operaiilor prin care se modific dimensiunile semifabricatului destinat realizrii unui element de ATD) este prezentat n figura 1.9.

Fig. 1.9. Schema general de prelucrare a semifabricatelor pentru ATD



Folosind schema general de prelucrare se poate ntocmi schema de

calcul al adaosurilor de prelucrare a semifabricatelor pentru ATD. Considernd cazul realizrii (dintr-un semifabricat de tip tabl) unui element cilindric (virol) din compunerea unui aparat i aplicnd cunotinele anterioare privind determinarea adaosurilor de prelucrare pentru piesele din construcia de maini, se obine schema de calcul prezentat n figura 1.10. Schema de calcul se utilizeaz astfel:

Trebuie determinate dimensiunile de trasare ale elementului cilindric Ltr i Htr, dimensiunile desfuratei virolei finite Lp i Hp fiind cunoscute (se determin considernd valorile nscrise pe desenul de execuie ale dimensiunilor de referin ale virolei):

Lp = Dm b = (Di + s) b i Hp = H .



Schema de calcul prezint succesiunea de dimensiuni care

rezult n cursul procesului primar de prelucrare a semifabricatului pentru aducerea la dimensiunea Lp (necesar pentru a transforma semifabricatul, prin curbare i sudare longitudinal, n elementul de aparat dorit: trasare Ltr, debitare (tiere) Lt i prelucrarea marginilor Lp. Legtura dintre aceste dimensiuni successive se poate scrie astfel:

Lt = Lp + 2Anp; Ltr = Lt + c, n care Anp este adaosul nominal la prelucrarea marginilor semifabricatului (dup debitare), iar c limea stratului de material ndeprtat la debitare (limea tieturii); combinnd cele dou relaii, rezult urmtoarea formul (general) pentru dimensiunea de trasare Ltr: Ltr = Lp + 2Anp + c (1.8)



Fig. 1.10. Schema de calcul al adaosurilor de prelucrare a semifabricatelor pentru ATD



Pentru stabilirea adaosului nominal la prelucrarea marginilor Anp (care trebuie utilizat n relaia de calcul a dimensiunii de trasare Ltr) se adopt mai nti (aa cum se cunoate de la calculul adaosurilor de prelucrare pentru piesele destinate construciei de maini) valoarea necesar a adaosului minim garantat la prelucrarea marginilor Amingp; adaosul Amingp trebuie s fie suficient pentru ca la operaia de prelucrare a marginilor semifabricatului s se ndeprteze complet consecinele operaiei anterioare de prelucrare (debitarea) i anume: rugozitatea suprafeelor de tiere Rzt, stratul de material defect din vecintatea tieturilor mt i abaterile de la planeitate ale tieturilor pt: Amingp = Rzt + mt + pt. (1.9)



Cunoscnd Amingp, se calculeaz, aa cum sugereaz schema din figura 1.10, adaosul nominal la prelucrarea marginilor semifabricatului Anp, cu formula:

2Anp = 2Amingp + Tt , n schema din figura 1.10, Tt i Tp fiind toleranele la dimensiunile obinute la debitare, respectiv, la prelucrarea marginilor semifabricatului. Mrimile Rzt, mt, pt, Tt i c, care definesc calitatea semifabricatului debitat, se stabilesc n funcie de procedeul de debitare utilizat (v. Cap. II).



n legtur cu metodologia de calcul al adaosului la prelucrarea marginilor semifabricatelor i de stabilirea dimensiunilor de trasare, trebuie fcute urmtoarele observaii:

Schema de calcul pentru adaosurile de prelucrare i formula de calcul pentru dimensiunile de trasare ale semifabricatului s-au conceput considernd c la operaia debitare se folosete un procedeu tehnologic de debitare termic (cu consum de matarial la debitare), n formula (1.8) intervenind limea tieturii c; evident, dac debitarea semifabricatului se face prin forfecare (fr consum de material la debitare), formula (1.8) rmne valabil, dar trebuie luat c = 0.



La calculul adaosului minim garantat la prelucrarea marginilor trebuia adugat (n conformitate cu metodologia de calcul cunoscut de la realizarea pieselor pentru construcia de maini) i valoarea erorii de aezare / instalare a semifabricatului la aceast operaie de prelucrare ap. Eroarea de aezare la prelucrarea marginilor are dou componente: eroarea de bazare bp i eroarea de fixare fp, ap = bp + fp. Eroarea de bazare apare ns numai la prelucrarea loturilor mari de piese prin metoda reglrii la dimensiuni i, ca urmare, la prelucrarea marginilor semifabricatelor pentru ATD (realizat n producie de unicat sau serie foarte mic) se ia bp = 0. La prelucrarea marginilor, semifabricatele de tip tabl sunt fixate pe masa mainilor unelte prin aplicarea unor fore normale pe suprafaa lor i, deoarece forele de fixare sunt normale pe direciile cotelor care rezult la prelucrare, deformaiile produse semifabricatelor (pe direciile cotelor care se realizeaz) de aciunea acestor fore sunt neglijabile i se poate lua fp = 0. Ca urmare, la prelucrarea marginilor semifabricatelor de tip tabl sau platband pentru ATD, ap = 0 i formula (1.9) este corect. Informaii suplimentare privind stabilirea adaosurilor de prelucrare, calculul dimensiunilor de trasare i elaborarea planurilor de debitare a semifabricatelor pentru ATD sunt date n [1] p.28-30.

TCMUTD Capitolul 1

Documents

Transcript of TCMUTD Capitolul 1