2022-04-03
Elementy konstrukcyjne instalacji przemysłowych ulegają w warunkach eksploatacyjnych różnym obciążeniom, które mogą mieć charakter statyczny lub zmienny. Za podstawowe kryterium oceny rodzaju naprężeń uznaje się fizyczną formę uszkodzenia materiału.

O ile naprężenia statyczne prowadzą do zniszczenia elementu pod wpływem przekroczenia wartości wytrzymałości doraźnej i granicy plastyczności, o tyle naprężenia zmienne powodują zniszczenia wskutek długotrwałego oddziaływania obciążenia.

Czym są naprężenia dopuszczalne?

Za dopuszczalne naprężenia uznaje się te, które mogą pozostawać w danym elemencie instalacji przemysłowej bez ryzyka naruszenia granicy wytrzymałości. Wartości te ustalane są w zależności zarówno od właściwości wykorzystywanego materiału, jak i charakteru samych obciążeń. Do podstawowych parametrów wytrzymałościowych zalicza się minimalną wytrzymałość na rozciąganie oraz granicę plastyczności. Celem uzyskania konkretnego stopnia pewności co do braku zniszczeń lub trwałych odkształceń danej części instalacji, określa się specjalne współczynniki bezpieczeństwa. Naprężenia dopuszczalne wyznaczać można za pomocą wzoru k = Re/xe lub k = Rm/xm. Współczynnik bezpieczeństwa dla materiałów plastycznych określa się jako xe, a dla materiałów kruchych jako xm.

Jakie są dopuszczalne wartości przy zmiennych obciążeniach?

W instalacjach przemysłowych wykorzystywane są różne komponenty, których części ulegają zmiennym obciążeniom - zarówno tętniącym i wahadłowym, jak i tym o przebiegu nieustalonym. Wytrzymałość elementów jest wówczas znacznie niższa, niż przy obciążeniach stałych. Ze względu na zmiany występujące w używanych tworzywach, pod wpływem zmiennych naprężeń następuje proces, który dla uproszczenia nazywa się zmęczeniem materiału. Wartości najwyższych naprężeń niewywołujących zniszczeń w ciągu ustalonej liczby zmian należy ustalać doświadczalnie, określając tzw. wytrzymałość na zmęczenie. W zależności od typu obciążenia, parametr ten oznaczany jest jako Z oraz dodatkowo uzupełniany symbolem wskazującym na cykl działania obciążeń - wahadłowy, odzerowo tętniący lub dowolny i jednoznacznie określony.

Jak zapewnić bezpieczeństwo instalacji przy zmiennych obciążeniach?

Prawidłowo dobrane elementy instalacji przemysłowej mogą podnieść bezawaryjność pracy rurociągów, jednak niezbędny jest przy tym ich właściwy montaż. Odpowiednia obejma do rur stalowych będzie w stanie utrzymać ich ciężar nawet po zamontowaniu do stropu lub ściany budynku, z uwzględnieniem obciążeń układu oraz wydłużalności przewodów spowodowanej zmianami temperatury. Duże znaczenie ma także rozmieszczenie elementów. Obejma na rurę ograniczająca jej poprzeczny ruch może jednocześnie zezwalać na ruch wzdłużny przewodów, co gwarantuje bezpieczeństwo eksploatacji również przy zmiennych obciążeniach mechanicznych oraz termicznych. Bogatą ofertę takich produktów posiada firma Sikla. W asortymencie dostępna jest np. obejma stalowa do rur ze specjalną gumą eliminującą hałas i drgania, a także wersja z warstwą izolacyjną do ochrony przed kondensacją pary wodnej.

Dlaczego trzeba uwzględniać własności mechaniczne materiałów konstrukcyjnych?

Materiały wykorzystywane w instalacjach przemysłowych posiadają specyficzne właściwości, które powinny być wyznaczane zgodnie z wymaganiami polskich norm w poszczególnych elementach układu. W tym celu stosuje się znormalizowane schematy prób z oznaczeniem podstawowych parametrów, których wykonanie pozwala na uzyskanie odpowiednich wykresów. Każda wykorzystana obejma do rur stalowych powinna odpowiadać tym wymaganiom, aby nadawała się do mocowania instalacji tworzonych według konkretnych norm. Nie bez znaczenia pozostaje też specjalistyczna kontrola elementów na etapie produkcji. Wszystkie obejmy ze stali nierdzewnej należy poddawać niezależnym testom, przeprowadzanym przez zewnętrzne firmy. W ten sposób zyskać można pewność tworzenia stabilnych konstrukcji, które będą wytrzymałe, trwałe i bezawaryjne. Każda obejma do łączenia rur powinna również posiadać niezbędne certyfikaty, potwierdzające jej rzeczywiste parametry techniczne.

Nadesłał: slawek