Chiều dày tối thiểu thân trụ và chỏm cầu, áp suất cho phép với chiều dày thực, áp suất thử thủy lực. Thiết bị áp lực thuộc diện kiểm định phải tính và thẩm định theo quy chuẩn hiện hành.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Tính chiều dày thành tối thiểu của ống, bình khí nén, bình tích áp hình trụ có chỏm cầu theo EN 13445-3; áp suất cho phép với chiều dày đã chọn; và áp suất thử thủy lực. Lưu ý: bình áp lực thuộc diện kiểm định phải được tính và thẩm định theo quy chuẩn hiện hành bởi đơn vị có thẩm quyền.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Áp suất bên trong đẩy thành bình ra mọi phía, giống thổi bóng bay. Với hình trụ, thành bị kéo mạnh nhất theo vòng tròn (gấp đôi theo chiều dọc), nên bình hay nứt dọc thân. Chỏm cầu chia lực đều mọi hướng nên chỉ cần dày một nửa thân trụ.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.5 ứng suất · 0.6 vật liệu · 0.7 hệ số an toàn · 0.15 áp suất
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| p | Áp suất thiết kế (không nhỏ hơn áp suất đặt van an toàn) | bar | Thông số hệ thống |
| De | Đường kính ngoài thân | mm | Quy cách ống (ví dụ DN200: 219,1) |
| ReH, Rm | Giới hạn chảy ở nhiệt độ thiết kế; giới hạn bền ở 20 °C | MPa | Chứng chỉ thép; P235GH ≈ 235/360, P265GH ≈ 265/410 |
| z | Hệ số mối hàn – mức tin cậy của mối hàn dọc | – | Kiểm tra NDT 100 %: 1,0 · từng phần: 0,85 · chỉ quan sát: 0,7 |
| c | Lượng dư ăn mòn trong suốt tuổi thọ | mm | Thường 1 mm cho thép carbon, khí nén có nước |
| c1 | Dung sai âm chiều dày của tôn/ống | mm | Tiêu chuẩn sản phẩm (tấm, ống) |
| en | Chiều dày danh nghĩa định chọn | mm | Quy cách có sẵn |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Ứng suất thiết kế
Lấy giá trị nhỏ hơn giữa giới hạn chảy chia 1,5 và giới hạn bền chia 2,4:
f = min(ReH/1,5 ; Rm/2,4)
Bước 2. Chiều dày tính toán
Đổi áp suất sang MPa (chia 10). Thân trụ chịu ứng suất vòng gấp đôi chỏm cầu nên mẫu số khác nhau:
Thân trụ e = p·De/(2f·z + p) ; Chỏm cầu e = p·De/(4f·z + p)
Bước 3. Chiều dày yêu cầu
Cộng thêm lượng ăn mòn và dung sai chế tạo, rồi so với chiều dày chọn:
er = e + c + c1 ≤ en
Bước 4. Áp suất cho phép
Ngược lại: từ chiều dày thực còn lại sau khi trừ c và c1, tính áp suất lớn nhất cho phép (đổi lại sang bar):
ea = en − c − c1 ; pmax = 2f·z·ea/(De − ea)
Bước 5. Áp suất thử thủy lực
Bình mới phải được thử bằng nước ở áp suất cao hơn áp suất thiết kế:
PT = max(1,25·p·f20/fT ; 1,43·p)
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Áp suất thiết kế | p | 10 | bar | |
| 2 | Đường kính ngoài | De | 219,1 | mm | |
| 3 | Giới hạn chảy ở nhiệt độ thiết kế | ReH | 235 | MPa | P235GH ≈ 235; P265GH ≈ 265 |
| 4 | Giới hạn bền ở 20 °C | Rm | 360 | MPa | |
| 5 | Hệ số mối hàn z | z | 0,85 | Kiểm tra NDT 100 %: 1,0 · từng phần: 0,85 · chỉ quan sát: 0,7 | |
| 6 | Lượng dư ăn mòn | c | 1 | mm | |
| 7 | Dung sai âm chiều dày | c1 | 0,3 | mm | |
| 8 | Chiều dày danh nghĩa chọn | en | 4 | mm |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 9 | Ứng suất thiết kế | f | 150 | MPa | f = min(ReH/1,5; Rm/2,4) |
| 10 | Áp suất (MPa) | pM | 1 | MPa | |
| 11 | Chiều dày tính thân trụ | ec | 0,856 | mm | e = p·De/(2f·z + p) |
| 12 | Chiều dày tính chỏm cầu | es | 0,429 | mm | e = p·De/(4f·z + p) |
| 13 | Chiều dày yêu cầu thân trụ | er | 2,16 | mm | e + c + c1 |
| 14 | Chiều dày chọn ≥ yêu cầu | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 15 | Chiều dày tính toán còn lại | ea | 2,7 | mm | |
| 16 | Áp suất cho phép với chiều dày chọn | pmax | 31,82 | bar | pmax = 2f·z·e/(De − e) |
| 17 | Áp suất thử thủy lực | pt | 14,3 | bar | PT = max(1,25·p·f20/fT; 1,43·p) (lấy f20 = fT) |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Chiều dày tính thân trụ = 0,856 mm; Chiều dày yêu cầu thân trụ = 2,16 mm; Áp suất cho phép với chiều dày chọn = 31,82 bar.
Kiểm tra: Chiều dày chọn ≥ yêu cầu: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Luôn thử áp bằng NƯỚC, không thử bằng khí: khí nén tích nhiều năng lượng, nếu vỡ sẽ nổ rất nguy hiểm.
- Nếu KHÔNG ĐẠT: tăng chiều dày, hoặc nâng cấp kiểm tra mối hàn lên NDT 100 % (z = 1,0) – nhiều khi rẻ hơn tăng tôn.
- Robot hàn bình áp: mối hàn dọc chịu ứng suất vòng – là mối hàn quan trọng nhất; quy trình hàn (WPS) phải được phê duyệt.
- Công thức chỉ cho thân trụ và chỏm cầu nguyên vẹn; lỗ khoét, cổ ống, đáy elip/phẳng cần tính bổ sung theo EN 13445-3.