JU I SREDNJA ŠKOLA″Dr.Husein Džanić″VELIKA KLADUŠA

M A T U R S K I R A DTema: Način montaže vertikala, spajanje i zaptivanje cijevi od sivog liva

Mentor: Kandidat:Kiram Begzadić dipl.ing.maš. Alen Ljubijankić

Velika Kladuša, 10.05.2004 godine

1

1. Uvod

Cijevi su šuplja i na obje strane otvorena cilindrična tijela koja se, u svrhu vođenja i raspodjele tečnosti, plina ili pare, ili sastavljaju međusobno u pojedine vodove i cijevne mreže ili se montiraju između pojedinih mašinskih dijelova. Na zaokretima, priključcima i odvojcima cijevnog voda montiraju se između cijevi dijelovi naročitog oblika: račve, ukršnjaci, koljena, lukovi i si. Današnja industrija proizvodi gotovo za sve slučajeve primjene standardizovane cijevi i standardizovane ostale dijelove cjevovoda; samo se cijevi izuzetno velikih prečnika i cijevi za izuzetno visoke pritiske izrađuju od slučaja do slučaja prema narudžbi.

Cijevi se izračunavaju i dimenzionišu prema određenim pritiscima. Prema ovim pritiscima cijevi se svrstavaju u grupe. Ovo su nominalni ili nazivni pritisci, te je pri izračunavanju cijevi prema ovim pritiscima učinjena pretpostavka da temperatura materije koja protiče kroz cijev ne prekoračuje 120° C. Ali, pošto jačina materijala, odnosno dozvoljeno naprezanje prema kojem se cijev izračunava, zavisi od temperature kojoj će cijev biti izložena za vrijeme rada, tj. od temperature materije koja protiče, radni pritisak kod cijevi se ne poklapa sa nazivnim pritiskom za koji je cijev proračunata. U ovom pogledu treba razlikovati tri slučaja:

1. za tečnosti, plinove i paru do 120° C radni pritisak jednak je nazivnom;2. za paru i plinove do 300° C radni pritisak iznosi 0,8 od nominalnog;3. za plinove i pregrijanu paru do 400° C radni pritisak iznosi 0,64 od

nazivnog.

Cijevi, standardizovane prema nazivnim pritiscima, ispituju se propisanim probnim pritiscima. Visina probnog pritiska ne zavisi od svrhe kojoj je cijev namijenjena (tj. da li je za vodu, paru ili plin) i za više pritiske je za 50% veća od nominalnog pritiska. Pri probi, cijev se napuni vodom do određenog pritiska i udarcima čekića se provjerava da li je cijev gdjegod popustila. Plinske cijevi se pri probi stavljaju ispod vode i ispituju se sabijenim vazduhom.

Pored utvrđenih pritisaka usvojeni su, kao osnov za standardizaciju, takođe nazivni prečnici, koji se odnose na unutrašnji prečnik cijevi. Kod livenih cijevi unutrašnji prečnik jednak je nazivnom. Kod čeličnih cijevi nije tako, pošto je ovdje standardizovan spoljašnji prečnik. Kako se, međutim, debljina cijevi mijenja u zavisnosti od pritiska to i unutrašnji prečnik čeličnih cijevi većinom ne odgovara nazivnom prečniku.

Materijal cijevi građenih u mašinske svrhe jest liveno gvožđe, čelični liv, topljeni čelik, bakar, aluminium, kalaj, olovo, mesing, bronza i druge legure. U specijalnim industrijama danas se često primjenjuju cijevi od vještačkih materijala: plastičnih masa, eternita, keramike, gume i si. Zbog izvanredne hemijske otpornosti, naročito velik značaj za današnju hemijsku i srodne industrije imaju cijevi od polivinilhlorida (PVC), poznate kod nas pod imenom »Juvidur« cijevi.

2

2. Cijevi od livenog gvožđa

Cijevi od livenog gvožđa grade se od SL 14 i imaju veliku primjenu kod vodovoda, plinovoda i kanalizacije. Prema načinu spajanja dijele se na cijevi sa obodima (prirubnicama) i cijevi sa naglavcima. Cijevi od livenog gvožđa normirane su za prečnike 40 – 1200 mm. Normalne dužine livenih cijevi, tj. raz-maci između oboda cijevi, uzimaju se 2000 i 3000 mm, ako je nazivni prečnik cijevi manji od 200 mm; za prečnike cijevi 200 – 1200 mm normalne su dužine 3000 i 4000 mm.

Slika 1. Cijev sa obodima

Slika 2. Cijev sa naglavkom

Cijevi od livenog gvožđa upotrebljavaju se redovno za pritiske koji ne prekoračuju 10 at. U posebnim slučajevima uzimaju se i za pritiske do 16 at. Za još veće pritiske cijevi se liju od čeličnog liva. Upotrebu livenog gvožđa za pregrijanu paru temperature 300 – 40 °C treba izbjegavati.

Cijevi se liju u vertikalnom, a rjeđe u vodoravnom položaju. U ovom posljednjem slučaju mogu se, zbog ugiba jezgre ili zbog neispravnog položaja kalupa, dobiti cijevi sa nepodjednakom debljinom zida.

Za cjevovode koji se polažu u zemlju više odgovaraju livene cijevi, jer je kora liva otpornija prema oksidaciji. Da bi se cjevovod, pri polaganju u zemlji, mogao prilagoditi neravninama terena, uobičajeno je spajanje takvih cijevi naglavcima, jer ovi dopuštaju izvjesnu pokretljivost cijevi u sastavku. Naglavak se zaptiva kudjeljom, a na kraju se zalije rastopljenim olovom. Da bi se očuvale od rđanja, cijevi se asfaltiraju, odnosno katranišu. U tu je svrhu cijev, prethodno dobro osušena, zagrije na 100 – 150 °C pa se zatim uroni, na izvjesno vrijeme, u rastopljeni asfalt. One dijelove cijevi gdje se poslije stavlja zaptivka, ne treba asfaltirati, i stoga se oni prije stavljanja u asfalt premazu krečnim mlijekom. Ako

3

se to ne učini, rastopljeno olovo pri dodiru sa katranom prska, a katran izgara i čađi. Cijevi od livenog gvožđa, usljed djelovanja zemnih električnih, tzv. lutajućih, struja i slobodne ugljenične kiseline, vremenom gube svoju čvrstoću i polako se raspadaju.

Veliki napredak u izradi livenih cijevi postignut je primjenom centrifugalnog livenja. U nizu novih grana industrije izgrađenih u našoj zemlji vrlo značajno mjesto pripada industriji centrifugalnog liva u Željezari Ilijaš, koja sada uspješno i u punom obimu proizvodi centrifugalno livene cijevi, kako za potrebe domaće industrije tako i za izvoz.

Pri centrifugalnom livenju se rastopljeno gvožđe pribija uz zidove kalupa, gdje se ohladi i stvrdne. Nakon livenja cijev se pažljivo odgrijava. Mehaničke osobine ovako izrađenih cijevi nadmašuju, u svakom pogledu, osobine cijevi livenih u pijesku, tako da se kod njih može računati sa znatno većim dozvoljenim naprezanjem: 350 - 500 kp/cm2, mjesto 250 kp/cm'2, koliko se uzima kod cijevi livenih u pijesku.

4

3. Spajanje cijevi od SL

Međusobna veza dijelova cjevovoda treba da odgovara ovim osnovnim zahtjevima:

1) da je nepropustljiva,2) da može primiti uzdužne sile,3) da se lako sastavlja i rastavlja.

Cijevi od livenog gvožđa spajaju se naglavcima i obodima, a čelične cijevi obodima, cjevnim navrtkama, zavarivanjem, zakivanjem i lemljenjem. Od toga se najčešće primjenjuju čelične cijevi spojene obodima, navrtkama i zavarivanjem.

3.1. Spajanje naglavcima

Spajanje cijevi naglavcima prikazano je na slici 3. Veze ove vrste su jednostavne i jeftine, ali su podesne samo za umjerene pritiske, pošto ne mogu da prime veće uzdužne sile. Pored toga, veći pritisak mogao bi lako da izbaci zaptivku koja se drži samo trenjem. S druge strane, ovakav spoj omogućuje toplotne dilatacije cijevi i dopušta ugaonu pokretljivost cijevi, što je naročito korisno pri polaganju plinskih, vodovodnih i kanalizacionih cijevi u zemlji, gdje se nepodudaranja osi cjevovoda ne mogu izbjeći.

Slika 3. Spajanje cijevi naglavcima

5

Ova vrsta spoja ne zadovoljava uslovu lakog rastavljanja, jer da bi se cijev, npr. u slučaju kvara, mogla izvaditi iz cjevovoda, potrebno je uzdužno pomjeranje cijevi za dvostruku dužinu kojom ona leži u naglavku. Stoga se naglavcima spajaju samo cijevi podzemnih vodova, gdje su slučajevi demontiranja relativno rijetki.

Pri spajanju se stavlja glatki kraj cijevi koja se priključuje u naglavak susjedne cijevi i jedan dio nastalog međuprostora ispuni se kudjeljom natopljenom u katranu ili loju. Zatim se oko naglavka napravi kalup od ilovače i preostali dio međuprostora zalije olovom. Poslije toga se kalup odstrani a olovo se, prema naglavku, obrubi i podbije.

Da bi se zaptivka bolje držala i da je pritisak u cijevi ne bi lako istisnuo napolje, izrađuje se, ponekad žlijeb A, slika 4, na unutrašnjoj strani naglavka. U tu svrhu se podeblja, ponekad, i slobodni kraj cijevi B. Željezara Ilijaš isporučuje centrifugalno livene cijevi sa naročitom zavojnicom u naglavku i zaptivnim prstenom od gume. Sam način sklapanja je, na taj način, znatno uprošten i svodi se samo na uvrtanje prstena A, slika 3.

Slika 4. Žljeb na unutrašnjoj strani naglavka

Slika 5. Loptasti naglavci

6

Veća ugaona pomjeranja i trajnije oscilacije cijevi mogu primiti loptasti naglavci, odnosno zglavkaste veze. Zglavkaste veze upotrebljavaju se samo u izuzetnim slučajevima, pošto su vrlo osjetljive u pogledu zaptivanja i pošto se teško obrađuju. Kao što je na slici 5 naznačeno, cijev može slobodno oscilirati oko svoje osi i, pri tome, podbijena loptasta olovna površina A služi joj kao vođica.

Siika 6 predstavlja zglavkastu vezu, koja se može lako rastaviti. U slučaju niskih temperatura, dijelovi zglavkaste veze su od bronze. Ukoliko su manja relativna pomjeranja dijelova zglavkaste veze, utoliko je lakše postići hermetičnost spoja.

Slika 6. Zglavkasta veza koja se može lako rastaviti

Na zaokretima i odvojcima uključuju se u cjevovod posebni dijelovi kao račve, ukršnjaci, lukovi i si. Ovi su dijelovi takođe standardizovani. Priključak cijevi pod uglom postiže se umetanjem u cjevovod račvastih dijelova i koljena, slika 7. Primjenom račvi postiže se, prema potrebi, i redukcija presjeka na taj način što se prečnik D glavnog cjevovoda smanji na odgovarajući prečnik »d« priključnog voda.

Slika 7. Priključak cijevi

7

3.2. Spajanje cijevi obodima

Cijevi s obodima ispunjavaju sve uslove za propisno spajanje: lako se postiže hermetičnost veze, mogu primiti i veće uzdužne sile i lako se skidaju i namještaju. Ali je zato vezivanje cijevi s obodima skuplje.

Cijevi s obodima podesne su, zbog svojih odlika, i za vodove visokog pritiska. Kad je cjevovod na otvorenom prostoru ili u vlažnoj zemlji, izloženi su zavrtnji za spajanje jakom rđanju i stoga, u takvim slučajevima, imaju prednost cijevi sa naglavcima.

Razlikujemo vezane i slobodne obode. Prvi sačinjavaju sa cijevi jednu cjelinu, dok se drugi stave slobodno na prvobitno glatku cijev, pa se za njih tada izrade naročiti nasloni na krajevima cijevi.

Vezani obodi kod livenih cijevi izliju se izcijela sa cijevi. U novijim konstrukcijama često se obod uopšte izostavlja, a cijevi se međusobno jednostavno zavare, radi vrlo povoljnih rezultata, ovaj način u mašinskoj praksi primjenjuje se svuda gdje je to uopšte moguće po uslovima montaže.

Oblik oboda zavisi, uglavnom, od broja zavrtanja. Kod četiri i više zavrtanja, dakle, kod većih prečnika cijevi, obodi su gotovo uvijek cilindrični. Ali, ako se obod veže uz cijev sa dva zavrtnja, njegov je oblik ovalan. Kod tri zavrtnja obod je trouglastog oblika.

Po pravilu broj zavrtanja za međusobno spajanje cilindričnih oboda treba da je djeljiv sa 4. Raspored zavrtanja kod cijevi i svih dijelova armature cijevnog voda treba da je simetričan s obzirom na vertikalnu i horizontalnu os, slika 8. U samim osima ne smije biti zavrtanja, pošto se nekoji dijelovi armature na tim mjestima često pojačavaju rebrima i pošto tamo redovno ima najmanje mjesta za namještanje zavrtanja.

Slika 8. Raspored vijaka

8

Slika 9 prikazuje spajanje obodima cijevi od livenog gvožđa. Postepen prelaz tanke cijevi u masivni obod postiže se na taj način što se ovaj dio cijevi izradi konično sa nagibom 1:5 i sa dobro zaobljenim prelaznim ivicama. Time se olakša ukalupljivanje i postigne ravnomjernije hlađenje liva, a prelazna mjesta će biti manje izložena koncentraciji naprezanja.

Slika 9. Spajanje obodima

U konstrukcijama prema slika 10 obod A može ostati neobrađen, ako je samo dovoljno čisto odliven. Takav obod obično neznatno natkriva obod na koji se priključuje, da bi se na taj način izgubile male nepravilnosti oblika koje bi inače trebalo odstraniti obradom. Kod takvih neobrađenih oboda treba samo da se za navrtke izravnaju površine nalijeganja.

Slika 10. Lijevani obod

Slika 11 predstavlja izgled ukršnjaka, pravougaone račve i koljena za cijev sa obodima.

9

Slika 11. Pravougaone račve i koljena

Račve ovih oblika nisu podesne za vodove visokog pritiska, pošto se u dijelovima ovih komada javljaju velika naprezanja pri temperaturnim promjenama u cijevnom vodu.

Vrsta zaptivke za cjevovode treba da se izabere u zavisnosti od materije koja se sprovodi kroz cijevi, od njenog pritiska i temperature. Po pravilu debljina zaptivke, koja se namješta između naslona na obodima, treba da je što manja, jer ukoliko je debljina veća, utoliko je veći radijalni pritisak na zaptivku u toku rada i utoliko prije bi moglo nastupiti istiskivanje zaptivke sa njenog ležišta. Da ne bi pritisak tako lako izbacio zaptivku, često izradi na čeonim površinama oboda nekoliko koncentričnih usjeka, koji osiguravaju položaj zaptivke. Ovakav je način zaptivanja potpuno siguran za pritiske do 8 at. Kod većih pritisaka zaptivka se zatvori u koncentričnom žlijebu A, slika 4, koji se izradi na obodu cijevi. Prstenasti dio B kod priključne cijevi sabija zaptivku, a ujedno služi i za centrisanje cijevi pri montaži. Mana ovog način zaptivanja je ta što se cijev ne može izvaditi iz cjevovoda ako se prethodno ne pomjeri u uzdužnom pravcu za dvostruku dužinu prstenastog ispupčenja za centrisanje.

Da bi se na glatkim zaptivnim površinama oboda osigurao pravilan položaj zaptivke, kako ova ne bi prodrla i preko ivica otvora i na taj način smanjila presjek proticanja, treba spoljašnji prečnik zaptivnog prstena tako podesiti da se ovaj prsten nasloni na zavrtnje, koji ga na taj način centrišu.

Uspješno zaptivanje spojenih oboda zahtijeva ravnomjerno pritezanje zavrtanja koji, po pravilu, treba da su tako smješteni da u toku rada omoguće naknadno pritezanje pod punim pritiskom.

Zavrtnji za spajanje oboda vrlo su nepovoljno napregnuti usljed istovremenog istezanja i savijanja koja potiču od radnog pritiska u cijevi i od prethodnog zatezanja, a i od toplotnih deformacija cijevi. Radi sigurnosti proračuna uzima se da je punom radnom pritisku izložen ne samo presjek cijevi već i cijela površina zaptivača.

10

4. Zaptivanje cijevi na sastavcima

Zaptivanje cijevi na sastavcima. Pri neposrednom zaptivanju, dodirne površine treba da se glačanjem dotjeraju jedna prema drugoj. Za uspješno zaptivanje potrebno je naročito precizno glačanje i pažljivo sastavljanje dijelova, što u znatnoj mjeri poskupljuje izradu. Pored toga, ovakve zaptivne površine vrlo su osjetljive prema prašini i nečistoći i lako se ozljeđuju, te zbog toga zahtijevaju stalnu pažnju pri radu.

Mjesto neposrednim nalijeganjem glačanih površina, zaptivanje se, ponekad, postiže umetanjem na mjestu sastavka bakarnih i bronzanih leća čije glačane površine hermetično zatvaraju sastavak, slika 12. Loptasta površina leće dopušta međusobno osciliranje spojenih oboda i olakšava, prema tome, priključak savijenih cijevi. Ali, kod jako promjenljivih temperatura spojevi ove vrste lako postaju nehermetični usljed naizmjeničnih izduživanja i skupljanja cijevi. Pri skupljanju cijev ne naliježe dobro na leću i usljed toga propušta, pri ponovnom izduženju cijevi, leća se čvrsto uglavi između oboda i time spriječi propuštanje. Pri zaptivanju parnih vodova stavljaju se često na sastavcima oboda prstenovi od valovitog bakarnog ili čeličnog lima - većinom sa ulošcima od azbesta, kudjelje sa grafitom i si. Za pregrijanu paru temperature 300-400 °C ne dolazi u obzir bakarni lim, već samo čelični.

Slika 12. Bakarna leća

Kao dobro sredstvo za zaptivanje mogu služiti mekani metali u vidu prstenova npr. od olova, ili legura sličnih bijelom metalu. Pri stezanju zavrtanja mekani metali, usljed svoje plastičnosti, dobro zaptivaju po dodirnim površinama, ali ne podnose visoke temperature.

Od mekanih zaptivki za visoke temperature je najpovoljniji nesagoriv azbest. U prometu se azbest dobiva u vidu ploča do 12 mm debljine i u obliku vrpce. Mana mu je ta što se lako zalijepi za metalne površine sastavka te se pri rastavljanju veze, usljed svoje male čvrstoće, većinom raskida i ne može da se ponovo iskoristi. Često se, radi toga, azbest pokrije tankom prevlakom od bakarnog lima.

11

Najjednostavnije i najjevtinije zaptivanje postiže se upotrebom azbestne vrpce koja se zatvori u naročito izrađenim žljebovima, slika 13. Azbest, kad je u stalnom dodiru sa vodom, postepeno se raspada. Iz tog razloga nije podesan ni za zaptivanje parnih vodova, u kojima može nastupiti kondenzacija pare. Za takve slučajeve uzima se klingerit, poliperit ili kakav drugi, od azbesta, gume i sličnih materija sastavljeni dobro preso vani zaptivni materijal. Ovi su materijali već sami po sebi dovoljno čvrsti; pored toga su često pojačani ulošcima od žice.Za zaptivanje cijevnih vodova protiv pritiska zasićene pare i sabijenog vazduha, ako temperatura ne prelazi 200° C, uzima se uljem natopljen karton ili papir. Zaptivne površine u tom slučaju moraju biti precizno obrađene.

Slika 13. Azbestna vrpca

Protiv pritiska vode guma je najbolji zaptivni materijal. U prometu se dobije u vidu vrpce 5-7 mm debljine i u vidu ploča, često pojačanih ulošcima od prediva ili žice. Kod većih pritisaka zaptivka od gume treba da se zatvori u žlijebu. Da se guma ne bi zalijepila za površine sastavka, premazuje se, pri montiranju, vlažnim grafitom ili kredom.

12

5. Zaključak

Cijevi su šuplja i na obje strane otvorena cilindrična tijela koja se, u svrhu vođenja i raspodjele tečnosti, plina ili pare, ili sastavljaju međusobno u pojedine vodove i cijevne mreže ili se montiraju između pojedinih mašinskih dijelova.

Cijevi od livenog gvožđa grade se od SL 14 i imaju veliku primjenu kod vodovoda, plinovoda i kanalizacije. Prema načinu spajanja dijele se na cijevi sa obodima (prirubnicama) i cijevi sa naglavcima.

Cijevi od livenog gvožđa spajaju se naglavcima i obodima.

Spajanje naglavcima je jednostavnije i jeftinije, ali su podesne samo za umjerene pritiske, pošto ne mogu da prime veće uzdužne sile. Ovakav spoj omogućuje toplotne dilatacije cijevi i dopušta ugaonu pokretljivost cijevi, što je naročito korisno pri polaganju plinskih, vodovodnih i kanalizacionih cijevi u zemlji, gdje se nepodudaranja osi cjevovoda ne mogu izbjeći. Ova vrsta spoja ne zadovoljava uslovu lakog rastavljanja, jer da bi se cijev, npr. u slučaju kvara, mogla izvaditi iz cjevovoda, potrebno je uzdužno pomjeranje cijevi za dvostruku dužinu kojom ona leži u naglavku. Stoga se naglavcima spajaju samo cijevi podzemnih vodova, gdje su slučajevi demontiranja relativno rijetki.

Cijevi s obodima ispunjavaju sve uslove za propisno spajanje: lako se postiže hermetičnost veze, mogu primiti i veće uzdužne sile i lako se skidaju i namještaju. Ali je zato vezivanje cijevi s obodima skuplje. Cijevi s obodima podesne su, zbog svojih odlika, i za vodove visokog pritiska. Kad je cjevovod na otvorenom prostoru ili u vlažnoj zemlji, izloženi su zavrtnji za spajanje jakom rđanju i stoga, u takvim slučajevima, imaju prednost cijevi sa naglavcima.

Zaptivanje cijevi na sastavcima. Pri neposrednom zaptivanju, dodirne površine treba da se glačanjem dotjeraju jedna prema drugoj. Za uspješno zaptivanje potrebno je naročito precizno glačanje i pažljivo sastavljanje dijelova, što u znatnoj mjeri poskupljuje izradu. Pored toga, ovakve zaptivne površine vrlo su osjetljive prema prašini i nečistoći i lako se ozljeđuju, te zbog toga zahtijevaju stalnu pažnju pri radu.

Kao dobro sredstvo za zaptivanje mogu služiti mekani metali u vidu prstenova npr. od olova, ili legura sličnih bijelom metalu. Pri stezanju zavrtanja mekani metali, usljed svoje plastičnosti, dobro zaptivaju po dodirnim površinama, ali ne podnose visoke temperature.

13

Literatura

1. Dragan Cvitković: „Otpadne vode“, Sarajevo 1998.

2. Emir Alijagić: „Vodovod i kanalizacija – knjiga 1“, Sarajevo 2001.

3. Drago Blagojević: „Mašinski elementi“, Sarajevo 1990.

4. Vasilije Volkov: „Elementi mašina – 2 dio“, Sarajevo 1978.

5. Grupa autora: „Inženjersko tehnički priručnik – OBRADA-MONTAŽA-TEHNOLOGIJA“, Beograd 1970.

14

Sadržaj

1.Uvod 1

2. Cijevi od livenog gvožđa 2

3. Spajanje cijevi od SL 4

3.1. Spajanje naglavcima 4

3.2. Spajanje cijevi obodima 7

4. Zaptivanje cijevi na sastavcima 10

5. Zaključak 12

Literatura 13

15