Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen): Antworten

Antworten zu den Kontrollfragen

Antwort Frage 1:

• Nahtlose, geschweißte Stahlrohre: Eigenschaften: Einfache, feste und dichte Verbindung durch Schweißen möglich (Stumpfstoß), gleichzeitige Verwendung als Leitungs und Konstruktionselement, hohe Duktilität und Zähigkeit, kalt und warm biegbar, wirtschaftlich günstiges Wanddicken/Durchmesser-Verhältnis. Anwendungen: Alle bereiche des Rohrleitungsbaus, z.B. Fernrohrleitungen, erdverlegte Rohrleitungen, Trink und Brauchwasserleitungen, Heißwasser- und Dampfleitungen, pneumatische und hydraulische Förderung.

• Präzisionsstahlrohre: Eigenschaften: Hohe Maßgenauigkeit, glatte Rohrwand, gut kalt verformbar (biegen und bördeln), einfache und sichere Montage durch Rohrverschraubungen. Anwendungen: Hydraulikleitungen im Maschinenbau, Bremsleitungen, Konstruktionsrohre.

• Gewinderohre (nahtlos bzw. geschweißt, schwarz oder verzinkt): Eigenschaften: Feste und dichte Verbindung durch Fittings (lösbar), auf Whitworth-Rohrgewinde (Kegel 1:16, bis R6) abgestimmt, kostengünstige Stahlrohrleitungen. Anwendung: Installationsrohre, Kalt- und Warmwasserleitungen, Heizungsleitungen, Gasleitungen, Leitungen für Luft und ungefährliche Gase.

• Nicht rostende Stahlrohre: Eigenschaften: Gute Korrosionsbeständigkeit, unmagnetisch (austenitische Stähle), Einsatz bei tiefen Temperaturen. Anwendung: Lebensmittel-, Pharma- und Autoindustrie, Apparatebau, für hohe Temperaturen und mechanische Beanspruchung.

• Druckrohre aus duktilem Gußeisen: Hohe Festigkeit und hohes Formänderungsvermögen, relativ korrosionsbeständig. Anwendung: Gasleitungen, Wasserleitungen.

• Kupferrohre: Eigenschaften: Hohe Korrosionsbeständigkeit, kein anhaftender Zunder oder Rost, gut weich- und hartlötbar (kapillare Lötfittings), keine Inkrustationen (Cu-Rohre wachsen nicht zu), glatte Innenwandung, bei Mischinstallation gilt: Kupfer in Fließrichtung des Wassers nach Stahl. - Anwendung: Trink-, Warmwasserleitungen, Heizungsrohre, Hauswasserleitungen, Kältemittelleitungen.

• Aluminiumrohre: Eigenschaften: geringe Dichte (leicht), gute Festigkeit und Zähigkeit bei tiefen Temperaturen, gut schweißbar, gut umformbar, beständig gegen schwach saure und basische Stoffe. Anwendung: Fahrzeugbau, Apparatebau, Lebensmittelindustrie.

• Bleirohre: Eigenschaften: Beständig gegen eine Vielzahl von Säuren und Salzlösungen, leicht umformbar, gut lötbar, weiches Wasser greift Blei an (Vergiftungsgefahr). Anwendung: Nur für Nichttrinkwasserleitungen, Rohre für die chemische Industrie.

• Kunststoffrohre: Eigenschaften: geringe Dichte (leicht), korrosionssicher und witterungsfest, ungiftig, glatte Innenwände, neigen nicht zur Inkrustation, unempfindlich gegen elektrische Streuströme, leicht verarbeitbar. Anwendung: Trinkwasserleitungen, Abwasserleitungen, Druckrohrleitungen, Fußbodenheizungen, Druckluftbremsanlagen, Chemierohrleitungen, Fahrrohre für Rohrpost.

Antwort Frage 2:

Folgende grundsätzlichen Möglichkeiten gibt es:

• Für unlösbare Verbindungen: Schweißen, Löten, Kleben
• Für lösbare Verbindungen: Flansche, Rohrverschraubungen und ggf. Muffen und Kupplungen.

Antwort Frage 3:

Die 4 Grundbauarten von Armaturen sind:

• Ventile
• Schieber
• Hähne
• Klappen.

Antwort Frage 4:

• Der Unterschied zwischen Montage- und Betriebstemperatur führt durch das physikalische Gesetz der Wärmedehnung zu unvermeidlichen Längenänderungen mit entsprechenden Kraftwirkungen.Zur Kompensation dieser Längenänderungen mittels künstlichem Dehnungsausgleich gibt es: Stoffbuchsendehner (große Axialdehnung), Wellenrohrkompensatoren (Nieder- und Mitteldruckleitungen), Gummikompensatoren (kaltgehende Leitungen), Metallschlauchkompensatoren und Gelenkkompensatoren.
• Natürlicher Dehnungsausgleich: Die Rohrleitungen werden so geführt, dass die durch den Richtungswechsel entstehenden Schenkel durch elastische Verbiegung die Wärmedehnung aufnehmen können. Bei räumlichen Leitungen ist dies fast immer zu verwirklichen. Wegen der hohen Betriebssicherheit versucht man stets, die Leitungen geschlossen zu halten und je nach Bedarf und Rohrverlauf eine ausreichende Weichheit des Rohrsystems durch U-Bögen, Lyra-Bögen und Z-Bögen zu erreichen.

Antwort Frage 5:

Folgende Gesichtspunkte sind bei der Planung und Gestaltung von Rohrleitungen zu beachten:

• Betriebssicherheit: Bei der Werkstoffwahl sind die Forderungen der Regelwerke zu beachten. Die Auswechslung einzelner Teile soll ohne Betriebsunterbrechung möglich sein. Ein wirksamer Ausgleich für die Wärmedehnungen ist vorzusehen. Die Rohrleitungsteile müssen ausreichend abgestützt werden. Die Rohrleitung ist mit ausreichendem Gefälle auszuführen.
• Wirtschaftlichkeit: Kurze und möglichst gerade Rohrleitungen sind anzustreben. Strömungstechnisch günstige Armaturen und Formstücke sind zu verwenden. Wärme- und kälteführende Rohrleitungen sind zu dämmen, um den Energieverlust zu begrenzen.

Antwort Frage 6:

Von folgenden Einflussgrößen hängt der Druckverlust in Rohrleitungen ab:

• Rohrdurchmesser
• Strömungsgeschwindigkeit
• Höhenunterschied zwischen Anfangs und Endpunkt der Leitung
• Länge der Leitung
• Rauigkeit der Rohrwand
• Strömungsform

Antwort Frage 7:

• Die Verminderung oder Vermeidung von Druckstößen ist möglich durch eine Verkürzung der Reflexionszeit (z.B. durch eine kurze Rohrführung), Zwischenreflexionsstellen, Wasserschlösser, Standrohre und Belüftung der Leitung bzw. eine Verlängerung der Schaltzeit (z.B. durch passende Wahl der Armaturen, Windkessel, Nebenauslässe, Sicherheitsüberströmventile und Nachsaugbehälter).

Lösung der Rohrleitungsberechnung

a) Ermittlung des Rohrinnendurchmesser (di)

Gegeben:
= 3500 L/h = 3,5 m³

Gesucht:
di = ?
= ?

Berechnung:

• Die Wirtschaftliche Geschwindigkeit entspricht nach RM TB 18-5 = 1,5m/s = 5400m/h

Formel Aus Formelsammlung RM 18 Nr.3

di = (4 / π) · (3,5 m³/h / 5400m/h)

di = 0,029 m = 29 mm

b) Auswahl des Rohres

• Aus der Tabelle nach DIN 11850 gewähltes Rohr:

• DN = 32
• Di = 32mm
• Da = 35mm
• t = 1,5mm

c) Ermittlung der tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit

Gegeben:
= 3500 L/h = 3 m³
di = 32mm = 0,032m

Gesucht:
= ?

Berechnung:

Formel : Aus Formelsammlung RM 18 Nr.1

= (4 / π) · (3,5 m³/h / (0,032m)²)

= 4351,89m/h = 1,2 m/s

d) Ermittlung der Reynolds-zahl

Gegeben:
= 1,2 m/s
di = 32mm = 0,032m

Gesucht:
= ?
Re = ?

Berechnung:

• Die kinematische Viskosität entspricht nach RM TB 18-9a = 1,15 · 10^-6 m²/s

Formel : Aus Formelsammlung RM 18 Nr.5

Re = (1,2m/s · 0,032m) / 1,15 · 10^-6 m²/s

Re = 33391

e) Ermittlung der Rohrreibungszahl

Gegeben:
Re = 33391
di = 32mm = 0,032m

Gesucht:
κ = ?
λ = ?

Berechnung:

• Die mittlere Rauhigkeitshöhe κ für ein neues nahtloses Stahlrohr entspricht nach RM TB 18-6 ≈ 0,04 mm

• Da di / κ = 32mm / 0,04mm ≈ 800 ist,

ergibt sich aus der Tabelle RM TB 18-8 eine Rohrreibungszahl λ von ≈ 0,026

f) Ermittlung des Aufzubringenden Druckes ( gesamter Druckverlust

Gegeben:
= 1,2 m/s
di = 32mm = 0,032m
λ = 0,026
l = 500m
g = 9,81 m/s²

Gesucht:
Δh = ?
Σζ = ?
= ?
_Luft = ?

Berechnung:

• Die Dichte für Bier entspricht nach RM TB 18-9a = 1030 kg/m³

• Die Dichte _Luft für Luft entspricht nach RM TB 18-9b = 1,293 kg/m³

• Ermittlung der Widerstandszahl ζ nach RM TB 18-7

1 Rohreinlauf als vorstehendes Rohrstück	ζ = 3
1 Ausströmung	ζ = 1
1 Hahn mit vollem Durchgang	ζ = 0,13
1 Durchgangsventil	ζ = 4,5
1 Rückschlagklappe	ζ = 1,4
3 Kniestücke 60° je ζ = 0,47	ζ = 1,41
	Σζ = 11,44

Formel : Aus Formelsammlung RM 18 Nr.7

Δh = Saughöhe + Drückhöhe

Δh = 2m + 14m = 16m

Δp = (1030kg/m³ · (1,2m/s)² / 2) · (0,026 · 500m / 0,032m + 11,44) + 16m · 9,81m/s² · (1030 - 1,293)kg/m³

Δp = 471225 Pa

Δp = 4,71 bar

g) Ermittlung des Aufzubringenden Druckes ( gesamter Druckverlust

Gegeben:
da = 35mm
pe = 4,71 bar = 0,47N/mm²

Gesucht:
K = Re(R_p0,2)= ?
ν_N = ?
S = ?
C₁ = ?
C₂ = ?
t = ?
t_v = ?

Berechnung:

• Der Festigkeitsnennwert K = Re(R_p0,2) für X5CrNi 18 10 entspricht nach RM TB 1-1 = 210 N/mm²

• Die Bruchdehnung A für X5CrNi 18 10 entspricht nach RM TB 1-1 = 40 % daher wird für den Sicherheitswert S nach Formelsammlung RM 18 Nr.20 der wert 1,5 gewählt

• Der Wert der Längs- bzw. Schraublinien-Schweißnaht ν_N ist im Regelfall laut Formelsammlung RM 18 Nr.20 = 0,9

• C₁ ist für t ≤ 3 laut Formelsammlung RM 18 Nr.18 = 0,25

• C₂ ist der Korrosionszuschlag welcher bei dieser Rechnung nicht miteinbezogen wird, da es sich um ein nichtrostenden Stahl handelt.

Formeln:

t_v = (35mm · 0,47N/mm²) / (2 · 210N/mm² /1,5 · 0,9)

t_v = 0,065mm

t = t_v + C₁ = 0,065mm + 0,25mm = 0,32mm

Die zu bestellende Wandstärke ist völlig ausreichend, sie ist mit einer Sicherheit (1,5mm / 0,32mm) von 4,7 dimensioniert.

--Danny Ribens 10:09, 5. Nov 2005 (CET)