DIN 43772 Beiblatt 2-2015 de Control technology - Protective tubes and extension tubes for liquid-in-glass thermometers indicating mechanical thermometers thermocouples and resista.pdf

1、Juni 2015 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDEPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 17.200.20!%A2v“2

2、301583www.din.deDDieses Beiblatt enthlt Informationen zuDIN 43772, jedoch keine zustzlich genormtenFestlegungen.DIN 43772 Beiblatt 2Leittechnik Metall-Schutzrohre und Halsrohre fr Maschinen-Glasthermometer,Zeigerthermometer, Thermometerelemente undWiderstandsthermometer; Beiblatt 2: Berechnung von S

3、chutzrohrenControl technology Protective tubes and extension tubes for liquid-in-glass thermometers, indicatingmechanical thermometers, thermocouples and resistance thermometers; Supplement 2: Calculation of protective tubesTechnique de commande et de rglage Tubes protecteurs et tubes dextension pou

4、r thermomtres mercure tige droit,thermomtres cadran, thermocouples et thermomtres rsistance; Supplment 2: Calcul de tubes protecteursAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 43772 Beiblatt 2:2008-03www.beuth.deGesamtumfang 22 SeitenDIN 43772 Bbl 2:2015-06 2 Inhalt S

5、eiteVorwort. 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Verweisungen 4 3 Begriffe, Formelzeichen. 4 3.1 Formelzeichen . 4 3.2 Materialdaten. 5 4 Belastungsdiagramme nach DIN 43772 5 5 Berechnung der mechanisch-thermischen Festigkeit nach DIN 43772 7 6 Berechnung des zulssigen Staudrucks . 9 7 Berechnung von Eigenfre

6、quenz und kritischer Anstrmgeschwindigkeit . 10 8 Beispielrechnungen. 11 8.1 Berechnung der Sicherheitszahl S fr ein Einschwei-Schutzrohr der Form 4 nach DIN 43772 bei Druckbelastung und seitlicher Anstrmung. 11 8.2 Berechnung der Sicherheitszahl S fr ein Schutzrohr der Form 2G nach DIN 43772 bei Dr

7、uckbelastung und seitlicher Anstrmung (DIN 43772, Bild A.3, Kurve 2b). 14 8.3 Berechnung der Eigenfrequenz f1Gund der ihr entsprechenden schwingungsanregenden Anstrmgeschwindigkeit vkriteines zylindrischen Schutzrohres der Form 2G nach DIN 43772, Tabelle A.1 17 8.4 Berechnung der zulssigen Strmungsg

8、eschwindigkeit v aus dem Staudruck pStau(Staudruckmethode) 19 Literaturhinweise 22 Bilder Bild 1 Zwei Medien fr ein Schutzrohr Form 4; beide Anstrmgeschwindigkeiten 6 Bild 2 Zwei Medien fr ein Schutzrohr Form 2G , beide Anstrmgeschwindigkeiten. 7 Bild 3 Belastung eines zylindrischen Schutzrohrs durc

9、h Druck und seitliche Anstrmung 8 Bild 4 Staudruckdiagramm fr ein Schutzrohr der Form 2G nach DIN 43772 entsprechend Beispielrechnung 6.4 4 10 Bild 5 Schutzrohr Form 4 11 Bild 6 Schutzrohr Form 2G . 15 DIN 43772 Bbl 2:2015-06 3 Vorwort Fr dieses Beiblatt 2 Berechnung von Schutzrohren“ zu DIN 43772 L

10、eittechnik Metall-Schutzrohre und Halsrohre fr Maschinen-Glasthermometer, Zeigerthermometer, Thermoelemente und Widerstandsthermo-meter Mae, Werkstoffe, Prfung“ ist das nationale Arbeitsgremium K 961 Elektrische Messwertaufnehmer und Messgrenumformer“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elekt

11、ronik Informationstechnik in DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Dieses Beiblatt 2 wurde erstellt, um dem Anwender ein praxisnahes Verfahren zur Berechnung der mechanisch/thermischen Schutzrohrkenndaten zur Verfgung zu stellen. Die Berechnung wird anhand kon-kreter Beispiele aus der Praxis veranschau

12、licht. Die Beispiele sind in drei Bereiche aufgeteilt: Berechnung eines einteiligen Schutzrohres Form 4 (statische Betrachtung nach P. Dittrich) 1 (siehe 6.1); Berechnung eines mehrteiligen Schutzrohres Form 2G (statische Betrachtung nach P. Dittrich) 1 (siehe 6.2); Berechnung eines mehrteiligen Sch

13、utzrohres Form 2G (dynamische Betrachtung, siehe 6.3, - zustzlich zur statischen Betrachtung empfohlen). Ergnzend zu diesen drei Beispielen wird eine weitere Herangehensweise zur Berechnung der statischen Belastung gezeigt (siehe Beispiel in 6.4). Dieses letzte Beispiel verwendet die Methode des zul

14、ssigen Stau-druckes zur Berechnung der zulssigen Strmungsgeschwindigkeit fr ein mehrteiliges Schutzrohr Form 2G aus Beispiel 6.2. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Grundlagen und Ergebnisse dieser Berechnung nur einge-schrnkt mit denen aus dem Verfahren der ASME PTC 19.3 TW-2010 (Per

15、formance Test Code) verglichen werden knnen, da sich die Gltigkeit der PTC 19.3 auf einteilige Schutzrohre in internationalem Design (ASME B40.9) beschrnkt, und somit die in der DIN 43772 beschriebenen Schutzrohre Form 1-9 nicht einbe-zogen sind. Eine berarbeitete ASME PTC 19.3 TW-2010 wurde im Jahr

16、 2010 herausgegeben. Anwendungshinweise: Ergnzend zu den in der Norm erwhnten Schutzrohrformen sind diese Beispiele auch anwendbar bei: Form 3 (verjngte Spitze); ist wie konisches Schutzrohr zu behandeln; Form 4F (zylindrischer Schaft mit konischer Spitze); ist wie konisches Schutzrohr zu behandeln.

17、 Die Anwendung wird nicht empfohlen fr: mehrteilige Schutzrohre mit angeschweiter, massiver Spitze; Schutzrohre mit stark strukturierter Oberflche (Kerbwirkung); Schutzrohre mit Ankerabsttzung/Sttzkragen oder mit einer zustzlichen Absttzung im Stutzen. Fr gestufte, einteilige Schutzrohrausfhrungen s

18、iehe 3, 5.7.3.3. nderungen Gegenber DIN 43772 Beiblatt 2:2008-03 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Berechnungsbeispiele mit praxisrelevanten Parametern wurden aufgenommen. b) Der Text wurde hinsichtlich besserer Verstndlichkeit und bersichtlichkeit berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 43772 Beib

19、latt 2: 2008-03 DIN 43772 Bbl 2:2015-06 4 1 Anwendungsbereich Dieses Beiblatt enthlt technische Richtlinien und Hinweise zur Berechnung der mechanisch-thermischen Festigkeit von Thermometerschutzrohren Die Belastung von Thermometerschutzrohren kann mit Hilfe der in DIN 43772, Anhang A, angegebenen B

20、e-lastungsdiagramme fr den statischen Belastungsfall abgeschtzt werden. Angaben zu den kritischen Ge-schwindigkeiten bezglich der dynamischen Belastung durch Vibration finden sich in Tabelle A.1 dieser Norm. Fr abweichende Schutzrohrgeometrien kann die Berechnung der mechanisch-thermischen Festigkei

21、t mit Hilfe dieses Beiblattes durchgefhrt werden. 2 Verweisungen DIN 43772:2000-03 Leittechnik Metall-Schutzrohre und Halsrohre fr Maschinen-Glasthermometer, Zeigerthermometer, Thermoelemente und Widerstandsthermometer Mae, Werkstoffe, Prfung“ 3 Begriffe, Formelzeichen Bei den Berechnungen werden di

22、e folgenden Gren, Mae und Werkstoffdaten (entnommen aus den ent-sprechenden Tabellen) der Schutzrohre und des Mediums bentigt bzw. angewendet: 3.1 Formelzeichen A angestrmte Flche des Schutzrohres mm2 Biegewinkel rad E(T) Elastizittsmodul MPa, N/mm2 d1Schutzrohrinnendurchmesser mm dBBodendicke des S

23、chutzrohrs mm (= L G; siehe Tabelle 1 in DIN 43772) F1Schutzrohrauendurchmesser mm von zylindrischen SchutzrohrenF2Schutzrohrauendurchmesser mm des zylindrischen Teils kegliger Schutzrohre F3Schutzrohrauendurchmesser verjngt, mm am Ende kegliger Schutzrohre FSStaudruckkraft N FAAxialdruckraft N f Du

24、rchbiegung des Schutzrohres mm fGResonanzfrequenz Hz, s-1G Bohrungstiefe des Schutzrohres mm I Flchentrgheitsmoment des Schutzrohrquerschnitts mm4k Tangentialanstrengung, Druckspannung N/mm2L Gesamtlnge mm M1, M2, MgesBiegemomente Nmm p Betriebsdruck Pa, MPa, bar DIN 43772 Bbl 2:2015-06 5 (p,T) Dich

25、te kg/m3U; U1Einbau-(Biege-)lnge, Anstrmlnge, Biegelnge mm S (T)Warmstreckgrenze, MPa, N/m21-%-Zeitdehngrenze fr 10 000 h B Biegespannung MPa, N/mm2V Vergleichsspannung MPa, N/mm2S Sicherheitszahl T Betriebstemperatur C v Strmungsgeschwindigkeit m/s W Widerstandsmoment des Schutzrohrquerschnitts mm3

26、3.2 Materialdaten Die Materialdaten sind gem der Werkstofftabellen zu verwenden; Die 1 %-Zeitdehngrenze ist fr 10 000 h anzunehmen. In Abhngigkeit von den Einsatzbedingungen sind folgende Faktoren zu bercksichtigen: 1) Bei der Festigkeitsberechnung und Prfung der Schweinhte an Armaturen sind die Vor

27、schriften der EU-Druckgerterichtlinie und die Vorgaben in den AD-Merkblttern zu beachten. 2) Korrosionsabtrag in Abhngigkeit des Mediums und der Einsatzdauer (bei der Auslegung der Schutz-rohre ist der unter Betriebsbedingung entstehende Korrosionsabtrag zu bercksichtigen). Hinweise hierzu sind in d

28、en Druckgerterichtlinien sowie den NAMUR-Empfehlungen ersichtlich. 3) Druckprfung der Schutzrohre (Hydrostatischer Prfdruck) nach PED, 7.4: (Sicherheitsfaktor 1,25 bzw. 1,43) 4) Fr Flansche sind die Belastungsdiagramme (p, T) der entsprechenden Normen anzuwenden. 4 Belastungsdiagramme nach DIN 43772

29、 Die in DIN 43772 enthaltenen Belastungsdiagramme fr genormte Schutzrohre verschiedener Formen basie-ren auf dem Berechnungsmodell nach Dittrich 1. Sie geben den maximal zulssigen Druck pin Abhngigkeit von der Betriebstemperatur T fr den Schutzrohreinsatz in Wasser bzw. Wasserdampf und Luft bei spez

30、iellen relativ hohen Anstrmgeschwindigkeiten an. Dabei sind mgliche Schwingungsbelastungen durch Wirbelan-regung des strmenden Mediums nicht bercksichtigt. Die nachfolgend aufgefhrten Belastungsdiagramme beziehen sich auf die Schutzrohrform 4 (Kurve 4b in Bild A.5) bzw. 2G (Kurve 2b in Bild A.3) der

31、 DIN 43772. Die aus Bild 1 abzulesenden zulssigen Drcke pmaxgelten fr alle Anstrmgeschwindigkeiten v, die kleiner sind, als die im Diagramm angegebenen. In den hier nachfolgend gezeigten Diagrammen sind die Grenzlinien fr den maximal zulssigen Druck ver-einfacht als waagerechte Geraden dargestellt.

32、Der errechnete Verlauf pmax/ T fr Luft ist in Bild 1 beispielhaft angedeutet. DIN 43772 Bbl 2:2015-06 6 Belastungsdiagramm (DIN 43772, Bild A.5, Kurve 4b) fr das Schutzrohr Form 4 nach Tabelle A.2 in Werkstoff 1.4571 Bild 1 Zwei Medien fr ein Schutzrohr Form 4; beide Anstrmgeschwindigkeiten DIN 4377

33、2 Bbl 2:2015-06 7 Belastungsdiagramm (DIN 43772, Bild A.3, Kurve 2b) fr das Schutzrohr Form 2 nach Tabelle A.2 in Werkstoff 1.4571, einschlielich Ablesebeispiel und dargestelltem berechnetem Verlauf fr Luft Bild 2 Zwei Medien fr ein Schutzrohr Form 2G , beide Anstrmgeschwindigkeiten Ablesebeispiel:

34、Aus Bild 2 ist zu entnehmen, dass sich fr eine Prozesstemperatur von 150 C, bei einer maximalen An-strmgeschwindigkeit fr Wasser von 40 m/s, ein maximal zulssiger Druck von etwa 55 bar ergibt. 5 Berechnung der mechanisch-thermischen Festigkeit nach DIN 43772 Grundlage des Berechnungsverfahrens nach

35、Dittrich 1 ist die vereinfachte Ermittlung einer Vergleichsspan-nung V. Diese setzt sich zusammen aus der Biegespannung Ban der Wurzel, verursacht durch ein seitlich mit der Geschwindigkeit v anstrmendes Medium der Dichte ( ,T), un r maximalen Druckbean-sprucg. d dehung durch den ueren statischen be

36、rdruck (Tangentialanstrengung k nach Bach 1). Dabei gilt: V= k/3 + Bfr k B vereinfacht ausgedrckt: Maximalwert + 1/3 des Minimalwertes als SicherheitszuschlaDIN 43772 Bbl 2:2015-06 8 Bild 3 Belastung eines zylindrischen Schutzrohrs durch Druck und seitliche Anstrmung Diese Vergleichsspannung wird be

37、r eine angenommeneVSicherheitszahl (S = 1,7 1,9) in Beziehung zu temperaturabhngigen Materialwerten gesetzt. Bei Sthlen wird bis zu Temperaturen T = 350 C 400 C DIN 43772 Bbl 2:2015-06 9 6 Berechnung des zulssigen Staudrucks das Schutzrohrmaterial S(T), E(T), die Betriebsbedingungen (T, p) und Aus d

38、em Zusammenhang zwischen Staudruck und Geschwindigkeit: die Streckgrenze Sverwendet, oberhalb dieses Bereiches die Zeitstandsfestigkeit 100 000h. Sind beide Werte angegeben, wird in diesem Temperaturbereich der jeweils kleinere Wert verwendet. Die Materialwerte knnen DIN 17175 und DIN 17440 oder spe

39、ziellen Datenblttern entnommen werden. Nach DIN 43772 wird auf der Grundlage des Berechnungsmodells von Dittrich 1 aus den Daten fr das Schutzrohr und seinen Einbau (U bzw. U1, F1bzw. F2und F3, d1), die Sicherheitszahl S der Wert fr den maximal zulssigen Staudruck pStauberechnet (siehe 6.4). 2Stau1(

40、,) (,)2ppT pT = wird die maximal zulssige Strmungsgeschwindigkeit berechnet zu: ppTStau(,)v = 2 anstrmenden Mediums dessen zulssige Geschwindigkeit v berechnet werden (siehe 6.4). ist es mglich, die sicherheitstechnischen Eigenschaften von Schutz-rohren fr beliebige Medien in Merkmalleisten und ande

41、ren Datenbanken anzugeben und auf einfache Weise nsverfahren aus drei die zwei-rei Sttz-einer Das folgende Bild 4 zeigt das Diagramm des Staudrucks pStau (T) mit dem Druck p als Parameter. pT(,)Aus pStau (p,T) kann also fr ein bestimmtes Schutzrohr bei gegebener Dichte (p,T) des Mit dem zulssigen St

42、audruck pStaubei gegebenen Stoff- und Prozessdaten zu berprfen, ob die zulssige Belastbarkeit des Schutzrohrs ein-gehalten wird 5. Ergnzend knnen die Werte fr pStau (p,T) auch durch ein vereinfachtes InterpolatioSttzpunktpaaren pStau1 (p1,T1), pStau2 (p2,T2) und pStau3 (p3,T3) angenhert berechnet we

43、rden, bei dem dimensionale Abhngigkeit pStau (p,T) durch eine ebene Flche konservativ approximiert wird. Die dpunktpaare werden dabei so gewhlt, dass sie den zulssigen Einsatzbereich des Schutzrohrs und sEinbauarmaturen (Flansch, Verschraubung) sicher eingrenzen 4, 5. DIN 43772 Bbl 2:2015-06 10 Bild

44、 4 Staudruckdiagramm fr ein Schutzrohr der Form 2G nach DIN 43772 chnung 6.4 4 Berechnu und kritischer Anstrmgeschwindigkeit Neben statischen und stationren Belastungen (hervorgerufen durch statischen Druck bzw. durch einen ch fhren, auch wenn die ndes Medium betrachtet. rsache einer Schwingungsanre

45、gung durch das strmende Medium ist die Ausbildung einer Karmanschen Wirbelstrae hinter dem Schutzrohr. Die Wirbel lsen sich periodisch vom Schutzrohr ab und knnen es zu der Wirbelablsungen ist bei quer angestrmten Kehrwert des Durchmessers des Schutz-rohres F1Die Anregungs-der Anstrmge-schwindigkeit

46、 v. Die Anregungsfrequenz sollte 20 % unter der Eigenfrequenz liegen. Daraus ergibt sich folgende Bedingung: f 1 zu whlen, wenn die angestrmte Schutzrohrflche mehr raft FSentsteht an der Einspannstelle des Schutzrohres das Biegemoment M1: kg5611,829mm228122= vAFDer Faktor mungsquerscals 10 % des Roh

47、rquerschnitts einnimmt. Durch die StaudruckkmmN4,478mm5,62N653,232S1= FM . U1s Die Axialdruckkraft FAdurch den Druck p auf den Boden des SchutzrohreN42344MPa5,34mm25,1564223A= pFF fhrt mit einer Durchbiegung f des Schutzrohres durch die seitliche Bestrmung DIN 43772 Bbl 2:2015-06 13 +=cos1sincos22AS

48、UUFFf mm006258,02641,0cos12641,0sin2641,02641,0cos2641,0mm1252mm125N4234N653,232= += mit 2641,0mm5327mmkN178N4234mm12542A=IEFU und dem Elastizittsmodul E des Schutzrohrmaterials bei T = 250 C E (250C) = 178 kN/mm2sowie dem Trgheitsmoment I des Schutzrohrquerschnitts in der Mitte des konischen Teils ()44441432mm532764mm2401mm110931=642= += dFFI M2= FA f = 4234 N 0