1. Wie werden Apparate nach ihrer Funktion unterteilt? Nennen Sie die der Funktion
zugeordnete Art des Apparates!
F.31.1
2. Begründen Sie das Gefährdungspotential von Druckbehältern!
Gase = hohe Volumenänderung, Innendruckbehälter größer als Umgebungsdruck, bei geringer Wandstärke/Verschwächung = Bruch/Energie wird rasch frei
3. Erläutern Sie den hierarchischen Aufbau der Vorschriften für Druckbehälter!
Grundlage: Normen und Richtlinien< AD-Regelwerk (Berechnungs- und Herstellungsvorschriften)< Technische Regeln < Gerätesicherheitsgesetz< Europäische Druckgeräterichtlinie
4. Wann unterliegt ein Druckgerät bzw. eine Baugruppe dem Geltungsbereich der
Druckgeräterichtlinie? Nach welchen Kriterien erfolgt die Einteilung in
Prüfkategorien?
Wann?
Druckgerät/Baugruppe mit max. zulässigen relativen Druck > 0,5 bar (Umgebungsdruck)
• Einteilung:
Aggregatzustand:
- Gase
- Flüssigkeiten die beim Austritt verdampfen
- auslaufende Flüssigkeiten
Fluid
- Heißwasser Wasserdampf
- Fluide der Gruppe 1 (gefährliche)
- Fluide der Gruppe 2 (ungefährliche)
5. Was versteht man unter Konformitätsbewertung?
Prüfung/Qualitätsnachweis auf Mindestanforderung eines Bauteils oder Baugruppe
6. Unter welchen Bedingungen unterliegt ein Behälter mit einer ungefährlichen
Flüssigkeit der gleichen Prüfkategorie wie ein Gasbehälter mit einem gefährlichem
Gas und PS x V = 25 bzw. wie ein Gasbehälter mit einem ungefährlichem Gas
und PS x V = 50?
Beide Prüfkategorie 1, daher ungefährliche Flüssigkeit Prüfkategorie 1 und PsV = 10000
7. Erläutern Sie anhand von Skizzen Fertigungsvarianten für einfache zylindrische
Behältermäntel und bewerten Sie dabei qualitativ die Verschwächung durch die
jeweilige Art der Schweißnaht!
- Gebogenes Blech mit Längsnaht für beliebigen Durchmesser und Wanddicke, Längsschweißnaht = Verschwächung
- Zusammensetzung aus mehreren Schüssen für große Längen, Rundnaht keine Verschwächung
- Gebogenes Blech mit Spiralnaht für große Längen, Spiralnaht nur bei Winkeln < 45 ° Verschwächung
8. Nennen Sie wichtige Anforderungen an metallische Werkstoffe für drucktragende
Teile!
- Eignung für das Fluid und Umgebungsbedingungen
- Eignung für vorübergehende auftretende Bedingungen
- Werkstoffe aus der Werkstoffgruppe CRISO 156082000
- keine Materialfehler
- ausreichende Duktivität
- Mindestwert der Kertschlagarten
- Einhaltung von Maximalgehalten
- gute Korrisionsbeständigkeit
9. Erklären Sie den prinzipiellen Aufbau eines Druckbehälters in Mehrlagen-
Bauweise und dessen Vor- und Nachteile!
Vorteile
Keine Verschwächung durch Längsnähte
Vorspannung
besseres Versagensverhalten
Nachteile
Guter Lagenkontakt erforderlich
Höherer Aufwand bei Stützfertigung
geringe Wärmeleitung = größere thermische Beanspruchung
10. Erklären Sie die prinzipiellen Unterschiede zwischen Primärspannung,
Sekundärspannung und Spitzenspannung! Welche Spannungsart(en) ist/sind für
Gewaltbruch maßgebend?
Primärspannung:
- Im Gleichgewicht mit den anderen mechanischen Lasten
- Bei Laststeigerung nicht selbstbegrenzend
Sekundärspannug:
- Zwängungen infolge geometrischer Unstetigkeiten, Werkstoffübergängen, unterschiedlichen thermischen Dehnungen in der Bauteilwand
- Selbstbegrenzende Spannungen
- Membran - / Biegespannungsanteil
Spannungsspitzen:
- Spannungsanteile, die sich an der lokalen Störstellen zu den Primär- und Sekundärspannungen addieren
- Örtlich begrenzte Spannungen ohne Einfluss auf Verformungsverhalten der Gesamtstruktur
Gewaltbruch = Primärspannung
edit. ^^
11. Erklären Sie das Prinzip und die Anwendungsgrenzen des Flächenvergleichsverfahrens!
- nur Aussage über mittlere Spannungen möglich
- Anwendung nur sinnvoll, wenn tatsächliche Spannung etwa die durchschnittliche Spannung ist, d.h. bei vernachlässigbarem Biegespannungsanteil z.B. dünnwändigen Bauteilen
- Nicht bei Wanddicken- oder Krümmungssprüngen
-
12. Erläutern Sie die Prinzipien der Dimensionierung eines zylindrischen Mantels
unter Innendruck-Belastung!
Berechnungsdruck
- = zulässiger Betriebsdruck bzw.Prüfdruck
- Berücksichtigung des Gewichts der Flüssigkeitssäule nur, wenn die Zusatzbeanspruchung > 5 %
13. Welche Festigkeitskennwerte sind der Dimensionierung einer Behälterwand
zugrunde zu legen? Nennen Sie die Kriterien für die Wahl des maßgebenden
Festigkeitskennwertes!
Als maßgebende Festigkeitskennwerte werden bei der Berechnung von ruhend beanspruchten Bauteilen üblicherweise zugrunde gelegt:
1. Die Streckgrenze bei der Berechnungstemperatur. Für Temperaturen unter 20 °C einzusetzen.
2. Bei höheren Temperaturen tritt ein Kriechen des Werkstoffes auf. Aus diesem Grund ist ab bestimmten Temperaturen der niedrigste Wert der zulässigen Beanspruchung der, der sich aus der Warmstreckengrenze und der Zeitstandsfestigkeit, dividiert durch die jeweiligen Sicherheitsbeiwerte S, ergibt.
14. Leiten Sie die Berechnungsgleichung für die Axialspannung in dünnwandigen
zylindrischen Druckgefäßen bei Innendruck ab!
Axialspanung = p x A (Belastungsfläche)/ A (Materialfläche) = p x ((di²x pi)/(4 x dmittel x pi x s))
dmittel >> s so dass dmittel etwa di ist
Axialspannung = (p x di)/(4 x s)
15. Wie wird der Einfluss der Temperatur bei der Festigkeitsberechnung von
Druckbehältern berücksichtigt?
Berechnunstemperatur:
- Höchste zu erwartende Wandtemperatur
- Maximal zulässige Betriebstemperatur plus ggf. Zuschläge der Beheizungsart
16. Erläutern Sie die Verwendung von Zuschlägen bei der Wanddicken-Festlegung
von Druckbehältern!
C1= Zuschlaf für Berücksichtigung von Wanddickenunterschreitungen der Bleche oder Rohre: zulässige Minustoleranz (Fertigungstechnisch)
C2= Abnutzungszuschlag
17. Skizzieren Sie den qualitativen Verlauf von Umfangs-, Radial- und
Längsspannung in einer Zylinderwand bei innerem Überdruck und führen Sie
einen quantitativen Vergleich der Werte an der Innen- und Außenfaser durch!
siehe 2 Beiträge weiter
18. Welcher Gefahr unterliegt ein Behälter bei Belastung durch äußeren Überdruck?
Welcher Belastungsgrenzwert ist dabei zu beachten?
-elastisches Einbeulen und plastische Verformen
Beulspannung
19. Skizzieren Sie verschiedene Formen von Behälterböden und bewerten Sie diese
hinsichtlich ihrer Festigkeit!
- ebener Boden (schlecht)
- Klöpperboden (gut)
- Korbbogenboden (sehr gut)
- Halbkugelboden (hohe Ansprüche, Gasbehälter)
20. Welche Einflüsse auf die Festigkeit eines gewölbten Bodens werden im
Berechnungsbeiwert β zusammengefasst?
beta ist eine funktion von: h/D, s/D, Bodenart, und di/D. di ist der innendurchmesser des stutzens.
edit.
21. Wie bestimmt man den Verschwächungsbeiwert eines Ausschnitts anhand des
Flächenvergleichsverfahrens?
Der Verschwächungsbeiwert repräsentiert Verhältnis der Tangentialspannungen im unverschwächten Fall und im verschwächten Fall und kann über die jeweiligen druck- bzw. spannungsbelasteten Flächen ermittelt werden.
22. In welchen Bereichen von Druckbehältern sollten Ausschnitte möglichst
vermieden werden? Begründen Sie Ihre Aussage!
Ausschnitte in oder neben Schweißnähte besonders Längsnähten sind besonders zuvermeiden.
23. Skizzieren Sie eine Flanschverbindung und tragen Sie die wirkenden Kräfte ein!
F.31.35
24. Erläutern Sie anhand des Verspannungsdiagramms einer Flanschverbindung die
Größen „Schraubenkraft“ und „Dichtkraft“! Wie ändern sich die Kräfte zwischen
Montagezustand und Betriebszustand bei reinem Innendruck?
Schraubenkraft: ??
Dichtungskraft: Um sicheres Abdichten zu erreichen, muss die Dichtung beim Einbauen so verformt werdenm dass sie sich allen Unebenheiten der Auflagefläche anpasst. Die Größe der zur Ververformen erforderlichen Dichtungskraft richtet sich nach Form, Abmessungen und Werkstoff der Dichtung sowie nach Beschaffenheit der Auflagefläche
25. Diskutieren Sie den Einfluss der Temperatur auf die Kräfte in der
Flanschverbindung!
- Längenänderung von Flansch und Schraube in Abhängigkeit von beta(T) also Wäreausdehnungskoeffizient -> Verringerung der Dichtkraft, Absinken des E-Moduls
- wenn F>F(zulässig) kommt es zu Kriechvorgängen im Material
edit.
26. Skizzieren und erläutern Sie Formen von Tragelementen für Behälter!
F.31.39
27. Nennen Sie die prinzipielle Vorgehensweise bei der Rohrleitungsplanung!
- Anlagenschema, einschl.Rohrleitungsorgane
- Festlegung der Auslegungsdaten
- Ermittlung der erforderlichen Nennweiten
- Werkstoffwahl = f (Medium, Betriebsparameter)
- Bestimmung des Nenndruckes der Rohrleitungsstränge. Ermittlung der Wanddicken
- Rohrleitungsverlegungsplan
- Druckverlustberechnung
- Festlegung der Festpunkte und Halterungen
- Rohrsystemberechnung
- Berechnung Wärmeverluste und Dicken der Wärmedämmungen
- Erstellen von Stücklistne und Bestellunge
- Anlagenmontage
- Dichtheits- und Druckprüfung
- Ausführung der Wärmedämmung
- Kennzeichnung des Rohrleitungssystems
- Abnahme durch Betreiber und ggf. einer Abnahmebehörde
F.31.80
28. Erläutern Sie die Begriffe Nennweite und Nenndruck! Wozu werden diese Größenbenötigt?
Druck zur Bezeichnung oder Identifizierung eines Gerätes oder einer Anlage. Er ist kleiner oder gleich dem Berechnungsdruck, DIN 24 312. Der Nenndruck korrespondiert mit dem Nennwert nach DIN 40 200. Auf ihn beziehen sich die angegebenen Werte eines Gerätes, wenn es unter Nennbedingungen arbeitet.
Als Nennweite bezeichnet man den Durchmesser eines Rohres
29. Was ist bei der Festlegung des Durchmessers einer Rohrleitung zu beachten?
Erläutern Sie die Auswirkungen des Durchmessers auf Herstellungs- und
Energiekosten!
je dicker das Rohr, desto höher die Materialkosten
höhere Kosten für Energie für Heizung oder Kühlung des Mediums bei größeren Durchmesser
30. Begründen Sie die Notwendigkeit des Dehnungsausgleiches in
Rohrleitungsanlagen und nennen Sie Varianten für den Dehnungsausgleich!
Temperaturunterschiede führen zur einer Größenveränderung des Materials
- Stopfbuchsen-Dehnungsausgleicher
- Wellrohr-Kompensator mit Innenrohr
- Wellrohr-Kompensator ohne Innenrohr
- Gelenkkompensatoren
- Stopfbuchsendehnungsausgleicher
-
31. Welche Größen beeinflussen die erforderliche Ausladelänge eines U-Bogen-
Dehnungsausgleichers?
32. Welche Aufgaben haben Rohrleitungshalterungen?
- Halten, stützen, führen, lenken, dämpfen, bremsen
-
33. Erläutern Sie das Prinzip des Konstanthängers! Worin unterscheidet er sich vom
einfachen Federhänger?
Konstanthänger bzw. -stützen werden dort eingesetzt, wo Vertikalbewegungen durch starre Hänger
nicht behindert werden sollen und Federhänger wegen zu grosser Abweichung zwischen Kalt- und
Warmlast nicht eingesetzt werden können. Sie werden auch dort eingesetzt, wo zur Vermeidung von
zusätzlichen Belastungen auf Komponentenanschlüsse oder kritische Rohrleitungsbauteile keine
grossen Unterstützungs-Kraftabweichungen zugelassen werden.
Die Merkmale eines Konstanthängers sind:
• konstante Unterstützungskraft über den gesamten Wegbereich
• Lastnachstellung durch Lasteichschraube
• min. ±15% Lastverstellmöglichkeiten ohne Veränderung des Nennweges
• individuelle Kalibrierung auf die geforderte Last mittels elektronischem Kraft- Wegaufnehmer
• Protokollierung der Testdaten
• Warm-Kaltlastmarkierung
• Positionsanzeige
Der Konstanthänger ist durch entsprechend festgelegte Hebelarme, Hebelarmgeometrien sowie
Federkombinationen so ausgelegt, dass über den gesamten Nennwegbereich eine konstante Kraft am
Unterstützungspunkt wirkt. Um die Hauptachse drehen das Federmoment und das Lastmoment. Bei
Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegungen wird durch die Systemvariablen Federkraft, Federhebelarm und
Lasthebelarm sichergestellt, dass in jeder Stellung ein Momentengleichgewicht zwischen
Federmoment und Lastmoment entsteht. Damit wird eine konstante Unterstützung erzeugt.
Konstanthänger werden mit der errechneten Solllast und der Nennbewegung ausgelegt.
Federhänger
Federhänger bzw. -stützen werden dort eingesetzt, wo Vertikalbewegungen eines Unterstützungspunktes
durch starre Hänger nicht behindert werden sollen. Der Federhänger besteht aus
einer vorgespannten Schraubenfeder in einem zylindrischen Mantel mit einer Last- und
Bewegungsanzeige. Die abzutragende Last ändert sich proportional dem Weg entsprechend der
Federkonstanten. Federhänger sind so beschaffen, dass eine Verstellung zwischen Federhänger und
Unterstützungspunkt möglich ist.
Das wesentliche Auswahlkriterium eines Federhängers ist die Abweichung zwischen Kalt- und
Warmlast. Die zulässige Abweichung wird in den verschiedenen Regeln bzw. Projektspezifikationen
unterschiedlich geregelt. Zwei verschiedene Auslegungskriterien haben sich durchgesetzt:
a) Die Abweichung zwischen Kalt- und Warmlast wird auf max. 25% der Warmlast begrenzt
b) Der Nennweg muss mindestens 40% grösser als der Sollweg (theoretische Bewegung) sein.
Dabei ist ein Reserveweg grösser gleich 0,2 Sollweg je Endlage vorzusehen.
Bei der Grössenauswahl ist darauf zu achten, dass die Kraft- und Warmlast im Arbeitsbereich der
jeweiligen Grösse liegt.
34. Nach welchen Kriterien erfolgt die Stützweitenberechnung bei einer Rohrleitung?
- zulässige Beanspruchung
- zulässige Formänderung
- Stabilität
35. Warum erfordern Rohrbogen besondere Maßnahmen der Qualitätssicherung bei
Fertigung und Montage sowie der wiederkehrenden Prüfung im Betrieb?
rohrbogen sind besonder anfällig für schäden und risse oder so deshalb ständige kontrolle außerdem bogen= dehnungsasgleich muss kontrolliert werden
edit
36. Begründen Sie den Unterschied in den maximalen Umfangsspannungen bei
Biegung eines geraden Rohres und eines Rohrbogens durch ein schließendes
Moment in der Krümmungsebene des Bogens!
??
37. Welche Beanspruchungen resultieren aus thermischen Belastungen bei
Rohrleitungssystemen?
Zug- und Druckspannung
38. Welche Grundsätze sind bei der Rohrleitungsführung bei Rohrleitungen für
Dämpfe und feuchte Gase zu beachten?
- Hohe Drücke und Temperaturen
- Keine lösbaren Rohrverbindungen
- Entwässerung notwendig
39. Welche Grundsätze sind bei der Rohrleitungsführung bei Rohrleitungen für
Flüssigkeiten zu beachten?
- aggressiv gegen Werkstoff, Korrosionszuschläge
- brennbar, explosiv – spezielle Prüfung der Schweißnähte
- giftig – kontrollierte Mantelrohre
- essbar – hygenische Werkstoffe, Zirkulationsreinigung
- aushärtbar – Mindestgeschwindigkeit
- hochviskos – Heizung
- elektrostatisch – Entladung
40. Nennen Sie drei Hauptanwendungsgebiete von Armaturen in verfahrenstechnischen Anlagen!
- Absperren und Regeln von Stoffströmen
- Sicherung gegen Rückstrom
- Sicherung gegen unzulässig hohen Druck
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