Springen naar inhoud

Druk verlies bij falen cylinder


  • Log in om te kunnen reageren

#1

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 10 juli 2012 - 20:09

Ik wil graag uitrekenen, als er iets fout gaat bij een grote cylinder (aprox 100-300 bar, gevuld met vooral olie. De situatie is dat er iets afbreekt waardoor een platte ronde schijf wegschiet door het grote druk verschil.

Ik wil hiervoor het drukverlies in de cylinder uitrekenen, om daarmee uit te rekenen hoe de vloeistof uit de cylinder 'schiet' en hoe hard de platte ronde schijf daardoor wegvliegt.

Mijn vraag is dus of iemand ideeen heeft hoe ik het beste de kracht kan berekenen die op de ronde schijf wordt uitgeoefend. Dit zal afhankelijk zijn van de tijd en ik zal het daarom modelleren zodat het in kleine stappen (millisec. of kleiner) wordt uitgerekend. Echter als iemand een beter idee ervoor heeft om uit te rekenen hoe hard de platte ronde schijf ongeveer zal wegschieten, dan zijn deze ideeen erg welkom!

Alvast bedankt,

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 10 juli 2012 - 20:53

gevuld met vooral olie

Wat betekent in dit geval vooral ? Wat zit er nou precies in die cilinder?

Als het alleen vloeistof is zonder opgelost of vrij gas zal er niet veel gebeuren. Zodra de schijf los komt is de druk weg.

Als er opgelost gas of vrij gas in de cilinder zit wordt het heel moeilijk om te modelleren wat er precies in de cilinder gebeurt als de schijf los komt. Tenzij dit verschrikkelijk belangrijk is zou ik zeggen: begin er maar niet aan.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 10 juli 2012 - 21:03

Het is bv een cylinder met +/- lengte van 30m en diameter van 0,5m. Hier zit dan voornamelijk olie in maar ook wat lucht.

Maar stel dat er alleen olie in zit, dan zal nog steeds de schijf hard wegvliegen, en olie uit de cylinder spuiten tot de druk gelijk is aan de buitendruk.

Wat ik me dus afvraag is hoe hard zo'n schijf ongeveer wegschiet. Alleen aannemen dat het drukverschil een initiele hoeveelheid energie meegeeft met de schijf is waarschijnlijk niet voldoende omdat de vloeistof de schijf ook nog aan zal duwen.

Daarom is eigenlijk de vraag of iemand een idee heeft wat een goede manier is om uit te rekenen hoe hard die schijf weg schiet. De precieze details wat er dan met de olie en de rest van de cylinder gebeurt is niet zo heel belangrijk hierbij, maar was meer voor een manier van rekenen die ik dacht dat misschien wel zou kunnen.

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 10 juli 2012 - 21:25

Hoeveel olie en hoeveel lucht zit er in die cilinder? Bevat de olie opgeloste lucht, of is wellicht zelfs compleet verzadigd daarmee op die 300 bar?

Hoe groot en zwaar is die schijf?
Zit die schijf bovenop de cilinder? Of ergens aan de zijkant, of waar? Boven of onder het vloeistofniveau?

Als die schijf bovenop de cilinder zit en meteen eronder zit gas dan zul je soortgelijk effect krijgen als bij het openen van een fles champagne, lijkt me. Dus als je het ontkurken van een champagnefles kunt simuleren dan ben je al een aardig eind op weg.

EDIT: ik nam onbewust aan dat die cilinder verticaal is, maar je hebt het over een lengte van 30 m en een diameter van (slechts) 0,5 m, betekent dit dat het in feite een horizontale pijp is?

Veranderd door Fred F., 10 juli 2012 - 21:34

Hydrogen economy is a Hype.

#5

Michel Uphoff

    Michel Uphoff


  • >5k berichten
  • 5395 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 juli 2012 - 22:37

Maar stel dat er alleen olie in zit, dan zal nog steeds de schijf hard wegvliegen, en olie uit de cylinder spuiten tot de druk gelijk is aan de buitendruk.


Bij 150 Bar zal de samendrukbaarheid van olie in de orde van 1% zijn. De inhoud van de buis zal ongeveer 5900 liter zijn, dus spuit er dan pakweg 60 liter olie uit. Daar zou je wat op kunnen gaan rekenen, maar met de elastische vervorming van het vat zelf is hier geen rekening gehouden, in die vervorming van het vat zelf kan, zolang ze elastisch is, veel energie opgeslagen worden, en bij genoemde druk kan dit een belangrijke factor worden. Zonder gegevens over de materiaalsoort, wanddikte, elastischiteitsmodulus e.d. valt dan ook niet te berekenen hoeveel energie er opgeslagen kan worden/er vrijkomt.

Zodra er sprake is van een (geringe) hoeveelheid gas in de vloeistof wordt het plaatje totaal anders. In een gecomprimeerd gas kan een grote hoeveelheid energie worden opgeslagen.

Het is dus al met al een behoorlijk ingewikkelde klus om via berekening tot een reële uitkomst te komen, en je zal eerst precies op de hoogte moeten zijn van alle parameters.
Motus inter corpora relativus tantum est.

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 11 juli 2012 - 12:38

Het gas is inderdaad het probleem, vooral omdat dat bij de uitzetting een onbekende massa aan olie mee zal blazen. Die 1 % uitzetting van de olie op zich zal niet veel invloed hebben.

Ik vermoed inmiddels dat die "cilinder" in feite een horizontale 20 inch pijp is en die "schijf" een blindflens aan het uiteinde is. Zo'n blindflens kom alleen volledig los als alle bouten (een stuk of twintig?) het tegelijk zouden begeven, wat zeer onwaarschijnlijk is. Als één bout het zou begeven en daardoor aan één zijde een lek optreedt dan zal de uitstroming een stuwkracht in tegengestelde richting geven (zoals een raketmotor) en daardoor de "cilinder" eventueel van zijn plaats zal rukken, of verbuigen.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 11 juli 2012 - 16:26

Ik vermoed inmiddels dat die "cilinder" in feite een horizontale 20 inch pijp is en die "schijf" een blindflens aan het uiteinde is. Zo'n blindflens kom alleen volledig los als alle bouten (een stuk of twintig?) het tegelijk zouden begeven, wat zeer onwaarschijnlijk is. Als één bout het zou begeven en daardoor aan één zijde een lek optreedt dan zal de uitstroming een stuwkracht in tegengestelde richting geven (zoals een raketmotor) en daardoor de "cilinder" eventueel van zijn plaats zal rukken, of verbuigen.


De cilinder zal inderdaad horizontaal liggen. Het gaat hier over het testen van de cilinder na het produceren hiervan. Bij deze testen zal de druk 30-50% hoger liggen dan de druk die daarna met de cilinder gebruikt zal worden. Als er dan ergens iets fout is gegaan (in materiaal, of bij productie of door engineer) dan kan dit erg verkeerd gaan. Daarom worden er kunsttof 'zakken' (van een kubieke meter) met daarin zand om de cilinder heen gezet. De vraag is echter of dit wel voldoende is, misschien moet er een stalen plaat voor deze zandzakken, en misschien moeten de zandzakken aan elkaar gelinked worden. Want als zo'n schijf wegschiet en daardoor een zandzak ineens 2-5 meter verderop ligt, dan zal dit niet fijn zijn voor diegene die achter die zandzak staat. Er wordt daarom hierbij aangenomen dat alle bouten tegelijk begeven, zelfs als dit waarschijnlijk nooit zal gebeuren.

Verder wordt de cilinder puur gevuld met olie, waarbij er ontlucht wordt om zoveel mogelijk lucht uit de cilinder te krijgen. Echter hierbij wordt niet al het lucht verwijderd, er zal b.v. 10 liter lucht achterblijven in de cilinder.

Wat ik dan eigenlijk wil doen is een model maken waarbij de druk, maten van cilinder, % lucht in cilinder, materiaal gegevens olie/metaal, en de afmetingen van de 'schijf' die wegschiet, in te vullen zijn en dat hiermee dan de snelheid kan worden berekend waarmee de 'schijf' wegschiet.

Ik gok dat hierbij misschien wel kan worden aangenomen dat de helft van de interne energie van cylinder (cilinder zelf + olie/lucht) overgaat naar de schijf die wegschiet? Of heeft 1 van jullie een idee hoe dit wel benaderd kan worden?

Bedankt voor de hulp tot nu toe, en alvast bedankt voor iedereen die nog antwoord!

#8

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 11 juli 2012 - 17:11

Ik kan nergens de edit knop vinden, daarom maar een nieuwe reactie:

Met de aanname bedoelde ik: Is het misschien een idee om aan te nemen dat de helft van de het verschil in interne energie (tussen toestand net voordat schijf wegschiet, en als daarna de druk gelijk is aan buitendruk, en dit alles met constante temperatuur), wordt overgedragen aan de schijf die wegschiet? Of zou dit teveel afwijken?

#9

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 11 juli 2012 - 22:16

10 liter lucht zal geen merkbare invloed hebben.
Het comprimeren van 10 liter (atmosferische) lucht naar 300 bar kost slechts 6 kJ (bij constante temperatuur).

Ik weet niet wat voor olie jullie gebruiken, maar als die bij 300 bar 2 % inkrimpt dan kost het 1800 kJ om 6000 liter olie op 300 bar druk te brengen.

Hoeveel energie het metaal opneemt wanneer het iets rekt bij 300 bar kan ik niet berekenen, is mijn vakgebied niet.

Als die blindflens plotseling los komt dan is de maximale hoeveelheid energie die vrijkomt gelijk aan de hoeveelheid energie die de cilinder met inhoud opgenomen heeft bij het op druk brengen, dus dat is:
6 + 1800 + .... = .... kJ

Welk deel daarvan aan de blindflens als kinetische energie meegegeven wordt? Your guess is as good as mine.

Hoe ver die blindflens wegvliegt hangt natuurlijk ook van zijn starthoogte t.o.v. de grond af. Als de onderkant van de blindflens 0,5 meter boven de grond is dan duurt het slechts 0,3 seconden voor deze de grond raakt en daardoor waarschijnlijk omvalt en sterk afgeremd wordt.

Overigens vreemd dat jullie olie in plaats van water gebruiken om een druktest uit te voeren. Als het mis gaat heb je 6000 liter olie over de vloer, wat smerig is en bovendien brandgevaarlijk.
Hydrogen economy is a Hype.

#10

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 12 juli 2012 - 08:07

Als de helft van die kinetische energie mee wordt gegeven zal een schijf van 50 kilo toch met 190 m/s weg vliegen (wrijving met lucht etc weggelaten). Als dit dan tegen de zandzak terrecht komt, die 50% van impuls wegneemt door vervorming, dan zal die zandzak toch met LaTeX

Een zandzak die met 4,5m/s naar achter beweegt zal zelfs met wrijving toch nog een redelijke afstand afleggen.


Maar ik werk zelf niet bij dit bedrijf, en weet persoonlijk niet zo heel veel af van cilinders etc. Mijn vader werkt daar en vroeg of ik dit een keer zou kunnen uitrekenen omdat hij niet zeker weet of de huidige manier wel veilig genoeg is.

Ik heb aan hem gevraagd of hij een keer de waardes door kan geven van de olie die ze gebruiken en ook hoeveel % lucht er ongeveer in de cylinder blijft. Ik zal dus wel even wachten met verder hierover nadenken totdat hij die waardes heeft gegeven.

Toch weer bedankt! en hopelijk lees je dit weer als ik de waardes wel heb ^^

#11

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 12 juli 2012 - 11:52

Als de helft van die kinetische energie mee wordt gegeven zal een schijf van 50 kilo toch met 190 m/s weg vliegen (wrijving met lucht etc weggelaten).

Ik kan me niet voorstellen dat dit in werkelijkheid echt zal gebeuren.

Het comprimeren van de olie kost 1800 kJ. Dat gebeurt (nagenoeg) isentropisch/omkeerbaar. Maar de expansie van de olie, als er een lek in de cilinder ontstaat, zal niet omkeerbaar zijn, dus ik denk dat er véél minder dan de helft van die 1800 kJ meegegeven wordt aan die schijf.

Ik zou er heel lang over na moeten denken wat er nou precies kan gebeuren, maar:
Stel men comprimeert olie in een cilinder met een zuiger (schijf) tot 300 bar. De druk die men op de zuiger uit moet oefenen stijgt geleidelijk van 1 bar naar 300 bar en als de samendrukking van de olie lineair is met die druk dan is de arbeid die men tijdens de compressie van de olie moet verrichten gelijk aan 0,5 * p2 * (V1 - V2). Subscript 1 verwijst naar atmosferische condities, subscript 2 naar die bij 300 bar.
Echter: als men die zuiger (schijf) daarna plotseling los laat dan expandeert de olie onomkeerbaar tegen slechts atmosferische druk (p1 = 1 bar) en is de theoretisch vrijkomende arbeid niet meer dan p1 * (V1 - V2) en dat is slechts 0,7 % van de oorspronkelijke compressie-arbeid. De rest van de compressie-arbeid wordt in zo'n geval bij de expansie omgezet in warmte (opwarming van de olie is dan 0,2 graden).

Hoeveel energie zal de schijf in werkelijkheid meekrijgen als er iets misgaat tijdens een druktest? Omdat de olie in dat geval niet echt tegen atmosferische druk expandeert maar tegen een schijf met een traagheid zal het meer zijn dan 12 kJ. Ergens tussen de 1800 kJ en 12 kJ dus, en ik denk momenteel (maar dat kan in de toekomst wellicht veranderen) dat het veel dichter bij die 12 dan bij die 1800 ligt.

Wat is dat trouwens voor "schijf" ? Waar is die 50 kg op gebaseerd?
Hoe groot is in dat geval het ontstane gat in de cilinder?
Hydrogen economy is a Hype.

#12

rolandmegens

    rolandmegens


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 12 juli 2012 - 14:18

Die 50 kg was gewoon een puur willekeurig getal. De schijf kan van alles zijn, van iets kleins (1-5 cm diameter) tot iets groots (20-50 cm diameter). Ik wil eigenlijk de berekening zo opstellen dat het benaderd kan worden met verschillende diameters. Het probleem is alleen dan dat bij een klein gat, de effecten anders zijn dan bij een groot gat.

Maar ik zal binnenkort een keer de informatie van olie etc, posten (zodra ik die binnenkrijg). Aan de hand van dat is de situatie iets duidelijker.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures