Master's Thesis

Calculation methods for packing seals

Final Thesis 3.3 MB Appendix 1.21 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Michal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Svoboda

Abstract:

Gland packings, their service life, and proper design solutions are currently important topics not only in the nuclear industry. However, existing calculation methods for sealing assemblies are significantly limited and applicable only to a few specific cases. They cannot be used as a universal calculation tool. Their comparison also shows that they vary in their level of conservatism. The Tester program was developed based on a study of these existing methods and introduces a new universal calculation approach that takes into account the diversity of sealing elements. However, its operation requires input material data and correction coefficient values obtained from measurements and testing.

Keywords:

Sealing ring, gland packing, braided packing, expanded graphite

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Jaký konkrétní typ deformace byl v rámci předloženého modelu uvažován a počítán? Výpočet axiálního tlaku vycházel z hodnoty utahovacího momentu. Bude tato hodnota závislá na namazání závitů?Jakými způsoby lze tuto závislost snížit? Teoretický rozbor deformace na elementární krychli: Popište a graficky znázorněte možnosti deformace na modelové krychli. Charakterizujte vzniklá napětí a popište vztah mezi napětím a deformací. Z jakých důvodů dochází v průběhu času k úbytku ideálního tlaku ve spoji?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Skoupý (člen)
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Diplomant zpracovával téma analýzy jednotlivých výpočtových metod pro ucpávková těsnění. Práce osahuje rešerši konstrukčních řešení a materiálů používaných pro ucpávky armatur. Stěžejní část práce se zabývá podrobnou rešerší a popisem jednotlivých analytických přístupů pro výpočet průběhů axiálních a radiálních kontaktních tlaků na těsnění. Vzhledem k tomu, že neexistuje obecný normativní analytický výpočet provedl diplomant vlastní odvození průběhu zatížení pro zvolenou ucpávkovou sestavu s cílem definovat jednotlivé korekční faktory vstupující do výpočtu pomocí provedení experimentálního testování v souladu s normativními návrhy zařízení pro tato testování. Diplomant přistupoval ke zpracování své práci zodpovědně a samostatně. Provedl kvalitní rešerši analytických metod a byl schopen samostatně odvodit vlastní analytický výpočet. Výstupem práce je také vlastní výpočet v MS Excel umožňující pro danou ucpávkovou sestavu a zatížení srovnání jednotlivých současných výpočtových postupů. Diplomová práce je komplexní a na kvalitní inženýrské úrovni. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Svoboda

Diplomová práce studenta se zabývá problematikou výpočtových metod ucpávkových těsnění se zaměřením zejména na jejich použití v oblasti jaderné energetiky. Autor si v práci klade za cíl vytvořit analytický model pro komplexní posouzení návrhu ucpávkových těsnění, včetně vytvoření softwarového programu pro tyto účely.

V úvodu práce se student zabývá obecnými informacemi o ucpávkových těsněních, včetně podrobnějšího pohledu na jejich materiálová provedení. Dále se práce věnuje samotné problematice analytického posouzení těsněného spoje s ucpávkovými těsněními. Jádrem práce je vytvoření analytické metody pro výpočet průběhů axiálních a radiálních napětí v ucpávkových sestavách.

Rešeršní část, obsahující bližší vhled do problematiky ucpávkových těsnění, jejich rozdělení z hlediska materiálového provedení a přehled existujících výpočetních metod, je velmi kvalitně zpracována. V úvodním popisu student vhodně poukazuje na problematické aspekty dosavadních návrhů ucpávkových těsnění. Materiálové dělení ucpávkových těsnění je obsahově rozsáhlé a zpracováno správně. Popis normových požadavků pro plochá těsnění poskytuje vhodný kontext pro navazující části práce. Zejména pozitivně lze hodnotit provedenou analýzu vybraných výzkumných prací, které slouží jako podklad pro tvorbu vlastní výpočetní metody. Provedené porovnání poukazuje na slabá místa jednotlivých přístupů a na prostor pro jejich další zlepšení.

Navržený výpočtový postup vychází ze základních principů mechaniky těles a je v rámci práce podrobně popsán. Daná problematika je značně komplexní, proto se student zaměřil pouze na určitou oblast, která však tvoří jádro celého problému. Toto vymezení lze hodnotit pozitivně. Jedná se konkrétně o problematiku přenosu přítlaků v sestavě ucpávkových těsnění, a to jak o převod axiální síly na radiální napětí, tak o přenos axiální síly v rámci celé ucpávkové sestavy. Student se dále zabývá analýzou celkové deformace ucpávkové sestavy. V práci jsou rovněž popsány předpoklady použití navržené výpočetní metody i její omezení. Vytvoření přehledného soupisu vlivů jednotlivých veličin na změnu přítlaku ucpávkových těsnění představuje společně s vytvořeným výpočetním nástrojem přínosný podklad pro vývoj a návrh konkrétních ucpávkových těsnění.

Student si je vědom možného nesouladu výsledků výpočtové metody s experimentálním měřením, a proto do výpočtu zahrnuje korekční koeficienty umožňující případnou úpravu jednotlivých vstupních veličin na základě provedených měření.

Vytvořený program v prostředí MS Excel představuje velmi komplexní výpočetní nástroj. Program nabízí dobrou orientaci i uživatelskou přívětivost. Zejména pozitivně lze hodnotit vizualizaci výsledků a jejich porovnání s ostatními poloempirickými výpočetními metodami.

Výpočetní metoda je navržena promyšleně a opírá se o základní mechanické principy stlačování ucpávkových těsnění. Oceňuji možnost korekce vstupních parametrů uživatelem, která zvyšuje robustnost a praktickou použitelnost výpočtu. Správnost navrženého postupu je navíc podpořena dobrou korelací dosažených výsledků s výsledky získanými pomocí zavedených poloempirických metod. Tyto skutečnosti svědčí o dobré odborné úrovni zpracování i o věrohodnosti navrženého řešení.

Celkově lze diplomovou práci hodnotit jako velmi zdařilou. Teoretická část je dostatečně rozsáhlá a představuje kvalitní podklad pro část praktickou. Stanovené cíle práce byly studentem splněny. Práce je po formální i jazykové stránce zpracována na velmi dobré úrovni. Určitou rezervu shledávám pouze v členění práce do jednotlivých kapitol. Student sice velmi dobře strukturuje odbornou problematiku, avšak informace týkající se cílů práce, použitých metod či celkové koncepce jsou pro čtenáře místy hůře dohledatelné. Částečně postrádám samostatnou závěrečnou diskuzi dosažených výsledků, která je obsažena pouze v závěru práce. Největší přednost této práce spatřuji v praktické části, zejména ve vytvořeném výpočetním postupu a softwarovém programu Tester. Ten představuje kvalitní podklad pro navazující práce, v jejichž rámci bude možné navrženou metodu experimentálně ověřit a následně na těchto poznatcích stavět při tvorbě komplexního výpočtu ucpávkové sestavy.

Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Program Tester uvažuje stav po vzniku kontaktu na obou stranách ucpávky. Jak by bylo možné do výpočtu zahrnout i vliv předchozích fází stlačování na celkovou změnu výšky ucpávkové sestavy?
  2. V autorském výpočtu není uvažováno axiální tření mezi jednotlivými prvky sestavy. Jaké je zdůvodnění tohoto předpokladu a jaký předpokládáte vliv jeho zahrnutí na průběh axiálního a radiálního napětí v sestavě?
  3. Současný Tester pracuje jako dopředný model. Bylo by možné jej rozšířit o návrhový režim, který by z požadovaného minimálního těsnicího tlaku určil potřebnou přítlačnou sílu? Popište koncepčně postup a hlavní kroky, které by taková úprava vyžadovala.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová