Kāds ir maksimālais pieļaujamais apvalka biezums 316 nerūsējošā tērauda cauruļveida sildītājiem ar lielu{1}}ātruma gaisa plūsmu (10–25 m/s)?

Pamata atlaide{0}}piespiedu konvekcijas gaisa sildītājiem

Cauruļveida sildītājus no 316 nerūsējošā tērauda bieži izmanto kanālu sildītājos, gaisa apstrādes iekārtās un žāvēšanas krāsnīs, kur korozīvām gaisā esošām ķimikālijām, piemēram, sāls izsmidzināšanai, atšķaidītām skābēm vai mitrām rūpnieciskajām izplūdēm, ir nepieciešama molibdēna{1}}nesošā austenīta tērauda izturība pret koroziju. Spuru izmantošana ievērojami palielina siltuma pārneses virsmas laukumu; tomēr apvalka biezums zem spurām ir svarīgs konstrukcijas parametrs. Lielākas sienas nodrošina labāku izturību pret eroziju{4}}koroziju un mehānisko spriegumu, ko rada plūsmas radīta vibrācija ar lielu gaisa plūsmas ātrumu (10–25 m/s). Bet katrs papildu biezuma milimetrs palielina termisko pretestību no pretestības stieples līdz spuras saknei, tādējādi samazinot kopējo siltuma jaudu un paaugstinot apvalka temperatūru. Šajā pētījumā ir aprēķināts 316 nerūsējošā tērauda sildītāju sienas biezums piespiedu gaisa satiksmē, kur tiek pārsniegti termiskie ierobežojumi, kā rezultātā notiek pārkaršana, pastiprināta korozija un priekšlaicīga spuras stiprinājumu atteice.

Mehāniskā integritāte un erozija{0}}Korozija liela ātruma gaisā

316 stainless steel will erode-corrode measurably at air velocities >10 m/s, kas satur suspendētas daļiņas (putekļi, sāls kristāli vai procesa cietās vielas). Pasīvā plēve tiek pastāvīgi nolietota, un pamatā esošais metāls tiek noņemts ar ātrumu no 0,02 līdz 0,10 mm gadā atkarībā no daļiņu slodzes un trieciena leņķa. Sildītājam, kam jādarbojas 40 000 stundu (apmēram 5 nepārtrauktas darbības gadi), 1,2 mm siena zaudētu 0,1-0,5 mm, iespējams, mazāk nekā 1,0 mm. Tas parasti ir piemērots zema spiediena gaisa sistēmām. Tomēr lielākā mehāniskā problēma ir plūsmas{17}}izraisītā vibrācija. Spurainām caurulēm ir plašs projicēšanas laukums gaisa plūsmai, un pie 15-25 m/s virpuļa izvadīšana var izraisīt mainīgu deformāciju, kas izraisa noguruma plaisāšanu pie spuru un apvalka stiprinājuma vai caurules fiksētajos galos. Plānsienu caurules noguruma kalpošanas laiks ir ievērojami īsāks nekā biezākai caurulei, jo mainīgā sprieguma amplitūda noteiktai novirzei ir apgriezti saistīta ar sienas biezumu. Caurulei ar 12 mm ārējo diametru un 500 mm neatbalstītu laidumu 20 m/s gaisa plūsmā aprēķinātais mainīgais lieces spriegums ir aptuveni 35 MPa 1,2 mm sienai un tikai 18 MPa 2,4 mm sienai — tas ir samazinājums divas reizes. Atlaidināta 316 nerūsējošā tērauda izturības robeža ir aptuveni 240 MPa, tāpēc abas vērtības ir drošas. Tomēr sprieguma koncentrācijas spuru metinātajās šuvēs vai velmējumos var palielināt lokālos spriegumus par koeficientiem 3-5. Šādos gadījumos biezāka siena ir svarīga drošības rezerve pret noguruma plaisu rašanos. Mehāniskajai integritātei ir minimālais biezums, nevis maksimālais. Jo biezāka, jo labāka noguruma un erozijas izturība.

Termiskā pretestība un pārkaršanas ierobežojums

Termiskais sods biezo sienu dēļ gaisa sildītājos ar spārniem ir sliktāks nekā šķidruma iegremdēšanas sildītājiem, jo ​​ir ievērojami zemāks konvekcijas siltuma pārneses koeficients (parasti 50–200 W/m2K pret 500-5000 W/m2K šķidrumiem). Vispārējā termiskajā pretestībā dominē gaisa -puses robežslānis, lai gan apvalka pretestība joprojām ir svarīga. Spuru caurulē siltumam ir jānovada caur apvalku radiāli līdz spuras pamatnei. Apvalka biezums tiek palielināts no 1,2 mm līdz 2,4 mm, dubultojot vadošā kanāla garumu. 316 nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja pie 100 grādiem ir 16,3 W/m·K. Papildu termiskā pretestība uz vienu mm biezumu ir aptuveni 0,0037 m 2 K/W. Gaisa konvekcijas koeficients pie 15 m/s ir 120 W/m 2 K un gaisa puses pretestība ir 0,0083 m 2 K/W. Sienas biezuma palielināšana par 1,2 mm palielina kopējo pretestību par gandrīz 45%, bet samazina siltuma ražošanu par aptuveni 30% pie tādas pašas apvalka temperatūras. Bet vēl svarīgāk ir tas, ka konkrētai elektroenerģijas ievadei biezākai sienai ir jāpaaugstina pretestības stieples temperatūra. Magnija oksīda izolācijas (iekšējā dielektriķa) maksimālā stieples temperatūra parasti ir 800–850 grādi. Vada darbība virs šīs robežas izraisīs izolācijas degradāciju un priekšlaicīgu sildītāja atteici. Tādējādi pastāv maksimālais apvalka biezums, kuru pārsniedzot, iekšējā stieples temperatūra nav ilgtspējīga ar nepieciešamo jaudas blīvumu. Tipiskam nerūsējošā tērauda 316. tērauda sildītājam ar vatu blīvumu (pamatojoties uz spārnu laukumu) 3–5 W/cm2 20 m/s gaisā pie 50 grādu ieplūdes, maksimālais atļautais apvalka biezums ir aptuveni 2,0–2,2 mm, lai stiepli varētu uzturēt zem 800 grādiem. Virs šīs summas sildītājs ir jāsamazina, kas nozīmē ilgāku vai lielāku sildītāja banku, lai iegūtu tādu pašu gaisa temperatūras paaugstināšanos.

Liela-ātruma gaisa plūsmas - scenārijs-pamatojoties uz atlases rokasgrāmatu

Zemāk esošajā tabulā sniegti ieteikumi par maksimālo apvalka biezumu 316 nerūsējošā tērauda cauruļveida sildītājiem piespiedu gaisa režīmā, pamatojoties uz gaisa ātrumu, daļiņu slodzi un nepieciešamo jaudas blīvumu.

Darbības apstākļi un jaudas blīvums Mehāniskais un termiskais kompromiss Maksimālais pieļaujamais sienas biezums
Tīrs gaiss (bez daļiņām) 10-15 m/s 4 W/cm2 Neregulāra darbība 1,5 mm Erozija nenozīmīga. Noguruma stress ir zems. Plānā siena nodrošina maksimālu siltuma pārnesi un uztur stieples temperatūru krietni zem 800 o C. Standarta caurules biezums ar spurām.
Sāls aerosols vai mitrs skābs gaiss, 15-20 m/s, 3,5 W/cm², nepārtraukta darbība 1,8-2,0 mm Korozijas-erozijas ātrums 0,03-0,05 mm/gadā. 2.0 mm 40 000 stundu erozijas pielaide 1,2-2,0 mm atlikušā stieples temperatūra 8 07 mm 0-7 Pārbaudiet ar termisko simulāciju.
Ar daļiņām (putekļiem, šķiedrām) noslogots gaiss, 20-25 m/s, 3 W/cm2, augsts vibrācijas risks 2,2 mm Erozijas ātrums līdz 0,10 mm/gadā . 50 % pret. 1.2 mm sieniņu biezums samazina mainīgo noguruma spriegumu. Lai nodrošinātu stieples temperatūru, jāierobežo vatu blīvums<800 C. Expect 25-35 % decreased heat output per tube.
Very high velocity (>25 m/s) vai nepārtraukta daļiņu saskareNav ieteicams spuras dizainam Spuras ir daļiņu uztvērējs, tās ātri sadalās. Mainiet uz tukšu cauruļveida sildītāju ar biezāku sienu (2,5–3,0 mm) vai keramikas aizsardzību. Nepietiekama spuru ģeometrija.
Tīrs gaiss, mazs ātrums (5-10 m/s), jebkurš jaudas blīvums 1,2-1,5 mm Bez erozijas, noguruma problēmas. Plānāka siena nodrošina ātrāku reakciju. Biezums, kas lielāks par 1,5 mm, ir izšķērdīgs materiāls un zemāka efektivitāte bez jebkāda pieauguma.
Papildu dizaina faktori, kas papildina sienas biezumu

Liela ātruma gaisa apsildē ir ļoti spēcīga sienas biezuma mijiedarbība ar spuras dizainu, stiprinājuma metodi un sistēmas izkārtojumu. Pirmkārt, spuras stiprinājums — lodētas vai -augstfrekvences metinātas spuras nodrošina lielāku siltuma pārnesi nekā mehāniski paplašinātas spuras, un apvalku var padarīt nedaudz biezāku, nepārsniedzot stieples temperatūras ierobežojumus. Otrkārt, spuras blīvums -, samazinot spuras soli (mazāks spuru skaits uz metru), samazina siltuma pārneses laukumu, bet arī samazina spiediena kritumu un vibrācijas ierosmi. Zemāks spuras blīvums nodrošina biezāku apvalku noteiktai stieples temperatūrai. Treškārt, ieplūdes gaisa filtrēšana - noņemot daļiņas, kuru izmērs pārsniedz 10 µm, samazina erozijas ātrumu par 70-90%, ļaujot izmantot plānākas, termiski efektīvākas sienas. Ceturtkārt, cauruļu balstu attālums - Neatbalstītā laiduma samazināšana no 600 mm līdz 300 mm samazina plūsmas radītās vibrācijas amplitūdas astoņas reizes, kompensējot biezo sienu noguruma priekšrocības. Visbeidzot, materiāla cietība -, kas norāda auksti stieptu 316 nerūsējošo tēraudu (lielāka tecēšanas robeža nekā atkausētais), uzlabo izturību pret eroziju, nepalielinot biezumu.

Secinājums: gaisa pakalpojuma maksimālā pieļaujamā biezuma noteikšana

Apvalka biezuma izvēle 316 nerūsējošā tērauda cauruļveida sildītājiem liela ātruma gaisa plūsmā ir kompromiss starp diviem pretējiem ierobežojumiem. Mehāniskajai izturībai ir nepieciešama biezāka siena, kas izturētu eroziju un nogurumu, savukārt termiskie ierobežojumi nosaka maksimālo biezumu, kuru pārsniedzot, iekšējā stieples temperatūra būs nedroša. Iespējamais maksimums lielākajai daļai rūpniecisko piespiedu gaisa lietojumu pie 15–20 m/s ar nelielu daļiņu slodzi ir 1,8–2,0 mm. Tas nodrošina pietiekamu erozijas toleranci un noguruma buferi, vienlaikus uzturot stieples temperatūru 800 grādu robežās magnija oksīda izolācijai. Parasti sildītāji nav piemēroti gaisa ātrumam virs 25 m/s vai smagas daļiņu slodzes apstākļiem neatkarīgi no sienas biezuma, un projektētājam ir jāizmanto tukši cauruļveida sildītāji ar aizsargpārklājumiem vai citiem materiāliem. Norādot, vienmēr norādiet gaisa ātrumu, paredzamo daļiņu koncentrāciju, spārnu blīvumu un maksimālo pieļaujamo stieples temperatūru. Tas maina pamata sienas biezuma specifikāciju uz pilnīgu liela ātruma gaisa saderības novērtējumu, kas tieši korelē izmēru izvēli gan ar mehānisko uzticamību, gan termisko drošību.