Hver er hámarks leyfileg slíðurþykkt fyrir 316 pípuhitara úr ryðfríu stáli í háhraða -loftflæði (10-25 m/s)?

Grunnskiptin-í þvinguðum lofthitara

Pípulaga hitarar úr 316 ryðfríu stáli eru oft notaðir í ráshitara, loftmeðhöndlunareiningum og þurrkofnum, þar sem ætandi loftborin efni eins og saltúði, þynntar sýrur eða rakt iðnaðarútblástur, krefjast tæringarþols mólýbdens-berandi austenítísks stáls. Notkun ugga eykur hitaflutningsyfirborðið verulega; engu að síður er slíðurþykktin fyrir neðan uggana mikilvæg hönnunarbreytu. Stærri veggirnir veita betri mótstöðu gegn rof-tæringu og vélrænni streitu sem stafar af titringi sem myndast af flæði við mikinn loftflæðishraða (10-25 m/s). En hver auka millímetri af þykkt eykur varmaviðnámið frá viðnámsvírnum að uggarótinni og dregur þar með úr heildarhitaframleiðslu og hækkar hitastig slíðunnar. Þessi rannsókn reiknar út takmarkandi veggþykkt 316 hitara úr ryðfríu stáli fyrir þvingaða loftþjónustu þar sem farið er yfir hitauppstreymi sem leiðir til ofhitnunar, aukinnar tæringar og snemma bilunar á uggafestingum.

Vélræn heilindi og veðrun-Tæring í háhraða lofti

316 stainless steel will erode-corrode measurably at air velocities >10 m/sek sem bera svifagnir (ryk, saltkristallar eða vinnsluefni). Óvirka filman er sífellt slitin og undirliggjandi málmur er fjarlægður á hraða frá 0,02 til 0,10 mm á ári, allt eftir hleðslu agna og högghorni. Fyrir hitara sem þarf að ganga í 40.000 klukkustundir (um 5 ára samfelldri þjónustu) myndi 1,2 mm vegg tapa 0,1-0,5 mm, kannski minna en 1,0 mm. Þetta er venjulega fínt fyrir lágþrýstingsloftkerfi. Stærra vélræna áhyggjuefnið er hins vegar flæði-tringur. Slöngur eru með breitt útvarpað svæði til loftflæðisins og við 15-25m/s getur hvirfillos valdið til skiptis álagi sem leiðir til þreytusprungna við ugga á slíðurfestingu eða á föstum endum rörsins. Þreytuþol þunnveggs rörs er verulega styttri en þykkari rörs þar sem víxlspennusviðið fyrir tiltekna sveigju er í öfugu hlutfalli við veggþykktina. Fyrir rör með 12 mm ytra þvermál og 500 mm óstutt span í 20 m/s loftstreymi er reiknað víxlbeygjuálag af stærðargráðunni 35 MPa fyrir 1,2 mm vegg og aðeins 18 MPa fyrir 2,4 mm vegg - minnkun um tvo þátt. Þolmörk fyrir glógað 316 ryðfríu stáli eru um 240MPa og því eru bæði gildin örugg. Hins vegar getur álagsstyrkur við uggsuðu eða valsmót aukið staðbundið álag um 3-5 stuðla. Í slíkum tilfellum er þykkari veggur mikilvæg öryggismörk gegn upphafi þreytusprungna. Vélræn heilleiki hefur lágmarksþykkt ekki hámark. Því þykkari því betra fyrir þreytu og rofþol.

Hitaþol og ofhitnunarþvingun

Hitaviðurlög vegna þykkra veggja í lofthiturum með uggum er verri en fyrir vökvahitara vegna verulega lægri varmaflutningsstuðulls (venjulega 50-200 W/m2K á móti 500-5000 W/m2K fyrir vökva). Heildarhitaviðnámið einkennist af loft-hliðarmarkalaginu, þó að slíðurviðnámið sé enn mikilvægt. Í lokuðu röri þarf hitinn að leiða í gegnum slíðrið geislavirkt að uggbotninum. Slíðurþykktin er aukin úr 1,2 mm í 2,4 mm, tvöföldun leiðandi rásarlengdarinnar. Varmaleiðni 316 ryðfríu stáli við 100 gráður er 16,3 W/m·K. Viðbótarhitaþol á mm þykkt er um 0,0037 m 2 K/W. Leigustuðullinn fyrir loft við 15 m/s er 120 W/m 2 K og viðnám lofthliðar er 0,0083 m 2 K/W . Með því að auka veggþykktina um 1,2 mm hækkar heildarviðnámið um næstum 45%, en dregur úr hitaframleiðslunni um 30% við sama slíðurhitastig. En mikilvægara, fyrir tiltekið rafmagnsinntak, krefst þykkari veggurinn hækkun á hitastigi viðnámsvírsins. Hámarks vírhitastig fyrir einangrun magnesíumoxíðs (innri dielectric) er yfirleitt 800-850 gráður. Notkun vírsins yfir þessum mörkum mun valda skemmdum á einangrun og ótímabæra bilun í hitara. Þannig er hámarks slíðurþykkt umfram það sem innri vírhitastig er ekki sjálfbært við nauðsynlegan aflþéttleika. Fyrir dæmigerðan 316 ryðfríu stáli hitara með wött þéttleika (miðað við finnflatarmál) 3-5 W/cm2 í 20 m/s lofti við 50 gráðu inntak, er hámarks leyfileg slíðurþykkt um 2,0-2,2 mm þannig að hægt sé að halda vírnum undir 800 gráðum. Yfir þessu magni þarf að draga úr hitaranum sem þýðir lengri eða stærri hitarabanka til að ná sömu lofthitahækkuninni.

Há-loftflæði - sviðsmynd-Valleiðbeiningar

Taflan hér að neðan gefur ráðleggingar um hámarks slíðurþykkt fyrir 316 pípulaga hitara úr ryðfríu stáli í þvinguðu lofti, miðað við lofthraða, agnahleðslu og nauðsynlegan aflþéttleika.

Rekstrarástand og aflþéttleiki Vélræn og hitauppstreymi skipta hámarks leyfileg veggþykkt
Hreint loft (engar agnir) 10-15 m/s 4 W/cm2 Hlévirki 1,5 mm Rof óveruleg. Þreytastreita er lítil. Þunni veggurinn leyfir hámarks hitaflutningi og heldur hitastigi vírsins vel undir 800 o C . Venjuleg rörþykkt með uggum.
Saltúði eða rakt súrt loft, 15-20 m/s, 3,5 W/cm², samfelld gangur 1,8-2,0 mm Tæringar- og rofhraði 0,03-0,05 mm/ár. 2.0 mm 40.000 klst. rofheimildir 1,2-2,0 mm hitastig 70,0 mm eftir 70,0 mm þráður. Athugaðu með hitauppgerð.
Loft hlaðið ögnum (ryki, trefjum), 20-25 m/s, 3 W/cm2, mikil hætta á titringi 2,2 mm Rofhraði allt að 0,10 mm/ár . 50 % á móti . 1.2 mm veggþykkt lágmarkar þreytuálag til skiptis. Verður að takmarka wattaþéttleika til að tryggja hitastig vírsins<800 C. Expect 25-35 % decreased heat output per tube.
Very high velocity (>25 m/sek) eða samfelld agnaáföll Ekki mælt með fyrir Finned Design. Fingar eru agnafangarar, þeir brotna hratt niður. Skiptu yfir í beran pípulaga hitara með þykkari vegg (2,5-3,0 mm) eða keramikvörn. Ófullnægjandi rúmfræði finnunnar.
Hreint loft, lítill hraði (5-10 m/s), hvaða aflþéttleiki sem er 1,2-1,5 mm Engin veðrun, þreytuvandamál. Þynnri veggurinn gefur hraðari viðbrögð. Þykkt meira en 1,5 mm er sóun á efni og minni skilvirkni án nokkurs ávinnings.
Viðbótarhönnunarþættir sem bæta við veggþykkt

Í háhraða lofthitun er mjög sterkt samspil veggþykktar við uggahönnun, festingaraðferð og skipulag kerfisins. Í fyrsta lagi, uggafesting - Lóðaðir eða -hátíðar soðnir uggar veita meiri hitaflutning en vélrænt stækkaðir uggar og hægt er að gera slíðrið nokkuð þykkara án þess að fara yfir hitatakmörk vírsins. Í öðru lagi, þéttleiki ugga - minnkar uggahallann (lægri fjöldi ugga á metra) dregur úr hitaflutningssvæðinu en dregur einnig úr þrýstingsfalli og titringsörvun. Lægri uggaþéttleiki gerir ráð fyrir þykkari slíðri fyrir tiltekið vírhitastig. Í þriðja lagi, inntaksloftsíun - fjarlægir agnir sem eru meira en 10 µm dregur úr rofhraða um 70-90%, sem gerir kleift að nota þynnri, varmahagkvæmari veggi. Í fjórða lagi, milli rörastuðnings - Minnkun á óstuddu bilinu úr 600 mm í 300 mm dregur úr flæðismynduðum titringi um átta sinnum, sem vegur upp á móti þreytuávinningi þykkra veggja. Að lokum eykur hörku efnisins - sem tilgreinir kalt dregið 316 ryðfríu stáli (meiri uppskeruþol en glæðað) rofþol án þess að auka þykkt.

Ályktun: Ákvörðun hámarks leyfilegrar þykkt fyrir flugþjónustu

Valið á þykkt slíðunnar fyrir 316 pípulaga hitara úr ryðfríu stáli með finndu í háhraða loftstreymi er málamiðlun á milli tveggja andstæðra takmarkana. Vélræn ending krefst þykkari veggs til að standast veðrun og þreytu á meðan hitamörk setja hámarksþykkt umfram það sem innri vírhitastig verður óöruggt. Mögulegt hámark fyrir flestar iðnaðarþvingað loftnotkun við 15–20 m/s með vægu agnahleðslu er 1,8–2,0 mm. Þetta veitir nægilegt veðrunarþol og þreytulausn á meðan hitastig vír er haldið innan 800 gráðu mörka fyrir magnesíumoxíð einangrun. Almennt séð henta lofthitarar ekki fyrir lofthraða yfir 25m/s eða alvarlegum agnahleðsluskilyrðum, óháð veggþykkt, og hönnuðurinn ætti að nota bera pípulaga hitara með hlífðarhúð eða öðrum efnum. Þegar tilgreint er skal alltaf tilgreina lofthraða, spáðan agnastyrk, uggþéttleika og hámarks leyfilegt vírhitastig. Þetta breytir grunnforskrift um veggþykkt í fullkomið mat á samhæfni við háhraða loft sem tengir val á stærð beint við bæði vélrænan áreiðanleika og hitaöryggi.