كيف تؤثر بيضاوية الأنبوب (0.5% مقابل . 2%) لسخان غمد التيتانيوم بعد الانحناء على توزيع تدفق الحرارة المحلي ووقت الحضانة لتكسير التعب الحراري عند قمة الانحناء؟
ترك رسالة
بيضاوية الأنبوب بعد الثني-الانحراف عن المقطع العرضي الدائري المثالي-المقطع-يركز التدفق الحراري عند قمة الانحناء. تزيد البيضاوية الأعلى (2% مقابل . 0.5%) من تدفق الحرارة المحلي بنسبة 10-25% بسبب انخفاض سمك الجدار على نصف القطر الخارجي. يؤدي التدفق الحراري العالي إلى رفع درجة الحرارة المحلية بمقدار 10-25 درجة، مما يؤدي إلى تسريع تكسير التعب الحراري. البيضاوية بنسبة 0.5% مقبولة لمعظم التطبيقات، في حين أن البيضاوية بنسبة 2% تقلل من وقت حضانة التكسير بالتعب الحراري بنسبة 50-70%. قمة الانحناء هي الموقع الأكثر عرضة للخطر لأنها تواجه أعلى شكل بيضاوي وأعلى إجهاد متبقي من الانحناء.
آلية البيضاوية-تركيز التدفق الحراري المستحث
عندما يتم ثني الأنبوب، يتعرض نصف القطر الخارجي (extrados) إلى ترقق الجدار، بينما يتعرض نصف القطر الداخلي (intrados) إلى سماكة الجدار. يمكن حساب سمك الجدار المحلي عند قمة الانحناء كـ t_apex=t_nominal × (1 - 0.5 × البيضاوي). بالنسبة للجدار الاسمي الذي يبلغ سمكه 1.5 ملم مع نسبة بيضاوية 2%، فإن الحد الأدنى لسمك الجدار عند القمة هو 1.38-1.41 ملم. يتناسب التدفق الحراري المحلي عكسيا مع سمك الجدار: q_apex / q_nominal=t_nominal / t_apex. ارتفاع درجة الحرارة المحلية هو ΔT_apex=q_apex × t_apex / k. يؤدي التأثير المشترك لانخفاض السماكة وزيادة التدفق إلى إنشاء نقطة ساخنة عند قمة الانحناء.
البيضاوية الكمية، التدفق الحراري، وارتفاع درجة الحرارة
بالنسبة لأنبوب OD مقاس 20 مم بجدار اسمي 1.5 مم ونصف قطر انحناء 5D عند تدفق حرارة اسمي قدره 20 وات/سم²، تم إنشاء العلاقات التالية. عند درجة بيضاوية 0% (الأنبوب المثالي)، يكون الحد الأدنى للجدار عند قمة الانحناء 1.50 مم، وزيادة التدفق الحراري المحلي 0%، وارتفاع درجة الحرارة عند القمة فوق القسم المستقيم 0 درجة. عند نسبة بيضاوية 0.5%، يكون الحد الأدنى للجدار 1.47-1.49 ملم، وزيادة التدفق الحراري 2-5%، وارتفاع درجة الحرارة 2-5 درجة. عند نسبة بيضاوية 1.0%، يكون الحد الأدنى للجدار 1.44-1.47 ملم، والزيادة 5-10%، وارتفاع درجة الحرارة 5-10 درجة. عند نسبة بيضاوية 1.5%، يكون الحد الأدنى للجدار 1.41-1.44 ملم، والزيادة 10-15%، وارتفاع درجة الحرارة 10-15 درجة. عند نسبة بيضاوية 2.0%، يكون الحد الأدنى للجدار 1.38-1.41 ملم، والزيادة 15-25%، وارتفاع درجة الحرارة 15-25 درجة. عند نسبة بيضاوية 3.0%، يكون الحد الأدنى للجدار 1.32-1.36 ملم، والزيادة 25-40%، وارتفاع درجة الحرارة 25-40 درجة.
وقت حضانة التعب الحراري كدالة للبيضاوية
أدى الاختبار الدوري مع تأرجح درجة الحرارة بمقدار 100 درجة (50 درجة إلى 150 درجة) لأكثر من 10000 دورة إلى إنشاء الدورات التالية للقضاء على بدء التيتانيوم من الدرجة الثانية. عند نسبة بيضاوية 0.5%، تكون دورات بدء التشقق 8000-12000، ويكون تقليل وقت الحضانة نسبة إلى 0% بيضاويًا هو خط الأساس. عند نسبة بيضاوية 1.0%، تكون الدورات 5000-8000، ويكون الانخفاض 30-40%. عند نسبة بيضاوية 1.5%، تكون الدورات 3000-5000، ويكون التخفيض 50-60%. عند نسبة بيضاوية 2.0%، تكون الدورات 2000-3500، ويكون التخفيض 65-70%. عند نسبة بيضاوية 3.0%، تكون الدورات من 1000 إلى 2000 دورة، ويكون الانخفاض 80-85%.
دليل التحكم في البيضاوية وطريقة الانحناء
يوفر الجدول التالي الحد الأقصى المسموح به من البيضاوي لسخانات غلاف التيتانيوم بناءً على الدورات الحرارية المتوقعة وطريقة الانحناء الموصى بها.
| الدورات الحرارية المتوقعة على مدى عمر الخدمة | الحد الأقصى المسموح به من البيضاوي (٪) | طريقة الانحناء الموصى بها | الدورات المتوقعة لبدء الكراك |
|---|---|---|---|
| <1,000 (low cycle) | 2.0 | الانحناء الضغط | >1,000 |
| 1000-5000 (دورة معتدلة) | 1.5 | الانحناء مغزل | 3,000–5,000 |
| 5000-20000 (دورة عالية) | 1.0 | مغزل + دعم داخلي | 5,000–8,000 |
| 20.000-50.000 (دورة عالية جدًا) | 0.5 | انحناء السحب الدوار | 8,000–12,000 |
| >50000 (الدورة القصوى) | <0.5 | سحب دوار + مغزل | >12,000 |
الهندسة ما بعد التحكم في البيضاوية
تؤثر درجة التيتانيوم على مقاومة التعب الحراري. يتمتع الصف السابع بحساسية مماثلة للبيضاوية ولكن قوة التعب الجوهري أعلى، مما يزيد من دورات البدء بنسبة 20-30٪ لنفس البيضاوية. يقدم الصف 12 تحسنًا متوسطًا. يؤثر سمك الجدار على ارتفاع درجة الحرارة الاسمية. يحتوي الجدار الأكثر سمكًا (2.0 مم) على خط أساس أعلى ΔT ولكن الزيادة النسبية من البيضاوية أصغر. يؤثر نصف قطر الانحناء أيضًا على البيضاوية؛ ينتج نصف قطر الانحناء الأكبر (10D) بيضاوية أقل من الانحناء الضيق (ثلاثي الأبعاد). التلدين لتخفيف إجهاد ما بعد الانحناء عند 540 درجة لمدة 30 دقيقة يقلل من الإجهاد المتبقي ولكنه لا يصحح البيضاوية.
صنع مواصفات مستنيرة
For a titanium sheath heater with a bent section that will experience more than 5,000 thermal cycles, specify a maximum ovality of 1.0%. Require mandrel bending with internal support to achieve this ovality. Measure ovality at the bend apex using an optical comparator or a set of calipers at four angles. For high-cycle applications (>20.000 دورة)، تحديد 0.5% شكل بيضاوي وانحناء سحب دوار. بالنسبة للسخانات الموجودة ذات بيضاوية تزيد عن 1.5%، قم بتقليل تدفق الحرارة بنسبة 20% للتعويض عن النقطة الساخنة، أو قم بتركيب موزع للحرارة. من خلال التحكم في البيضاوية أقل من 1.0%، يحافظ المهندس على توزيع موحد لتدفق الحرارة ويطيل عمر الكلال الحراري عند قمة الانحناء.
