Problemas comuns de juntas de expansão em projeto e fabricação – fornecedor de soluções de tubulação na China

Projeto de junta de expansão de onda única em forma de U listado, problemas comuns de fabricação para chamar a atenção do projetista.

Na camisa fixa do trocador de calor de placas tubulares, uma junta de expansão é fixada aos componentes flexíveis, o que compensa a diferença de deformação entre a estrutura flexível, o feixe de tubos e a camisa, equalizando a diferença de temperatura entre a camisa e o tubo tensão do feixe. Juntas de expansão são amplamente utilizados no campo industrial devido à sua operação confiável, bom desempenho, estrutura compacta e outras vantagens. Do formato de onda às pontas, existem juntas de dilatação em forma de U, em forma de Ω e em forma de C, das quais as juntas de dilatação em forma de U são as mais comumente utilizadas. A seguir, são explicados os problemas comuns de fabricação do projeto da junta de expansão de eixo único em forma de U para lembrar o projetista e reduzir erros.

1. Quando a junta de dilatação precisa ser ajustada?

Em trocadores de calor de tubos sólidos e placas, os tubos de camisa e de trocador de calor representam uma conexão rígida entre as condições de operação. Devido à diferença de temperatura entre a parede do tubo e a parede da camisa, surgem tensões de diferença de temperatura, que por sua vez podem levar ao trocador de calor. rompimento dos tubos ou instabilidade do feixe tubular. Portanto, se as diferenças de dilatação e deformação térmica forem muito grandes, é necessário montar um elemento para compensar as diferenças de dilatação – juntas de dilatação.
Se a junta de expansão e os parâmetros específicos do projeto do trocador de calor precisam ser ajustados é avaliado pelo cálculo e pelo nível de tensão e então decidido. No passado, algumas informações sujeitas às limitações dos métodos de cálculo, se a junta de expansão precisa ser ajustada, eram determinadas por um simples cálculo aproximado da tensão axial do cilindro ou do tubo do trocador de calor, o que não era razoável. Eles assumem que o folha de tubo é rígido, cada trocador de calor no feixe de tubos está no mesmo estado de tensão e compressão, o que está longe da carga real na placa de tubos e no feixe de tubos. Além disso, alguns projetistas adotam uma abordagem ainda mais grosseira para determinar se uma junta de expansão precisa ser instalada quando a diferença de temperatura operacional entre o programa de tubo e casco ou a diferença de temperatura de projeto excede um determinado valor (por exemplo, mais de 50°C). Isso também está incorreto, porque a diferença de temperatura operacional e a diferença de temperatura de projeto não são iguais à diferença de temperatura do metal, e a diferença de expansão térmica entre o tubo do trocador de calor e o programa do casco não pode ser substituída pela diferença de expansão térmica entre o cilindro . Especialmente quando os dois materiais são usados ​​ao mesmo tempo (por exemplo, tubos de trocador de calor de aço inoxidável, cilindros de aço carbono), a diferença entre os dois coeficientes de expansão linear é muito grande. Em casos extremos, pode ocorrer o seguinte: a diferença de temperatura entre o tubo metálico e o programa de camisa é muito grande, mas a diferença de expansão térmica é zero; a diferença de temperatura entre o tubo de metal e o programa de camisa é muito pequena ou zero, e a expansão térmica é muito grande. Portanto, ao calcular a placa do tubo, a tensão axial da bainha σ é calculada de acordo com a diferença de temperatura entre as diferentes condições_CTensão axial do tubo de transferência de calor σ_TSe a força de tração q entre o tubo de transferência de calor e a placa do tubo não atender às condições de resistência (ou estabilidade), juntas de expansão deverão ser instaladas. As juntas de expansão em trocadores de calor de tubos sólidos e placas reduzem significativamente a rigidez axial da carcaça, reduzindo significativamente a força de cisalhamento transversal e o momento fletor ao redor do tubo e da placa, resultando em um alívio significativo da tensão no tubo e na placa. A espessura do tubo pode ser reduzida para atender aos requisitos do projeto. Este método também reduz efetivamente a força de tração entre a placa do tubo e o tubo. Portanto, o uso de juntas de dilatação é muito necessário e econômico quando o invólucro sofre grande expansão térmica.
Ao calcular o teste de resistência da placa do tubo, nenhuma junta de expansão é definida ao determinar a espessura da placa do tubo. Às vezes, a resistência do tubo não é suficiente. Pode acontecer que a junta de dilatação esteja ajustada. Neste momento, a espessura da chapa do tubo pode não atender aos requisitos. A junta de dilatação pode ser mais fina. No entanto, isto precisa de ser totalmente avaliado em termos de consumo de materiais, dificuldades de fabrico e implicações económicas e de segurança.

2. Problemas para ajustar a posição da junta de expansão

Os tubos fixados na extremidade do trocador de calor a placas são equipados com juntas de dilatação. Qual posição das juntas de dilatação é mais adequada? Se a junta de dilatação estiver fixada no suporte superior e o suporte for baixo, a junta de dilatação deverá suportar a força axial adicional gerada pelo peso do trocador de calor e a estabilidade do equipamento será reduzida. Um projeto razoável é colocar a junta de expansão no suporte inferior. Se as condições o permitirem, o centro de gravidade do dispositivo deverá, se possível, estar no plano de suporte abaixo do suporte para melhorar a estabilidade do dispositivo.

3. Número de solda longitudinal das juntas de dilatação

Se o método full-form for utilizado para o fole, o número de costuras longitudinais refere-se aos dados da Tabela 1.
tabela 1

Ao soldar as abas inferiores da chapa metálica e a punção geral de meia onda, o número de costuras longitudinais refere-se às informações da Tabela 2.
mesa 2

Nota: Independentemente do método de fabricação do fole, o número de costuras longitudinais geralmente deve ser mínimo e a distância entre duas costuras longitudinais adjacentes não deve ser inferior a 5 mm.

4. Problemas com a borda de corrosão das juntas de dilatação

Para aço carbono e aço de baixa liga, tome C₂ ≤1mm; C₂> 1mm deve ser escolhido para aço inoxidável austenítico (se não for apropriado usar aço inoxidável, C₂ pode ser selecionado de acordo com os requisitos do projeto do contêiner); para aço inoxidável austenítico, se a corrosividade média for muito baixa, tome C₂ = 0mm.

5. Calibração da vida em fadiga dos compensadores

Fole feito de aço inoxidável austenítico se σ_R ≤σ_S^Tnão pode levar em conta o problema da baixa fadiga; caso contrário, a vida à fadiga deverá ser calibrada. Em GB16749-1997, Anexo A, o deslocamento da junta de expansão de aço inoxidável austenítico é baseado na temperatura de projeto de 300 °C, o número de danos por fadiga N = 4,5 × 10⁴ tempos calculados. Fator de segurança 15, número de ciclos permitidos (N) = 3.000 vezes. Quando a temperatura de projeto é 300°C, o número cumulativo real de ciclos permitidos é igual a 3.000 vezes e pode ser selecionado de acordo com o deslocamento da tabela no Apêndice A. Quando a temperatura de projeto não for 300°C ou o número cumulativo real de ciclos permitidos não for igual a 3.000 vezes (faixa de seleção de ciclos permitidos de 50 a 5.000 vezes). Então a mudança deve ser corrigida multiplicando o coeficiente C_N ou C_T Ao calcular, use o software SW6 com base nos valores fornecidos na tabela do Apêndice A. Se o material da junta de dilatação da junta for aço inoxidável, você também precisará selecionar o tipo de carga do ciclo de fadiga: carga cíclica por diferença de temperatura ou carga cíclica mecânica.

6. As juntas de dilatação precisam prestar atenção ao projeto de outros problemas

• (1) Para reduzir o desgaste das juntas de dilatação, evitar vibrações e reduzir a resistência ao fluido, se necessário, um tubo liner é instalado no interior das juntas de dilatação, que é direcionado na direção do fluxo do meio em uma extremidade do o cilindro e o dispositivo (ou o tubo traseiro) devem ser soldados. Quando o meio é vapor ou líquido e a direção do fluxo é verticalmente para cima, um orifício semicircular de saída de líquido com diâmetro de 4 (90°) φ6 mm deve ser feito na luva do liner na parte inferior, ou na luva do liner e no dispositivo cilindro (ou tubo de escape), 4 soldas interrompidas (tamanho da fratura 20 mm) são fixadas à solda.
• (2) Na produção de juntas de dilatação, os materiais devem ter boa conformabilidade, boas propriedades mecânicas e boa resistência à corrosão. Para juntas de dilatação que operam em altas temperaturas, também deve ser selecionado um material com bom isolamento térmico. As juntas de dilatação geralmente utilizam os mesmos materiais e equipamentos dos cilindros de aço inoxidável. A corrosão intergranular requer tratamento térmico após a soldagem.

7. Conclusão