یک خط بخار فولاد کربنی 30 متری در هر راه اندازی از 20 درجه سانتیگراد تا 210 درجه سانتیگراد گرم می شود. اگر به طور کامل مهار شود، این افزایش دما تنش حرارتی بیش از 400 مگاپاسکال در دیواره لوله ایجاد می کند - بسیار فراتر از قدرت تسلیم فولاد کربنی - و خود خط حدود 70 میلی متر در امتداد محور خود رشد می کند. لنگرها، فلنج ها و نازل های تجهیزات نمی توانند این را بپذیرند. پاسخ مهندسی عملی برای اجرای مستقیم لوله، یک دم انبساط محوری است: یک عنصر فلزی موجدار که حرکت طولی را جذب می کند تا بقیه سیستم در بارهای مجاز خود باقی بماند.
انتخاب دم انبساط محوری مناسب به چهار عدد می رسد: حرکت محوری مورد نیاز، فشار طراحی، دمای طراحی و عمر چرخه مورد انتظار. آن ها را درست انجام دهید و یک دمنده می تواند برای دهه ها به خط خدمت کند. آنها را اشتباه بگیرید و در عرض چند ماه یک تعطیلی برنامه ریزی نشده را برنامه ریزی خواهید کرد. بخش‌های زیر نحوه عملکرد یک دم انبساط محوری، نحوه اندازه‌گیری آن از روی داده‌های حرارتی اولیه، و معمولاً خرابی‌های میدانی از کجا شروع می‌شود، توضیح می‌دهد.
دم انبساط محوری چیست؟
دم انبساط محوری - که به آن مفصل انبساط محوری یا جبران کننده فلزی محوری نیز گفته می شود - یک جزء انعطاف پذیر است که در یک لوله مستقیم برای جذب جابجایی موازی با خط مرکزی لوله نصب می شود. عنصر اصلی یک لوله فولادی زنگ نزن راه راه با دیواره نازک است. هر کانولوشن مانند یک فنر حلقوی کوچک خم می شود و از آنجایی که دم مونتاژ شده بسیار انعطاف پذیرتر از لوله صلب است، تقریباً تمام حرکت طولی به جای انتقال به لنگرها و نازل ها در داخل پیچش ها انجام می شود. این مجموعه ها در هر جایی که مسیرهای مستقیم نیاز به جبران حرارتی دارند استفاده می شوند: توزیع بخار، آب گرم، مایع انتقال حرارت، خطوط انتقال برودتی و مجرای اگزوز موتور.
یک مفصل انبساط محوری کامل معمولاً شامل بخش‌های زیر است:
- عنصر Bellows - فولاد ضد زنگ تک لایه یا چند لایه (304/316L یا یک آلیاژ نیکل برای کار در دمای بالا) که انعطاف پذیری را فراهم می کند و فشار را در بر می گیرد.
- پایان دادن به اتصالات - انتهای جوش لب به لب، فلنج های شل یا فلنج های جوش داده شده، انتخاب شده برای مطابقت با کلاس لوله کشی موجود.
- لاینر جریان داخلی - یک آستین نازک در داخل دم که جریان را صاف نگه می دارد، تلاطم را کاهش می دهد و از راه راه ها در برابر فرسایش ذرات محافظت می کند.
- پوشش خارجی - یک ژاکت محافظ برای نصب در فضای باز، زیرزمینی یا عایق.
- میله ها را محدود کنید یا ببندید - فقط در تنظیمات خاص استفاده می شود. یک مفصل محوری خالص معمولاً آنها را حذف می کند، بنابراین هیچ چیز حرکت را محدود نمی کند.
شکل 1 قطعات اصلی را در یک برش ایزومتریک نشان می دهد.
شکل 1. اجزای اصلی یک دم انبساط محوری (برش ایزومتریک).
اتصال انبساط موجدار جبران کننده فلزی انعطاف پذیر با فولاد ضد زنگ 304 این دم انبساط محوری رشد حرارتی در سیستم های لوله کشی را جذب می کند. ساخته شده از فولاد ضد زنگ 304 یا فولاد کربنی، فشار تا 1.6 مگا پاسکال را پشتیبانی می کند و برای کاربردهای آب، بخار و روغن مناسب است. مشاهده محصول → چگونه یک دم انبساط محوری حرکت حرارتی را کنترل می کند
انبساط حرارتی یک موضوع فیزیک است نه نظر. رشدی که یک دم باید جذب کند با فرمول استاندارد محاسبه می شود:
ΔL = L × α × ΔT
که در آن L طول لوله مستقیم بر حسب متر است، α ضریب انبساط حرارتی خطی مواد لوله بر حسب میلی متر/m·درجه سانتی گراد (برای فولاد کربن تقریباً 0.0123) و ΔT افزایش دما بر حسب درجه سانتیگراد است. نتیجه حرکت محوری بر حسب میلی متر است که درز انبساط باید بین دو لنگر قرار دهد.
نمودار زیر رشد محاسبه شده را برای یک لوله 10 متری از مواد معمولی بیش از 100 درجه سانتیگراد نشان می دهد. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ، حدود 40 درصد بیشتر از فولاد کربنی با همان طول رشد می کند - این واقعیت زمانی که یک خط از فولاد کربنی به ضد زنگ تبدیل می شود، بدون بررسی مجدد رتبه حرکت دم، اهمیت دارد.
شکل 2. انبساط حرارتی در هر 10 متر لوله در هر 100 درجه سانتیگراد افزایش دما، محاسبه شده از ضرایب معمولی انبساط حرارتی خطی.
بادبزن این رشد را با فشرده کردن یا گسترش در امتداد محور خود جذب می کند. سرعت فنر محوری پایین آن، نیروی واکنش روی لنگرها را کوچک نگه می‌دارد، اما ظرفیت حرکت محدود است - به همین دلیل است که مرحله بعدی یک محاسبه انتخاب مناسب است.
معیارهای انتخاب کلیدی: حرکت، فشار، دما و عمر چرخه
هنگامی که حرکت محوری مورد نیاز مشخص شد، به مرکز مشخصات تبدیل می شود. نمودار خطی زیر نشان می‌دهد که تقاضا چقدر سریع رشد می‌کند: برای یک خط فولاد کربنی 30 متری، هر 25 درجه سانتیگراد افزایش دما حدود 9 میلی‌متر سفر مورد نیاز را اضافه می‌کند.
شکل 3. محاسبه رشد محوری یک خط فولاد کربن 30 متری در مقابل افزایش دما (α = 0.0123 میلی متر/m·°C).
حرکت
رشد محاسبه شده حداقل ظرفیت است. یک حاشیه حداقل 20 تا 30 درصد برای گذرای راه اندازی، نشست زمین و تحمل نصب اضافه کنید، سپس حرکت نامی را به عنوان مقادیر مثبت و منفی از طول آزاد مشخص کنید.
فشار
هر دمنده دارای حداکثر فشار کاری مجاز است. هنگامی که فشار زیاد است، یک دم چند لایه استحکام بیشتری نسبت به یک لایه با همان ضخامت کلی ایجاد می کند و در عین حال نرخ فنر را پایین تر نگه می دارد. برای استحکام به تنهایی از پریدن به قطر بزرگتر خودداری کنید - هر چه قطر بزرگتر باشد، فشار رانش بیشتری را لنگرها باید تحمل کنند.
دما
دمای طراحی به طور مستقیم تنش مجاز مواد دم را تنظیم می کند. فولاد ضد زنگ استاندارد 304/316L بیشتر خدمات شهری را تا حدود 550 درجه سانتیگراد پوشش می دهد، اما دمای بالاتر خزش را تسریع می کند و عمر خستگی را کوتاه می کند. آلیاژهای نیکل مانند Inconel برای عملکرد شدید در دمای بالا مشخص شده اند.
چرخه عمر
دم‌های فلزی عمر خستگی محدودی دارند و تمرین طراحی EJMA این طول عمر را مستقیماً به دامنه حرکت مرتبط می‌کند - هرچه ضربه در هر چرخه بزرگتر باشد، چرخه‌های کمتری می‌تواند دوام بیاورد. برای خطوطی که به طور مکرر می چرخند، به جای فشار دادن یک دم کوتاه به حد مجاز، یک دم با پیچش بیشتر و ضربان کمتر در هر پیچیدگی انتخاب کنید.
جدول 1 محدوده های معمولی دم انبساط محوری استاندارد را خلاصه می کند. مقادیر دقیق به قطر، مواد، تعداد لایه و محاسبه طراحی سازنده بستگی دارد.
| پارامتر | نماد | واحد | محدوده معمولی |
|---|---|---|---|
| قطر اسمی | DN | mm | DN25 - DN600 |
| حرکت محوری در هر دم | Δx | mm | 10± تا 100± |
| فشار طراحی | P | MPa | 0.1 - 2.5 |
| دمای طراحی | T | °C | -196 تا 550 |
| نرخ فنر محوری | Kx | N/mm | 20 - 2000 |
| تعداد لایه ها | n | - | 1-6 |
| عمر چرخه پیش بینی شده | N | چرخه ها | 1000 – 100000 |
محوری در مقابل جانبی در مقابل جهانی - به کدام پیکربندی نیاز دارید؟
یک دم محوری زمانی مؤثر است که جابجایی در امتداد محور خودش باشد. لوله‌کشی واقعی اغلب به طرفین نیز حرکت می‌کند، و اینجاست که انتخاب بین پیکربندی‌ها انجام می‌شود. نمودار رادار سه خانواده اصلی را در مقیاس کیفی 1 تا 5 مقایسه می کند، جایی که بالاتر بهتر است:
شکل 4. مقایسه کیفی انواع درز انبساط (1-5، بالاتر بهتر است). نمرات منعکس کننده مبادلات مهندسی معمولی هستند، نه یک محاسبه استاندارد.
- محوری expansion joint - یک دم، جمع و جور، مقرون به صرفه و بهترین انتخاب برای دویدن مستقیم طولانی که در دو انتها لنگر انداخته است.
- جانبی expansion joint - یک دم با میله های اتصال که حاوی فشار رانش است در حالی که جابجایی جانبی را جذب می کند. در افست ها و در چیدمان گیاهان فشرده رایج است.
- جهانی expansion joint - دو دم که توسط یک لوله میانی به هم متصل شده اند. بزرگترین ظرفیت جابجایی در واحد هزینه، به قیمت طول بیشتر و نیروهای لنگر کمی بیشتر.
اگر شما این گزینه ها را برای یک خط خاص وزن می کنید، بحث ما در مورد چگونه شیلنگ های فلزی و راه حل های جبران کننده برای شرایط مختلف خدمات مقایسه می شوند محدودیت های عملی هر خانواده را شرح می دهد.
تامین کنندگان شیلنگ و جبران کننده فلزی برای سیستم های لوله کشی این فهرست تامین کننده گزینه های شیلنگ فلزی و جبران کننده را پوشش می دهد و ظرفیت تولید و گواهینامه ها را برجسته می کند. هنگام مقایسه راه حل های انعطاف پذیر برای شرایط مختلف خدمات و ارزیابی علل ریشه ای خرابی دم مفید است. مشاهده محصول → حالت های رایج شکست و نحوه جلوگیری از آنها
شکست زودرس دم به ندرت توسط یک رویداد درام ایجاد می شود. بررسی‌های تعمیر و نگهداری میدانی نشان می‌دهد که همان تعداد انگشت شماری از علل ریشه‌ای بارها و بارها ظاهر می‌شوند، تقریباً به نسبت زیر:
شکل 5. توزیع تقریبی خرابی های خدمات دمی گزارش شده. نسبت ها نشان دهنده هستند و بسته به صنعت و شرایط عملیاتی متفاوت هستند.
- خوردگی - کلریدها، اسیدها و مایعات ترش به 304/316L حمله می کنند. برای رسانه های تهاجمی، به جای تکیه بر دیوار ضخیم تر، به سمت آلیاژ بالاتر بروید.
- خستگی cracking - دم به فراتر از عمر چرخه نامی خود فشار داده می شود، یا سیستم به مراتب بیشتر از مشخصات فرض شده چرخه می زند.
- گسترش بیش از حد or misalignment - از دم برای رفع تراز ناقص لوله یا لیز خوردن لنگر استفاده می شود. دم یک جاذب حرکت است، نه یک ابزار تراز.
- چکش آب or overpressure - رویدادهای موجی پیچیدگی را از حد خود عبور می دهند. هنگامی که خط دارای دریچه های سریع بسته می شود، بارهای گذرا را بررسی کنید.
- عیوب ساخت - یک جوش ضعیف یا یک فرورفتگی ایجاد شده در حین حمل و نقل می تواند بعداً به ترک تبدیل شود. بازرسی در رسید بیمه ارزان است.
برای نگاهی گام به گام به چگونگی توسعه این مکانیسم ها، این بررسی از چرا دم فلزی در خطوط لوله صنعتی خراب می شود از توالی آسیب معمولی عبور می کند.
استانداردها، گواهینامه ها و مستندات
یک تحقیق کامل باید استاندارد طراحی را نام برد، نه فقط ابعاد. اسنادی که معمولاً برای دم انبساط محوری خوانده می شوند عبارتند از:
| استاندارد | دامنه | چرا اهمیت دارد |
|---|---|---|
| استانداردهای EJMA | طراحی و محاسبه خستگی درزهای انبساط دم فلزی | مبنای نرخ فنر، رتبه حرکت و پیش بینی چرخه عمر در اکثر کاتالوگ های سازنده |
| EN 14917 | اتصالات انبساط دم فلزی برای کاربردهای تحت فشار | مسیر شناخته شده برای پذیرش پروژه های اروپایی |
| ASME B31.1 / B31.3 | لوله کشی برق و فرآیند | قوانین سطح سیستم برای لنگرها، راهنماها و موارد بارگذاری |
| GB/T 12777 | اتصالات انبساط دم فلزی - شرایط فنی عمومی | استاندارد ملی چین، به طور گسترده در تهیه آسیا و اقیانوسیه استفاده می شود |
| EAMA | راهنمای اروپا برای اتصالات انبساط فلزی | عملکرد را در بین تولید کنندگان اروپایی هماهنگ می کند |
هنگامی که درخواست قیمت می‌کنید، یک برگه اطلاعات فنی، یک نقشه ترتیب کلی و محاسبه چرخه عمر طرح پیشنهادی را بخواهید. یک تولید کننده با یک سیستم کیفیت بالغ - مانند Haoyin (Ningbo) Bellows Technology که حدود دو دهه تحت استاندارد ISO 9001 دم های فولادی ضد زنگ تولید کرده است - این مستندات را به عنوان بخشی استاندارد از بسته ارائه می کند.
سوالات متداول در مورد دم انبساط محوری
دم انبساط محوری چیست؟
یک جزء فلزی راه راه نصب شده در یک لوله مستقیم برای جذب امتداد محوری و فشرده سازی ناشی از انبساط حرارتی در حالی که فشار فرآیند را در بر می گیرد.
تفاوت بین اتصالات انبساط محوری و جهانی چیست؟
اتصال محوری از یک دم استفاده می کند و حرکت را فقط در امتداد محور لوله جذب می کند. یک مفصل جهانی دو دم را با یک لوله میانی جفت می کند و حرکات جانبی و ترکیبی را نیز جذب می کند.
حداکثر حرکت محوری درز انبساط دم فلزی چقدر است؟
طرح‌های استاندارد معمولاً بسته به قطر، تعداد پیچش‌ها و عمر چرخه مورد نیاز 10± تا 100± میلی‌متر را ارائه می‌دهند. حرکت بزرگتر با آرایش چند دم امکان پذیر است.
چه استانداردهایی برای طراحی دم انبساط محوری اعمال می شود؟
رایج ترین مراجع استانداردهای EJMA، EN 14917، ASME B31.1/B31.3 و GB/T 12777 هستند. استاندارد قابل اجرا معمولاً در مشخصات مهندسی پروژه تنظیم می شود.
آیا دم انبساط محوری می تواند دمای بالا را تحمل کند؟
بادگیرهای فولادی ضد زنگ 304/316L معمولاً تا دمای حدود 550 درجه سانتیگراد در شرایط کنترل شده استفاده می شود. برای دماهای بالاتر، آلیاژهای مبتنی بر نیکل مانند Inconel مشخص شده است.
چگونه می توانم حرکت محوری را که یک دم باید جذب کند محاسبه کنم؟
از ΔL = L × α × ΔT استفاده کنید، که در آن L طول لوله، α ضریب انبساط حرارتی مواد لوله و ΔT افزایش دما است. 20 تا 30 درصد حاشیه برای انتخاب اضافه کنید.
