Ar mažesnis 316 nerūdijančio plieno sienelių storis elektra šildomuose panardinamuose elementuose kenkia saugiam darbui didelės{1}}vibracijos jūroje?

316 nerūdijančio plieno kaip apvalkalo medžiagos pasirinkimas yra beveik instinktyvus inžinieriams, kurie nurodo korozijai atsparius elektrinius šildymo elementus, skirtus naudoti jūroje ir atviroje jūroje. Šios markės molibdeno koncentracija užtikrina įrodytą atsparumą chloro duobėms ir plyšių korozijai druskingoje atmosferoje ir jūros vandens purslų zonose. Tačiau kitas mažiau žinomas, bet ne mažiau svarbus kriterijus yra mechaninė sąveika tarp apvalkalo sienelės storio ir ilgalaikės vibracijos tolerancijos-. Jūrinė aplinka iš prigimties yra stipri vibracinė aplinka – nuo ​​dyzelinių generatorių, sraigto veleno harmonikų, bangų sukeliamo korpuso lenkimo, pagalbinių siurblių sistemų. Statinėje cheminių medžiagų talpykloje nepriekaištingai veikiantis šildytuvas gali sugesti per kelis mėnesius, kai uždedamas ant variklio slydimo arba laivo pertvaros. Šiame darbe nagrinėjama 316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelės storio mažinimo įtaka nuovargio tarnavimo laikui esant ilgoms vibracinėms apkrovoms. Tai suteikia matematinį pagrindą saugiai nurodyti sudėtingose ​​jūrinėse programose.

Apvalkalo sienelės storis Mechaninė funkcija esant cikliniam vibraciniam stresui
316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelės storis yra tiesiogiai proporcingas jo sekcijos moduliui – geometrinei ypatybei, kuri atspari lenkimo momentams ir cikliniam įtempimui. Įrenginiuose, kurie linkę į vibraciją, šildymo elementas suprojektuotas kaip konsolinė sija. Apvalkalas montuojamas prie tvirtinimo flanšo arba srieginės jungties, o laisvasis galas išsikiša į proceso terpę. Fiksuota sienelė patiria kintamus lenkimo įtempius dėl susijusių mašinų vibracijos. Cilindrinio skerspjūvio pjūvio modulis yra proporcingas išorinio ir vidinio skersmens skirtumo kubui. Praktiškai pjūvio modulio sumažinimas apie 40 % pasiekiamas sumažinus sienelės storį nuo 2,0 mm iki 1,0 mm, esant tokiam pačiam išoriniam skersmeniui. Šis sumažinimas rodo didesnes didžiausias lenkimo deformacijas esant tokiai pačiai vibracijos amplitudei ir dažniui plonesniam apvalkalui. Nuovargio įtrūkimai atsiranda, kai šios kintamos apkrovos viršija medžiagos patvarumo ribą. 316 nerūdijančiam plienui, esant korozijai, faktinės nuovargio ribos nėra; S-N kreivė toliau mažėja net esant labai dideliam ciklo skaičiui. Jūrinėje aplinkoje lūžių plitimo greitis didėja esant chloridams dėl korozijos nuovargio. Kadangi atstumas, kurį plyšys turi nueiti, kad išplistų, yra mažesnis, plyšys, prasidedantis išoriniame 1,0 mm apvalkalo paviršiuje, prasiskverbs per visą sienelės storį daug greičiau nei 2,0 mm apvalkalo. Todėl iš pažiūros paprastas variantas sumažinti sienelės storį, kad būtų geresnis šilumos perdavimas, turi tiesioginių, kiekybinių pasekmių mechaniniam patikimumui veikiant vibracijai.

Kiekybinis 316 apvalkalų nuovargio įvertinimas jūrų tarnyboje
Laivų mašinų skyriuose tipiniai vibracijos dažniai yra nuo 15 Hz iki 200 Hz, o pagreičiai nuo 0,5 g iki 5 g, priklausomai nuo besisukančių mechanizmų artumo. Esant tokiai pat vibracijai, didžiausias lenkimo įtempis tvirtinimo taške padidėja maždaug 55 %, kai 300 mm ilgio panardinamojo šildytuvo su 12 mm išorinio skersmens apvalkalu sienelės storis sumažėja nuo 1,8 mm iki 1,0 mm. Šių sąrankų baigtinių elementų modeliavimas rodo, kad 316 apvalkalas, kurio sienelės storis 1,0 mm, veikiamas 2 g vertikalios vibracijos 30 Hz dažniu, po 10 milijonų ciklų patirs didžiausią kintamąjį 68 MPa įtempį, artėjant prie medžiagos korozijos nuovargio stiprumo jūros vandenyje. Atlikite tą pačią vibraciją ant 1,8 mm apvalkalo ir gausite tik 42 MPa kintamą įtampą, daug saugesnę ribą. Laboratoriniai 316 nerūdijančio plieno vamzdžių nuovargio bandymai imituojamose jūrinėse aplinkose parodė, kad vamzdžiai, kurių sienelių storis 1,0 mm, sugenda nuo 8 iki 15 milijonų ciklų esant 50 MPa kintamajam įtempimui, o 1,8 mm vamzdžiai išgyvena daugiau nei 50 milijonų ciklų esant tokiam pat įtempių lygiui. Šie duomenys akimirksniu paverčiami gyvenimu. Laivas, dirbantis 24 valandas per parą su dominuojančia vibracija 30 Hz dažniu, įgyja apie 2,6 milijono ciklų per dieną. 1,0 mm apvalkalas ties nuovargio riba gali sugesti per mažiau nei savaitę nuolatinio veikimo. 1,8 mm apvalkalas esant mažesniam pakaitiniam įtempimui gali išlikti keletą metų. Išvada aiški – naudojant didelę{38}}vibraciją jūroje, sienelės storio sumažėjimas lemia nesaugų veikimą, nebent šildytuvas yra labai stipriai paremtas arba gerokai sutrumpintas.

Patobulintų apvalkalų šiluminis poveikis vibracijai atspariose architektūrose
Storesnės sienos užtikrina didesnį atsparumą vibracijos nuovargiui, tačiau šiluminė nuobauda turi būti sprendžiama ir kontroliuojama. 1,8 mm 316 apvalkalo šiluminė varža yra maždaug 35 % didesnė nei 1,0 mm tokio paties skersmens apvalkalo. Siekiant kompensuoti lėtesnį šilumos perdavimą į terpę, vidinės varžos laido temperatūra pakyla esant tam tikrai įvesties galiai. Vandens šildymo įrenginiuose, kur tūrinio skysčio temperatūra yra mažesnė nei 80 laipsnių, 1,8 mm apvalkalas, esant 12 W/cm², vidinį laidą veiks maždaug 45 laipsniais karščiau nei 1,0 mm apvalkalas esant tokiam pat vatų tankiui. Aukštesnė temperatūra pagreitina du gedimo kelius. Pirma, nikelio{14}}chromui atsparios vielos oksidacija vyksta eksponentiškai priklausomai nuo temperatūros. Padidinus temperatūrą 25 laipsniais virš 600 laipsnių, laido tarnavimo laikas sutrumpėja maždaug perpus. antra, aukštoje temperatūroje mažėja magnio oksido izoliacijos varža, todėl padidėja nuotėkio srovės galimybė. Tačiau šiluminės nuobaudos gali būti sumažintos sumažinus vatų tankio standartą. Sumažėjus nuo 12 W/cm² iki 8 W/cm² ant 1,8 mm apvalkalo, vidinė laido temperatūra sumažėja ~60 laipsnių, sukeldama panašų šiluminį atsparumo laido įtempį, išlaikant mechaninį apvalkalą, atsparų vibracijai. Todėl dizaino kompromisas{26}}ne tik sienelės storis, bet ir suderintas storio ir vatų tankio pasirinkimas.

316 Apvalaus šildytuvo vibracijos poveikio ir sienos storio pasirinkimo lentelė
Toliau pateiktoje matricoje pateikiamos konkrečios taikymo gairės, kaip nustatyti 316 apvalkalo sienelės storį, remiantis išmatuotais arba numatomais vibracijos lygiais jūroje ir pramonėje.

Montavimo aplinka ir vibracijos lygis Rekomenduojamas apvalkalo sienelės storis 316 Didžiausias saugus vatų tankis Šerdies inžinerijos pagrindimas
Pagrindinio variklio slydimo laikikliai, sraigto veleno pertvaros (5 g pagreitis, 20–100 Hz) 2,0–2,5 mm 6–8 W/cm²Maksimalus reikalingas sekcijos modulis. Didelio nuovargio rizikai reikia kuo storesnės sienos. Vatų tankis sumažintas, siekiant kompensuoti padidėjusį atsparumą karščiui.
Pagalbinė generatoriaus patalpa, siurblinė (2 g pagreitis, 30 - 60 Hz) 1.6 - 2.0 mm 8 - 10 W/cm2 Atsparumo nuovargiui sumažinimas -. Priimtina vidutinio dydžio terminė bauda. Standartinė daugelio jūrinių procesų šildytuvų specifikacija
Cisternos denio įrengimas, korpuso konstrukcija nutolusi nuo mechanizmų (0,5 g – 1 g pagreitis) 1,2 – 1,6 mm 10 – 12 W/cm2 Maža ar vidutinė vibracija. Priimtinas standartinis pramoninis storis. Reguliarus vizualinis montavimo vietų patikrinimas. Patarė
Statinis cheminių medžiagų bakas (sausumos-pagrindinis), nėra vibracijos šaltinių 0,8–1,2 mm 12–15 W/cm² Jokių vibracijos problemų. Visų pirma, šiluminis efektyvumas. Plonesnė sienelė maksimaliai padidina šilumos perdavimą. "Nuovargio analizė? Nereikia.
Atraminis vamzdis, viso ilgio arba išoriniai kreipiamieji laikikliai 1,0–1,2 mm Iki 15 W/cm² Mechaninis suvaržymas pašalina konsolės lenkimą. Sienelės storis gali būti sumažintas, kad padidintų šilumą. Dizaino parama yra būtina sėkmei.
Plonesnių sienų montavimo ir palaikymo būdai
Tuo atveju, kai proceso reikalavimai teikia pirmenybę plonesniam apvalkalui, kad būtų užtikrintas šiluminis jautrumas, o dėl vibracijos – didesnėms sienoms, yra inžinerinių galimybių už apvalkalo matmens ribų. Geriausias būdas yra mechaniškai palaikyti laisvą panardinamojo šildytuvo galą. Konsolinė sija paverčiama tiesiog atremta sija, naudojant atraminį laikiklį ant rezervuaro sienelės arba indo viduje, taip maždaug 75 % sumažinant lenkimo momentus esant tokiai pat vibracijai. Turint pakankamai galinę atramą, 1,0-mm 316 apvalkalo eksploatavimo laikas nuo nuovargio prilygsta neparemtam 2,0{15}}mm apvalkalui. Arba drastiškai sumažinus neparemtą ilgį, labai padidėja vibracijos tolerancija. Jei panardinimo gylis sumažinamas nuo 400 mm iki 200 mm, lenkimo momentas montavimo vietoje sumažėja keturis kartus. Keli trumpi įsiskverbimai dažnai pranoksta vieną ilgą šildytuvą, kad būtų galima naudoti vibraciją. Trumpi didelio vatų tankio šildytuvai dažnai yra geresni nei vienas ilgas šildytuvas. Atsarginės veržlės ir antivibracinės fiksavimo poveržlės srieginiame laikiklyje taip pat padeda išvengti trūkimo jungties sąsajoje, kuri yra tipiška nuovargio įtrūkimų atsiradimo vieta, neatsižvelgiant į sienelės storį.

Išvada: Tikrasis vibracijos spektras 316 apvalkalo storiui
Reikia keisti mąstymą – nuo ​​statinio stiprumo iki dinamiško nuovargio naudojimo, 316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelėms, skirtoms jūrinėje aplinkoje naudojamiems panardinamiesiems šildytuvams. Sumažintas storis suteikia realią šiluminę naudą-greitesnė reakcija, mažesnė vidinė laido temperatūra ir didesnis pasiekiamas vatų tankis. Tačiau dėl užsitęsusios vibracijos plonesniame apvalkale kaupiasi lenkimo įtempių ciklai, dėl kurių atsiranda nuovargio gedimas. Gedimo režimas yra ne momentinis kolapsas, o laipsniškas lūžio pradžia ir augimas, kuris paprastai nepastebimas, kol neįvyksta perforacija. Praktinis pranešimas projektavimo inžinieriams yra gauti arba įvertinti vibracijos spektrą numatytoje montavimo vietoje prieš baigiant sienos storio nustatymą. Priimtina rizika pasiekiama naudojant įprastą pramoninį storį iki 1,0 mm, kai vibracijos lygis yra mažesnis nei 1 g pagreičio. 1g–3g lygiams reikia tarpinio 1,4–1,8 mm storio arba galinių atramų. Didesniems nei 3 g kiekiams reikalingas storasienis 2,0 mm+ apvalkalas su sumažintais vatų tankio parametrais, kad būtų patenkintas šiluminis poveikis. Jei kyla abejonių, patikimiausias specifikacijos pagrindas yra esamo šildytuvo vibracijos matavimas lauke. Retai kada jūrinis šildytuvas staiga sugenda, greičiau tai yra laukiamas mechaninio projektavimo sprendimų rezultatas, pakankamai neatsižvelgiant į eksploatavimo aplinką.