Mikä on suurin sallittu vaipan paksuus 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetulle putkimaiselle lämmittimelle suurella-nopeuksilla (10–25 m/s)?

Perusvaihto-pakotetun konvektion ilmanlämmittimissä

Ruostumattomasta teräksestä valmistettuja 316-lamellisia putkilämmittimiä käytetään usein kanavalämmittimissä, ilmankäsittelykoneissa ja kuivausuuneissa, joissa syövyttävät ilmakemikaalit, kuten suolasuihku, laimeat hapot tai kosteat teollisuuspakokaasut, edellyttävät molybdeeni{1}}-laakeroidun austeniittisen teräksen korroosionkestävyyttä. Rivien käyttö lisää merkittävästi lämmönsiirtopinta-alaa; Tästä huolimatta vaipan paksuus evien alapuolella on tärkeä suunnitteluparametri. Suuremmat seinät kestävät paremmin eroosio-korroosiota ja mekaanista rasitusta, joka johtuu virtauksen synnyttämästä tärinästä suurella ilmavirran nopeudella (10-25 m/s). Mutta jokainen ylimääräinen paksuusmillimetri lisää lämpövastusta vastuslangasta evän juureen, mikä vähentää kokonaislämpötehoa ja nostaa vaipan lämpötilaa. Tässä tutkimuksessa lasketaan 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettujen lämmittimien rajapintainen seinämäpaksuus pakkoilmakäyttöön, kun lämpörajat ylittyvät, mikä johtaa ylikuumenemiseen, lisääntyneeseen korroosioon ja ripojen kiinnitysten varhaiseen rikkoutumiseen.

Mekaaninen eheys ja eroosio-korroosio nopeassa ilmassa

316 stainless steel will erode-corrode measurably at air velocities >10 m/s kantaen suspendoituneita hiukkasia (pölyä, suolakiteitä tai prosessikiintoaineita). Passiivikalvo kuluu jatkuvasti ja alla oleva metalli poistetaan 0,02-0,10 mm vuodessa riippuen hiukkaskuormituksesta ja iskukulmasta. Lämmittimelle, jonka on toimittava 40 000 tuntia (noin 5 vuotta jatkuvaa käyttöä), 1,2 mm:n seinä menettäisi 0,1-0,5 mm, ehkä alle 1,0 mm. Tämä on yleensä hyvä matalapaineisissa ilmajärjestelmissä. Suurin mekaaninen huolenaihe on kuitenkin virtauksen{17}}indusoima tärinä. Ripaputkien projisoitu alue ilmavirtaukseen nähden on leveä, ja 15-25 m/s pyörteen irtoaminen voi aiheuttaa vaihtelevia jännityksiä, jotka johtavat väsymishalkeamiseen evän ja vaipan kiinnityskohdassa tai putken kiinteissä päissä. Ohutseinämäisen putken väsymisikä on huomattavasti lyhyempi kuin paksumman putken, koska vaihteleva jännitysamplitudi tietyllä taipumalla on käänteisesti verrannollinen seinämän paksuuteen. Putkelle, jonka ulkohalkaisija on 12 mm ja jänneväli 500 mm 20 m/s ilmavirrassa, laskettu vaihtuva taivutusjännitys on luokkaa 35 MPa 1,2 mm seinälle ja vain 18 MPa 2,4 mm seinälle - vähennys kaksinkertaiseksi. Hehkutetun 316 ruostumattoman teräksen kestävyysraja on noin 240 MPa, joten molemmat arvot ovat turvallisia. Kuitenkin jännityskeskittymät ripahitsien tai valssattujen liitosten kohdalla voivat lisätä paikallisia jännityksiä kertoimet 3-5. Tällaisissa tapauksissa paksumpi seinä on tärkeä turvamarginaali väsymishalkeamia vastaan. Mekaanisella eheydellä on minimipaksuus, ei maksimi. Mitä paksumpi, sitä parempi kestää väsymystä ja eroosiota.

Lämpövastus ja ylikuumenemisrajoitus

Ripalämmittimien paksujen seinien aiheuttama lämpövaikutus on huonompi kuin nestesähkölämmittimien huomattavasti alhaisemman konvektiivisen lämmönsiirtokertoimen vuoksi (yleensä 50–200 W/m2K verrattuna 500 -5000 W/m2K nesteisiin). Yleistä lämpövastusta hallitsee ilman{22}}puolen rajakerros, vaikka vaipan vastus on silti tärkeä. Ripaisessa putkessa lämmön on johdettava vaipan läpi säteittäisesti evän pohjaan. Vaipan paksuus kasvaa 1,2 mm:stä 2,4 mm:iin, mikä kaksinkertaistaa johtavan kanavan pituuden. 316 ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuus 100 asteessa on 16,3 W/m·K. Lisälämpövastus per mm paksuus on noin 0,0037 m 2 K/W. Ilman konvektiivinen kerroin nopeudella 15 m/s on 120 W/m 2 K ja ilmapuolen vastus on 0,0083 m 2 K/W. Seinämän paksuuden lisääminen 1,2 mm nostaa kokonaisvastusta lähes 45 % ja vähentää lämmöntuotantoa noin 30 % samassa vaipan lämpötilassa. Mutta vielä tärkeämpää on, että tietylle sähkönsyötölle paksumpi seinä vaatii vastuslangan lämpötilan nousun. Magnesiumoksidieristeen (sisäisen eristeen) langan maksimilämpötila on yleensä 800-850 astetta. Johdon käyttäminen tämän rajan yläpuolella aiheuttaa eristyksen heikkenemistä ja ennenaikaisen lämmittimen vian. Siten on olemassa vaipan maksimipaksuus, jonka ylittyessä langan sisälämpötila ei ole kestävä vaaditulla tehotiheydellä. Tyypilliselle ruostumattomasta teräksestä valmistettuun 316-lamellilämmittimeen, jonka wattitiheys (riipa-alan mukaan) on 3-5 W/cm2 20 m/s ilmassa 50 asteen sisääntulossa, suurin sallittu vaipan paksuus on noin 2,0-2,2 mm, jotta lanka voidaan pitää alle 800 asteen. Tämän määrän yläpuolella lämmitintä on vähennettävä, mikä tarkoittaa pidempää tai suurempaa lämmitinpankkia saman ilman lämpötilan nousun saamiseksi.

High{0}}Velocity Airflow - Skenaario-Perustuva valintaopas

Alla olevassa taulukossa on annettu enimmäisvaipan paksuussuositukset ruostumattomasta teräksestä valmistettaville 316-lamelleille putkilämmittimille paineilmakäytössä ilman nopeuden, hiukkaskuormituksen ja vaaditun tehotiheyden perusteella.

Käyttöolosuhteet ja tehotiheys Mekaaninen ja terminen kompromissi Suurin sallittu seinäpaksuus
Puhdas ilma (ei hiukkasia) 10-15 m/s 4 W/cm2 Jaksottainen käyttö 1,5 mm Eroosio merkityksetön. Väsymysstressi on alhainen. Ohut seinämä mahdollistaa maksimaalisen lämmönsiirron ja pitää langan lämpötilan selvästi alle 800 o C . Vakioputken paksuus ripoilla.
Suolasuihku tai kostea hapan ilma, 15-20 m/s, 3,5 W/cm², jatkuva käyttö 1,8-2,0 mm Korroosio-eroosionopeus 0,03-0,05 mm/vuosi. 2.0 mm 40 000 tunnin eroosion rajoitus 1,2-2,0 mm jäljellä 0-7 07 mm 0-7 Tarkista lämpösimulaatiolla.
Hiukkasilla (pöly, kuidut) täynnä oleva ilma, 20-25 m/s, 3 W/cm2, suuri tärinävaara 2,2 mm Eroosionopeus jopa 0,10 mm/vuosi. 50 % vs. 1.2 mm seinämän paksuus minimoi vuorottelevan väsymisrasituksen. Wattitiheyttä on rajoitettava langan lämpötilan varmistamiseksi<800 C. Expect 25-35 % decreased heat output per tube.
Very high velocity (>25 m/s) tai jatkuva hiukkasten törmäysEi suositella Finned Designille Evät ovat hiukkasten sieppaajia, ne hajoavat nopeasti. Vaihda paljaaseen putkimaiseen lämmittimeen, jossa on paksumpi seinämä (2,5–3,0 mm) tai keraaminen suoja. Riittämätön evägeometria.
Puhdas ilma, alhainen nopeus (5-10 m/s), mahdollinen tehotiheys 1,2-1,5 mm Ei eroosiota, väsymisongelmaa. Ohuempi seinä antaa nopeamman vastauksen. Yli 1,5 mm:n paksuus kuluttaa materiaalia ja heikentää tehokkuutta ilman lisäystä.
Muut suunnittelutekijät, jotka täydentävät seinän paksuutta

Suurinopeuksisessa ilmalämmityksessä seinämän paksuus on erittäin vahvasti vuorovaikutuksessa evien suunnittelun, kiinnitystavan ja järjestelmän asettelun kanssa. Ensinnäkin ripojen kiinnitys – juotetut tai korkeataajuiset{1}}hitsatut rivat tarjoavat suuremman lämmönsiirron kuin mekaanisesti laajennetut lamellit, ja vaippa voidaan tehdä hieman paksummaksi ylittämättä langan lämpötilarajoituksia. Toiseksi evien tiheys - pienentää evien nousua (pienempi evien lukumäärä metriä kohti) pienentää lämmönsiirtoaluetta, mutta myös painehäviötä ja värähtelyviritystä. Pienempi evien tiheys mahdollistaa paksumman vaipan tietyssä langan lämpötilassa. Kolmanneksi tuloilman suodatus - yli 10 µm:n hiukkasten poistaminen vähentää eroosionopeutta 70-90 %, mikä mahdollistaa ohuempien, lämpötehokkaampien seinien käytön. Neljänneksi putken tukiväli - Tukemattoman jännevälin pienentäminen 600 mm:stä 300 mm:iin pienentää virtauksen synnyttämiä värähtelyamplitudeja kahdeksankertaiseksi, mikä kompensoi paksujen seinien väsymishyötyä. Lopuksi materiaalin kovuus -, joka määrittää kylmävedetyn ruostumattoman 316-teräksen (suurempi myötöraja kuin hehkutettuna), parantaa eroosionkestävyyttä lisäämättä paksuutta.

Johtopäätös: Lentoliikenteen suurimman sallitun paksuuden määrittäminen

Vaipan paksuuden valinta ruostumattomasta teräksestä valmistettujen 316-lamppujen putkilämmittimille nopeassa ilmavirtauksessa on kompromissi kahden vastakkaisen rajoitteen välillä. Mekaaninen kestävyys vaatii paksumman seinän kestämään eroosiota ja väsymistä, kun taas lämpörajat määräävät maksimipaksuuden, jonka ylittyessä langan sisäiset lämpötilat eivät ole turvallisia. Suurin mahdollinen suurin osa teollisista paineilmasovelluksista nopeudella 15–20 m/s miedolla hiukkaskuormituksella on 1,8–2,0 mm. Tämä tarjoaa riittävän eroosion sietokyvyn ja väsymispuskurin pitäen samalla langan lämpötilat 800 asteen rajoissa magnesiumoksidieristyksen osalta. Yleensä ripalämmittimet eivät sovellu yli 25m/s ilmannopeuksille tai ankariin hiukkaskuormitusolosuhteisiin seinänpaksuudesta riippumatta ja suunnittelijan tulee käyttää paljaita putkimaisia ​​lämmittimiä suojapinnoitteilla tai muilla materiaaleilla. Ilmoita määrittelyssä aina ilmannopeus, ennustettu hiukkaspitoisuus, evätiheys ja suurin sallittu langan lämpötila. Tämä muuttaa perusseinän paksuuden määrittelyn täydelliseksi suurnopeusilmayhteensopivuuden arvioimiseksi, mikä korreloi suoraan mittojen valinnan sekä mekaanisen luotettavuuden että lämpöturvallisuuden kanssa.