Korpuse ja torusoojusvaheti kanalipead käsitletakse sageli väikese komponendina-kesta otsas oleva korpusena, mis juhib vedeliku torukimpu. See vaade on puudulik. TheSoojusvaheti kanalipeamäärab, kuidas vedelik soojusvahetisse siseneb ja sealt väljub. Selle geomeetria mõjutab voolu jaotust, rõhu langust ja soojuslikku jõudlust. Selle materjal ja paksus mõjutavad konstruktsiooni terviklikkust ja kasutusiga. Kanalipea rikke korral soojusvaheti seiskub. Ülejäänud kujundus on ebaoluline.
See artikkel uurib kanalipead praktiliste tagajärgedega disainiotsuste vaatenurgast. See ei ole kõikehõlmav ülevaade. See keskendub probleemidele, mida tavaliselt valesti mõistetakse või tähelepanuta jäetakse.
Voolu jaotus
Kanalipea esimene konstruktsiooninõue on voolujaotus. Kanalisse sisenev vedelik tuleb suunata ühtlaselt kõikidesse torudesse. Kui jaotus on ebaühtlane, kannavad mõned torud rohkem voolu kui teised. Suurema vooluhulgaga torudel on kõrgemad soojusülekandetegurid. Väiksema vooluhulgaga torudel on väiksemad koefitsiendid. Üldise soojusülekande määravad madalaima jõudlusega torud, mitte keskmine.
Väärjaotumise peamised põhjused on sisselaskeava düüsi asukoht ja sisemiste vaheseinte olemasolu. Kui sisselaskeotsik on paigutatud kanali ühele küljele liiga lähedale, ei pruugi vool ühtlaselt levida. Kui kanal sisaldab partitsiooni mitme-käiguga paigutuse jaoks, võib sektsioon tekitada läbipääsude vahel rõhu tasakaalustamatust.
Standardne projekteerimispraktika on paigutada sisselaskeotsak kanali keskele ja tagada piisav kanali maht, et vool saaks areneda enne torudesse sisenemist. Kanali maht peaks olema piisavalt suur, et vähendada kiirust ja jaotada voolu, kuid mitte nii suur, et see suurendaks tarbetult kulusid.
Mitme läbikäiguga paigutuse korral peavad vaheseinad olema tihendatud, et vältida lekkeid läbipääsude vahel. Vaheseina leke vähendab efektiivsete läbipääsude arvu ja vähendab soojusülekannet. Vaheseina tihend võib olla tihend või keevisliide. Hoolduse käigus tuleks tihendit kontrollida.
Surve langus
Kanali pea mõjutab ka rõhu langust. Kanalit läbival vedelikul langeb rõhk sisselaskeotsikust torulehele. Kao põhjuseks on kiiruse muutus, hõõrdumine kanali seinte vastu ja turbulents toru sissepääsu juures.
Rõhulang kanalipeas on tavaliselt väike, võrreldes torude rõhulangusega. Tavaliselt on see 5% kuni 15% toru -poolsest rõhulangusest. Kuid mõnes rakenduses,-nagu madalrõhusüsteemid-või piiratud pumbakõrgusega süsteemid-, võib kanalipea rõhu langus olla märkimisväärne.
Rõhulangust saab vähendada kanali läbimõõdu suurendamise või sisemise geomeetria sujuvamaks muutmisega. Mõlemad variandid lisavad kulusid. Disain peaks tasakaalustama rõhukadu kuludega.
Rõhu langust mõjutab ka düüsi suurus. Väike otsik suurendab vedeliku kiirust ja rõhulangust. Suur otsik vähendab kiirust ja rõhulangust, kuid suurendab kulusid ja ruumi. Düüsi suurus määratakse lubatud rõhulanguse, vedeliku kiiruse ja torustiku paigutuse järgi.
Paksus ja rõhk
Kanali pea on surveanum. Selle paksus peab olema siserõhu ja temperatuuri jaoks piisav. Disainikoodid-ASME Section VIII, EN 13445 ja GB 150 pakuvad paksuse arvutamise meetodeid.
Arvutus põhineb siseläbimõõdul, arvutuslikul rõhul ja materjali lubatud pingel. Lubatud pinge sõltub temperatuurist. Kõrgendatud temperatuuridel on lubatud pinge väiksem. Paksus peab olema piisav samaaegselt tekkiva maksimaalse temperatuuri ja maksimaalse rõhu jaoks.
Koodid nõuavad ka korrosioonivaru. Varu lisatakse arvutatud paksusele, et arvestada materjali kadu kasutusea jooksul. Varu on tavaliselt 3 mm mõõduka ja 6 mm söövitava hoolduse korral. Varu peaks põhinema eeldataval korrosioonikiirusel ja nõutaval kasutusajal.
Lamedad pead nõuavad suuremat paksust kui plaaditud pead. Lamedat pead toetatakse ainult servadest; tassitud pea talub survet membraani toimel. Pea kuju valitakse rõhu, maksumuse ja vaba ruumi põhjal. Lauapea valmistamine võib olla kallim, kuid see kasutab vähem materjali. Valik peaks põhinema kogukulul, mitte ainult materjalikulul.
Materjali valik
Kanalipea materjal peab sobima vedeliku, temperatuuri ja rõhuga. Kõige tavalisem materjal on süsinikteras. See on kulutõhus- ja enamiku rakenduste jaoks piisav. Piirang on korrosioonikindlus. Süsinikteras ei sobi söövitavate vedelike jaoks.
Roostevaba terast kasutatakse siis, kui on vaja korrosioonikindlust. Levinuimad klassid on 304L ja 316L. 316L, mis tagab parema vastupidavuse kloriidilaikude tekkele. Roostevaba terase soojuspaisumistegur on kõrgem kui süsinikterasel. Laienemist tuleb arvestada torustiku ja tugede projekteerimisel.
Legeerterast kasutatakse kõrgel{0}}temperatuuril teenindamiseks. Valmistamine nõuab eelkuumutamist ja keevisõmbluse{2}}järgset kuumtöötlust. Maksumus on kõrgem kui süsinikterasest.
Plakeeritud materjale kasutatakse siis, kui vedelik on söövitav ja rõhk on kõrge. Süsinikteras annab tugevuse; kattekiht tagab korrosioonikindluse. Kattekiht on tavaliselt 3–5 mm paksune ja see kantakse peale keevitamise või plahvatusliimimise teel. Plakeeritud materjalid on odavamad kui tahked sulammaterjalid.
Kanali kate ja tihendiga liigendid
Kanali kate on kanali külge poltidega kinnitatud. Katte ja kanali vaheline tihend tagab tihendi. Tihend peab hoidma tihendit töörõhul ja -temperatuuril. Tihendi materjal peab vedelikuga ühilduma.
Kõige levinumad tihenditüübid on spiraalselt keritud tihendid, rõngastihendid ja lehttihendid. Spiraalselt keritud tihendeid kasutatakse kõrge rõhu ja temperatuuri jaoks. Rõngasliigendi tihendeid kasutatakse väga kõrge rõhu korral. Lehttihendeid kasutatakse madala rõhu ja temperatuuri jaoks.
Poldid peavad tagama piisava eelkoormuse tihendi kokkusurumiseks. Eelkoormus tuleks arvutada tihendi pinge ja survekoormuse põhjal. Poltide valimisel tuleks lähtuda lubatud pingest ja väsimusest.
Tihendatud liigendite kõige levinum rike on eelkoormuse kadumine. Eelkoormus võib kaduda poltide lõdvestumise, kanali soojuspaisumise või poltide korrosiooni tõttu. Eelkoormuse kadumine põhjustab lekke. Hoolduse ajal tuleb polte kontrollida ja uuesti pingutada.
Ülevaatus ja testimine
Kanalipead tuleks kontrollida valmistamise ja hooldusseiskamise ajal. Ülevaatus peaks hõlmama mõõtmete kontrollimist, materjalide kontrollimist ja mittepurustavat katset.
Mõõtmete kontrollimisel kontrollitakse tihendi paksust, tasasust ja düüsi asukohta. Materjali kontrollimine kinnitab keemilist koostist ja mehaanilisi omadusi. Mittepurustava testimise käigus uuritakse kanalipea pragude ja defektide suhtes.
Hüdrostaatilist testi nõuavad koodid. Katserõhk on 1,5 korda suurem kui projekteeritud rõhk. Katse tuleks läbi viia pärast valmistamist ja pärast paigaldamist. Tihenditega liigendeid tuleks katse ajal kontrollida lekete suhtes.
Kasutus{0}}ülevaatus peaks hõlmama sisepinna puhastamist, tihendi pindade kontrolli ja järelejäänud paksuse mõõtmist. Paksuse mõõtmised on vajalikud selleks, et kontrollida, kas korrosioonivaru ei ole ära kasutatud.
Levinud probleemid
Kanalipeade kõige levinumad probleemid on seotud voolu jaotuse, tihendite lekke ja korrosiooniga.
Voolu ebaõige jaotumine vähendab soojusülekannet ja võib põhjustada torudes termilist stressi. Tihendi leke on põhjustatud eelkoormuse kadumisest või tihendi lagunemisest. Korrosiooni põhjustab vedelik või galvaaniline toime erinevate materjalide vahel.
Neid probleeme saab ennetada õige disaini, materjalide valiku ja hooldusega. Disain peaks sisaldama jaotuse kontrollimiseks vooluanalüüsi. Tihendid tuleks valida vastavalt kasutustingimustele. Korrosioonivaru peaks olema eeldatava kasutusea jaoks piisav.
Kanalipea on surveanum ja voolujaotur. Selle disain mõjutab soojusvaheti jõudlust, töökindlust ja maksumust. Projekteerimisotsused peaksid põhinema kasutustingimustel, koodinõuetel ja eeldataval kasutusajal. Hästi-disainitud kanalipea kestab soojusvaheti eluea. Halvasti kavandatud kanalipea põhjustab probleeme. Erinevus seisneb detailidele tähelepanu pööramises.