نقش وصلات استد در مبادله گرما

مبدل های حرارتی صفحه ای (PHE) به دلیل راندمان حرارتی بالا، طراحی فشرده و انعطاف پذیری، اجزای حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی، تجاری و مسکونی هستند. یک عنصر کلیدی که یکپارچگی ساختاری، عدم نشتی و قابلیت اطمینان عملیاتی یک PHE را تضمین می کند، سیستم بست است که عمدتاً از طریق اتصالات پیچ اجرا می شود. این مقاله به بررسی عملکرد، ملاحظات طراحی و اهمیت عملیاتی اتصالات پیچ در مبدل های حرارتی صفحه ای واشر دار می پردازد.

یک PHE واشر دار از چندین صفحه فلزی موجدار تشکیل شده است که بین دو صفحه قاب فشرده شده اند: یک هد استوک ثابت و یک صفحه فشار متحرک. بسته صفحه توسط مجموعه ای از میله های اتصال طولی که با استفاده از پیچ، مهره و واشر محکم می شوند، در کنار هم نگه داشته می شود. این بست ها با دقت کشیده می شوند تا یک نیروی فشاری یکنواخت در سراسر بسته صفحه اعمال شود و از آب بندی مناسب و پایداری مکانیکی اطمینان حاصل شود.

مهمترین نقش پیچ ها (میله های اتصال) و مهره های مرتبط با آنها، ایجاد و حفظ یک بار فشاری خاص بر روی بسته صفحه است. این تراکم دو هدف حیاتی را دنبال می کند:

• آب بندی:واشرهای الاستومری نشسته در شیارهای هر صفحه را فشرده می کند و آب بندی های ضد نشتی ایجاد می کند که از اختلاط سیال و نشت خارجی جلوگیری می کند. تراکم صحیح تضمین می کند که واشرها شکاف های آب بندی را کاملاً پر می کنند بدون اینکه بیش از حد فشرده شوند، که می تواند منجر به آسیب یا بیرون زدگی واشر شود.
• نقاط تماس:اطمینان حاصل می کند که نقاط تماس بین صفحات مجاور محکم به هم فشرده باقی می مانند. این نقاط تماس که توسط الگوی موجدار ایجاد می شوند، برای حفظ پایداری ساختاری بسته صفحه و مقاومت در برابر فشار داخلی سیالات ضروری هستند.

در حین کار، سیالات داخل کانال های PHE تحت فشار هستند. این فشار یک نیروی جداکننده ایجاد می کند که سعی می کند صفحه فشار را از قاب ثابت دور کند. اتصالات پیچ تحت تنش کششی قرار دارند و برای مقابله با این نیرو طراحی شده اند. آنها به عنوان تاندون های با استحکام بالا عمل می کنند که کل مجموعه را در برابر فشار عملیاتی دست نخورده نگه می دارند و از باز شدن بسته صفحه جلوگیری می کنند.

یک مزیت قابل توجه PHE های واشر دار، قابلیت سرویس دهی آنها است. سیستم اتصال پیچ برای سهولت جداسازی و مونتاژ مجدد طراحی شده است.

• جداسازی:با شل کردن مهره ها روی پیچ ها، نیروی فشاری آزاد می شود. سپس صفحه فشار را می توان به عقب حرکت داد و دسترسی کامل به بسته صفحه برای بازرسی، تمیز کردن یا تعویض صفحات و واشرها را فراهم کرد.
• مونتاژ مجدد:فرآیند مونتاژ مجدد شامل سفت کردن مجدد مهره ها به ترتیب خاص و با گشتاور یا کشش از پیش تعیین شده است. این امر اعمال مجدد یک نیروی فشاری یکنواخت و کنترل شده در سراسر بسته صفحه را تضمین می کند و آب بندی و یکپارچگی ساختاری آن را بازیابی می کند.

تعداد، قطر و موقعیت پیچ ها با دقت مهندسی شده اند تا بار فشاری را به طور مساوی در سراسر سطح بسته صفحه توزیع کنند. یک بار ناهموار می تواند منجر به فشرده سازی بیش از حد موضعی (آسیب به واشرها و صفحات) یا فشرده سازی کمتر (ایجاد نشتی) شود. PHE های بزرگ مدرن اغلب از تعداد زیادی پیچ (به عنوان مثال، 10 یا بیشتر) استفاده می کنند که در اطراف محیط قرار گرفته اند تا به این یکنواختی دست یابند و فشارهای طراحی بسیار بالا را تحمل کنند.

پیچ ها معمولاً از فولاد کربنی با استحکام بالا یا فولاد آلیاژی (به عنوان مثال، ASTM A193 B7) ساخته می شوند و اغلب برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، پوشش داده می شوند (به عنوان مثال، روی یا کروم). برای محیط های بسیار خورنده، فولاد ضد زنگ (به عنوان مثال، ASTM A193 B8M) یا حتی آلیاژهای عجیب و غریب تر ممکن است استفاده شود. این ماده باید دارای استحکام کششی بالا و مقاومت در برابر خستگی خوب باشد تا در برابر بارگذاری چرخه ای در هنگام انبساط و انقباض حرارتی مقاومت کند.

کشش اولیه اعمال شده بر روی پیچ ها که به عنوان پیش بارگذاری شناخته می شود، بسیار مهم است. باید به اندازه کافی باشد تا بسته صفحه را تحت حداکثر فشار و دمای عملیاتی، با در نظر گرفتن شل شدن واشرها در طول زمان، آب بندی کند.

• گشتاور در مقابل کشش:به طور سنتی، مهره ها با استفاده از آچار گشتاور سفت می شدند. با این حال، گشتاور یک اندازه گیری غیرمستقیم و اغلب نادرست از پیش بارگذاری کششی واقعی در پیچ است به دلیل تغییرات اصطکاک.
• روش های پیشرفته:برای کاربردهای بحرانی، از روش های دقیق تری مانند کشش هیدرولیکی استفاده می شود. این شامل استفاده از ابزارهای هیدرولیکی برای کشش دقیق پیچ ها تا یک ازدیاد طول از پیش تعیین شده قبل از سفت کردن مهره است. این روش یک پیش بارگذاری بسیار دقیق و یکنواخت را در سراسر تمام پیچ ها تضمین می کند که برای مبدل های بزرگ بسیار مهم است.

صفحات قاب، پیچ ها و بسته صفحه اغلب از موادی با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت (به عنوان مثال، صفحات تیتانیوم در مقابل قاب فولاد کربنی) ساخته می شوند. در هنگام راه اندازی، خاموش شدن یا گذرهای دما، این اجزا با سرعت های متفاوتی منبسط و منقبض می شوند. سیستم اتصال پیچ باید به گونه ای طراحی شود که این حرکات دیفرانسیل را بدون از دست دادن نیروی گیره بحرانی یا ایجاد تنش بیش از حد که می تواند منجر به خرابی پیچ شود، در خود جای دهد.

پیچ ها تحت تنش های چرخه ای ناشی از فشارهای ضربانی، ارتعاشات و چرخه های حرارتی قرار می گیرند. طراحی مهندسی باید اطمینان حاصل کند که دامنه تنش در پیچ ها زیر حد استقامت ماده باقی می ماند تا از خرابی خستگی در طول عمر مورد نظر مبدل جلوگیری شود.

در حین مونتاژ، مهره های روی پیچ ها باید به ترتیب الگوی متقاطع خاصی سفت شوند، درست مانند سفت کردن مهره های چرخ روی چرخ ماشین. این عمل برای دستیابی به تراکم یکنواخت صفحه و جلوگیری از اعوجاج صفحه فشار، که می تواند منجر به نشتی شود، غیرقابل مذاکره است.

پس از مونتاژ اولیه و رسیدن به دمای عملیاتی، اغلب لازم است که کشش پیچ دوباره بررسی شود. خزش واشر و نشست حرارتی می تواند باعث از دست رفتن جزئی پیش بارگذاری شود. یک سفت کردن پیگیری پس از اولین چرخه حرارتی یک روش استاندارد برای اطمینان از یکپارچگی طولانی مدت است.

بازرسی منظم پیچ ها و مهره ها بخشی از تعمیر و نگهداری پیشگیرانه است. تکنسین ها باید به دنبال علائم خوردگی، آسیب رزوه، کشش یا ترک خوردگی سطح باشند. بست های آسیب دیده باید با اجزایی که با مشخصات سازنده تجهیزات اصلی مطابقت دارند جایگزین شوند تا یکپارچگی طراحی حفظ شود.

به طور خلاصه، اتصالات پیچ در مبدل های حرارتی صفحه ای، بسیار فراتر از پیچ های ساده هستند. آنها اجزای مهندسی دقیقی هستند که عملکردهای حیاتی ایجاد آب بندی، مقاومت در برابر فشار، فعال کردن تعمیر و نگهداری و اطمینان از یکنواختی بار را انجام می دهند. طراحی، انتخاب مواد، نصب و نگهداری مناسب آنها برای ایمنی، راندمان و طول عمر کل سیستم مبدل حرارتی اساسی است. نادیده گرفتن اهمیت این اتصالات می تواند منجر به خرابی های فاجعه باری از جمله نشتی، کاهش عملکرد حرارتی و حتی خرابی مکانیکی شود. بنابراین، درک عمیق و توجه دقیق به سیستم اتصال پیچ برای مهندسان و تکنسین هایی که با این کلاس بسیار کارآمد از تجهیزات انتقال حرارت کار می کنند، ضروری است.