Plaka Isı Değiştiricilerinde Çubuk Bağlantılarının Rolü

Plakalı Eşanjörler (PHE'ler), yüksek termal verimlilikleri, kompakt tasarımları ve esneklikleri nedeniyle çeşitli endüstriyel, ticari ve konut uygulamalarında kritik bileşenlerdir. Bir PHE'nin yapısal bütünlüğünü, sızdırmazlığını ve operasyonel güvenilirliğini sağlayan temel bir unsur, çoğunlukla saplama bağlantıları aracılığıyla uygulanan bağlantı sistemidir. Bu makale, contalı plakalı eşanjörlerde saplama bağlantılarının işlevini, tasarım hususlarını ve operasyonel önemini incelemektedir.

Contalı bir PHE, iki çerçeve plakası arasında sıkıştırılmış çoklu oluklu metal plakadan oluşur: sabit bir kafa stoğu ve hareketli bir basınç plakası. Plaka paketi, saplamalar, somunlar ve rondelalar kullanılarak sabitlenen bir dizi boyuna bağlantı çubuğu ile bir arada tutulur. Bu bağlantı elemanları, uygun sızdırmazlık ve mekanik kararlılık sağlayarak, tüm plaka paketi boyunca düzgün bir sıkıştırma kuvveti uygulamak için hassas bir şekilde gerilir.

Saplamaların (bağlantı çubukları) ve ilgili somunlarının en önemli rolü, plaka paketi üzerinde belirli bir sıkıştırma yükü oluşturmak ve korumaktır. Bu sıkıştırma iki hayati amaca hizmet eder:

• Sızdırmazlık: Her plakanın oluklarına oturan elastomerik contaları sıkıştırarak, akışkanların karışmasını ve harici sızıntıyı önleyen sızdırmaz contalar oluşturur. Doğru sıkıştırma, contaların sızdırmazlık boşluklarını tamamen doldurmasını sağlar, ancak conta hasarına veya ekstrüzyona yol açabilecek aşırı sıkıştırmayı önler.
• Temas Noktaları: Bitişik plakalar arasındaki temas noktalarının sıkıca birbirine bastırılmasını sağlar. Oluklu desen tarafından oluşturulan bu temas noktaları, plaka paketinin yapısal stabilitesini korumak ve akışkanların iç basıncına dayanmak için gereklidir.

Çalışma sırasında, PHE kanallarının içindeki akışkanlar basınç altındadır. Bu basınç, basınç plakasını sabit çerçeveden uzaklaştırmaya çalışan bir ayırma kuvveti oluşturur. Saplama bağlantıları çekme gerilimi altındadır ve bu kuvvete karşı koymak için tasarlanmıştır. Tüm düzeneği operasyonel basınca karşı sağlam tutan, plaka paketinin patlamasını önleyen yüksek mukavemetli tendonlar gibi davranırlar.

Contalı PHE'lerin önemli bir avantajı, servis edilebilir olmalarıdır. Saplama bağlantı sistemi, kolay sökme ve yeniden montaj için tasarlanmıştır.

• Sökme: Saplamalardaki somunlar gevşetilerek sıkıştırma kuvveti serbest bırakılır. Daha sonra basınç plakası geri hareket ettirilerek, plaka paketine plaka ve contaların incelenmesi, temizlenmesi veya değiştirilmesi için tam erişim sağlanır.
• Yeniden Montaj: Yeniden montaj işlemi, somunların belirli bir sırayla ve önceden belirlenmiş bir tork veya gerilime göre yeniden sıkılmasını içerir. Bu, plaka paketi boyunca düzgün, kontrollü bir sıkıştırma kuvvetinin yeniden uygulanmasını sağlayarak, sızdırmazlığını ve yapısal bütünlüğünü geri kazandırır.

Saplamaların sayısı, çapı ve konumu, sıkıştırma yükünü plaka paketinin tüm yüzeyine eşit olarak dağıtmak için dikkatlice tasarlanmıştır. Düzensiz bir yük, lokalize aşırı sıkıştırmaya (contalara ve plakalara zarar verme) veya yetersiz sıkıştırmaya (sızdırmalara neden olma) yol açabilir. Modern büyük PHE'ler, bu tekdüzeliği elde etmek ve çok yüksek tasarım basınçlarını yönetmek için genellikle çevre etrafına yerleştirilmiş çok sayıda saplama (örneğin, 10 veya daha fazla) kullanır.

Saplamalar tipik olarak yüksek mukavemetli karbon çeliğinden veya alaşımlı çelikten (örneğin, ASTM A193 B7) üretilir ve genellikle korozyon direncini artırmak için kaplanır veya kaplanır (örneğin, çinko veya krom). Yüksek derecede aşındırıcı ortamlar için paslanmaz çelik (örneğin, ASTM A193 B8M) veya daha egzotik alaşımlar bile kullanılabilir. Malzeme, termal genleşme ve büzülme sırasında döngüsel yüke dayanmak için yüksek çekme mukavemetine ve iyi yorulma direncine sahip olmalıdır.

Saplamalara uygulanan ilk gerilim, ön yükleme, çok önemlidir. Zamanla contaların gevşemesi dikkate alınarak, maksimum çalışma basıncı ve sıcaklık altında plaka paketini kapalı tutmak için yeterli olmalıdır.

• Tork vs. Gerilim: Geleneksel olarak, somunlar bir tork anahtarı kullanılarak sıkılırdı. Ancak, tork, sürtünme farklılıkları nedeniyle saplamadaki gerçek çekme ön yüklemesinin dolaylı ve genellikle hatalı bir ölçüsüdür.
• Gelişmiş Yöntemler: Kritik uygulamalar için, hidrolik germe gibi daha hassas yöntemler kullanılır. Bu, somunu sıkmadan önce, önceden belirlenmiş bir uzamaya kadar saplamaları doğru bir şekilde germek için hidrolik aletlerin kullanılmasını içerir. Bu yöntem, büyük eşanjörler için çok önemli olan, tüm saplamalar boyunca son derece doğru ve düzgün bir ön yükleme sağlar.

Çerçeve plakaları, saplamalar ve plaka paketi genellikle farklı termal genleşme katsayılarına sahip malzemelerden yapılır (örneğin, titanyum plakalar ve karbon çelik çerçeve). Başlangıç, durdurma veya sıcaklık geçişleri sırasında, bu bileşenler farklı oranlarda genleşir ve büzülür. Saplama bağlantı sistemi, kritik sıkıştırma kuvvetini kaybetmeden veya saplama arızasına yol açabilecek aşırı gerilmelere neden olmadan bu diferansiyel hareketleri karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.

Saplamalar, titreşimlerden ve termal döngülerden kaynaklanan titreşimlerden ve termal döngülerden kaynaklanan döngüsel gerilmelere maruz kalır. Mühendislik tasarımı, saplamalardaki gerilme genliğinin, eşanjörün amaçlanan ömrü boyunca yorulma arızasını önlemek için malzemenin dayanım sınırının altında kalmasını sağlamalıdır.

Montaj sırasında, saplamalardaki somunlar, bir araba tekerleğindeki bijon somunlarını sıkmaya benzer şekilde, belirli bir çapraz desen sırasıyla sıkılmalıdır. Bu uygulama, düzgün plaka sıkıştırması elde etmek ve sızıntılara yol açabilecek basınç plakasının bozulmasını önlemek için vazgeçilmezdir.

İlk montajdan sonra ve çalışma sıcaklığına ulaşıldığında, saplama gerginliğini yeniden kontrol etmek genellikle gereklidir. Conta sürünmesi ve termal yerleşme, ön yüklemede hafif bir kayba neden olabilir. İlk ısı döngüsünden sonraki bir takip sıkma, uzun vadeli bütünlüğü sağlamak için standart bir en iyi uygulamadır.

Saplamaların ve somunların düzenli olarak incelenmesi, önleyici bakımın bir parçasıdır. Teknisyenler, korozyon, diş hasarı, gerilme veya yüzey çatlakları belirtileri aramalıdır. Hasarlı bağlantı elemanları, tasarım bütünlüğünü korumak için orijinal ekipman üreticisinin özelliklerini karşılayan bileşenlerle değiştirilmelidir.

Özetle, plakalı eşanjörlerdeki saplama bağlantıları basit cıvatalardan çok daha fazlasıdır. Sızdırmazlık oluşturma, basınca direnme, bakımı sağlama ve yük tekdüzeliği sağlama gibi kritik işlevleri yerine getiren hassas mühendislik bileşenleridir. Uygun tasarım, malzeme seçimi, montajı ve bakımı, tüm eşanjör sisteminin güvenliği, verimliliği ve uzun ömürlülüğü için temeldir. Bu bağlantıların önemini göz ardı etmek, sızıntılar, azaltılmış termal performans ve hatta mekanik arıza dahil olmak üzere felaketlere yol açabilir. Bu nedenle, bu son derece verimli ısı transfer ekipmanı sınıfıyla çalışan mühendisler ve teknisyenler için saplama bağlantı sistemine derin bir anlayış ve titiz bir dikkat vazgeçilmezdir.