Како дизајн завршне капице (равни у односу на куполасту) запечаћене титанијумске грејне цеви утиче на њену способност да издржи повећање унутрашњег притиска-од ​​трагова разлагања влаге на 200 степени?

Основни проблем-у дизајну крајњег поклопца грејача од титанијума
Запечаћене титанијумске цеви за грејање су изоловане магнезијум оксидом (МгО) који може да адсорбује влагу у траговима током производње или складиштења. Када се грејач активира на температури од 200 степени на унутрашњем зиду, ова влага испарава и може се разбити на водоник и кисеоник. Ово може довести до повећања унутрашњег притиска и квара завршног поклопца. Дизајн завршног поклопца, било да је равна или куполаста, директно утиче на то како цев издржава овај унутрашњи притисак. Равни поклопац има деформације савијања са концентрацијом напона на завареном споју. Куполаста капица је у напетости мембране. Дебљина зида је функција облика завршне капице. Дебљи зид може подржати равнију капицу при већим притисцима. Поклопац са куполом може да поднесе исти степен притиска са тањим зидом. Ова анализа мери капацитет притиска равних и куполастих завршних капа на титанијумским грејним цевима и даје предлоге за избор за високотемпературну услугу где је унутрашњи притисак опасан.

Утицај на механички интегритет: Расподела напрезања у равним и куполастим поклопцима
Утврђујемо да је напон изазван притиском у центру равног крајњег поклопца завареног на титанијумску цев унутрашњег радијуса р и дебљине зида т дат са $\\сигма_{флат}=0.31*П*р^2/т^2$, где П представља унутрашњи притисак. За типичну цев ОД 20 мм (унутрашњи радијус 8 мм за зид од 1,0 мм) при унутрашњем притиску од 10 бара (1 МПа), сигма_флат=(0,31 * 1е6 * 0,008^2) / (0,001^2)=198 МПа. Ово је само нешто више од границе течења титанијума 2. разреда (275 МПа) и стога постоји врло мала сигурносна граница. За капу с куполом (хемисферни), напон је σдоме=П р 2 т где се претпоставља да је полупречник куполе исти као полупречник цеви. Под истим условима, σ_доме=(1е6 × 0,008) / (2 × 0,001)=4 МПа-50 ниже од равног врха. Куполаста капица подноси оптерећење скоро у потпуности у напетости мембране, а не савијању; далеко је отпорнији на унутрашњи притисак. За равне капице, режим квара укључује попуштање и испупчење око центра, а затим заваривање. Куполасте капице обично попуштају због општег попуштања при притисцима 10 до 20 пута већим од равних капица са истом дебљином зида.

Утицај на топлотне перформансе: Пренос топлоте и ограничења у производњи
Дизајн крајњег поклопца има само индиректан утицај на термичке перформансе. Равни поклопац има већу површину у контакту са процесним медијумом и то може побољшати пренос топлоте на врху грејача. Али разлика је минимална (обично<5% of total heating area). More importantly, there is the question of manufacturability. The dome caps are made by pressing or spinning, which is an additional manufacturing process and adds 10–20% to the cost over flat caps. Thin walls (≤1.0 mm) Dome caps Dome caps are easier to successfully weld, since the dome absorbs thermal expansion during welding, thus minimizing the residual stress. Flat caps can be welded with sufficient strength for thick walls (≥1.5 mm) if the tube diameter is small (<16 mm OD). The heat gradient across the end cap in operation is similar for both types, as the cap thickness is normally matched to the tube wall.

Матрица за одабир крајњих граница: синтеза трговине{0}}искључена
ОД цеви и дебљина зида Макс. безбедан унутрашњи притисак (равни поклопац, степен 2) Максимални безбедан унутрашњи притисак (запчасти поклопац) Препорука за крајњу капу (основно инжењерско образложење)
12 мм × 0,8 мм 4 бара > 50 бара Куполасто Танки зид не може да поднесе напрезање савијања равног поклопца.
16 мм × 1,0 мм 6 бара > 40 бара Плафонска равна капица минимална; купола даје сигурносну маргину
20 мм к 1,2 мм 8 бара > 35 бара са куполом Идеално за поузданост. Смањење напона након заваривања је прихватљиво само за равну капицу.
20 мм × 1,6 мм 14 бара > 45 бар За већину намена је довољна било која равна капа; купола даје додатну маргину.
2,0 мм к 25 мм 18 бара > 50 бара Равно (уштеда трошкова) Дебели зид обезбеђује довољну чврстоћу на савијање. Преко{5}}спецификација је заобљена.
Инжењеринг изван поклопца: контрола влаге и вентилација
Најбољи начин да се носите са повећањем унутрашњег притиска-је да у потпуности избегнете продирање влаге. Грејач се прочишћава азотом током пуњења МгО и вакуумског заптивања да би се преостала влага свела на мање од 0,1% по тежини, чиме се спречава повећање притиска-чак и на 300 степени. За тренутне грејаче или јефтине дизајне, мали отвор за вентилацију (0,2–0,5 мм пречника) у крајњем поклопцу обезбеђује излаз за унутрашње гасове без жртвовања отпорности на корозију јер је рупа обично потопљена и слана вода не улази због благог позитивног унутрашњег притиска. Алтернативно, бурст диск од 10 бара може се интегрисати у равну капицу, нудећи регулисано ослобађање притиска.

Закључак: равне капице су у реду за дебеле зидове, куполасте капице су боље за танке зидове
The heating tube is titanium sealed and it runs at 200C and even trace moisture decomposes and the end cap design is essential to how much pressure it can take. A flat cap experiences bending strains proportional to P x r(squared) / t(squared) whereas a domed cap experiences membrane stresses proportional to P x r / t - a factor of r/t lower. For thin wall (≤1.2mm) on standard 20mm OD tube a domed cap is necessary to safely bear pressures above 5 bar. For thick walls (>=1.6 мм) равна капица је у реду јер израз т² у имениоцу смањује напон савијања на подношљиве нивое. Ако се утврди да је унутрашњи притисак опасан (нпр. грејачи који су ускладиштени у влажним условима пре уградње), онда треба специфицирати капу с куполом или дизајн са вентилацијом без обзира на дебљину зида. Обезбедите произвођачу највишу пројектовану радну температуру и влажност у складиштењу како бисте омогућили произвођачу да направи одговарајућу завршну капу за поуздану-дуготрајну услугу.