Korpuso ir vamzdžio šilumokaičio kanalo galvutė dažnai traktuojama kaip nedidelė sudedamoji dalis-apvalkalas korpuso gale, nukreipiantis skystį į vamzdžio pluoštą. Šis vaizdas yra neišsamus. TheŠilumokaičio kanalo galvutėnustato, kaip skystis patenka ir išeina iš šilumokaičio. Jo geometrija turi įtakos srauto paskirstymui, slėgio kritimui ir šiluminėms savybėms. Jo medžiaga ir storis turi įtakos konstrukcijos vientisumui ir tarnavimo laikui. Sugedus kanalo galvutei, šilumokaitis sustoja. Likusi dizaino dalis nėra svarbi.
Šiame straipsnyje kanalo galvutė nagrinėjama projektavimo sprendimų, turinčių praktinių pasekmių, požiūriu. Tai nėra išsami apžvalga. Jame dėmesys sutelkiamas į problemas, kurios dažniausiai nesuprantamos arba nepastebimos.
Srauto paskirstymas
Pirmasis kanalo galvutės konstrukcijos reikalavimas yra srauto paskirstymas. Į kanalą patenkantis skystis turi būti tolygiai nukreiptas į visus vamzdelius. Jei pasiskirstymas yra netolygus, kai kurie vamzdžiai teka daugiau srauto nei kiti. Didesnio srauto vamzdžiai turi didesnį šilumos perdavimo koeficientą. Vamzdžiai su mažesniu srautu turi mažesnius koeficientus. Bendrą šilumos perdavimą lemia žemiausios našumo vamzdžiai, o ne vidutinis.
Pagrindinės netinkamo paskirstymo priežastys yra įleidimo antgalio vieta ir vidinių pertvarų buvimas. Jei įleidimo antgalis yra per arti vienos kanalo pusės, srautas gali pasiskirstyti netolygiai. Jei kanale yra skaidinys, skirtas kelių-praėjimų išdėstymui, pertvara gali sukelti slėgio disbalansą tarp ėjimų.
Standartinė projektavimo praktika yra įvesties antgalį pastatyti kanalo centre ir užtikrinti pakankamą kanalo tūrį, kad srautas vystytųsi prieš patenkant į vamzdžius. Kanalo tūris turi būti pakankamai didelis, kad sumažintų greitį ir paskirstytų srautą, bet ne toks didelis, kad be reikalo padidėtų sąnaudos.
Sudarant kelis{0}}praėjimus, pertvaros turi būti sandarios, kad būtų išvengta nuotėkio tarp ėjimų. Nesandarumas pertvaroje sumažina efektyvių praėjimų skaičių ir sumažina šilumos perdavimą. Pertvaros sandariklis gali būti tarpiklis arba suvirintoji jungtis. Atliekant techninę priežiūrą, sandariklis turi būti patikrintas.
Slėgio kritimas
Kanalo galvutė taip pat turi įtakos slėgio kritimui. Skysčio, einančio per kanalą, slėgis prarandamas nuo įleidimo antgalio iki vamzdžio lakšto. Nuostolius sukelia greičio pokytis, trintis į kanalo sieneles ir turbulencija vamzdžio įėjime.
Slėgio kritimas kanalo galvutėje paprastai yra mažas, palyginti su slėgio kritimu vamzdeliuose. Paprastai tai sudaro 5–15 % viso vamzdžio šoninio slėgio kritimo. Tačiau kai kuriose programose,-pvz., žemo-slėgio sistemose arba sistemose su ribota siurblio aukšte{7}}, kanalo galvutės slėgio kritimas gali būti didelis.
Slėgio kritimą galima sumažinti padidinus kanalo skersmenį arba supaprastinant vidinę geometriją. Abu variantai padidina kainą. Dizainas turėtų subalansuoti slėgio kritimą ir kainą.
Slėgio kritimui įtakos turi ir purkštuko dydis. Mažas antgalis padidina skysčio greitį ir slėgio kritimą. Didelis antgalis sumažina greitį ir slėgio kritimą, tačiau padidina sąnaudas ir erdvę. Purkštuko dydis nustatomas pagal leistiną slėgio kritimą, skysčio greitį ir vamzdynų išdėstymą.
Storio ir slėgio įvertinimas
Kanalo galvutė yra slėgio indas. Jo storis turi atitikti vidinį slėgį ir temperatūrą. Projektavimo kodai-ASME VIII skyrius, EN 13445 ir GB 150 pateikia metodus storiui apskaičiuoti.
Skaičiavimas atliekamas pagal vidinį skersmenį, projektinį slėgį ir leistiną medžiagos įtempį. Leistinas įtempis priklauso nuo temperatūros. Esant aukštesnei temperatūrai, leistinas įtempis yra mažesnis. Storis turi būti pakankamas maksimaliai temperatūrai ir didžiausiam slėgiui, kurie atsiranda vienu metu.
Kodai taip pat reikalauja korozijos pašalpos. Priemoka pridedama prie apskaičiuoto storio, kad būtų atsižvelgta į medžiagų nuostolius per eksploatavimo laiką. Paprastai nuolaida yra 3 mm vidutiniam aptarnavimui ir 6 mm koroziniam naudojimui. Išlaida turėtų būti pagrįsta numatomu korozijos greičiu ir reikiamu tarnavimo laiku.
Plokščioms galvutėms reikia didesnio storio nei lėkštėms. Plokščia galva remiasi tik kraštuose; lėkštė galvutė priešinasi slėgiui veikiant membranai. Galvos forma parenkama pagal slėgį, kainą ir turimą erdvę. Smulkintą galvutę pagaminti gali būti brangiau, tačiau sunaudojama mažiau medžiagų. Pasirinkimas turėtų būti pagrįstas bendromis išlaidomis, o ne vien medžiagų sąnaudomis.
Medžiagos pasirinkimas
Kanalo galvutės medžiaga turi būti suderinama su skysčiu, temperatūra ir slėgiu. Labiausiai paplitusi medžiaga yra anglinis plienas. Jis yra ekonomiškas-ir yra pakankamai tvirtas daugeliui programų. Apribojimas yra atsparumas korozijai. Anglies plienas netinka ėsdinantiems skysčiams.
Nerūdijantis plienas naudojamas, kai reikalingas atsparumas korozijai. Dažniausiai pasitaikančios markės yra 304L ir 316L. 316L užtikrina geresnį atsparumą chlorido įdubimams. Nerūdijančio plieno šiluminio plėtimosi koeficientas yra didesnis nei anglinio plieno. Projektuojant vamzdyną ir atramas reikia atsižvelgti į išsiplėtimą.
Legiruotasis plienas naudojamas aukštoje{0}}temperatūroje. Gamybai reikalingas išankstinis pašildymas ir po-suvirinimo terminis apdorojimas. Kaina yra didesnė nei anglinio plieno.
Plakuotos medžiagos naudojamos, kai skystis yra korozinis ir slėgis yra didelis. Anglies plienas suteikia tvirtumo; danga užtikrina atsparumą korozijai. Paprastai danga yra nuo 3 iki 5 mm storio ir klijuojama suvirinant arba klijuojant sprogdinimo būdu. Plakuotos medžiagos yra pigesnės nei kieto lydinio medžiagos.
Kanalo dangtis ir sandarintos jungtys
Kanalo dangtelis yra prisukamas prie kanalo. Tarpinė tarp dangčio ir kanalo užtikrina sandarumą. Tarpiklis turi išlaikyti sandariklį darbinį slėgį ir temperatūrą. Tarpiklio medžiaga turi būti suderinama su skysčiu.
Labiausiai paplitę tarpiklių tipai yra spiraliniai tarpikliai, žiedinių jungčių tarpikliai ir lakštiniai tarpikliai. Spiralinės suvyniotos tarpinės naudojamos aukštam slėgiui ir temperatūrai. Žiedinių jungčių tarpinės naudojamos esant labai aukštam slėgiui. Lakštinės tarpinės naudojamos esant žemam slėgiui ir temperatūrai.
Varžtai turi užtikrinti pakankamą išankstinę apkrovą, kad suspaustų tarpiklį. Išankstinė apkrova turėtų būti apskaičiuojama pagal tarpiklio įtempį ir slėgio apkrovą. Varžtai turi būti parinkti atsižvelgiant į leistiną įtempį ir nuovargio trukmę.
Dažniausias tarpinių jungčių gedimas yra išankstinės apkrovos praradimas. Išankstinė apkrova gali būti prarasta dėl varžtų atsipalaidavimo, šiluminio kanalo plėtimosi arba varžtų korozijos. Išankstinės apkrovos praradimas sukelia nuotėkį. Atliekant techninę priežiūrą, reikia patikrinti ir priveržti varžtus.
Apžiūra ir bandymai
Kanalo galvutė turi būti apžiūrėta gaminant ir atliekant techninės priežiūros išjungimus. Patikrinimas turėtų apimti matmenų patikrinimą, medžiagų patikrinimą ir neardomąjį bandymą.
Matmenų patikra patikrina tarpiklio paviršiaus storį, lygumą ir purkštuko vietą. Medžiagos patikrinimas patvirtina cheminę sudėtį ir mechanines savybes. Atliekant neardomąjį{2}}bandymą, kanalo galvutė tikrinama, ar nėra įtrūkimų ir defektų.
Hidrostatinis bandymas reikalaujamas pagal kodus. Bandymo slėgis yra 1,5 karto didesnis už projektinį slėgį. Bandymas turi būti atliktas po pagaminimo ir sumontavus. Bandymo metu reikia patikrinti, ar sandarios jungtys nėra sandarios.
Apžiūros metu- turėtų būti išvalytas vidinis paviršius, patikrintas tarpiklio paviršius ir išmatuotas likęs storis. Storio matavimai reikalingi norint patikrinti, ar nebuvo sunaudota korozijos pašalpa.
Bendros problemos
Dažniausios kanalų galvučių problemos yra susijusios su srauto paskirstymu, tarpiklių nuotėkiu ir korozija.
Netinkamas srauto paskirstymas sumažina šilumos perdavimą ir gali sukelti šiluminį įtampą vamzdeliuose. Tarpinės nuotėkis atsiranda dėl išankstinės apkrovos praradimo arba tarpiklio gedimo. Koroziją sukelia skystis arba galvaninis poveikis tarp skirtingų medžiagų.
Šių problemų galima išvengti tinkamai suprojektavus, parinkus medžiagas ir prižiūrint. Projekte turėtų būti srauto analizė, kad būtų galima patikrinti paskirstymą. Tarpinės turi būti parenkamos atsižvelgiant į eksploatavimo sąlygas. Korozijos pašalpa turi būti pakankama numatomam eksploatavimo laikui.
Kanalo galvutė yra slėgio indas ir srauto skirstytuvas. Jo konstrukcija turi įtakos šilumokaičio veikimui, patikimumui ir kainai. Projektavimo sprendimai turėtų būti pagrįsti eksploatavimo sąlygomis, kodo reikalavimais ir numatoma tarnavimo trukme. Gerai-suprojektuota kanalo galvutė tarnaus visą keitiklio gyvenimą. Blogai suprojektuota kanalo galvutė sukels problemų. Skirtumas yra dėmesys detalėms.