En la producción industrial,Intercambiador de calorEs un dispositivo indispensable para facilitar el intercambio de calor entre diferentes fluidos. Entre ellos, el intercambiador de calor de placa de tubo fijo es ampliamente utilizado debido a su estructura simple y costo relativamente bajo. Sin embargo, estos intercambiadores de calor se enfrentan a un problema difícil durante el funcionamiento, es decir, el estrés térmico causado por las diferencias de temperatura. Este artículo estudia el problema de tensión térmica de la placa de tubos fijaIntercambiador de calorY soluciones clave para juntas de expansión, ayudando a los lectores a comprender mejor sus principios de funcionamiento, consideraciones de diseño y aplicaciones prácticas.
El intercambiador de calor de placa tubular fija consiste principalmente en un haz de tubos y una carcasa. El haz de tubos es responsable del intercambio de calor entre los fluidos, mientras que la carcasa actúa para alojar y proteger el haz de tubos. Durante el proceso de intercambio de calor, a menudo hay una cierta diferencia de temperatura entre el haz de tubos y la carcasa. Debido a que la lámina de tubos, el haz de tubos y la carcasa están rígidamente conectados, cuando la diferencia de temperatura alcanza un cierto grado, se generará una tensión térmica excesiva. Este estrés puede provocar que la carcasa falle y causar accidentes de seguridad como fugas; También hará que el haz de tubos se flexione y se deforme, afecte la eficiencia del intercambio de calor, e incluso arranca el haz de tubos de la placa de tubos, lo que afecta gravemente el funcionamiento normal del intercambiador de calor.
Para resolver el problema de la tensión térmica en un intercambiador de calor de placa de tubo fijo, la junta de dilatación se diseña como un dispositivo ingenioso. Las juntas de dilatación son componentes flexibles que se montan en la carcasa del intercambiador de calor, y su componente central es un fuelle. Los fuelles tienen una estructura única que puede producir una deflexión axial significativa y una deformación significativa incluso con una fuerza axial pequeña. Es esta característica deformable la que permite a la junta de dilatación compensar la diferencia de deformación entre el haz de tubos y la carcasa.
Específicamente, la junta de dilatación puede reducir eficazmente el estrés térmico debido a la diferencia de temperatura entre el haz de tubos y la carcasa. Cuando el haz de tubos y la carcasa se expanden de manera diferente debido a la diferencia de temperatura, la junta de expansión puede absorber la diferencia de expansión a través de su propia deformación, evitando así que el haz de tubos se aleje de la placa de tubos y asegurando el funcionamiento seguro y estable del intercambiador de calor. Además de su aplicación en el intercambiador de calor de placa de tubo fijo, las juntas de expansión también se pueden utilizar ampliamente en diversos equipos industriales, maquinaria y tuberías como componentes importantes para compensar el desplazamiento y absorber la vibración, y desempeñan un papel vital.
Hay muchos tipos de juntas de dilatación, y la diferencia en la forma de la sección transversal del fuelle es una base importante para distinguirlas. Los más comunes incluyen juntas de expansión planas, juntas de expansión en forma de Ω y juntas de expansión corrugadas. En la producción real, la más ampliamente utilizada es la junta de dilatación corrugada, seguida de la junta de dilatación en forma de Ω.
Las juntas de dilatación corrugadas se utilizan generalmente en situaciones donde se requiere una gran cantidad de compensación. Sus fuelles tienen una forma ondulada con múltiples picos y múltiples valles, proporcionando una capacidad de compensación significativa para satisfacer la necesidad del intercambiador de calor para compensar la diferencia de expansión térmica entre el haz de tubos y la carcasa bajo grandes diferencias de temperatura. Por otro lado, las juntas de expansión en forma de Ω se usan más comúnmente en situaciones de alta presión. Sus fuelles tienen una forma similar a la letra griega Ω y su estructura es relativamente compacta y puede soportar presiones más altas, mientras que también proporcionan cierta capacidad de compensación.
El espesor de la pared de una junta de expansión tiene un efecto significativo en su rendimiento. En general, cuanto más delgada sea la pared, mejor será la flexibilidad y mayor será la capacidad de compensación. Sin embargo, las juntas de dilatación de paredes delgadas pueden soportar presiones relativamente bajas. Para equilibrar la capacidad de compensación y la resistencia a la compresión, las juntas de dilatación corrugadas están disponibles en formas de una sola capa y múltiples capas. La junta de expansión corrugada multicapa adopta una estructura multicapa de pared delgada, que puede soportar una presión más alta mientras mantiene una gran capacidad de compensación. Las juntas de expansión de múltiples capas tienen muchas ventajas en comparación con las juntas de expansión de una sola capa. Su delgada estructura multicapa ofrece mayor elasticidad, mayor sensibilidad, mayor capacidad de compensación, mayor capacidad de carga y resistencia a la fatiga, mayor vida útil y una estructura más compacta. Cuando se requiere una gran cantidad de compensación, se puede utilizar una junta de expansión de ondas múltiples para aumentar el número de ondas en el fuelle para mejorar la capacidad de compensación.
La capacidad de compensación de una sola onda en una junta de expansión depende principalmente de su forma, tamaño y material. Por ejemplo, cuanto menor sea la altura de la onda, mejor será la resistencia a la presión, pero la capacidad de compensación es relativamente débil; Cuanto mayor sea la altura de la onda y mayor sea la distancia de la onda, mayor será la cantidad de compensación, pero la resistencia a la tensión se reducirá en consecuencia.
No todos los intercambiadores de calor de placa de tubo fija requieren la instalación de juntas de expansión. La necesidad de instalar juntas de expansión debe determinarse mediante cálculos precisos. Específicamente, es necesario calcular la tensión axial de la carcasa, la tensión axial del tubo de intercambio de calor y la fuerza de extracción del tubo de intercambio de calor y la placa de tubos bajo la diferencia de temperatura y la carga combinada de presión. Si cualquiera de estas tres fuerzas no cumple con los requisitos de resistencia o estabilidad, entonces es necesario instalar una junta de expansión para resolver el problema.
En el cálculo de verificación de la resistencia de la lámina de tubos, una vez que se ha determinado el espesor de la lámina de tubos, la lámina de tubos puede ser insuficientemente resistente en ausencia de la junta de expansión. Sin embargo, después de instalar la junta de expansión, el grosor de la lámina de tubos puede cumplir con los requisitos. En este punto, aunque las juntas de expansión se pueden instalar para reducir el grosor de la lámina de tubos, es necesario realizar una evaluación integral desde el consumo de materiales, la dificultad de fabricación, la seguridad, los beneficios económicos y otros aspectos, sopesar los pros y los contras y determinar si se utilizan juntas de expansión.
La diferencia de expansión térmica entre el tubo de intercambio de calor y la carcasa del intercambiador de calor es uno de los factores importantes que conducen al estrés excesivo. La junta de expansión puede absorber la diferencia de expansión en ambos lados de la carcasa del tubo, pero no es apropiado simplemente juzgar la necesidad de instalar la junta de expansión en función de la diferencia de temperatura entre el tubo de intercambio de calor y la carcasa del intercambiador de calor. Por un lado, la diferencia de expansión térmica está determinada tanto por la temperatura del material como por el coeficiente de expansión lineal del material; Por otro lado, el efecto de la diferencia de expansión térmica sobre diversas tensiones en la lámina de tubos y el tubo de intercambio de calor es muy complicado. Por lo tanto, la necesidad de instalar juntas de dilatación debe determinarse mediante un cálculo integral y no puede ser juzgada por la experiencia o la intuición únicamente.
El diseño de las juntas de expansión es complejo y meticuloso, y se deben considerar varios factores para garantizar su función de amortiguación de compensación en aplicaciones prácticas. Especialmente en los intercambiadores de calor de placa tubular fija, pueden aliviar el daño del equipo causado por el estrés térmico y garantizar el funcionamiento seguro del intercambiador de calor.
El fuelle es el componente central de la junta de expansión y su diseño es crucial. En el intercambiador de calor de placa de tubo fijo, el fuelle debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones de trabajo reales, tales como temperatura, presión, cantidad de compensación, etc. Para los intercambiadores de calor con grandes requisitos de compensación, se deben seleccionar la altura de onda y la distancia de onda apropiadas para garantizar que el fuelle tenga suficiente capacidad de compensación bajo la presión permitida. El material es típicamente acero inoxidable, que equilibra la resistencia a la corrosión, resistencia y elasticidad.
Al diseñar el fuelle, se debe considerar la vida de fatiga, ya que durante el funcionamiento del intercambiador de calor, el fuelle es propenso a la falla por fatiga debido a la tensión alterna. El diseño estructural razonable y la selección de materiales pueden mejorar la resistencia a la fatiga y prolongar la vida útil. Al mismo tiempo, es necesario controlar estrictamente el proceso de fabricación, como la calidad de la soldadura y el proceso de formación, para garantizar la calidad y el rendimiento de los fuelles y el funcionamiento seguro del intercambiador de calor.
Las juntas de expansión también incluyen accesorios como tubos de extremo, soportes, bridas, conductos, etc. Junto con los fuelles, forman una estructura integral para garantizar un funcionamiento estable y confiable y afectan directamente el rendimiento del intercambiador de calor.
Los tubos de extremo conectan los fuelles a los tubos o equipos del intercambiador de calor y deben asegurarse de que la conexión sea firme y sellada. El soporte asegura el fuelle para evitar deformaciones y daños excesivos durante el funcionamiento del intercambiador de calor. Las bridas conectan las juntas de expansión a las tuberías o equipos del intercambiador de calor y deben estar diseñadas para cumplir con las especificaciones estándar para asegurar una conexión fiable y hermética. El tubo de guía dirige el flujo de fluido y reduce el impacto y el desgaste en el fuelle, y su diseño debe tener en cuenta las propiedades del fluido y la estructura del fuelle.
La interacción con los fuelles debe tenerse en cuenta al diseñar los accesorios. Por ejemplo, la ubicación y la estructura del soporte afectan a las características de deformación del fuelle, y la forma y el tamaño del conducto afectan al flujo de fluido y a las fuerzas sobre el fuelle. El diseño de los accesorios debe cooperar estrechamente con el diseño del fuelle, optimización general, mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la junta de expansión y garantizar el funcionamiento normal del intercambiador de calor.
El diseño estructural general de la junta de expansión debe considerar los requisitos de instalación, operación y mantenimiento, especialmente en el intercambiador de calor de placa de tubo fija. La posición y la dirección de la instalación deben diseñarse razonablemente para maximizar la función de compensación y amortiguación de vibraciones y facilitar la instalación y el mantenimiento. Durante el proceso de diseño, se debe considerar la conexión de la junta de expansión con otros equipos y tuberías del intercambiador de calor para garantizar la consistencia de todo el sistema.
Para garantizar el funcionamiento seguro de las juntas de expansión en el intercambiador de calor, se debe instalar un dispositivo de protección. Por ejemplo, se pueden colocar tirantes o anillos protectores en ambos extremos del fuelle para evitar daños causados por la sobrecompensación; Se puede instalar un soporte de guía en el tubo de conexión para guiar la dirección de desplazamiento, reducir la fuerza lateral, prolongar la vida útil de la junta de expansión y garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del intercambiador de calor.
El problema del estrés térmico de los intercambiadores de calor de placa tubular fija ha sido durante mucho tiempo un desafío en la producción industrial, y la aparición de juntas de dilatación proporciona una solución efectiva. A través de la introducción de este artículo, tenemos una comprensión del principio de funcionamiento, el tipo y las características de las juntas de dilatación, las consideraciones de diseño y también observamos su buen rendimiento en aplicaciones prácticas. En la ingeniería real, la selección y el diseño correctos de las juntas de expansión pueden mejorar efectivamente el rendimiento operativo y la seguridad del intercambiador de calor de placa de tubo fijo y proporcionar un fuerte soporte para la producción industrial.
