Οι χαλκοσωλήνες είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους σωλήνες στα συστήματα ψύξης. Οι χάλκινοι σωλήνες έχουν τα πλεονεκτήματα της καλής θερμικής αγωγιμότητας, της υψηλής αντοχής, της καλής πλαστικότητας και της αντοχής στη διάβρωση και χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξαρτήματα ανταλλαγής θερμότητας όπως συμπυκνωτές και εξατμιστές, καθώς και σε αγωγούς σύνδεσης. Αυτό το άρθρο θα αναπτύξει λεπτομερώς την ταξινόμηση των σωλήνων χαλκού, τις τεχνικές απαιτήσεις για τους χαλκοσωλήνες ψύξης και τον υπολογισμό του πάχους του τοιχώματος του χαλκοσωλήνα.
1, Ταξινόμηση και Χαρακτηριστικά Απόδοσης Χαλκοσωλήνων
1. Σύμφωνα με τη σύνθεση του υλικού:
Οι χαλκοσωλήνες μπορούν να χωριστούν σε σωλήνες χαλκού (TP2), ορειχάλκινους σωλήνες (H62/H65/H68), χάλκινους σωλήνες (QSn6.5-0.1), σωλήνες λευκού χαλκού (κράμα Ni Cu) κ.λπ. Ο χάλκινος σωλήνας έχει την καλύτερη θερμική αγωγιμότητα, αλλά είναι πιο ακριβός. Ο κίτρινος χάλκινος σωλήνας έχει υψηλή αντοχή, αλλά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Οι χάλκινοι και λευκοί σωλήνες χαλκού έχουν καλή αντοχή στη διάβρωση, αλλά κακή απόδοση επεξεργασίας.
2. Διαιρείται με παραγωγική διαδικασία:
Οι χάλκινοι σωλήνες μπορούν να χωριστούν σε σωλήνες χαλκού χωρίς οξυγόνο, χαλκοσωλήνες που περιέχουν οξυγόνο, χάλκινους σωλήνες με εσωτερικό σπείρωμα κ.λπ. Οι χάλκινοι σωλήνες που περιέχουν οξυγόνο έχουν μέτρια αντοχή και σκληρότητα, καλή συγκολλησιμότητα και χρησιμοποιούνται συνήθως ως σωλήνες σύνδεσης. Το εσωτερικό τοίχωμα του χάλκινου σωλήνα με εσωτερικό σπείρωμα έχει σπείρωμα, το οποίο έχει καλό αποτέλεσμα ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας.
3. Σύμφωνα με τη σκληρότητα:
Οι χαλκοσωλήνες μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: μαλακή κατάσταση (κατάσταση Ο), ημισκληρή κατάσταση (1/2H) και σκληρή κατάσταση (κατάσταση Η). Ο χάλκινος σωλήνας O-state είναι μαλακός, με καλή πλαστικότητα και ολκιμότητα, αλλά χαμηλή αντοχή. Οι σωλήνες χαλκού H-state έχουν υψηλή αντοχή και σκληρότητα, αλλά κακή πλαστικότητα. Ο χάλκινος σωλήνας 1/2H έχει μέτρια αντοχή και πλαστικότητα, καλή απόδοση επεξεργασίας και είναι η προτιμώμενη επιλογή για αγωγούς ψύξης.
2, Τεχνικές απαιτήσεις για σωλήνες χαλκού που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης
1. Απαιτήσεις υλικού
Τα συστήματα ψύξης χρησιμοποιούν συχνά χαλκοσωλήνες κατάστασης 1/2H (TP2M) και η χημική τους σύνθεση θα πρέπει να συμμορφώνεται με τις διατάξεις του GB/T 17505-2010 [4]:
Cu+Ag Μεγαλύτερο ή ίσο με 99,90%
{{0}}.015% Λιγότερο ή ίσο με P Μικρότερο ή ίσο με 0,040%
Το περιεχόμενο των στοιχείων ακαθαρσίας θα πρέπει να πληροί την απαίτηση Bi Λιγότερο ή ίσο με {{{0}}.001%, Sb Μικρότερο ή ίσο με 0 .{{10}}02%,Σε μικρότερο ή ίσο με 0.002%,Fe μικρότερο ή ίσο με 0,005%,Pb μικρότερο ή ίσο με 0,005 %,S Μικρότερο ή ίσο με 0,005%,Zn Μικρότερο ή ίσο με 0,005%,Ni Μικρότερο ή ίσο με 0,002%,Sn Μικρότερο ή ίσο με 0,002%.
2. Μηχανικές ιδιότητες
Οι μηχανικές ιδιότητες των χαλκοσωλήνων κατάστασης 1/2H θα πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις [4]:
Αντοχή εφελκυσμού Rm Μεγαλύτερη ή ίση με 295 MPa
Ισχύς διαρροής Rp0.2 Μεγαλύτερο ή ίσο με 255 MPa
Επιμήκυνση μετά το κάταγμα A Μεγαλύτερη ή ίση με 3%
Πίνακας: Μηχανικές ιδιότητες σωλήνων σε θερμοκρασία δωματίου
3. Απόκλιση διαστάσεων
Η οριακή απόκλιση της εξωτερικής διαμέτρου (D) και του πάχους τοιχώματος (ων) των χαλκοσωλήνων πρέπει να συμμορφώνεται με τις διατάξεις του Πίνακα 1 [5]. Το βάρος Mick (M) θα πρέπει να υπολογιστεί σύμφωνα με τον τύπο M=0.02566 · D · s [6] και η απόκλιση πρέπει να είναι εντός ± 8%.
Πίνακας: Διαστάσεις και απόκλιση χαλκού σωλήνα (mm)
Απόκλιση ορίου μεγέθους χάλκινου σωλήνα κατάστασης πίνακα 1/2H (mm)
3, Μέθοδος υπολογισμού για το πάχος τοιχώματος χαλκού σωλήνα
1. Τυπικές μέθοδοι για δοχεία πίεσης
Σύμφωνα με τον Κώδικα Δοχείου Πίεσης ASME, το ελάχιστο πάχος τοιχώματος των χαλκοσωλήνων υπό εσωτερική πίεση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο [7]:
t=PD/(2S+0.8P)
Στον τύπο: t-ελάχιστο πάχος τοιχώματος (mm), πίεση σχεδίασης P (MPa), εξωτερική διάμετρος σωλήνα D (mm), επιτρεπόμενη τάση S του χαλκοσωλήνα (MPa), γενικά λαμβάνεται ως 1/3~1/ 4 της αντοχής διαρροής του χαλκοσωλήνα.
2. Μέθοδοι ρευστομηχανικής
Λαμβάνοντας υπόψη την απώλεια πίεσης κατά τη ροή του ρευστού, το πάχος του τοιχώματος των χάλκινων σωλήνων θα πρέπει επίσης να πληροί τις συνθήκες αντοχής μηχανικής ρευστού [8]:
t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5
Στον τύπο: ξ - συντελεστής οπισθέλκουσας κατά μήκος της διαδρομής, που σχετίζεται με τον αριθμό Reynolds και τη σχετική τραχύτητα. ρ - πυκνότητα ψυκτικού μέσου (kg/m ³); Ρυθμός ροής ψυκτικού μέσου V (m/s); σ [s] - επιτρεπόμενη διατμητική τάση του χαλκοσωλήνα (MPa), η οποία μπορεί να ληφθεί ως το 1/3 της αντοχής διαρροής.
3. Μέθοδος κόπωσης από κραδασμούς
Οι χάλκινοι σωλήνες στα συστήματα ψύξης συχνά υπόκεινται σε εναλλασσόμενες καταπονήσεις και η αντοχή έναντι των κραδασμών πρέπει να επαληθευτεί [9]:
σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m Μικρότερο ή ίσο με [σ]
Στον τύπο: σ [a] - πλάτος εναλλασσόμενης τάσης (MPa), Cf - συντελεστής ποιότητας επιφάνειας, σ [-1] - όριο κόπωσης υλικού χάλκινου σωλήνα (MPa), λαμβάνεται ως 0.4 0.5 της ισχύος διαρροής, Nf - διάρκεια ζωής κόπωσης (χρόνοι), m-δείκτης αντοχής κόπωσης, λαμβάνεται ως 34, [σ] - επιτρεπόμενη εναλλασσόμενη τάση (MPa), λαμβάνεται ως 0.6~ 0,7 αντοχής διαρροής. Από αυτό, μπορεί να υπολογιστεί το ελάχιστο απαιτούμενο πάχος τοιχώματος.
Για να εξασφαλιστεί η ασφάλεια και η αξιοπιστία των χαλκοσωλήνων υπό σκληρές συνθήκες εργασίας όπως υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση και κραδασμούς, ο σχεδιασμός πρέπει γενικά να υπολογίζεται χωριστά σύμφωνα με τις παραπάνω τρεις μεθόδους και η μέγιστη τιμή πρέπει να επιλέγεται ως το ονομαστικό πάχος τοιχώματος του χαλκοσωλήνα.
4, Συμπέρασμα
Η επιλογή και ο σχεδιασμός χαλκοσωλήνων για συστήματα ψύξης είναι ένα συστηματικό έργο που απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση διαφόρων παραγόντων όπως υλικά, επεξεργασία, σύνδεση, εγκατάσταση και χρήση. Κατά το σχεδιασμό, το υλικό, η κατάσταση και οι προδιαγραφές των χαλκοσωλήνων θα πρέπει να επιλέγονται εύλογα με βάση την ικανότητα ψύξης του συστήματος, το λειτουργικό υγρό, τη θερμοκρασία, την πίεση και άλλες παραμέτρους. Ο προσδιορισμός του πάχους του τοιχώματος του χάλκινου σωλήνα απαιτεί επαλήθευση και υπολογισμό από πτυχές όπως η ικανότητα φέρουσας πίεσης, η αντίσταση υγρού, η κόπωση από κραδασμούς κ.λπ., για να διασφαλιστεί η ασφάλεια, η αξιοπιστία και η οικονομία του συστήματος.
Πρέπει να σημειωθεί ότι ο τύπος υπολογισμού του πάχους τοιχώματος που παρέχεται σε αυτό το άρθρο είναι μόνο για αναφορά. Στον πραγματικό σχεδιασμό, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η επίδραση παραγόντων όπως η ακτίνα κάμψης του χαλκοσωλήνα, η απόσταση στήριξης και η μέθοδος σύνδεσης. Οι σχεδιαστές θα πρέπει να κατανοήσουν έγκαιρα τα πιο πρόσφατα πρότυπα και τις τεχνολογικές εξελίξεις των χάλκινων σωλήνων και εξαρτημάτων, να βελτιώσουν τις μεθόδους σχεδιασμού και να βελτιώσουν την ποιότητα του σχεδιασμού. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να ενισχυθεί ο έλεγχος της κατασκευαστικής διαδικασίας, να τηρούνται αυστηρά οι προδιαγραφές για τη μεταφορά, αποθήκευση, επεξεργασία, σύνδεση και εγκατάσταση συστήματος και θέση σε λειτουργία των χαλκοσωλήνων, ώστε να διασφαλίζεται η ασφαλής και αποτελεσματική λειτουργία του το σύστημα ψύξης.
