Độ bầu dục của ống (0,5% so với. 2%) của Bộ gia nhiệt vỏ titan sau khi uốn ảnh hưởng như thế nào đến sự phân bổ thông lượng nhiệt cục bộ và Thời gian ủ đối với hiện tượng nứt do mỏi nhiệt ở đỉnh uốn cong?

Hình bầu dục của ống sau khi uốn (biến đổi từ mặt cắt ngang hoàn toàn tròn) tập trung dòng nhiệt ở đỉnh uốn cong. Độ bầu dục cao hơn (2% so với 0,5%) làm tăng dòng nhiệt cục bộ lên 10-25%. Điều này là do độ dày thành giảm ở bán kính bên ngoài. Dòng nhiệt tăng cường làm tăng nhiệt độ cục bộ lên 10–25 độ, do đó làm tăng tốc độ nứt do mỏi nhiệt. Đối với hầu hết các ứng dụng, độ ôvan 0,5% là có thể chấp nhận được và độ ôvan 2% làm giảm thời gian ủ cho vết nứt do mỏi nhiệt từ 50–70%. Điểm dễ bị tổn thương nhất là đỉnh uốn cong, nơi có hình bầu dục lớn nhất và ứng suất dư lớn nhất do uốn cong.

Làm thế nào hình bầu dục tạo ra sự tập trung của dòng nhiệt?

Khi bạn uốn ống, bán kính bên ngoài (extrados) trở nên mỏng hơn (độ dày thành ống) và bán kính bên trong (intrados) trở nên dày hơn (độ dày thành ống). Độ dày thành cục bộ tại đỉnh uốn cong có thể được xác định bởi t_apex=t_nominal × (1 - 0.5 × hình bầu dục). Độ dày thành tối thiểu ở đỉnh là 1,38–1,41 mm đối với thành danh nghĩa là 1,5 mm với độ bầu dục 2%. Dòng nhiệt cục bộ tỷ lệ nghịch với độ dày thành: qapex / qnominal=tnominal / tapex . Mức tăng nhiệt độ cục bộ là ΔT_apex=q_apex t_apex / k . Sự chồng chất của độ dày giảm và thông lượng cao hơn dẫn đến một điểm nóng ở đỉnh đường cong.

Thông lượng nhiệt, tăng nhiệt độ và độ ôvan định lượng

Các mối quan hệ sau đây được rút ra đối với ống OD 20 mm có thành danh nghĩa là 1,5 mm và bán kính uốn cong 5D ở dòng nhiệt danh nghĩa là 20 W/cm2. Ở ống lý tưởng (độ bầu dục 0%), thành tối thiểu tại đỉnh uốn cong là 1,50 mm, mức tăng dòng nhiệt cục bộ là 0% và mức tăng nhiệt độ tại đỉnh uốn cong trên phần thẳng là 0 độ. Tường tối thiểu ở độ bầu dục 0,5 % là 1,47-1,49 mm Độ tăng của dòng nhiệt là 2-5 % và mức tăng nhiệt độ là 2-5 C. Độ bầu dục 1,0%, Tường tối thiểu là 1,44-1,47 mm, Tăng 5-10%, Tăng nhiệt độ là 5-10 độ. Đối với hình bầu dục 1,5%, tường tối thiểu là 1,41-1,44 mm, tăng 10-15%, nhiệt độ tăng 10-15 C. Với hình bầu dục 2,0 %, tường tối thiểu là 1,38–1,41 mm Tăng 15–25 % Tăng nhiệt độ là 15–25 độ Đối với hình bầu dục 3,0%, tường tối thiểu là 1,32-1,36 mm, mức tăng là 1,32-1,36 mm. 25-40%, nhiệt độ tăng 25-40C.

Thời gian ủ độ mỏi nhiệt phụ thuộc vào độ rụng trứng

Các thử nghiệm theo chu kỳ với dao động nhiệt độ 100 độ (50 độ đến 150 độ) trong 10.000 chu kỳ đã mang lại các chu kỳ sau đây để bắt đầu tạo vết nứt cho titan Cấp 2. 0.5% Độ bầu dục 8.000-12.000 Chu kỳ bắt đầu nứt Giảm thời gian ủ so với 0% Độ bầu dục Đường cơ sở Tuổi thọ chu kỳ ở độ bầu dục 1,0% là 5.000-8.000. Mức giảm là 30-40%. Ở mức độ rụng trứng 1,5%, số chu kỳ là 3000-5000, mức giảm là 50-60%. Ở mức độ rụng trứng 2,0%, chu kỳ là 2.000-3.500 và giảm 65-70%. Chu kỳ: 1.000 đến 2.000 @ 3,0% độ rụng trứng. Giảm: 80 đến 85%.

Hướng dẫn kiểm soát độ bầu dục và phương pháp uốn

Bảng kèm theo chỉ định độ oval tối đa cho phép của bộ gia nhiệt vỏ titan đối với các chu kỳ nhiệt dự kiến ​​và kỹ thuật uốn cần thiết.

Các chu kỳ nhiệt dự kiến ​​trong thời gian sử dụng Độ lệch tối đa cho phép (%) Phương pháp uốn được đề xuất Các chu kỳ dự kiến ​​để bắt đầu vết nứt<1,000 (low cycle) 2.0 Compression bending >1,000 1,000-5,000 (moderate cycle) 1.5 Mandrel bending 3,000-5,000 5,000-20,000 (high cycle) 1.0 Mandrel + internal support 5,000-8,000 20,000-50,000 (very high cycle) 0.5 Rotary draw bending 8,000-12,000 >50.000 (chu kỳ cực đoan)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
Kỹ thuật vượt quá khả năng kiểm soát độ rụng trứng

Lớp titan tác động đến khả năng chống mỏi nhiệt. Lớp 7 cũng nhạy cảm tương tự với hình bầu dục, nhưng có độ bền mỏi cố hữu cao hơn, làm tăng chu kỳ khởi đầu gãy xương lên 20–30% đối với cùng hình bầu dục. Lớp 12: nâng cao ở mức trung bình. Độ dày của tường ảnh hưởng đến mức tăng nhiệt độ danh nghĩa. Đường cơ sở lớn hơn ΔT dành cho thành dày hơn (2,0 mm), nhưng mức tăng tỷ lệ do hình bầu dục thì ít hơn. Bán kính uốn cong cũng có vai trò trong hình bầu dục. Bán kính uốn cong rộng (10D) sẽ có ít hình bầu dục hơn so với bán kính uốn cong hẹp (3D). Việc ủ giảm ứng suất sau khi uốn ở góc 540 độ trong 30 phút làm giảm ứng suất dư, nhưng không điều chỉnh được hình bầu dục.

Chỉ định với sự tự tin

A titanium sheath heater having a bent section is subjected to more than 5,000 thermal cycles and the maximum ovality is specified at 1.0%. Requires mandrel bending with internal support to attain this ovality. Optical comparator or a set of callipers to measure ovality at the bend apex at four angles. Spec 0.5% ovality and rotating draw bending for high cycle applications (>20.000 chu kỳ). Giảm 20% dòng nhiệt đối với các máy sưởi hiện có có độ bầu dục trên 1,5% để giải quyết điểm nóng hoặc xây dựng bộ tản nhiệt. Độ ôvan được kỹ sư kiểm soát xuống dưới 1,0% để có được sự phân bố dòng nhiệt đồng nhất và tăng tuổi thọ mỏi nhiệt ở đỉnh uốn cong.