اخبار شرکت یکپارچگی فلنج در چرخه حرارتی: یک رابطه استرس زا

بسیاری از فرآیندهای صنعتی شامل نوسانات قابل توجه دما هستند که منجر به پدیده‌ای به نام چرخه حرارتی می‌شود. برای فلنج‌های فلزی، این امر یک رابطه به‌ویژه استرس‌زا ایجاد می‌کند، زیرا چرخه‌های مکرر گرمایش و سرمایش می‌توانند یکپارچگی اتصال پیچ‌دار را به چالش بکشند و منجر به شل شدن پیچ، خزش واشر و در نهایت نشتی شوند. حفظ یکپارچگی فلنج در این شرایط نیازمند طراحی دقیق، انتخاب مواد و روش‌های مونتاژ است.

مکانیک چرخه حرارتی بر روی فلنج‌ها:

هنگامی که یک سیستم لوله‌کشی دچار تغییر دما می‌شود، مواد (فلنج، واشر، پیچ) منبسط یا منقبض می‌شوند. این مشکل به این دلیل به وجود می‌آید:

1. انبساط حرارتی دیفرانسیل: مواد مختلف در داخل مجموعه فلنج (به عنوان مثال، فلنج فولادی، واشر الاستومری، پیچ‌های فولادی آلیاژی) دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند. آنها با سرعت‌های متفاوتی منبسط و منقبض می‌شوند. این می‌تواند تنش‌های داخلی را در داخل اتصال ایجاد کند.

2. خزش و شل شدن واشر:

   • هنگامی که گرم می‌شوند، واشرها (به ویژه واشرهای غیر فلزی) تمایل به نرم شدن و «خزش» (تغییر شکل پلاستیکی) تحت بار ثابت پیچ دارند. هنگامی که سیستم خنک می‌شود، واشر ممکن است ضخامت اصلی خود را به طور کامل بازیابی نکند. این امر منجر به کاهش تنش حفظ شده واشر می‌شود که اغلب به عنوان شل شدن تنش شناخته می‌شود.

   • چرخه‌های مکرر این وضعیت را تشدید می‌کنند و به تدریج نیروی آب‌بندی را کاهش می‌دهند.

3. شل شدن پیچ:

   • در دماهای بالا، پیچ‌ها نیز می‌توانند شل شدن تنش یا خزش را تجربه کنند و به تدریج پیش‌بار خود را از دست بدهند.

   • انبساط دیفرانسیل بین پیچ‌ها و فلنج نیز می‌تواند باعث کشیدگی یا فشرده شدن پیچ‌ها نسبت به فلنج شود و نیروی گیره اولیه را تغییر دهد.

4. تغییر شکل فلنج:

   • گرادیان‌های حرارتی شدید یا گرمایش/سرمایش سریع می‌تواند تنش‌هایی را در داخل بدنه فلنج ایجاد کند و به طور بالقوه باعث تاب برداشتن یا اعوجاج ظریف سطح فلنج شود که مستقیماً آب‌بندی واشر را به خطر می‌اندازد.

پیامدهای چرخه حرارتی:

• از دست رفتن تنش واشر: شایع‌ترین نتیجه، که منجر به کاهش نیروی آب‌بندی و نشت احتمالی می‌شود.

• شل شدن پیچ: کاهش پیش‌بار پیچ می‌تواند منجر به شل شدن مهره‌ها شود، به خصوص اگر لرزش نیز وجود داشته باشد.

• خرابی زودرس واشر: تخریب یا خرد شدن سریع واشر به دلیل شوک‌های حرارتی مکرر.

• آسیب فلنج/پیچ: در موارد شدید، تنش‌های حرارتی شدید می‌تواند منجر به ترک خوردگی خستگی در فلنج یا پیچ‌ها شود.

راهبردهایی برای کاهش اثرات چرخه حرارتی:

1. انتخاب مواد:

   • واشرها: واشرهایی را انتخاب کنید که به طور خاص برای سرویس چرخه حرارتی طراحی شده‌اند، اغلب نیمه فلزی (به عنوان مثال، سیم‌پیچ با پرکننده‌های انعطاف‌پذیر) یا واشرهای گرافیت انعطاف‌پذیر که دارای خواص بازیابی عالی و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا هستند.

   • فلنج‌ها و پیچ‌ها: موادی را با پایداری خوب در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش/شل شدن تنش انتخاب کنید (به عنوان مثال، فولادهای آلیاژی کروم-مولی برای سرویس در دمای بالا). مطابقت با ضرایب انبساط حرارتی فلنج و مواد پیچ و مهره نیز می‌تواند مفید باشد.

2. ملاحظات طراحی:

   • نوع فلنج: فلنج‌های گردن جوشی، با هاب یکپارچه خود، توزیع تنش بهتری را در هنگام انبساط حرارتی نسبت به فلنج‌های لغزشی ارائه می‌دهند.

   • طراحی پیچ: پیچ‌های بلندتر یا پیچ‌هایی با خاصیت ارتجاعی بیشتر می‌توانند انبساط حرارتی دیفرانسیل را بهتر تحمل کنند.

   • محصور کردن واشر: طرح‌هایی که واشر را به طور کامل محصور می‌کنند (به عنوان مثال، زبانه و شیار، نر و ماده) به جلوگیری از بیرون راندن در هنگام نوسانات حرارتی کمک می‌کنند.

3. روش‌های مونتاژ بهینه:

   • پیش‌بار دقیق پیچ: اعمال بار اولیه دقیق پیچ بسیار مهم است. استفاده از کشنده‌های هیدرولیکی برای بارگذاری یکنواخت و دقیق برای سرویس‌های بحرانی بسیار توصیه می‌شود.

   • سفت کردن چند پاسی: انجام سفت کردن در چندین پاس پیشرونده به واشر اجازه می‌دهد تا به تدریج جا بیفتد و شل شود.

   • سفت کردن مجدد داغ (در صورت ایمن بودن و قابل اجرا بودن): برای برخی از سرویس‌های با دمای بالا، «سفت کردن مجدد داغ» (بازگرداندن پیچ‌ها پس از رسیدن سیستم به دمای عملیاتی و تثبیت) می‌تواند شل شدن اولیه واشر/پیچ را جبران کند. این کار باید با احتیاط شدید و پروتکل‌های ایمنی مناسب انجام شود.

4. طراحی سیستم:

   • به حداقل رساندن نوسانات سریع دما در صورت امکان یا طراحی سیستم برای افزایش/کاهش تدریجی دما.

   • اطمینان از پشتیبانی و تراز مناسب برای جلوگیری از تنش‌های خارجی اضافی بر روی فلنج‌ها در هنگام انبساط/انقباض.

مدیریت فلنج‌ها در سیستم‌های چرخه حرارتی یک چالش مهندسی پیچیده است. با انتخاب دقیق مواد انعطاف‌پذیر، بهینه‌سازی طراحی اتصال و پایبندی به روش‌های مونتاژ دقیق، صنایع می‌توانند یکپارچگی و طول عمر این اتصالات حیاتی را حتی در سخت‌ترین شرایط حرارتی به طور قابل توجهی افزایش دهند.