Sự giãn nở của ống trong bộ trao đổi nhiệt là gì?

Cho dù bạn đang chế tạo bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống để xử lý hóa dầu, bảo trì thiết bị ngưng tụ hơi nước trong nhà máy điện hay sản xuất cụm cuộn dây cánh tản nhiệt cho hệ thống HVAC, sự giãn nở của ống là quá trình liên kết thành ống với các tấm ống hoặc vòng đệm cánh tản nhiệt với biến dạng dẻo được kiểm soát chính xác. Hướng dẫn này bao gồm cách thức hoạt động của máy giãn nở ống, các danh mục chính hiện có, cách chọn cấu hình phù hợp và các biện pháp thực hành tốt nhất để tách phốt cơ khí đáng tin cậy khỏi hư hỏng tốn kém.

Sự giãn nở của ống trong bộ trao đổi nhiệt là gì?

Sự giãn nở của ống là một quá trình gia công nguội, ép đường kính ngoài của ống hướng ra ngoài so với bề mặt bên trong của lỗ trên tấm ống, tạo ra mối nối cơ học an toàn, không rò rỉ mà không cần hàn hoặc kết dính. Việc mở rộng ống được định nghĩa là nghệ thuật gia công nguội các đầu của ống tiếp xúc chặt chẽ với kim loại của các lỗ ống chứa để tạo thành một vòng đệm và/hoặc khớp cơ khí chống rò rỉ - một phương pháp cơ học để thiết lập kết nối giữa ống và lỗ ống.

Tính chất vật lý của quá trình dựa vào sự biến dạng vật liệu được kiểm soát. Trong quá trình giãn nở, ống và tấm ống giãn nở cho đến khi ống đạt đến trạng thái dẻo và được chứa bởi đặc tính đàn hồi của tấm ống. Kết quả là một khớp nối được khóa liên động về mặt cơ học thông qua lò xo của vật liệu tấm ống xung quanh - không cần chất bịt kín.

Đối với bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn dây được sử dụng trong HVAC và điện lạnh, cơ chế này hơi khác một chút. Việc mở rộng cuộn dây sử dụng một trục gá hoặc viên đạn để mở rộng đường kính ống một cách cơ học thêm 2–5%, ép nó vào các vòng cổ vây. Điều này đạt được sự tiếp xúc nhiệt vượt trội để truyền nhiệt tối ưu, tính toàn vẹn của cấu trúc để chịu được áp suất, độ rung và chu trình nhiệt cũng như các mối nối không bị rò rỉ sẵn sàng để hàn đồng hoặc lắp ráp cuối cùng.

Máy giãn nở ống hoạt động như thế nào: Từng bước

Bất kể loại máy nào, việc giãn nở ống đều tuân theo một chuỗi các hoạt động cơ học nhất quán từ quá trình lắp vào đến hình thành mối nối cuối cùng. Lựa chọn và thiết lập công cụ

Các thành phần chính của thiết bị giãn nở ống cơ học

Hiểu cấu tạo của máy giãn nở ống là điều cần thiết để lựa chọn, bảo trì và khắc phục sự cố chính xác. Mặc dù có nhiều loại thiết bị giãn nở ống khác nhau nhưng chúng đều có chung các thành phần là trục gá, cuộn và lồng. Mỗi phần đóng một vai trò riêng biệt trong việc kiểm soát quá trình mở rộng.

Các loại máy giãn nở ống cho bộ trao đổi nhiệt

Thị trường cung cấp nhiều loại máy giãn nở ống, từ dụng cụ cuộn cơ khí cầm tay đến hệ thống sản xuất CNC hoàn toàn tự động. Sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào vật liệu ống, độ dày tấm ống, khối lượng sản xuất và điều kiện địa điểm.

Mở rộng cơ học và thủy lực: So sánh trực tiếp

Sự lựa chọn giữa giãn nở cuộn cơ học và giãn nở thủy lực là một trong những quyết định gây tranh cãi nhất trong việc xây dựng và bảo trì bộ trao đổi nhiệt. Mỗi phương pháp mang lại những ưu điểm riêng biệt tùy thuộc vào vật liệu ống, hình dạng tấm ống và môi trường sản xuất.

Quá trình giãn nở ống thủy lực áp dụng áp suất thủy lực đồng đều lên bề mặt bên trong của ống để gây biến dạng dẻo, đạt được mối nối ống với tấm ống - một phương pháp còn được gọi là khe co giãn ống linh hoạt. Tính đồng nhất này đặc biệt có giá trị đối với các hợp kim như titan, Inconel và thép không gỉ song công cứng lại nhanh chóng khi cán cơ học. Ứng suất dư sau khe co giãn thủy lực thấp và khả năng ăn mòn khe hở ít xảy ra hơn; Ngoài ra, khe co giãn sẽ không dài ra theo chiều trục mà co lại một chút, giúp giảm tiếng ồn khi vận hành.

Máy giãn nở ống theo ứng dụng trong ngành

Các loại mở rộng: Song song, Flare và Bead

Ngoài loại máy, hình dạng của khe co giãn phải phù hợp với thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt. Các cấu hình khớp khác nhau đáp ứng các yêu cầu về áp suất và kết cấu khác nhau.

Mở rộng song song (Cuộn thẳng)

Phương pháp phổ biến nhất cho bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống. Sự giãn nở ống song song chủ yếu được sử dụng trong quá trình giãn nở ống trong bộ trao đổi nhiệt, bình ngưng hơi nước, nồi hơi và các thiết bị tương tự khác. Thành ống được mở rộng đồng đều dọc theo độ dày của tấm ống, tạo ra mối nối kín áp mà không làm thay đổi hình dạng đầu ống. Thiết bị giãn nở ống dành cho loại công việc này bao gồm cấu hình loại MB, loại CB và loại HB.

Mở rộng cuộn bùng

Đốt và tạo hạt giúp đầu ống không bị quá nóng và nứt. Nồi hơi ống nước yêu cầu các ống phải được đốt cháy và sau đó được cuộn thẳng, trong khi nồi hơi ống lửa sẽ đốt cháy phía thoát ra và tạo thành các hạt ở phía lửa. Bộ mở rộng ngọn lửa đồng thời cuộn ống song song và làm loe đầu ống chiếu - thường ở góc 15° hoặc 20° so với đường tâm của dụng cụ - trong một thao tác duy nhất, tiết kiệm thời gian đáng kể trong các ứng dụng nồi hơi và bình ngưng.

Mở rộng hạt cuộn

Được sử dụng đặc biệt trong các ứng dụng nồi hơi ống lửa, thiết bị giãn nở dạng cuộn mở rộng ống vào trong tấm ống đồng thời tạo thành một hạt cơ học ở đầu ống. Hạt này cung cấp thêm khả năng chống kéo ống trong điều kiện đạp xe ở nhiệt độ cao và là yêu cầu tiêu chuẩn trong mã nồi hơi ASME cho một số cấu hình ống nhất định.

Cách chọn máy giãn nở ống phù hợp

Máy giãn nở ống thủy lực: Chạy bằng không khí so với chạy bằng điện

Trong danh mục thủy lực, việc lựa chọn giữa hệ thống chạy bằng không khí và chạy bằng điện phụ thuộc vào quy mô ứng dụng và kích thước ống.

Đối với các bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống như nồi hơi, bình ngưng lớn hoặc lò sưởi áp suất cao có ống dày và tấm ống lớn, máy giãn nở ống thủy lực chạy bằng điện có thể tạo ra áp suất lên tới 500 MPa - khiến chúng trở thành sự lựa chọn thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Hệ thống điện cũng cung cấp khả năng kiểm soát áp suất trên màn hình cảm ứng, đọc kỹ thuật số và giảm áp suất tự động khi đạt đến giá trị giãn nở mục tiêu - tất cả đều góp phần mang lại kết quả nhất quán, có thể lặp lại trên số lượng ống lớn.

Máy giãn nở ống CNC tự động cho sản xuất HVAC

Việc sản xuất các bộ trao đổi nhiệt điều hòa không khí và làm lạnh - nơi hàng nghìn cánh nhôm phải được liên kết với các mảng ống đồng - đòi hỏi một loại máy giãn nở khác về cơ bản. Máy giãn nở ống hoàn toàn tự động là lựa chọn lý tưởng cho việc sản xuất hàng loạt bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong các thiết bị điều hòa không khí. Khi giãn nở, thanh giãn nở và viên đạn giãn nở đi vào ống đồng làm cho ống đủ rộng để bám vào các vây, hoàn thiện việc giãn nở ống, giãn nở lỗ và gấp mép tất cả trong một chu trình làm việc hoàn chỉnh.

Máy giãn nở CNC chạy bằng servo hiện đại đã thay thế phần lớn các máy kéo thủy lực truyền thống trong các cơ sở có khối lượng lớn. Hoạt động của máy chạy bằng servo rất sạch sẽ và đặc biệt yên tĩnh so với các máy giãn nở chạy bằng thủy lực thông thường. Mức tiêu thụ năng lượng cũng giảm do máy chỉ tiêu thụ điện khi chủ động đạp xe. Các thông số có thể được lưu trữ cho các loại cuộn dây khác nhau và được gọi lại ngay lập tức, giúp giảm đáng kể thời gian chuyển đổi trên dây chuyền sản xuất.

Thiết bị giãn nở dọc không co ngót giải quyết một trong những thách thức dai dẳng trong sản xuất cuộn dây có vây: sự rút ngắn ống trong quá trình giãn nở. Với thiết kế không co ngót, hai đầu của phôi được giữ ở vị trí cố định, sau đó ống được mở rộng. Chiều dài của phôi không thay đổi, không bị co ngót, giảm lãng phí vật liệu từ 3–5%. Qua hàng nghìn đơn vị sản xuất, khoản tiết kiệm nguyên vật liệu này trở nên có ý nghĩa kinh tế.

Thực hành tốt nhất để mở rộng ống trong bộ trao đổi nhiệt

Các vấn đề và giải pháp mở rộng ống thường gặp

Ngay cả khi lựa chọn máy chính xác, lỗi mở rộng vẫn xảy ra. Các vấn đề thường gặp nhất - và nguyên nhân của chúng - đã được ghi chép rõ ràng trong thực tiễn ngành.

Mở rộng chưa hoàn tất/Ống không đạt ID mục tiêu

Các nguyên nhân bao gồm việc sử dụng thiết bị giãn nở quá khổ cho ống có thành tối thiểu, cài đặt mô-men xoắn không đủ, cuộn bị mòn hoặc bị nhiễm bẩn hoặc bôi trơn không đủ. Giải pháp: giảm một kích thước thiết bị mở rộng BWG nếu có ống thành tối thiểu, xác minh độ bôi trơn và tăng dần mô-men xoắn bằng xác minh cuộn thử trước khi tiếp tục.

Ống kéo vào thiết bị giãn nở (Di chuyển theo trục)

Xảy ra khi mở rộng các ống có phần nhô ra và không có vòng đệm lõm. Giải pháp là sử dụng thiết bị giãn nở có gắn vòng đệm lõm phù hợp với chiều dài chiếu đã chỉ định. Đối với các thiết bị ngưng tụ có hình chiếu thay đổi, vòng đệm dạng ống lồng hoặc ống lõm hoàn toàn có thể điều chỉnh hình chiếu lên đến một đường kính ống đầy đủ.

Mở rộng không đồng đều trên tấm ống

Phổ biến ở số lượng ống lớn với việc lăn thủ công khi người vận hành mệt mỏi dẫn đến sự thay đổi. Biện pháp khắc phục là chuyển sang thiết bị điện hoặc thủy lực điều khiển mô-men xoắn, duy trì lực ổn định bất kể điều kiện của người vận hành. Sự giãn nở quá mức làm suy yếu các ống; dưới sự giãn nở làm giảm sự truyền nhiệt. Các máy servo hiện đại có tính năng ghi dữ liệu giúp việc giám sát lực mở rộng trở nên đơn giản.

Giới hạn truy cập ống chu vi

Bộ trao đổi nhiệt có hộp kênh hoặc tấm phân chia trong đó các ống được đặt quá gần tường để vòng đệm của thiết bị giãn nở tiếp cận các ống chu vi cần có vòng đệm ma sát - vòng đệm có đường kính nhỏ hơn vòng đệm tiêu chuẩn, cho phép tiếp cận nhiều hơn các khu vực khó khăn. Vòng đệm ma sát chỉ nên được sử dụng khi cần thiết vì nó không phải là vật thay thế cho vòng đệm chịu lực.