در فرایند محاسبه فرکانس Wake، میتوان ابعاد ترموول را با توجه به شرایط خاص تعیین کرد. فرکانس ترموول به قطر آن و سرعت سیال بستگی دارد. اگر این فرکانس با فرکانس طبیعی ترموول همخوانی داشته باشد، لرزش و در نهایت تخریب آن رخ خواهد داد. بنابراین، این محاسبه برای اطمینان از سازگاری فرکانسها و جلوگیری از آسیبهای احتمالی ضروری است.
طراحی غلاف محافظ سنسور دما، یا محاسبات ترموول، موضوعی کلیدی است که در این مقاله به آن میپردازیم. هدف از این محاسبات، تعیین مشخصات فنی و طراحی غلاف سنسور است تا عملکرد و دقت آن تضمین شود. این فرآیند شامل محاسبه ابعاد و پارامترهای مختلف برای اطمینان از کارایی و دقت سنسور دما در شرایط مختلف میباشد.
ترموول
ترموول، ابزاری ضروری در صنایع مختلف، برای اندازهگیری دما در شرایط فشار بالا (بیشتر از 75 psig) به کار میرود. این دستگاه با ترموکوپلها، RTDها و گیجهای دما هماهنگ شده و در کاربردهایی استفاده میشود که نیاز به نظارت دقیق بر دما در محیطهای پر فشار وجود دارد. یکی از مزایای کلیدی ترموول، امکان تعویض سنسور بدون متوقف کردن فرآیند است، که آن را برای کاربردهایی که نیاز به نظارت مداوم دارند، ایدهآل میکند.
ترموولها از مواد مختلف ساخته میشوند، و فشارهای کاری ایمن آنها به عوامل متعددی از جمله جنس ماده، دمای کارکرد و سرعت جریان بستگی دارد. این تنوع در مواد و طراحی، ترموول را به ابزاری انعطافپذیر تبدیل میکند که میتواند در طیف گستردهای از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
محاسبه فرکانس نوسان ترموولها به عنوان یک اثبات ریاضی در نظر گرفته میشود که نشاندهنده قدرت این ابزارها در برابر تنشهای ایستا و دینامیک است. این محاسبات با توجه به دما و فشار عملیاتی انجام میشود و به ما کمک میکند تا از عملکرد صحیح و ایمنی ترموولها در شرایط مختلف اطمینان حاصل کنیم. به بیان دیگر، این تحلیلها به ما میگویند که آیا ترموولها قادر به تحمل فشارها و دماهای مورد نظر هستند یا خیر. این اطلاعات برای طراحی و انتخاب ترموولهای مناسب در صنایع مختلف بسیار حیاتی است و به بهینهسازی عملکرد آنها کمک میکند. در واقع، درک دقیق از این فرکانسها میتواند از بروز مشکلات جدی در سیستمهای صنعتی جلوگیری کند و به افزایش کارایی و ایمنی در فرآیندهای حرارتی منجر شود.
محاسبه فرکانس در ترموول
در جریان مایع از طریق ترموول، آشفتگی در حرکت سیال منجر به تشکیل Wake در پشت ترموول میشود. این پدیده با ایجاد گردابهایی همراه است که به صورت متناوب از دو طرف ترموول عبور میکنند. فرکانس این گردابها به سرعت جریان مایع بستگی دارد و به طور معکوس با قطر نوک ترموول مرتبط است.
گردابهای Wake، ترموول را تحت تأثیر قرار میدهند و نیروی تناوبی ایجاد میکنند. این نیرو شامل دو جزء است: نخست، نیروی بالابرندهای که عمود بر جهت جریان است و با فرکانس بیداری نوسان میکند، و دوم، نیروی کششی کوچکتری که موازی با جریان است و دو برابر نوسان دارد. فرکانس این نیروها، که از گردابها نشأت میگیرند، معمولاً بسیار ضعیف است و باعث لرزشهای جزئی در ترموول میشود.
هنگامی که فرکانس Wake (fw) به فرکانس طبیعی (fn) ترموول نزدیک میشود، به ویژه در حدود 20 درصد، احتمال قفل شدن در فرکانس طبیعی وجود دارد. در این حالت، ترموول به حالت طنین میرسد و نیروهای ارتعاشی به طور چشمگیری افزایش مییابد. این پدیده زمانی رخ میدهد که fw و fn با هم برابر شوند.
ارتعاشات چاه ممکن است منجر به آسیبهای مکانیکی شود. محاسبات موردوک، همراه با ASME PTC 19.3، نشان میدهند که نیروی بالابر نوسان، عامل اصلی لرزش ترموول است. نسبت Wake به فرکانس طبیعی به 0.8 محدود شده تا از تشدید احتمالی جلوگیری شود. با وجود اینکه نیروی کشش نوسانی کم است، اما میتواند در سرعتهای پایین، ترموول را تقویت کند، زیرا در دو برابر فرکانس Wake رخ میدهد.
در مورد مایعات با چگالی بالا و بخارهای تحت فشار بالا، تجزیه و تحلیل Murdock محدودیتهایی دارد. با افزودن جزء درگ نوسانکننده، میتوان رتبه سرعت را به میزان قابل توجهی تا 50 درصد کاهش داد. محاسبات ارائهشده در اینجا، اصلاحاتی را شامل میشوند که در نظر گرفتن رزونانس درونخطی به دلیل نیروی کششی نوسانکننده، تصحیح نسبت بزرگنمایی و استفاده از فرکانس طبیعی واقعی چاه به جای مقدار تخمینی را در بر میگیرد. با این حال، نتایج حاصل از این محاسبات تنها به عنوان راهنمایی کلی در انتخاب ترموول مناسب در نظر گرفته شود. عوامل دیگری مانند خوردگی نیز باید مورد ارزیابی قرار گیرند و در تصمیمگیری نهایی تأثیرگذار باشند.
جهت دانلود فایل کلیک کنید…
محاسبه و تئوری فرکانس بیداری ترموول
ترموول، هنگام برهمکنش با سیالی که در مجاورت آن قرار دارد، بیدار میشود و فرکانس بیداری آن، یک ویژگی فیزیکی است که از این تعامل نشأت میگیرد.
عوامل متعددی، از جمله شکل و اندازه تجهیزات و ویژگیهای جریان سیال، بر پدیده گردابههای پی و فرکانس آنها تأثیرگذار هستند. در برخی موارد، فرکانس بالای این گردابهها ممکن است منجر به ناسازگاری ترموول با شرایط طراحی شده شود، و استفاده از آن در چنین شرایطی میتواند خطرات ایمنی بالقوهای به همراه داشته باشد.
نظریه فرکانس بیداری ترموول
در درون لوله، چاه حرارتی به سیالی نفوذ میکند که در جریان است و نیروی خود را بر دیواره ترموول وارد میسازد. این نیروها ناشی از جرم سیال است که بر ترموول فشار وارد میکند. همچنین، عبور سیال از اطراف تجهیز، موجب تغییر تکانه آن شده و موجی آشفته در پشت چاه ایجاد مینماید.
در جریان سیال، پدیدهای به نام گردابههای فون کارمان رخ میدهد که در اطراف اجسام مدور یا موانع ایجاد میشود. این گردابهها به صورت متناوب در دو طرف جسم تشکیل میشوند و با سرعت جریان سیال مرتبط هستند. فرکانس تشکیل این گردابهها، که به آن فرکانس بیداری نیز گفته میشود، به طور مستقیم با سرعت جریان سیال ارتباط دارد و با قطر نوک جسم رابطه معکوس دارد.
برای اجرای یک محاسبه فرکانس بیداری چه چیزی لازم است؟
پنج قطعه از پروسه فرآیند شما و ابعاد ترموول برای انجام یک محاسبه مورد نیاز است که به شرح زیر است:
- سرعت: سرعت جریان سیال در فرآیند شما، عاملی کلیدی در محاسبات است. این سرعت، چه به واحد فوت بر ثانیه یا متر بر ثانیه اندازهگیری شود، بر نیروهای بالابر، کشش و تنشهای وارده بر چاهک دما تأثیرگذار است. این پارامتر مهم را در نظر بگیرید تا محاسبات دقیقتری داشته باشید.
- چگالی: جرم در حجم یا وزن مخصوص. چگالی همراه با سرعت در همه محاسبات به کار می رود.
- ویسکوزیته: ضخامت یا معیاری از مقاومت پروسه شما در برابر تنش برشی.
- حداکثر فشار: حداکثر نیرویی که به یک جسم وارد می گردد.
- حداکثر دما: حداکثر دمای پروسه فرآیند شما.
طراحی و ساخت تجهیزات صنعتی، به ویژه ترموول، نیازمند محاسبات دقیق فرکانس بیداری است. این محاسبات باید قبل از تولید، در مراحل اولیه طراحی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که ساختار تجهیزات، به ویژه در مواجهه با نیروهای حاصل از فرایندهای صنعتی، پایدار و مقاوم باشد. این مرحله حیاتی است تا از عملکرد ایمن و کارآمد ترموول در طول عمر آن اطمینان حاصل شود.
محاسبه فرکانس بیداری برای چاهکهای دما، امری ضروری نیست، مگر در شرایط خاص. مهندسان ابزار معمولاً این محاسبات را در مواردی انجام میدهند که نرخ جریان سیال بالاست، بهویژه در جریان گاز، یا زمانی که اثر میرایی سیال ناچیز است. همچنین، در مواقعی که طول ترموول نسبت به قطر لوله قابل توجه باشد، این محاسبات مورد توجه قرار میگیرند.
تولیدکنندگان ترموولهای باکیفیت، محاسبات دقیقی از تنشهای حرارتی و استحکام محصولات خود ارائه میدهند، که میتواند ابزار ارزشمندی برای تحلیل و محاسبات شما باشد.
استانداردهای محاسبات فرکانس بیداری ترموول
استانداردهای ASME PTC19.3-1974 و نسخه به روز شده آن، ASME PTC19.3TW-2010، به عنوان مراجع اصلی در طراحی ترموول ها برای مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار میگرفتند. این استانداردها به عنوان راهنمایی جامع برای مهندسان و متخصصان صنعت ترموول ها خدمت میکردند.
استاندارد ASME PTC19.3TW-2016، نسخه بهروزشدهای است که در سال 2016 منتشر شد تا جایگزین نسخه قبلی در سال 2010 شود. این استاندارد از تکنیکهای پیشرفتهتری برای ارزیابی تطابق ترموولها با کاربردهای خاص استفاده میکند. این روش برای پروفایلهای مخروطی، مستقیم و با نوک کاهشیافته مناسب است، اما برای ترموولهای ساختهشده از لولههای جوشدادهشده کاربرد ندارد.
استاندارد کنونی برای تجزیه و تحلیل فرکانس هارمونیک ترموول ها، روشی است که مرداک توسعه داده است. این استاندارد، فرکانس هارمونیک ساقه ترموول را محاسبه میکند و سپس روشی برای تعیین فرکانس القایی گرداب ها ارائه میدهد. این روش حاشیه ایمنی را در نظر میگیرد و اطمینان میدهد که فرکانس القایی از حد مشخصی، یعنی 80 درصد فرکانس هارمونیک ترموول، فراتر نرود.