نازل های خود تقویت شده مخازن تحت فشار چیست؟

هنگامی که به نازل های خود تقویت شده اشاره می شود، به طور کلی فرض می شود که تقویت کننده برای تحمل بارهایی که بر نازل تأثیر می گذارد، بخشی تشکیل دهنده نازل خواهد بود. این بدان معنی است که نازل های خود تقویت شده برای تحمل شرایط طراحی و بارهای خارجی به عناصر کمکی (مانند نازل های ساخته شده) نیاز ندارند. در سطح عملی، نازل‌های خود تقویت‌شده به آن‌هایی گفته می‌شود که هیچ نوع تقویت‌کننده اضافی (پد) وصل نشده‌اند و تمام جوش‌ها بین اجزای خود و بین نازل و مخزن از نوع نفوذ کامل هستند. به همین دلیل، این نازل ها را می توان به صورت یکپارچه تقویت شده نیز نامید. تنظیمات مختلفی از نازل های خود تقویت شده وجود دارد. متداول ترین موارد مورد استفاده عبارتند از: گردن جوش بلند (LWN) یا توپی مستقیم، ضخامت توپی متغیر و نازل های تولید شده با استفاده از لوله ضخامت استاندارد.

به طور شهودی، می‌توان اشاره کرد که معمولاً نازل‌های خودتقویت‌شده به افزایش هزینه نسبت به نازل‌های غیر خود تقویت‌شده دلالت دارند. بنابراین، دلایلی که طراح را به انتخاب یک نوع خاص از بین همه احتمالات سوق می دهد، باید مستدل و به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد.

این دلایل می تواند به عوامل مختلفی مانند فشار، دما، وجود بارهای متغیر (خستگی)، بارهای خارجی زیاد ناشی از اتصال به لوله و غیره بستگی داشته باشد. معمولاً الزامات استفاده از نازل های خود تقویت شده در مشخصات شغلی متعلق به صاحبان کارخانه‌های صنعتی که در آن نازل‌ها در حال خدمت هستند یا در مواردی، این الزامات می‌تواند در مشخصات صادرکننده مجوز در صورت وجود نشان داده شود.

با توجه به موارد ذکر شده در بالا، نمی توان معیارهای خاصی را در مورد زمان استفاده از این نوع نازل ها برای همه موارد تعیین کرد، اما فقط برخی از دستورالعمل های کلی که باید به عنوان اولین رویکرد مورد استفاده قرار گیرند تا در نظر بگیریم که در چه سناریوهایی باید نازل های خود تقویت شونده استفاده شود. به عنوان یک راه حل طراحی در نظر گرفته شده است. سناریوهایی مانند مواردی که در آن شرایط طراحی شامل اثرات زیر می شود برای انتخاب نازل های خود تقویت شده مساعد است: جزء مورد مطالعه باید بارهای متغیر (خستگی)، نازل های مماسی یا شیبدار را نسبت به کشتی که نازل ها در آن متصل می شوند، تحمل کند، خدمات کشنده، مخازن فشار بالا، دماهای بالا یا مخازن تحت فشار با ضخامت بالا.

همانطور که قبلاً اشاره شد، نازل های خودتقویت شده اغلب با شرایط خدمات سخت یا بحرانی همراه هستند. به همین دلیل، ذکر این نکته راحت است که برای این نوع خاص از نازل ها، باید تا حد امکان تمرکز کننده های تنش حذف شوند.

برای برخی از کدهای طراحی، معیارهای طراحی و محاسبه برای نازل های خود تقویت شده و نازل های ساخته شده همیشه یکسان نیستند. الزامات برای مورد دوم محافظه کارانه تر هستند. به عنوان مثال، مطالعه غربالگری بخش 2 ASME بخش هشتم را در نظر بگیرید، روشی برای تعیین اینکه آیا تجزیه و تحلیل خستگی مورد نیاز است یا خیر. اگر یک تجهیزات معین یا هر یک از اجزای آن دارای پیکربندی یکپارچه باشد، می تواند تعداد بارهای متغیر بیشتری را نسبت به تجهیزات پیکربندی غیر یکپارچه تحمل کند، بدون اینکه لازم باشد با استفاده از یک محاسبه خاص استحکام آن را در برابر بارهای خستگی تأیید کنیم.

با بازگشت به موضوع اقتصادی، حتی اگر کاملاً واضح باشد که نازل های خود تقویت شده راه حل ایده آل برای یک مورد خاص هستند، باید در نظر گرفت که برخی از تنظیمات نازل های خود تقویت شده از مواد آهنگری ساخته شده اند. این به معنای هزینه های اقتصادی بالا است که به همین دلیل بسیار مهم است که طراحی را بهینه کنید تا هزینه ها بیش از حد افزایش نیابد.

تحت تأثیر فشار داخلی، تنش توزیع ناهموار در استوانه دیوار ضخیم در دیواره داخلی بزرگتر و در دیواره خارجی کوچکتر است. به منظور بهبود عدم یکنواختی توزیع تنش در سیلندر، می توان قبل از استفاده از سیلندر دیواره ضخیم، عملیات فشار بیش از حد را از قبل انجام داد و تحت فشار اضافه بار کاملاً کنترل شده، قسمت لایه بدنه سیلندر را انجام داد. می تواند تغییر شکل پلاستیکی ایجاد کند تا یک ناحیه پلاستیکی تشکیل دهد، در حالی که مواد بیرونی هنوز در حالت الاستیک هستند.

پس از حفظ فشار برای مدتی، بخشی از لایه پوسته که دارای تغییر شکل پلاستیکی است به دلیل تغییر شکل باقیمانده نمی تواند به موقعیت اولیه بازگردد و ماده خارجی که هنوز در مرحله الاستیک است تمایل به بازگشت به حالت اولیه دارد. حالت، اما توسط مواد درونی مسدود می شود که نمی توان آن را به حالت اولیه بازگرداند و نمی توان آن را به طور کامل بازگرداند. بنابراین حالت پیش تنیده فشرده سازی لایه داخلی و کشش لایه بیرونی در دیواره سیلندر شکل می گیرد. هنگامی که سیلندر به بهره برداری می رسد و تحت فشار عملیاتی قرار می گیرد، تنش دیواره داخلی ناشی از فشار عملیاتی با تنش پیش تنیده ایجاد شده توسط فشار داخلی و کشش خارجی قرار می گیرد، به طوری که تنش دیواره داخلی با سطح بالا اولیه است. کاهش می یابد، در حالی که تنش دیواره خارجی با سطح پایین اولیه به طور مناسب افزایش می یابد، و توزیع تنش در امتداد ضخامت دیواره یکنواخت می شود، بنابراین ظرفیت باربری سیلندر بهبود می یابد.

از طریق عملیات کنترل فشار بیش از حد، تنها لایه داخلی تسلیم می شود در حالی که لایه بیرونی الاستیک باقی می ماند، و از انقباض الاستیک خود برای ایجاد پیش تنیدگی استفاده می کند، به طوری که به منظور بهبود ظرفیت باربری سیلندر، استوانه با دیواره ضخیم خود تقویت می شود.