محاسبه فرکانس در ترموول

محاسبه فرکانس در ترموول : یک محاسبه فرکانس Wake برای تعیین یا اثبات ابعاد  مناسب یک ترموول بر اساس شرایط فرایند استفاده می شود. ترموول دارای فرکانس خاصی است ، که تابعی از قطر ترموول و سرعت سیال است. اگر فرکانس Wake همزمان با فرکانس طبیعی ترموول باشد ، ترموول لرزش می یابد و منجر به تخریب می شود.

ترموول

ترموول معمولاً با ترموکوپل ها ، RTD ها و گیج دما های در کاربردهایی که اندازه گیری دما در فشار بالا (بالاتر از 75 psig) مورد استفاده قرار می گیرد.آنها همچنین برای جداسازی استفاده می شوند ، بنابراین می توان بدون نیاز به خاموش کردن روند ، یک سنسور جایگزین کرد. ترموول از متریال های مختلف ماشین کاری می شوند. فشارهای ایمن کاری بستگی به مواد ترموول، دمای کارکرد و سرعت متوسط ​​جریان دارد.

محاسبه فرکانس در ترموول

هنگامی که مایع از یک ترموول عبور می کند ، تغییر در حرکت سیال باعث ایجاد Wake آشفته در پشت ترموول می شود. گردابها در این حالت شکل می گیرند ، و از طرف های متناوب ترموول عبور می کند. فرکانس گرداب (یا فرکانس Wake) با سرعت جریان خطی است و برعکس متناسب با قطر نوک ترموول است .

این گردابهایWake به ترموول تحمیل می شوند ، یک نیروی تناوبی شامل دو مؤلفه – (i) یک نیروی آسانسور ، عادی از جهت جریان ، نوسان در فرکانس بیداری و (ii) یک نیروی کشش کوچکتر ، به موازات جریان ، دو برابر در نوسان. فرکانس Wake این نیروهای ناشی از گرداب ، که باعث ایجاد لرزش در ترموول می شوند ، معمولاً با بزرگی ارتعاشات بسیار ناچیز هستند.

با این حال ، با نزدیک شدن فرکانس Wake (fw) به فرکانس طبیعی (fn) ترموول (در 20٪) ، می تواند به فرکانس طبیعی تغییر کرده و قفل شود. هنگامی که fw = fn ، thermowell به طنین می رود ، و نیروهای ارتعاش به سرعت افزایش می یابد.

ارتعاشات حاصل می تواند باعث خرابی مکانیکی چاه شود. محاسبات Murdock (و همراه ASME PTC 19.3) تنها نیروی بالابر نوسان را عامل لرزش ترموول می دانند. نسبت Wake به فرکانس طبیعی حداکثر 0.8 محدود شده است تا احتمال تشدید از بین برود. اگرچه نیروی کشش نوسانی کوچک است ، اما می تواند ترموول را در سرعت های پایین تشدید کند زیرا در دو برابر فرکانس Wake اتفاق می افتد.

برای مایعات با چگالی بالا (مایعات و بخار فشار بالا) ، تجزیه و تحلیل Murdock کافی نیست. هنگامی که جزء درگ نوسان کننده گنجانده شده است ، می توان رتبه سرعت را تا 50٪ کاهش داد. محاسبات موجود در اینجا اصلاح شده است که شامل رزونانس درون خطی به دلیل نیروی کششی نوسان کننده ، تصحیح نسبت بزرگنمایی و استفاده از فرکانس طبیعی واقعی چاه و نه مقدار برآورد شده است. نتایج حاصل از این محاسبات فقط باید به عنوان راهنما در انتخاب ترموول صحیح استفاده شود. متغیرهای دیگر مانند خوردگی باید ارزیابی شوند و بر تصمیم تأثیر می گذارند.

محاسبات سرعت ترموول

هنگامی که مایعات از ترموول عبور می کنند ، گردابهای کم فشار در جریان پایین دست چاه تشکیل می شوند. این گردابها از طرف های متفاوتی از چاه ریخته می شوند و فشار دیفرانسیل حاصل از آن ، دو نیروی تناوبی را روی ترموول ایجاد می کند:

• یک نیروی بالابر نوسان ، عرضی به جریان سیال در فرکانس fs
• یک نیروی کشش نوسان ، مطابق با جریان سیال در فرکانس 2fs گرداب می تواند در فرکانس های 50Hz تا 1500Hz رخ دهد. فرکانس گرداب (فرکانس Strouhal) بصورت خطی با سرعت سیال افزایش می یابد ، اما نیروها با مربع سرعت افزایش می یابند. هنگامی که فرکانس Strouhal به فرکانس طبیعی ترموول نزدیک می شود ، می تواند با نیروهای بسیار بزرگ شده به فرکانس طبیعی که باعث ایجاد رزونانس می شود ، وارد شود. برای جلوگیری از قفل شدن ، فرکانس طبیعی ترموول باید بالاتر از حالت خط یا روونانس عرضی باشد. عملکرد از طریق تشدید درون خطی تنها در صورتی قابل قبول است که تنش های چرخه ای در شرایط رزونانس قابل قبول اندک باشد. سرعت سیال که در آن تشدید رخ می دهد به یک سرعت بحرانی گفته می شود. دو فرکانس سرعت برای هر فرکانس طبیعی ترموول وجود دارد: یکی توصیف عرضی و دیگری توصیف پاسخ درون خطی. از آنجا که نیروی درون خط در دو برابر فرکانس نیروی عرضی در نوسان است ، سرعت بحرانی مربوطه تقریباً نیمی از آن است که برای تشدید عرضی احتیاج دارد. اگر فرکانس طبیعی ترموول هم با fs یا 2fs همپوشانی داشته باشد ، ممکن است یک افزایش بزرگ رزونانس در دامنه ارتعاش رخ دهد. علت اصلی نارسایی ترموول خستگی ناشی از طنین است.

یک سطح میرایی به اندازه کافی بالا ممکن است باعث شود که ترموول در فرکانسهای درون خطی و یا حتی رزونانس عرضی کار کند. علاوه بر محدودیت فرکانس ، تنش های موجود در داخل ترمو و نیروهای اعمال شده نیز برای ارزیابی مناسب بودن یک ترمولاژ برای یک برنامه خاص فرآیند بسیار مهم است.

4 معیار کمی که مورد ارزیابی قرار می گیرند عبارتند از:

1: حد فرکانس:

فرکانس تشدید گرمای موتور باید به اندازه کافی زیاد باشد تا نوسانات مخرب از جریان سیال برانگیخته نشوند. سرعت مایع حالت پایدار (بازدید کنندگان) باید یکی از شرایط زیر را داشته باشد:

    fs(s-s)  <  0.4•fn      OR   0.6•fn  <  fs(s-s)  <  0.8•fn

2: حد استرس استاتیک:

تنش های حالت پایدار نتیجه فشار مایع هیدرواستاتیک و نیروهای کششی غیر نوسان بر روی ترمو است و در محل حداکثر استرس محاسبه می شود. اگر ترموول تا حدی محافظ باشد یا دارای نوک کاهش یافته باشد ، محاسبه باید با آن ملاحظات انجام شود. حداکثر استرس حالت پایدار روی ترموول با سرعت طراحی نباید از استرس مجاز مطابق معیارهای فون میزیز تعیین شود.

3: محدودیت استرس پویا:

استرسهای دینامیکی نتیجه ای از نیروهای کشش دوره ای است که باعث ایجاد نوسانات درون خط و نیروهای بالابر دوره ای می شوند که باعث ایجاد نوسانات عرضی می شوند. اگر قرار است ترموول بالاتر از سرعت خط بحرانی عمل کند ، تنش های چرخه ای در رزونانس درون خط وجود دارد تا در نظر داشته باشید که از طریق آن نقطه در مسیر سرعت طراحی عبور می کند. حداکثر استرس دینامیکی نباید از حد مجاز استرس خستگی مجاز تجاوز کند. فاکتورهای بزرگنمایی در معادلات تنش چرخه ای محاسبه و اعمال می شوند ، سپس نیروهای کششی و بالابر چرخه ای با سرعت طراحی محاسبه می شوند. حداکثر استرس آسانسور و کشیدن نباید بیش از حد استرس خستگی باشد.

4: حد فشار هیدرواستاتیک:

فشار خارجی نباید از حداقل فشار نوک ترمز ، ساقه یا فلنج (یا نخ) در دمای کار تجاوز کند.

استانداردهای ترموول

ASME PTC19.3-1974 استاندارد مورد استفاده برای سال های بسیاری برای طراحی بیشتر ترموول ها است. این استاندارد فقط برای پروفایل های مخروط اعمال می شد و استرس ناشی از تشدید درون خطی به دلیل نیروی نوسان دهنده را در خود جای نمی داد. ASME PTC19.3TW-2010 یک استاندارد جدید است که در ژوئیه 2010 منتشر شد تا جایگزین استاندارد 1974 شود. این روش از روشهای پیشرفته تری برای ارزیابی مناسب بودن یک ترموول برای یک برنامه خاص استفاده می کند و برای پروفایل های مخروط ، مستقیم و کم مصرف قابل استفاده است.

محاسبه فرکانس بیدار ترموول

محاسبات فرکانس بیداری ترموول معمولاً قبل از ساخت ترموول انجام می شود. آنها اطمینان حاصل می کنند که طراحی ترموول به اندازه کافی محکم است تا بتواند با فشارها و فشارهای مختلف تولید شده توسط محیط فرآیند مقابله کند. داده های محاسبات فرکانس Wake با پارامترهای اساسی زیر در دسترس است:

1. فشار
2. دما
3. سرعت
4. ویسکوزیته
5. تراکم

هرگونه خرابی ترموول در بالاترین نقطه تنش رخ خواهد داد ، یعنی بین اتصال فلنج / شافت. به استثنای استفاده از قلاده های سرعت (که باعث مشکلات خودشان می شوند و در استانداردهای فعلی ASME PTC 19.3 TW-2010 توصیه نمی شوند) ، این به طور سنتی به معنای کوتاه کردن یا بزرگتر کردن ضخامت ترموول است.