VÒI PHUN TỰ GIA CƯỜNG CỦA BÌNH CHỊU ÁP LỰC LÀ GÌ?

Khi đề cập đến vòi phun tự gia cố, người ta thường cho rằng phần gia cố để chịu được tải trọng tác động đến vòi phun sẽ là một phần cấu thành của vòi phun. Điều này có nghĩa là vòi phun tự gia cố không cần các thành phần phụ trợ (như vòi phun tích hợp) để chịu được các điều kiện thiết kế và tải trọng bên ngoài. Trên thực tế, vòi phun tự gia cố là loại vòi phun không có bất kỳ loại gia cố bổ sung nào (miếng đệm) được gắn vào và tất cả các mối hàn giữa các thành phần của nó và giữa vòi phun và bình chứa đều là loại xuyên thấu hoàn toàn. Do đó, các vòi phun này cũng có thể được gọi là gia cố tích hợp. Có nhiều cấu hình vòi phun tự gia cố khác nhau. Các cấu hình được sử dụng phổ biến nhất được đề cập như sau: Cổ hàn dài (LWN) hoặc trục thẳng, độ dày trục thay đổi và vòi phun được sản xuất bằng cách sử dụng ống có độ dày tiêu chuẩn.

Theo trực giác, có thể thấy rằng thông thường các vòi phun tự gia cố ngụ ý chi phí tăng so với vòi phun loại không tự gia cố. Do đó, lý do khiến nhà thiết kế chọn một loại cụ thể trong số tất cả các khả năng phải được lý giải và xem xét kỹ lưỡng.

Những lý do này có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, sự hiện diện của tải trọng thay đổi (mỏi), tải trọng bên ngoài cao do kết nối với đường ống, v.v. Thông thường, các yêu cầu về việc sử dụng vòi phun tự gia cố được đưa vào thông số kỹ thuật công việc thuộc về chủ sở hữu các nhà máy công nghiệp nơi các vòi phun đó đang hoạt động hoặc đôi khi, các yêu cầu này có thể được chỉ ra trong thông số kỹ thuật của bên cấp phép nếu có.

Do những điều đã đề cập ở trên, không thể thiết lập các tiêu chí cụ thể về thời điểm sử dụng loại vòi phun này cho mọi trường hợp, mà chỉ có một số hướng dẫn chung nên được sử dụng như một cách tiếp cận đầu tiên để xem xét trong những tình huống nào vòi phun tự gia cố nên được coi là một giải pháp thiết kế. Các tình huống như những tình huống trong đó các điều kiện thiết kế bao gồm các hiệu ứng sau đây có lợi cho việc phải lựa chọn vòi phun tự gia cố: thành phần được nghiên cứu phải chịu được tải trọng thay đổi (mỏi), vòi phun tiếp tuyến hoặc nghiêng so với bình chứa nơi gắn vòi phun, dịch vụ gây tử vong, áp suất cao, nhiệt độ cao hoặc bình chịu áp suất có độ dày lớn.

Như đã chỉ ra, vòi phun tự gia cố thường đi đôi với các điều kiện dịch vụ nghiêm trọng hoặc quan trọng. Vì lý do đó, thật tiện lợi khi đề cập rằng đối với loại vòi phun đặc biệt này, bộ tập trung ứng suất phải được loại bỏ càng nhiều càng tốt.

Đối với một số mã thiết kế, tiêu chí thiết kế và tính toán cho vòi phun tự gia cố và vòi phun lắp ghép không phải lúc nào cũng giống nhau. Các yêu cầu bảo thủ hơn đối với trường hợp sau. Ví dụ, hãy xem xét nghiên cứu sàng lọc của ASME Mục VIII Phân khu 2, quy trình để xác định xem có cần phân tích độ mỏi hay không. Nếu một thiết bị nhất định hoặc bất kỳ thành phần nào của thiết bị đó có cấu hình tích hợp, thiết bị đó có thể chịu được số lượng tải trọng biến đổi cao hơn so với thiết bị có cấu hình không tích hợp, mà không cần phải xác minh độ bền của thiết bị đó trước tải trọng mỏi bằng cách tính toán cụ thể.

Quay trở lại vấn đề kinh tế, ngay cả khi hoàn toàn rõ ràng rằng vòi phun tự gia cố là giải pháp lý tưởng cho một trường hợp nhất định, cần lưu ý rằng một số cấu hình vòi phun tự gia cố được chế tạo từ vật liệu rèn. Điều này có nghĩa là chi phí kinh tế cao, lý do là rất quan trọng để tối ưu hóa thiết kế để chi phí không tăng quá mức.

Dưới tác động của áp suất bên trong, ứng suất phân bố không đều trong xi lanh thành dày lớn hơn ở thành trong và nhỏ hơn ở thành ngoài. Để cải thiện tính không đồng đều của sự phân bố ứng suất này trong xi lanh, có thể tiến hành xử lý quá áp trước khi đưa xi lanh thành dày vào sử dụng và dưới áp suất quá tải được kiểm soát chặt chẽ, phần lớp của thân xi lanh có thể tạo ra biến dạng dẻo để tạo thành vùng dẻo, trong khi vật liệu bên ngoài vẫn ở trạng thái đàn hồi.

Sau khi áp suất được duy trì trong một khoảng thời gian, phần lớp vỏ bị biến dạng dẻo không thể phục hồi về vị trí ban đầu do biến dạng dư, và vật liệu bên ngoài vẫn đang trong giai đoạn đàn hồi có xu hướng trở lại trạng thái ban đầu, nhưng nó bị chặn bởi vật liệu bên trong không thể phục hồi về trạng thái ban đầu và không thể phục hồi hoàn toàn. Do đó, trạng thái ứng suất trước của nén lớp bên trong và căng lớp bên ngoài được hình thành trong thành xi lanh. Khi xi lanh được đưa vào vận hành và chịu áp suất vận hành, ứng suất thành bên trong do áp suất vận hành gây ra được chồng lên ứng suất ứng suất trước do áp suất bên trong và lực căng bên ngoài tạo thành, do đó ứng suất thành bên trong có mức cao ban đầu giảm xuống, trong khi ứng suất thành bên ngoài có mức thấp ban đầu được tăng lên một cách thích hợp và sự phân bố ứng suất dọc theo độ dày thành có xu hướng đồng đều, do đó cải thiện khả năng chịu lực của xi lanh.

Thông qua xử lý áp suất quá mức có kiểm soát, chỉ có lớp bên trong chịu được trong khi lớp bên ngoài vẫn đàn hồi và sử dụng sự co đàn hồi của chính nó để tạo ra ứng suất trước, nhằm nâng cao khả năng chịu lực của xi lanh được gọi là quá trình tự gia cường của xi lanh có thành dày.