Rury miedziane są jednymi z najczęściej stosowanych rur w systemach chłodniczych. Rury miedziane mają zalety dobrej przewodności cieplnej, wysokiej wytrzymałości, dobrej plastyczności i odporności na korozję, i są szeroko stosowane w elementach wymiany ciepła, takich jak skraplacze i parowniki, a także w rurociągach łączących. W tym artykule szczegółowo omówiono klasyfikację rur miedzianych, wymagania techniczne dotyczące rur miedzianych do chłodnictwa oraz obliczanie grubości ścianek rur miedzianych.
1. Klasyfikacja i charakterystyka wydajnościowa rur miedzianych
1. Według składu materiałowego:
Rury miedziane można podzielić na rury miedziane (TP2), rury mosiężne (H62/H65/H68), rury brązowe (QSn6.5-0.1), rury z białej miedzi (stop Ni Cu) itp. Spośród nich rury miedziane mają najlepszą przewodność cieplną, ale są droższe; rury miedziane żółte mają wysoką wytrzymałość, ale niską przewodność cieplną; rury z brązu i białej miedzi mają dobrą odporność na korozję, ale słabą wydajność przetwarzania.
2. Podział ze względu na proces produkcji:
Rury miedziane można podzielić na rury miedziane beztlenowe, rury miedziane zawierające tlen, rury miedziane z gwintem wewnętrznym itp. Rury miedziane beztlenowe charakteryzują się wysoką czystością i są na ogół wykorzystywane do produkcji precyzyjnych elementów, takich jak kapilary; Rury miedziane zawierające tlen charakteryzują się umiarkowaną wytrzymałością i twardością, dobrą spawalnością i są powszechnie wykorzystywane jako rury łączące; Wewnętrzna ściana rury miedzianej z gwintem wewnętrznym jest gwintowana, co zapewnia dobry efekt zwiększenia wymiany ciepła.
3. Według twardości:
Rury miedziane można podzielić na trzy kategorie: stan miękki (stan O), stan półtwardy (1/2H) i stan twardy (stan H). Rura miedziana w stanie O jest miękka, o dobrej plastyczności i ciągliwości, ale niskiej wytrzymałości; rury miedziane w stanie H mają wysoką wytrzymałość i twardość, ale słabą plastyczność; rura miedziana w stanie 1/2H ma umiarkowaną wytrzymałość i plastyczność, dobre właściwości przetwórcze i jest preferowanym wyborem dla rurociągów chłodniczych.
2. Wymagania techniczne dla rur miedzianych stosowanych w instalacjach chłodniczych
1. Wymagania materiałowe
W układach chłodniczych często stosuje się rury miedziane o klasie 1/2H (TP2M), a ich skład chemiczny powinien być zgodny z przepisami GB/T 17505-2010 [4]:
Cu+Ag Większe lub równe 99,90%
{{0}}.015% Mniejsze lub równe P Mniejsze lub równe 0,040%
Zawartość zanieczyszczeń powinna spełniać wymagania Bi mniejsze lub równe {{0}}.001%, Sb mniejsze lub równe 0.{{10}}02%, As mniejsze lub równe 0.002%, Fe mniejsze lub równe 0,005%, Pb mniejsze lub równe 0,005%, S mniejsze lub równe 0,005%, Zn mniejsze lub równe 0,005%, Ni mniejsze lub równe 0,002%, Sn mniejsze lub równe 0,002%.
2. Właściwości mechaniczne
Właściwości mechaniczne rur miedzianych o strukturze 1/2H powinny spełniać następujące wymagania [4]:
Wytrzymałość na rozciąganie Rm Większa lub równa 295 MPa
Granica plastyczności Rp0.2 Większa lub równa 255 MPa
Wydłużenie po złamaniu A Większe lub równe 3%
Tabela: Właściwości mechaniczne rur w temperaturze pokojowej
3. Odchylenie wymiarowe
Odchylenie graniczne średnicy zewnętrznej (D) i grubości ścianki (s) rur miedzianych powinno być zgodne z postanowieniami tabeli 1 [5]. Ciężar Micka (M) należy obliczyć według wzoru M=0.02566 · D · s [6], a odchylenie powinno mieścić się w granicach ± 8%.
Tabela: Wymiary i odchylenia rur miedzianych (mm)
Tabela 1/2H stan odchylenia granicznego rozmiaru rury miedzianej (mm)
3. Metoda obliczania grubości ścianki rury miedzianej
1. Standardowe metody dla zbiorników ciśnieniowych
Zgodnie z Kodeksem zbiorników ciśnieniowych ASME minimalną grubość ścianki rur miedzianych poddanych ciśnieniu wewnętrznemu można obliczyć przy użyciu następującego wzoru [7]:
t=PD/(2S+0.8P)
We wzorze: t - minimalna grubość ścianki (mm), P - ciśnienie obliczeniowe (MPa), D - średnica zewnętrzna rury (mm), S - dopuszczalne naprężenie rury miedzianej (MPa), przyjmowane ogólnie jako 1/3~1/4 granicy plastyczności rury miedzianej.
2. Metody mechaniki płynów
Biorąc pod uwagę stratę ciśnienia podczas przepływu płynu, grubość ścianki rur miedzianych powinna również spełniać warunki wytrzymałościowe mechaniki płynów [8]:
t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5
We wzorze: ξ - współczynnik oporu wzdłuż ścieżki, związany z liczbą Reynoldsa i względną chropowatością; ρ - gęstość czynnika chłodniczego (kg/m ³); V - natężenie przepływu czynnika chłodniczego (m/s); σ [s] - dopuszczalne naprężenie ścinające rury miedzianej (MPa), które można przyjąć jako 1/3 granicy plastyczności.
3. Metoda zmęczenia wibracyjnego
Rury miedziane w układach chłodniczych są często poddawane naprężeniom zmiennym, dlatego należy sprawdzić ich wytrzymałość zmęczeniową na drgania [9]:
σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m Mniejsze lub równe [σ]
We wzorze: σ [a] - amplituda naprężenia przemiennego (MPa), Cf - współczynnik jakości powierzchni, σ [-1] - granica zmęczenia materiału rury miedzianej (MPa), przyjmowana jako 0.40.5 granicy plastyczności, Nf - trwałość zmęczeniowa (razy), m - wskaźnik wytrzymałości zmęczeniowej, przyjmowany jako 34, [σ] - dopuszczalne naprężenie przemienne (MPa), przyjmowane jako 0.6~0.7 granicy plastyczności. Na tej podstawie można oszacować minimalną wymaganą grubość ścianki.
Aby zagwarantować bezpieczeństwo i niezawodność rur miedzianych w trudnych warunkach pracy, np. w wysokiej temperaturze, wysokim ciśnieniu i wibracjach, projekt należy zasadniczo obliczyć oddzielnie, korzystając z trzech powyższych metod, a maksymalną wartość należy wybrać jako nominalną grubość ścianki rury miedzianej.
4. Wnioski
Wybór i projektowanie rur miedzianych do systemów chłodniczych to projekt systematyczny, który wymaga kompleksowego rozważenia różnych czynników, takich jak materiały, obróbka, połączenie, instalacja i użytkowanie. Podczas projektowania materiał, stan i specyfikacje rur miedzianych powinny być rozsądnie dobierane na podstawie wydajności chłodzenia systemu, czynnika roboczego, temperatury, ciśnienia i innych parametrów. Określenie grubości ścianki rury miedzianej wymaga weryfikacji i obliczeń z takich aspektów, jak nośność ciśnieniowa, opór cieczy, zmęczenie wibracyjne itp., aby zapewnić bezpieczeństwo, niezawodność i ekonomiczność systemu.
Należy zauważyć, że wzór na obliczenie grubości ścianki podany w tym artykule jest jedynie odniesieniem. W rzeczywistym projekcie należy również wziąć pod uwagę wpływ takich czynników, jak promień gięcia rur miedzianych, odstępy między podporami i metoda łączenia. Projektanci powinni na czas zrozumieć najnowsze standardy i osiągnięcia technologiczne rur i kształtek miedzianych, udoskonalić metody projektowania i poprawić jakość projektu. Jednocześnie konieczne jest wzmocnienie kontroli procesu budowy, ścisłe przestrzeganie specyfikacji dotyczących transportu, przechowywania, przetwarzania, łączenia oraz instalacji i uruchomienia systemu rur miedzianych, aby zapewnić bezpieczną i wydajną pracę układu chłodniczego.
