صيغ تحجيم خزان التمدد

()

تعتبر خزانات التمدد جزءًا ضروريًا من جميع الأنظمة المائية المغلقة للتحكم في الضغط الأدنى والأقصى في جميع أنحاء النظام. يتم توفير خزانات التمدد في أنظمة هيدروليك مغلقة من أجل (1) قبول التغييرات في حجم مياه النظام حيث تتغير كثافة المياه مع درجة الحرارة للحفاظ على ضغط النظام أقل من حدود تصنيف ضغط مكونات نظام الأنابيب والمعدات. أيضًا ، (2) الحفاظ على ضغط مقياس إيجابي في جميع أجزاء النظام لمنع تسرب الهواء إلى النظام. (3) الحفاظ على ضغوط كافية في جميع أجزاء النظام لمنع الغليان ، بما في ذلك التجويف في صمامات التحكم والقيود المماثلة. (4) حافظ على رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوب (NPSHR) عند شفط المضخات.

خزان توسيع المثانة

تنطبق النقطتان الأخيرتان عمومًا فقط على أنظمة الماء الساخن ذات درجات الحرارة العالية (أكبر من حوالي 210 درجة فهرنهايت [99 درجة مئوية]). بالنسبة لمعظم تطبيقات HVAC ، يجب مراعاة النقطتين الأوليين فقط.

أنماط الخزان

هناك أربعة أنماط أساسية لخزانات التمدد:

تنفيس أو فتح خزانات الصلب

نظرًا لتهوية الخزانات ، يجب وضع الخزانات المفتوحة في أعلى نقطة في النظام. لا يمكن أن تكون درجة حرارة الماء أعلى من 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية) ، ويؤدي التلامس بين الهواء والماء إلى هجرة مستمرة للهواء إلى النظام ، مما يسبب التآكل. وفقًا لذلك ، لم يعد يتم استخدام هذا التصميم تقريبًا بعد الآن.

خزانات فولاذية مغلقة

تسمى أيضًا الخزانات الفولاذية العادية أو خزانات الضغط من قبل بعض الشركات المصنعة.

هذا هو نفس نمط الخزان مثل الخزان ذو التهوية ، ولكن مع تغطية الفتحة. يتيح ذلك وضع الخزان في أي مكان في النظام والعمل بدرجات حرارة أعلى. لكن لا يزال لديهم اتصال الهواء / الماء الذي يسمح بالتآكل ، وأحيانًا فقدان تدريجي للهواء من الخزان أثناء امتصاصه في الماء.

ما لم يتم شحنه مسبقًا إلى أدنى ضغط تشغيل قبل الاتصال بالنظام ، يجب أن يكون هذا النمط من الخزان أيضًا أكبر من الخزانات المشحونة مسبقًا. وفقًا لذلك ، لم يعد يتم استخدام هذا التصميم تقريبًا بعد الآن.

خزانات الحجاب الحاجز

كان هذا هو التصميم الأول لخزان الضغط الذي تضمن حاجزًا للهواء / الماء (غشاء مرن لمنع انتقال الهواء) والذي تم تصميمه ليتم شحنه مسبقًا (لتقليل حجم الخزان). يتم عادةً توصيل الحجاب الحاجز المرن بجانب الخزان بالقرب من المنتصف ولا يمكن استبداله في الحقل ؛ إذا تمزق الحجاب الحاجز ، يجب استبدال الخزان.

خزانات المثانة

تستخدم خزانات المثانة مثانة تشبه البالون لقبول الماء الممتد. غالبًا ما تكون المثانة في حجم مناسب لحجم الخزان بالكامل ، وتسمى مثانة "القبول الكامل" ، لتجنب تلف المثانة في حالة غمرها بالمياه. المثانات هي مجال حليف عام قابلة للاستبدال. هذا هو الآن النوع الأكثر شيوعًا لخزان التمدد التجاري الكبير.

صيغ التحجيم

الصيغة العامة لتحجيم الخزان ، المعادلة 1 (بأسماء متغيرة معدلة لتتناسب مع تلك المستخدمة في هذه المقالة) ، من المبادئ الأساسية التي تفترض قوانين الغاز المثالية:

`V_ (t) = (V_ (s) (E_ (w) -E_ (p))) / ((P_ (s) T_ (c)) / (P_ (i) T_ (s)) - (P_ ( s) T_ (h)) / (P_ (max) T_ (s)) - E_ (wt) [1- (P_ (s) T_ (c)) / (P_ (max) T_ (s))] + E_ (ر)) - 0.02 فولت_ (ث) `

أين

الخامسر = الحجم الكلي للخزان

الخامسس = حجم النظام

صس = ضغط البدء عندما يبدأ الماء بدخول الخزان ، مطلق

صأنا = الضغط الأولي (الشحن المسبق) ، المطلق

صماكس = أقصى ضغط ، مطلق

هـث = نسبة تمدد وحدة الماء في النظام بسبب ارتفاع درجة الحرارة = (νح/ νج-1)

الخامسح = الحجم المحدد للماء عند درجة الحرارة القصوى ، Th.

الخامسج = الحجم المحدد للماء عند أدنى درجة حرارة ، Tc.

هـص = نسبة تمدد الوحدة للأنابيب ومكونات النظام الأخرى في النظام بسبب ارتفاع درجة الحرارة = 3α (Tحج )

α = معامل تمدد الأنابيب ومكونات النظام الأخرى ، لكل درجة

تح = الحد الأقصى لمتوسط ​​درجة حرارة الماء في النظام ، بالدرجات المطلقة

تج = الحد الأدنى لمتوسط ​​درجة حرارة الماء في النظام ، بالدرجات المطلقة

تس = درجة حرارة هواء البدء في الخزان قبل الملء ، درجات مطلقة

هـبالوزن = نسبة تمدد وحدة الماء في الخزان بسبب ارتفاع درجة الحرارة

هـر = نسبة تمدد الوحدة لخزان التمدد بسبب ارتفاع درجة الحرارة

يمثل المصطلح الأخير (0.02 Vs) هواءًا إضافيًا من الامتصاص من الهواء الذائب في الماء. يمكن تبسيط هذه المعادلة إلى المعادلة أدناه بتجاهل الشروط الصغيرة وافتراض أن درجة حرارة الخزان تظل قريبة من درجة حرارة التعبئة الأولية (عادةً افتراض جيد ، بافتراض عدم وجود عزل على الخزان أو الأنابيب الخاصة به ، وهو أمر شائع وموصى به):

`V_ (t) = (V_ (s) [((v_ (h)) / (v_ (c)) - 1) -3alpha (T_ (h) -T_ (c))]) / ((P_ (s )) / (P_ (i)) - (P_ (s)) / (P_ (بحد أقصى))) `

تتضمن هذه المعادلة الائتمان لتوسيع نظام الأنابيب. هذا المصطلح أيضًا صغير نسبيًا ويصعب تحديد معاملات التمدد بالنظر إلى المواد المختلفة في النظام ، ولكن تم تضمينه في المعادلة أعلاه نظرًا لأنه مدرج في معادلات التحجيم ASHRAE Handbook. يتم تضمين هذا المصطلح أيضًا في بعض ، ولكن ليس معظم ، برامج اختيار مصنعي خزانات التوسيع. يتجاهل معظم المصنّعين هذا المصطلح بحذر لأنه صغير وليس أكبر من المصطلحات التي تم تجاهلها بالفعل في المعادلة أعلاه. يؤدي تجاهل هذا المصطلح إلى المعادلة أدناه:

`V_ (t) = (((v_ (h)) / (v_ (c)) - 1) V_ (s)) / ((P_ (s)) / (P_ (i)) - (P_ (s) ) / (P_ (الحد الأقصى))) `

البسط هو حجم الماء الموسع ، Vه ، حيث ترتفع درجة حرارته من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى لدرجات الحرارة ، لذلك يمكن كتابة المعادلة:

`V_ (t) = (V_ (e)) / ((P_ (s)) / (P_ (i)) - (P_ (s)) / (P_ (max)))`

أين:

`V_ (e) = (v_ (h) // v_ (c) -1) V_ (s)`

يمكن تبسيط المعادلة بشكل أكبر بناءً على أسلوب الخزان المستخدم.

خزان تنفيس

بالنسبة للخزانات المهواة ، تكون الضغوط متشابهة ويحد المسيطر على 1 ، وبالتالي فإن حجم الخزان هو ببساطة حجم المياه الممتدة:

"V_ (t) = V_ (e)`

خزان مغلق (بدون شحن مسبق)

بالنسبة للصهاريج الفولاذية العادية غير المهواة ، يكون ضغط البدء هو الضغط الجوي مع الخزان فارغًا (بدون شحن مسبق). يتم توصيل الخزان بعد ذلك بماء التركيب ، والذي يضغط الخزان على ضغط التعبئة عن طريق إزاحة الهواء في النظام ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى إهدار جزء من حجم الخزان. إذن معادلة التحجيم هي:

`V_ (l) = (V_ (e)) / ((P_ (a)) / (P_ (i)) - (P_ (a)) / (P_ (max)))`

أين ، صأ = الضغط الجوي

خزان الشحن المسبق

بالنسبة لأي خزان يتم شحنه مسبقًا بالضغط الأولي المطلوب ، بما في ذلك الخزانات ذات الغشاء والمثانة المشحونة بشكل صحيح ، ولكن أيضًا بما في ذلك الخزانات الفولاذية العادية المغلقة إذا تم شحنها مسبقًا ، Pس يساوي P.أنا لذلك تقلل معادلة التحجيم إلى:

"V_ (t) = (V_ (e)) / (1- (P_ (i)) / (P_ (max)))`

لاحظ أن هذه المعادلة تنطبق فقط عندما يتم شحن الخزان مسبقًا إلى P المطلوبأنا . يتم شحن الخزانات في المصنع بشحن مسبق قياسي يبلغ 12 رطل لكل بوصة مربعة (83 كيلو باسكال).

خزان مغلق

للحصول على ضغوط الشحن المسبق الأعلى المرغوبة ، يمكن إصدار أمر خاص من المصنع أو يجب على المقاول زيادة الضغط باستخدام الهواء المضغوط أو مضخة يدوية. لكن ليس من غير المألوف أن يتم التغاضي عن هذا. يمكن تعويض هذا الخطأ عن طريق تغيير حجم الخزان باستخدام المعادلة أدناه (بافتراض الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر):

"V_ (t) = (V_ (e)) / ((26.7) / (P_ (i)) - (26.7) / (P_ (max))) '

(12 رطل لكل بوصة مربعة / 26.7 رطل لكل بوصة مربعة [83 كيلو بايت / 184 كيلو باسكال] شحن مسبق). سيؤدي ذلك إلى زيادة حجم الخزان مقابل الخزان المشحون مسبقًا بشكل صحيح.

ASME المرجل وأوعية الضغط كود -2015 ، القسم السادس

يتضمن ASME Boiler and Pressure Vessel Code-2015 ، القسم VI ، معادلات التحجيم (كما هو الحال مع UMC و IMC ، التي تستخرج المعادلات حرفيًا) ، كما هو موضح في المعادلة أدناه ، مع المتغيرات التي تمت مراجعتها لمطابقة تلك المستخدمة في هذه المقالة:

`V_ (t) = (V_ (s) (0.00041T_ (h) -0.0466)) / ((P_ (a)) / (P_ (i)) - (P_ (a)) / (P_ (بحد أقصى)) ) `

بمقارنة مقام هذه المعادلة بمعادلة الخزان المغلق (بدون شحن مسبق) ، من الواضح أن هذه الصيغة تستخدم لتغيير حجم الخزان غير المشحون ؛ سوف يبالغ في تقدير حجم الخزان المشحون مسبقًا. البسط هو منحنى مناسب لـ V.ه ؛ تفترض درجة حرارة لا تقل عن 65 درجة فهرنهايت (18 درجة مئوية) وتكون دقيقة فقط في نطاق حوالي 170 درجة فهرنهايت إلى 230 درجة فهرنهايت (77 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية) متوسط ​​درجة حرارة التشغيل. لذلك ، لا يمكن استخدام هذه المعادلة مع الماء الساخن بدرجة حرارة عالية جدًا (على سبيل المثال 350 درجة فهرنهايت [177 درجة مئوية]) ، أو مياه المكثف ذات الدائرة المغلقة ، أو أنظمة المياه المبردة.

المؤلف: ستيفن تي تايلور ، بي

ما مدى فائدة هذا المنشور؟

انقر على نجمة لتقييمها!

متوسط ​​تقييم / 5. عدد الأصوات:

لا توجد أصوات حتى الآن! كن أول من يقيم هذا المنشور.

نأسف لأن هذا المنشور لم يكن مفيدًا لك!

دعونا نحسن هذا المنشور!

أخبرنا كيف يمكننا تحسين هذا المنشور؟