Войти
Защитные гильзы - это цилиндрические фитинги, используемые для защиты датчиков температуры, установленных в промышленных процессах. Защитная гильза состоит из трубки, закрытой с одного конца и установленной в технологическом потоке. Датчик температуры, такой как термометр, термопара или датчик температуры сопротивления, вставляется в открытый конец трубки, который обычно находится на открытом воздухе снаружи. технологический трубопровод или резервуар и любую теплоизоляцию. Термодинамически технологическая жидкость передает тепло стенке защитной гильзы, которая, в свою очередь, передает тепло датчику. Поскольку сборка сенсорной лунки имеет большую массу, чем зонд, непосредственно погруженный в технологический процесс, реакция сенсора на изменения температуры технологического процесса замедляется при добавлении лунки. Если датчик выходит из строя, его можно легко заменить, не опорожняя резервуар или трубопровод. Поскольку масса защитной гильзы должна быть нагрета до температуры технологического процесса, и поскольку стенки защитной гильзы отводят тепло от технологического процесса, точность и чувствительность датчика снижаются из-за добавления защитной гильзы.
Традиционно защитная гильза длина была основана на степени врезания относительно диаметра стенки трубы. Эта традиция неуместна, поскольку она может подвергнуть защитную гильзу риску вызванной потоком вибрации и усталостного разрушения. Когда расчеты погрешности измерения выполняются для установки, для изолированного трубопровода или температуры жидкости, близкой к температуре окружающей среды, исключая эффекты теплового излучения, ошибка проводимости составляет менее одного процента, пока наконечник подвергается воздействию потока, даже в установках с фланцевым креплением.
Время отклика установленного датчика в значительной степени зависит от скорости жидкости и значительно превышает время отклика самого датчика. Это результат тепловой массы наконечника защитной гильзы и коэффициента теплопередачи между защитной гильзой и жидкостью.
Аргументы в пользу более длинного дизайна основаны на традиционных представлениях, но редко оправдываются. Длинные защитные гильзы могут использоваться в низкоскоростных системах или в случаях, когда их использование оправдано историческим опытом. В современных высокопрочных трубопроводах и при высоких скоростях жидкости каждая установка должна быть тщательно проверена, особенно в тех случаях, когда в процессе задействованы акустические резонансы.
Типичная защитная гильза изготавливается из перфорированной прутковой заготовки для обеспечения правильной установки датчика (например, отверстие 0,260 дюйма, соответствующее датчику 0,250 дюйма). Защитная гильза обычно устанавливается в технологический поток с помощью резьбового, сварного, гигиенического колпачка или фланцевого технологического соединения. Датчик температуры, такой как термометр, термопара или датчик температуры сопротивления, вставляется в открытый конец защитной гильзы и обычно подпружинен, чтобы гарантировать, что Внешний наконечник датчика температуры находится в контакте металл по металлу с внутренним наконечником защитной гильзы. Использование сварных секций для длинных конструкций не рекомендуется из-за риска коррозии и усталости.
Защитная гильза защищает прибор от давления, сил, вызванных потоком, и химического воздействия технологической жидкости. Обычно защитная гильза изготавливается из металлического стержня. Конец защитной гильзы может иметь уменьшенный диаметр (как в случае защитной гильзы или гильзы со ступенчатым хвостовиком) для повышения быстродействия.
При низких давлениях и температурах тефлон может использоваться для изготовления защитной гильзы; Типичны различные типы нержавеющей стали, а также другие металлы, используемые для высококоррозионных технологических жидкостей.
При высоких температурах и небольшом перепаде давления можно использовать защитную трубку с оголенным элементом термопары. Они часто изготавливаются из оксида алюминия или другого керамического материала для предотвращения химического воздействия на платину или другие элементы термопары. Керамическая защитная трубка может быть вставлена в тяжелую внешнюю защитную трубку, изготовленную из карбида кремния или другого материала, где требуется повышенная защита.
Защитные гильзы обычно устанавливаются в системах трубопроводов и подвергаются воздействию как гидростатических, так и аэродинамических сил. Вихревое расслоение является основной проблемой для защитных гильз в системах с поперечным потоком и способно вызвать резонанс между защитной гильзой с возможностью усталостного разрушения не только защитной гильзы, но и из-за температуры датчик. Условия резонанса, вызванного потоком, обычно определяют конструкцию защитной гильзы, помимо ее номинального давления и материалов конструкции. Вызванное потоком движение защитной гильзы происходит как в соответствии с направлением потока, так и поперек направления потока с силами жидкости, действующими на изгиб защитной гильзы. Во многих применениях поперечная составляющая сил жидкости, возникающая в результате образования вихрей, имеет тенденцию управлять началом вызванного потоком резонанса с частотой вынуждающего воздействия, равной скорости образования вихрей. В жидкостях и в сжимаемых текучих средах под высоким давлением также присутствует меньшая, но, тем не менее, значительная составляющая движения в направлении потока, которая происходит почти с удвоенной скоростью образования вихрей. Условие линейного резонанса может определять конструкцию защитной гильзы при высоких скоростях жидкости, хотя его амплитуда является функцией параметра демпфирования массы или числа Скрутона, описывающего взаимодействие защитной гильзы с жидкостью.
Коэффициенты аэродинамической силы и зависимость скорости рассеивания зависят от так называемого числа Рейнольдса наконечника. для чисел Рейнольдса менее 100000 (критическое число Рейнольдса) силы сброса имеют хорошее поведение и приводят к периодическому воздействию. Для чисел Рейнольдса, связанных с кризисом сопротивления (впервые об этом сообщил Густав Эйфель) 100 000 < Rd < 1,000,000-3,000,000, the shedding forces are randomized with a corresponding reduction in magnitude. The random fluctuations are characterized by their Fourier Spectra characterized by its Strouhal Bandwidth and the root mean square magnitudes of the aerodynamic force coefficients in the lift and drag directions.
Для защитных гильз с просверленным стержнем и прутком наиболее распространенной формой отказа является усталость при изгибе у основания, где изгибающие напряжения являются наибольшими. В условиях экстремального потока (высокоскоростные жидкости или высокоскоростные газы и пары под высоким давлением) может произойти катастрофическое разрушение с изгибающими напряжениями, превышающими предел прочности материала. Для очень длинных защитных гильз статическая составляющая изгибающих напряжений может определять конструкцию. В менее требовательных службах усталостный отказ происходит более постепенно и часто предшествует ряду отказов датчиков. Последние возникают из-за ускорения наконечника защитной гильзы при его вибрации, это движение заставляет элемент отрываться от дна защитной гильзы и разбиваться на куски. В случаях, когда напряжения ускорения были измерены, ускорения датчика в резонансных условиях часто превышают 250 g и разрушают акселерометр.
Собственные частоты режимов изгиба защитной гильзы зависят от размеров защитная гильза, податливость (или гибкость) ее опоры и, в меньшей степени, зависит от массы датчика и добавленной массы жидкости, окружающей защитную гильзу.
Код испытаний производительности PTC 19.3TW-2016 («19.3TW») ASME определяет критерии для конструкции и применения защитных гильз с жесткой опорой. Однако эти защитные гильзы должны изготавливаться из пруткового материала или кованого материала, если соблюдаются определенные требования к размерам и производственным допускам. Покрытия, втулки, кольца скорости и специальные обработанные поверхности, такие как спирали или ребра, явно выходят за рамки стандарта 19.3TW.
Катастрофический отказ защитной гильзы из-за усталости вызвал утечку натрия в 1995 году и пожар на Атомная электростанция Мондзю в Японии. Другие отказы задокументированы в опубликованной литературе.
Стандарт на защитные гильзы ASME PTC 19.3 TW (2016) - это широко используемый код для защитных гильз, изготовленных из прутковой заготовки, и включает те, которые приварены или ввинчены во фланец, а также приварены к технологический резервуар или труба со сварным адаптером или без него, но без учета гибкости или овализации стенки трубы.
Относительно погрешности измерения и более сложных установок защитной гильзы:
В более поздних источниках упоминается ошибка измерения, вызванная излучением, копчение пламени и близость источников тепла.
Относительно конструкции защитной гильзы:
Относительно опубликованных отчетов об отказах:
Относительно гидравлических испытаний защитной гильзы со стяжками и без них:
