Conas a Chinneann an Trastomhas-le-Cóimheas Tiús Ballaí Feadáin Téimh Tíotáiniam A Bhrú Laghdaithe Nuair a Suiteáiltear é i nDomhaine-Cóimeáil Téitheoir Intumtha go maith?

An Comhbheartas Bunúsach i nDearadh Téitheoir Tíotáiniam le haghaidh Seirbhíse Doimhin Intumtha
Baintear úsáid as tionóil téitheoir domhain intumtha i toibreacha geoiteirmeacha, deighilteoirí ola/gáis uisce domhain, agus córais stórála fuinnimh theirmeach tollpholl ina bhfuil brúnna hidreastatacha idir 50–200 barra ag doimhneachtaí 500–2,000 m. Ní mór brú seachtrach an tsreabháin máguaird a choinneáil ag an bhfeadán téimh tíotáiniam gan titim, agus ag an am céanna, ní mór go gceadófaí go leor aistriú teasa chuig an meán próiseas. Maidir le brú titime seachtrach, scálaíonn tiús an bhalla mar chiúb an chóimheas trastomhais-go{-thiús bhalla (D/t) in áit soithigh brú a tógadh le haghaidh brú inmheánach áit a bhfuil scálaí tiús bhalla go líneach le trastomhas. Laghdóidh aon mhéadú beag ar thrastomhas an fheadáin nó titim bheag ar thiús an bhalla go mór an fhriotaíocht in aghaidh titime. Is é an cóimheas D/t, ní an tiús bhalla iomlán, an tréith geoiméadrach riachtanach a chinneann cobhsaíocht struchtúrach nuair a bhíonn sé faoi lé brú hidreastatach seachtrach. Ríomhann an obair seo na teorainneacha brú tite le haghaidh feadáin téimh tíotáiniam bunaithe ar an gcóimheas D/t, ag baint úsáide as teoiric chlasaiceach búclaí, agus tugann sé maitrís roghnúcháin d'fheidhmchláir domhain-toibreacha ina gcaithfear sláine hidreastatach agus feidhmíocht theirmeach a choigeartú.

Sláine Mheicniúil Éifeacht Chórais Búclaí Leaisteacha
I gcás feadán ballaí tanaí atá faoi bhrú seachtrach, tarlaíonn buckling leaisteacha (ubhchruthach) sula n-éiríonn leis an ábhar a neart táirgeachta a bhaint amach. Úsáidtear gnáthfhoirmle Timoshenko, P_c=2E/(1-v^2)(t/D)^3, chun an brú titime criticiúil (P_c) d’fheadán fada san fhearann ​​leaisteach a ríomh, áit arb é E ​​modulus Young (105 GPa do tíotáiniam Grád 2), is é v cóimheas Poisson (0.34), is é t an tiús balla amuigh, agus is é D an tiús balla amuigh. Is é an rud is tábhachtaí le tabhairt faoi deara ná go dtiteann scálaí brú mar (t/D)^3. Má dhéanann tú leath an chóimheas D/t (abair ó 20 go 10) méadaíonn tú an brú titime faoi 8. Ar an láimh eile, má dhéantar an cóimheas D/t a dhúbailt, laghdaítear an fhriotaíocht leaisteacha faoi 8 fachtóir. Mar shampla, taispeánann feadán tíotáiniam le D=20 mm agus t=1.0 mm D/t=20 agus brú leaisteach ríofa de thart ar 45 brú. Ag baint úsáide as an bhfeadán céanna 20 mm le t=1.5 mm, faighimid D/t=13.3 agus brú titime de thart ar 120 bar. Fágann feadán trastomhas níos mó de D=30 mm le t=1.5 mm D/t=20 agus níl ach brú 45 barra ag brú titime fiú leis an tiús bhalla absalóideach céanna agus atá an fheadáin 20 mm × 1.5 mm. Mar sin rialaíonn an cóimheas D/t an fhriotaíocht titime agus ní hamháin ag tiús balla. Le haghaidh seirbhís domhain tobair tá an cóimheas D/t do chobhsaíocht leaisteacha thart ar 8 nó níos lú ag 200 bar (2000 méadar coibhéiseach uisce farraige). I gcás tíotáiniam grád 2 (E{{{{{1-} GPa)) agus fachtóir sábháilteachta 2 in aghaidh buckleála, ní mór D/t a bheith < 7 le haghaidh brú titime 200 bar.

Tionchar ar Fheidhmíocht Theirmeach: Pionós Aistrithe Teasa ag Cóimheasa Íseal T/t
Tá an pionós teasa mór má tá an balla tiubh i gcoibhneas leis an trastomhas (cóimheas íseal D/t). I gcás trastomhas lasmuigh áirithe, tá an D/t níos lú agus tá an balla níos tiús. Fásann an friotaíocht teirmeach seoltaí trí bhalla an fheadáin mar ln(D/(D-2t)). I gcás feadán OD 25 mm, trí laghdú ar D/t ó 20 (t=1.25 mm) go D/t=10 (t=2.5 mm) déantar tiús an bhalla a dhúbailt agus feabhsaíonn sé an fhriotaíocht leictreach thart ar 85 %. Chun teocht an dromchla sheath a choinneáil mar an gcéanna (agus mar sin an friotaíocht creimeadh agus scálaithe mar an gcéanna), ní mór an teocht sreang inmheánach a ardú nó an dlús cumhachta a ísliú. I bhfeidhmchláir dhomhain-tobair, áit a bhféadfadh an sreabhán timpeall an tobair a bheith slaodach agus/nó seoltacht íseal teirmeach a bheith aige (m.sh. amhola nó sáile geoiteirmeach le cáithníní tuaslagtha suntasacha), is minic a bhíonn an fhriotaíocht chomhiompair sheachtrach ceannasach. Ach ciallaíonn balla níos tiús pionós seasta atá tábhachtach nuair a bhíonn comhéifeacht an scannáin sheachtraigh mór (m.sh. sreabhadh uisce suaite). Maidir le sáile geoiteirmeach tipiciúil domhain-tobair le treoluas sreafa de 1 m/s (h=2,000 W/m 2 K), méadaíonn titim den chóimheas D/t ó 20 go 10 an friotaíocht teirmeach iomlán thart ar 25 faoin gcéad, rud a éilíonn teocht sreang 25 faoin gcéad níos airde chun an flosc teasa céanna a sholáthar. Íslíonn an teocht inmheánach níos airde seo saol inslithe ocsaíd mhaignéisiam agus sreang friotaíochta inmheánach. Mar sin ní mór don dearthóir an cóimheas uasta D/t (ballaí praiticiúla is tanaí) a roghnú a thugann an t-íosbhrú titime do dhoimhneacht na suiteála.

Trádáil{0}}as sintéis: maitrís roghnúcháin cóimheas D/t do théitheoirí domhain-toibreacha
Tugann an mhaitrís seo a leanas an t-íosmhéid D/t atá ag teastáil le haghaidh feadáin téimh tíotáiniam Grád 2 le haghaidh seirbhíse domhain intumtha bunaithe ar theoiric búcla leaisteach le fachtóir sábháilteachta de 2.0 in aghaidh titime. Sainmhínítear an trastomhas seachtrach ag riachtanais chumhachta an téitheoir agus imréiteach an chásála tobair.

Uasdoimhneacht Suiteála (m) Brú Hidreastatach (barra, fionnuisce inchomparáide) Íoschóimheas D/t do Grád 2 Ti (Fachtóir Sábháilteachta 2) Toisí Feadáin Samplacha (OD x balla) D/t Comhlíonann Brú Teilgthe Laghdaigh Tionchar ar Fheidhmíocht Theirmeach
0 – 300 m (tobar éadomhain, sump atmaisféir) 0 – 30 bar Níos lú ná nó cothrom le 28 20 mm × 0.7 mm (D/t=28.6); 25 mm × 0.9 mm (D/t=27.8) 35 – 40 bar Ar fheabhas; laghdaíonn balla tanaí friotaíocht teasa.
300 – 800 m (tobar soláthar uisce meándoimhneacht) 30 – 80 bar Níos lú ná nó cothrom le 18 20 mm × 1.1 mm (D/t=18.2); 25 mm × 1.4 mm (D/t=17.9) 85 – 95 bar Go maith; tiús bhalla measartha. Oiriúnach don chuid is mó d'iarratais geoiteirmeacha.
800 – 1500 m (doimhneacht geoiteirmeach nó tobar ola) 80 – 150 bar 12 20 mm × 1.7 mm (D/t=11.8); 25 mm × 2.1 mm (D/t=11.9) 160 – 180 barra Measartha; laghdaítear an t-aistriú teasa faoi 15 – 20% vs. D/t=20 le balla níos tiús. Seans go mbeidh gá le rátáil cumhachta.
1,500 – 2,500 m (ultra-téitheoir tollpholl domhain) 150 – 250 barra Níos lú ná nó cothrom le 8 20 mm × 2.5 mm (D/t=8.0); 25 mm × 3.1 mm (D/t=8.1) > 250 bar Droch; cuireann balla tiubh bac mór ar aistriú teasa (pionós 30-40%). Smaoinigh ar shocrúchán malartach téitheoir (m.sh., faoi bhrú-tithíocht chothromaithe). 2,500 m (doimhneacht mhór, gan a bheith oiriúnach do thumadóireacht dhíreach) > 250 bar Grád 2 Ti dodhéanta Níl aon chóimheas D/t praiticiúil ann; fiú 20 mm × 3.5 mm (D/t=5.7) - Ní féidir feadán téitheoir tíotáiniam a thumadh go díreach. - titim faoi bhun 300 barra mar gheall ar thrasdul teorainn táirgeachta Athraigh go modh téimh eile nó bain úsáid as tithíocht brú-chothromaithe.
Innealtóireacht Lasmuigh den Tube: Spásáil Tacaíochta agus Caoinfhulaingt Ovality
Glacann an brú tuartha tuartha ón gcóimheas D/t feadán iomlán ciorclach gan aon tacaí seachtracha agus tiús balla aonchineálach. Go praiticiúil laghdaítear an brú tite go mór leis an ubhagán tosaigh (imeacht ó chiorclánacht iomlán). I gcás feadán tíotáiniam le ubhagán 0.5% (ie. 0.1 diall mm ar thrastomhas 20 mm) laghdaítear an brú titim thart ar 30% i gcomparáid le feadán foirfe. Ba cheart go gceanglófaí ar mhonaróirí a dhearbhú go bhfuil an ubhagán níos lú ná 0.3% le haghaidh seirbhíse tobair dhomhain. Má thugtar isteach fáinní tacaíochta nó spásairí go tráthrialta ar feadh fad an fheadáin, athraítear an modh teipe ó -bhúclaáil feadáin fhada go dtí táirgeacht feadáin ghearr, rud a d’fhéadfadh an brú titim a fheabhsú 2-5 huaire. Maidir le cóimheas D/t ar leith, méadaítear an brú laghdaithe éifeachtach go dtí an luach teoranta toraidh trí fháinní tacaíochta a chur gach 10 n-uaire OD: P_yield=2 × σ_yield × (t/D), áit a bhfuil σ_yield=275 MPa do Ghrád 2. Le haghaidh feadán le D/t/t {{} OD) is é 27.5 bar an brú titime teorannaithe toraidh agus is é 45 bar an brú búcla gan tacaíocht-is é buckleing an critéar. tá buckling á rialú ag tacaí ag spásáil 5xOD agus méadaíonn an brú titim go dtí an teorainn toraidh de 27.5 bar, atá níos ísle ná an brú búcla gan tacaíocht. Ní bhíonn tacaí úsáideach mar sin ach amháin nuair a bhíonn an teorainn toraidh níos airde ná an teorainn bhúcla. Maidir le seirbhís ardbhrú domhain(D/t < 12), tá an teorainn toraidh (2σ táirgeacht xt/D) níos mó ná an teorainn bhúcla; mar sin ní cuidíonn tacaíochtaí. Níl ann ach cóimheas D/t níos ísle (balla níos doimhne nó trastomhas níos lú) a chinntíonn sábháilteacht.

Conclúid: Cóimheas D/t mar an Máistir-Athróg ar an bhFriotaíocht i leith Laghdaigh
Maidir le feadán téimh tíotáiniam i-chóimeáil téitheoir atá go maith intumtha, tá baint ag an mbrú tite leis an gcóimheas tiús bhalla (D/t) mar fheidhm chiúbach: P_c ∝ (t/D)³. Seasann feadán OD 25 mm le balla 2.0 mm (D/t=12.5) titim go timpeall 150 bar, ach seasann feadán OD 20 mm leis an mballa 2.0 mm céanna (D/t=10) go timpeall 290 barra-táirgtear an trastomhas níos lú beagnach dhá oiread an fhriotaíocht titime balla don absalóideach tiús bhalla. Ní mór trastomhas an fheadáin a shonrú le haghaidh ríomhanna titim. Tá tiús bhalla gan trastomhas feadán sonraithe gan brí. Teastaíonn tíotáiniam Grád 2 le cóimheas D/t de Níos lú ná nó cothrom le 12, nó 20 mm × 1.7 mm nó 25 mm × 2.1 mm le haghaidh seirbhís dhomhain-tobair ag 150 barra (1,500 méadar). Is é an meicníocht teip leis an tiús balla iomlán céanna, ach ballaí níos tanaí nó trastomhas níos mó, buckling leaisteach. Maidir le téitheoir tíotáiniam intumtha, ní mór don innealtóir an brú hidreastatach uasta a ríomh ar dtús ag doimhneacht na suiteála agus ansin an cóimheas D/t atá ag teastáil a ríomh ag baint úsáide as an bhfoirmle leaisteacha buckling le fachtóir sábháilteachta de 2.0. Níor cheart toisí iomlána a chinneadh ach amháin ar bhonn riachtanais chumhachta agus imréiteach chásáil an tobair. Maidir le > 2,500 m ní mholtar feadán téimh tíotáiniam a thumadh go díreach, beag beann ar thiús an bhalla. Ba cheart roghanna eile a lorg, ar nós clúdaigh brú-chothromaithe nó malartóirí teasa atá suite ar an dromchla.