ما هي فوهات الأوعية الضغطية المعززة ذاتيا؟

عند الإشارة إلى الفوهات المقواة ذاتيًا، يُفترض عمومًا أن التعزيز لتحمل الأحمال التي تؤثر على الفوهة سيكون جزءًا أساسيًا من الفوهة. وهذا يعني أن الفوهات المقواة ذاتيًا لا تحتاج إلى عناصر مساعدة (مثل الفوهات المبنية) لتحمل ظروف التصميم والأحمال الخارجية. على المستوى العملي، الفوهات المقواة ذاتيًا هي تلك التي لا تحتوي على أي نوع إضافي من التعزيز (الوسادة) المرفقة، وجميع اللحامات بين مكوناتها وبين الفوهة والوعاء من النوع الكامل الاختراق. وبسبب ذلك، يمكن تسمية هذه الفوهات أيضًا مقواة بشكل متكامل. هناك تكوينات مختلفة للفوهات المقواة ذاتيًا. والأكثر استخدامًا هي المذكورة على النحو التالي: عنق اللحام الطويل (ل ون) أو المحور المستقيم، وسمك المحور المتغير، والفوهات المصنعة باستخدام أنبوب بسمك قياسي.

من البديهي أن نلاحظ أن الفوهات المعززة ذاتيًا عادةً ما تنطوي على زيادة في التكلفة مقارنة بالفوهات من النوع غير المعزز ذاتيًا. لذلك، يجب أن تكون الأسباب التي تدفع المصمم إلى اختيار نوع معين من بين جميع الاحتمالات معقولة ومدروسة بالكامل.

قد تعتمد هذه الأسباب على عوامل مختلفة مثل الضغط ودرجة الحرارة ووجود أحمال متغيرة (تعب) وأحمال خارجية عالية نتيجة الاتصال بأنبوب، وما إلى ذلك. وعادةً ما يتم تضمين متطلبات استخدام الفوهات المعززة ذاتيًا في مواصفات العمل الخاصة بمالكي المنشآت الصناعية حيث تكون هذه الفوهات في الخدمة أو، في بعض الأحيان، يمكن الإشارة إلى هذه المتطلبات في مواصفات المرخص إذا لزم الأمر.

نظرًا لما سبق ذكره، فمن غير الممكن وضع معايير محددة فيما يتعلق بموعد استخدام هذا النوع من الفوهات في جميع الحالات، ولكن فقط بعض المبادئ التوجيهية العامة التي يجب استخدامها كنهج أولي للنظر في السيناريوهات التي يجب فيها اعتبار الفوهات المعززة ذاتيًا كحل تصميمي. السيناريوهات مثل تلك التي تتضمن فيها ظروف التصميم التأثيرات التالية مواتية لاختيار فوهات معززة ذاتيًا: يجب أن يتحمل المكون المدروس الأحمال المتغيرة (التعب)، والفوهات المماسية أو المائلة فيما يتعلق بالوعاء حيث يتم توصيل الفوهات، والخدمة المميتة، والضغط العالي، ودرجات الحرارة العالية أو أوعية الضغط ذات السماكة العالية.

كما سبق الإشارة، غالبًا ما ترتبط الفوهات المعززة ذاتيًا بظروف خدمة شديدة أو حرجة. ولهذا السبب، من المناسب أن نذكر أنه بالنسبة لهذا النوع الخاص من الفوهات، يجب التخلص من مكثفات الضغط قدر الإمكان.

بالنسبة لبعض أكواد التصميم، فإن معايير التصميم والحساب للفوهات المقواة ذاتيًا والفوهات المبنية ليست هي نفسها دائمًا. تكون المتطلبات أكثر تحفظًا في الحالة الأخيرة. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك دراسة الفحص الخاصة بإجراء الجمعية الامريكية للمهندسين الميكانيكيين قسم الثامن قسم 2 لتحديد ما إذا كان تحليل التعب مطلوبًا. إذا كانت المعدات المعينة أو أي من مكوناتها ذات تكوين متكامل، فيمكنها تحمل عدد أكبر من الأحمال المتغيرة مقارنة بالمعدات ذات التكوين غير المتكامل، دون الحاجة إلى التحقق من قوتها ضد أحمال التعب عن طريق حساب محدد.

بالعودة إلى المسألة الاقتصادية، حتى لو كان من الواضح تمامًا أن الفوهات المعززة ذاتيًا هي الحل الأمثل لحالة معينة، فيجب أن يؤخذ في الاعتبار أن بعض تكوينات الفوهات المعززة ذاتيًا مصنوعة من مواد مزورة. وهذا يعني تكاليف اقتصادية عالية، ولهذا السبب من المهم جدًا تحسين التصميم حتى لا تزيد التكلفة بشكل مفرط.

تحت تأثير الضغط الداخلي، يكون توزيع الإجهاد غير المتساوي في الأسطوانة ذات الجدار السميك أكبر على الجدار الداخلي وأصغر على الجدار الخارجي. من أجل تحسين عدم تجانس توزيع الإجهاد هذا في الأسطوانة، يمكن إجراء معالجة الضغط الزائد مسبقًا قبل وضع الأسطوانة ذات الجدار السميك في الاستخدام، وتحت ضغط الحمل الزائد الذي يتم التحكم فيه بدقة، يمكن لجزء الطبقة من جسم الأسطوانة أن ينتج تشوهًا بلاستيكيًا لتشكيل منطقة بلاستيكية، بينما لا تزال المادة الخارجية في حالة مرنة.

بعد الحفاظ على الضغط لفترة من الوقت، لا يمكن استعادة جزء طبقة الغلاف الذي يعاني من تشوه بلاستيكي إلى الوضع الأولي بسبب التشوه المتبقي، وتميل المادة الخارجية التي لا تزال في المرحلة المرنة إلى العودة إلى الحالة الأصلية، ولكنها مسدودة بالمادة الداخلية التي لا يمكن استعادتها إلى الحالة الأصلية ولا يمكن استعادتها تمامًا. لذلك، تتشكل حالة الإجهاد المسبق لضغط الطبقة الداخلية وتوتر الطبقة الخارجية في جدار الأسطوانة. عندما يتم تشغيل الأسطوانة وتعريضها لضغط التشغيل، يتم فرض إجهاد الجدار الداخلي الناجم عن ضغط التشغيل مع الإجهاد المسبق المتشكل من الضغط الداخلي والتوتر الخارجي، بحيث يتم تقليل إجهاد الجدار الداخلي مع المستوى العالي الأصلي، بينما يتم زيادة إجهاد الجدار الخارجي مع المستوى المنخفض الأصلي بشكل مناسب، ويميل توزيع الإجهاد على طول سمك الجدار إلى أن يكون موحدًا، وبالتالي تحسين قدرة تحمل الخضوع للأسطوانة.

من خلال معالجة الضغط الزائد المتحكم فيه، تستجيب الطبقة الداخلية فقط بينما تظل الطبقة الخارجية مرنة، وتستخدم انكماشها المرن لتوليد إجهاد مسبق، وبالتالي تحسين قدرة تحمل الأسطوانة يسمى تقوية ذاتية للأسطوانة ذات الجدران السميكة.