Txoj kab uas hla li - mus rau - Phab Ntsa Thickness Ratio ntawm Titanium Cua Kub Tube txiav txim siab nws qhov kev sib tsoo siab li cas thaum ntsia rau hauv qhov sib sib zog nqus -Phau Dej Submersible Heater Assembly?

Qhov Kev Lag Luam Yooj Yim hauv Titanium Heater Tsim rau Deep-Kev Pabcuam Zoo Submersible
Sib sib zog nqus-cov khoom siv hluav taws xob zoo submersible yog siv hauv qhov dej kub hauv qhov dej, sib sib zog nqus- cov roj av / roj cais tawm, thiab lub tshuab hluav taws xob hauv lub tshuab hluav taws xob uas muaj zog hydrostatic siab yog 50-200 bar ntawm qhov tob ntawm 500-2,000 m. Lub siab sab nraud ntawm cov dej nyob ib puag ncig yuav tsum tau txhawb nqa los ntawm titanium cua sov raj yam tsis muaj kev sib tsoo, thiab tib lub sijhawm, cov cua kub txaus hloov mus rau cov txheej txheem nruab nrab yuav tsum tau tso cai. Rau kev sib tsoo sab nraud ntawm phab ntsa thickness scales raws li lub voos xwmfab ntawm txoj kab uas hla - mus rau - phab ntsa thickness (D / t) piv tsis zoo li cov hlab ntsha siab ua rau sab hauv siab qhov twg phab ntsa thickness scales linearly nrog txoj kab uas hla. Ib qho me me ntawm txoj kab uas hla ntawm txoj kab uas hla los yog me me poob rau hauv phab ntsa thickness yuav txo tau qhov tsis kam mus rau lub cev qhuav dej. Nws yog qhov sib piv D / t, tsis yog qhov tseeb phab ntsa tuab, uas yog qhov tseem ceeb geometric yam ntxwv txiav txim siab kev ruaj ntseg thaum raug rau sab nraud hydrostatic siab. Qhov kev ua haujlwm no suav cov kev txwv lub cev qhuav dej rau titanium cua sov raj raws li qhov sib piv D / t, siv cov kev xav classical buckling, thiab muab cov kev xaiv matrix rau qhov sib sib zog nqus{14}} cov ntawv thov zoo uas ob qho tib si hydrostatic kev ncaj ncees thiab kev ua haujlwm thermal yuav tsum tau kho.

Mechanical Integrity Elastic Buckling Regime Effect
Rau lub nyias- cov phab ntsa phab ntsa uas raug rau sab nraud, tsis ua hauj lwm tshwm sim los ntawm elastic buckling (ovaling) ua ntej cov khoom ua tiav nws lub zog tawm los. Cov qauv Timoshenko cov lus pom zoo, P_c=2E/(1-v^2) (t/D)^3, yog siv los xam qhov tseem ceeb ntawm lub cev qhuav dej (P_c) ntawm lub raj ntev nyob rau hauv lub elastic domain, qhov twg E yog Young's modulus (105 GPa rau titanium Qib 2), v yog Poisson's ratio), thiab phab ntsa thickness yog 0.3. Qhov tseem ceeb tshaj plaws uas yuav tsum tau nco ntsoov yog qhov kev sib tsoo lub zog ua haujlwm raws li (t / D)^3. Yog tias koj ib nrab ntawm D / t piv (hais los ntawm 20 mus rau 10) koj nce lub zog ntawm lub cev los ntawm 8. Ntawm qhov tod tes, ob npaug ntawm D / t ratio txo ​​qhov kev sib tsoo ntawm qhov sib piv ntawm 8. Piv txwv li, lub titanium raj nrog D=20 hli thiab t=1.0 hli nthuav tawm elastic siab D / t 4 ntawm 19. Siv tib lub 20 hli raj nrog t=1.5 hli, peb tau D/t=13.3 thiab lub cev qhuav dej ntawm txog 120 bar. Ib txoj kab uas hla loj dua ntawm D=30 hli nrog t=1.5 hli ua rau D / t=20 thiab lub zog tawg ntawm tsuas yog 45 bar txawm tias tib lub phab ntsa tuab tuab li ntawm 20 hli × 1.5 hli raj. Yog li kev sib tsoo tsis kam yog tswj hwm los ntawm D / t piv thiab tsis yog los ntawm phab ntsa tuab xwb. Rau kev sib sib zog nqus zoo qhov sib piv D / t rau elastic stability yog hais txog 8 los yog tsawg dua ntawm 200 bar (2000 meters seawater sib npaug). Rau titanium qib 2 (E=105 GPa) thiab kev nyab xeeb ntawm 2 tiv thaiv buckling, D / t yuav tsum yog <7 rau kev sib tsoo siab ntawm 200 bar.

Kev cuam tshuam rau Kev Ua Haujlwm Thermal: Kev Txhaum Kub Hloov ntawm Qhov Tsawg D / t
Lub txim nyob rau hauv tshav kub yog loj yog hais tias lub phab ntsa yog tuab txheeb ze rau txoj kab uas hla (tsawg D / t ratio). Rau qee qhov sab nraud txoj kab uas hla, D / t tsawg dua thiab phab ntsa tuab dua. Cov thermal conductive los ntawm lub raj phab ntsa loj hlob li ln(D/(D{12}}2t)). Rau 25 hli OD raj, qhov txo qis hauv D / t los ntawm 20 (t=1.25 mm) rau D / t=10 (t=2.5 mm) ob npaug ntawm phab ntsa tuab thiab txhim kho cov hluav taws xob tiv thaiv los ntawm qee qhov 85%. Txhawm rau ua kom lub ntsej muag kub zoo ib yam (thiab yog li qhov corrosion thiab scaling kuj zoo ib yam), cov hlau sab hauv yuav tsum tau tsa los yog lub zog ceev poob. Hauv kev sib sib zog nqus- cov ntawv thov zoo, qhov twg cov kua dej nyob ib puag ncig lub qhov dej yuav khov thiab / lossis muaj cov thermal conductivity tsawg (piv txwv li, cov roj crude lossis cov brine hauv dej kub uas muaj cov khoom tawg tseem ceeb), feem ntau cov kab mob sab nraud yog qhov tseem ceeb. Tab sis ib phab ntsa tuab txhais tau tias yog ib qho kev nplua uas yog ib qho tseem ceeb thaum cov yeeb yaj kiab sab nraud coefficient loj (xws li cov dej ntws tawm turbulent). Rau qhov sib sib zog nqus-qhov dej kub hauv dej kub uas muaj qhov nrawm nrawm ntawm 1 m / s (h=2,000 W / m 2 K), qhov poob ntawm D / t piv los ntawm 20 mus rau 10 ua rau kom tag nrho cov thermal tiv taus li ntawm 25 feem pua, xav tau 25 feem pua ​​​​siab dua hlau kub los muab tib lub tshav kub flux. Qhov siab dua sab hauv no txo ​​qis lub neej ntawm magnesium oxide rwb thaiv tsev thiab cov xaim sab hauv. Yog li tus tsim qauv yuav tsum xaiv qhov siab tshaj plaws D / t piv (thinnest tswv yim phab ntsa) uas yields qhov tsawg kawg nkaus vau siab rau qhov tob ntawm installation.

Kev lag luam- tawm kev sib txuas: D / t piv kev xaiv matrix rau qhov sib sib zog nqus- cov cua sov zoo
Cov matrix hauv qab no muab qhov tsawg kawg nkaus uas xav tau D / t rau Qib 2 titanium cua sov raj rau qhov sib sib zog nqus -zoo submersible kev pab cuam raws li elastic buckling txoj kev xav nrog ib qho tseem ceeb ntawm kev nyab xeeb ntawm 2.0 tiv thaiv lub cev qhuav dej. Sab nraud txoj kab uas hla yog txhais los ntawm lub rhaub lub hwj chim xav tau thiab qhov zoo casing clearance.

Maximum Installation Depth (m) Hydrostatic Pressure (bar, piv rau cov dej qab zib) Yam tsawg kawg nkaus D/t Ratio rau Qib 2 Ti (Safety Factor 2) Piv txwv Tube Dimensions (OD x wall) D/t Lub Rooj Sib Tham Projected Collapse PressureImpact ntawm Thermal Performance
0 – 300 m (qhov dej ntiav, atmospheric sump) 0 – 30 bar Tsawg dua los yog sib npaug rau 28 20 mm × 0.7 mm (D/t=28.6); 25 hli × 0.9 hli (D/t=27.8) 35 - 40 bar Zoo heev; nyias phab ntsa txo cov cua sov.
300 - 800 m (qhov nruab nrab qhov tob dej qhov dej) 30 - 80 bar Tsawg dua lossis sib npaug ntawm 18 20 hli × 1.1 hli (D/t=18.2); 25 mm × 1.4 mm (D/t=17.9) 85 – 95 bar Zoo; nruab nrab phab ntsa thickness. Haum rau feem ntau cov ntawv thov hauv av.
800 – 1500 m (dub geothermal lossis roj qhov dej) 80 – 150 bar 12 20 mm × 1.7 mm (D/t=11.8); 25 hli × 2.1 hli (D/t=11.9) 160 – 180 bar Nruab nrab; phab ntsa tuab txo cov cua sov hloov los ntawm 15 - 20% vs. D/t=20 tsim. Lub zog de{17}} kev ntsuas yuav tsim nyog.
1,500 - 2,500 m (ultra-dub borehole rhaub) 150 - 250 bar Tsawg dua los yog sib npaug rau 8 20 hli × 2.5 hli (D/t=8.0); 25 hli × 3.1 hli (D/t=8.1) > 250 bar Tsis zoo; Phab ntsa tuab heev inhibits tshav kub hloov (30-40% nplua). Xav txog lwm qhov chaw tso cua sov (piv txwv li, nyob rau hauv lub siab- vaj tse nyob sib npaug). 2,500 m (qhov tob heev, tsis haum rau kev dhia dej ncaj qha)> 250 bar Qib 2 Ti tsis tau Tsis muaj qhov ua tau zoo D/t piv; txawm tias 20 mm × 3.5 mm (D/t=5.7) - Titanium rhaub tube tsis tuaj yeem muab tso rau ncaj qha. - vau qis dua 300 bar vim muaj qhov txwv tsis pub hloov pauv mus rau lwm txoj kev cua sov lossis siv lub tsev nyob sib npaug.
Engineering Tawm ntawm Tube: Txhawb Kev Sib Nqus thiab Ovality Tolerance
Qhov kev kwv yees lub cev qhuav dej tau kwv yees los ntawm qhov sib piv D / t suav tias yog lub voj voog tag nrho uas tsis muaj kev txhawb nqa sab nraud thiab homogeneous phab ntsa tuab. Hauv kev xyaum, lub cev qhuav dej tau txo qis heev los ntawm qhov pib ovality (kev tawm mus los ntawm kev ua tiav kev voj voog). Rau lub titanium raj nrog 0.5% ovality (ie . 0.1 mm sib txawv ntawm 20 mm txoj kab uas hla) lub cev qhuav dej yuav txo tau li ntawm 30% piv rau ib tug zoo meej raj. Cov neeg tsim khoom yuav tsum tau ua kom paub tseeb tias qhov ovality tsawg dua 0.3% rau qhov sib sib zog nqus-kev pabcuam zoo. Kev taw qhia txog kev txhawb nqa rings lossis spacers ntawm lub sijhawm tsis tu ncua thoob plaws hauv lub raj ntev hloov cov kev ua haujlwm tsis ua haujlwm los ntawm qhov ntev- raj buckling mus rau luv- raj yielding, uas tuaj yeem txhim kho lub cev qhuav dej los ntawm 2-5 zaug. Rau ib qho kev sib piv D / t, qhov kev sib tsoo zoo loj hlob mus rau qhov tawm los - tus nqi txwv los ntawm kev tso cov nplhaib txhawb nqa txhua 10 zaug OD: P_yield=2 × σ_yield × (t / D), qhov twg σ_yield=275 MPa rau Qib 2. {{2} hli 4} (mm) {{2} hli 4} OD) cov txiaj ntsig txwv kev sib tsoo siab yog 27.5 bar thiab qhov tsis txaus siab buckling yog 45 bar-buckling yog qhov ntsuas. buckling yog tswj los ntawm kev txhawb nqa ntawm 5xOD qhov sib nrug thiab qhov sib tsoo siab nce mus rau qhov kev txwv ntawm 27.5 bar, uas yog qis dua qhov tsis muaj kev txhawb nqa buckling. Cov kev txhawb nqa tsuas yog siv tau thaum qhov kev txwv tsis pub dhau siab tshaj qhov txwv buckling. Rau qhov sib sib zog nqus- qhov kev pabcuam siab siab (D / t < 12), qhov txwv tsis pub dhau (2σ tawm los xt / D) yog ntau tshaj qhov txwv buckling; yog li kev txhawb nqa tsis muaj kev pab. Nws tsuas yog qis dua D / t piv (phab ntsa tuab dua lossis me dua) uas ua kom muaj kev nyab xeeb.

Xaus: D / t Ratio raws li tus Xib Hwb Variable ntawm Collapse Resistance
Rau lub titanium cua sov raj hauv qhov sib sib zog nqus -zoo submersible rhaub los ua ke, lub cev qhuav dej yog cuam tshuam nrog txoj kab uas hla - rau - phab ntsa thickness piv (D / t) raws li lub cubic muaj nuj nqi: P_c ∝ (t / D)³. Lub 25 hli OD raj nrog 2.0 hli phab ntsa (D / t=12.5) resists vau rau kwv yees li 150 bar, whereas 20 hli OD raj nrog tib 2.0 hli phab ntsa (D / t=10) resists mus rau kwv yees li 290 bar- txoj kab uas hla me me yields yuav luag ob npaug ntawm phab ntsa abslute tsis kam. Txoj kab uas hla ntawm lub raj yuav tsum tau teev tseg rau kev suav cov vau. Phab ntsa tuab yam tsis muaj lub raj raj kab uas hla tsis muaj qab hau. Sib sib zog nqus-kev pabcuam zoo ntawm 150 bar (1,500 meters) yuav tsum Qib 2 titanium nrog qhov sib piv D / t tsawg dua lossis sib npaug li 12, lossis 20 mm × 1.7 mm lossis 25 mm × 2.1 mm. Lub tshuab tsis ua haujlwm nrog tib lub phab ntsa tuab tuab, tab sis cov phab ntsa nyias nyias lossis loj dua, yog elastic buckling. Rau lub submersible titanium rhaub, tus engineer yuav tsum xub xam lub siab tshaj plaws hydrostatic siab nyob rau hauv lub qhov tob ntawm installation thiab xam qhov xav tau D / t piv siv cov elastic buckling mis nrog ib tug muaj kev ruaj ntseg yam ntawm 2.0. Qhov loj me me yuav tsum tau txiav txim siab tsuas yog nyob ntawm lub hauv paus ntawm lub zog xav tau thiab tshem tawm ntawm lub qhov dej. Rau> 2,500 m nws tsis pom zoo kom tso ncaj qha rau hauv titanium cua sov raj, tsis hais ntawm phab ntsa tuab. Lwm txoj kev xaiv, xws li lub siab sib npaug ntawm cov vaj tsev lossis cov khoom siv hluav taws xob saum npoo av, yuav tsum tau nrhiav.