تصنيع وتطبيق غلاف نصف أنبوب حلزوني لمجفف فراغي أحادي المخروط

يُعدّ مجفف المخروط الأحادي النبضي الفراغي متعدد الوظائف أحد الجيل الجديد من مجففات الفراغ المُحَرَّكة، والذي طورته شركة ووشي تشانغ هوا للآلات وفقًا لمتطلبات عملية خط إنتاج أكياس التجفيف الدقيقة في صناعة الكيماويات الدقيقة. يعتمد هذا المجفف على تصميم عملية متطور وتقنية تصنيع متقدمة، ويمكنه معالجة المساحيق الرطبة وكعكة الترشيح والمعاجين والمعلقات وغيرها من المواد، وهو مناسب بشكل خاص للمنتجات ذات الكثافة النوعية العالية واللزوجة العالية والحساسية العالية أو التي تحتوي على مذيبات سامة أو قابلة للاشتعال. يُناسب مجفف الخلط النبضي أحادي المخروط التشغيل تحت فراغ منخفض، ويمكن استخدامه في مراحل أخرى من العملية، بما في ذلك: التفاعل والتبلور، والتسخين والتبريد، والتعقيم، وفصل السائل عن الصلب، وإزالة الغازات.

مع تطور الصناعة الكيميائية الحديثة، يتجه الإنتاج الكيميائي نحو التوسع والنمو على نطاق واسع، ويزداد إنتاج وحدة الإنتاج الواحدة، كما يتطور مجفف الفراغ أحادي المخروط تدريجيًا نحو الإنتاج على نطاق واسع. في هذه المرحلة، يزداد قطر مجفف الفراغ أحادي المخروط، ويطول المخروط، وخاصةً عندما يتجاوز ضغط الغلاف 1.0 ميجا باسكال، حيث يزداد سمك جدار الأسطوانة الداخلية، مما يزيد من صعوبة تصميم وتصنيع مجفف الفراغ أحادي المخروط، وبالتالي يزيد من تكلفة تصنيع الجهاز.

لذلك، من الأجدى اقتصادياً ومعقولاً تحقيق هدف ترقيق الجدار وزيادة قدرة تحمل الضغط للأسطوانة الداخلية عن طريق اختيار هيكل غلاف مناسب.

نوع وخصائص الغلاف الحراري لمجفف الفراغ المخروطي الأحادي

(1) غلاف متكامل

في مجال تسخين أو تبريد معدات التحريك، يُعد الغلاف المتكامل النوع الأكثر شيوعًا، وهو عبارة عن حاوية ذات قطر أكبر قليلاً توضع خارج المعدات. يتميز هذا النوع بتقنية معالجة متطورة، وبنية بسيطة، وسهولة التصنيع، مما يجعله شائع الاستخدام في تصميم المعدات الكيميائية.

أما العيب فهو أن منطقة التسخين محدودة بهندسة الأسطوانة ولا يمكن جعلها كبيرة جدًا.

(2) سترة مزودة بعاكس حلزوني

تُثبّت صفيحة التوجيه الحلزونية داخل الغلاف، ما يُسهم في توجيه السائل داخله، وتحسين تسخين أو تبريد المادة داخل الحاوية، بالإضافة إلى تقليل سُمك جدار أسطوانة الحاوية نتيجةً لانخفاض طول الضغط الخارجي. لكن من عيوب هذا التصميم أنه عند استخدام صفيحة توجيه كبيرة الحجم، لا يُمكن تركيبها بين الأسطوانة والغلاف. لذا، فإن زيادة المسافة بينهما أو زيادة عدد حلقات التوجيه وسُمك جدار الأسطوانة لتقليل انحراف السائل يُعدّ حلاً غير عملي. علاوةً على ذلك، فإن اتصال الأسطوانة وحلقة التقوية والغلاف ببعضها اتصالاً وثيقاً يُولّد إجهاداً كبيراً عند اختلاف المواد ودرجات الحرارة، لذا يُنصح بتجنب هذا التصميم قدر الإمكان.

(3) غلاف أنبوب نصف دائري

يُقسّم هيكل الغلاف الأنبوبي نصف الدائري إلى نوعين: حلزوني وصفوف الأنابيب، وذلك حسب شكل الترتيب. كما يُقسّم إلى أنبوب نصف دائري قياسي وأنبوب مقوّس الشكل، وذلك حسب شكل الأنبوب نصف الدائري. وبالمقارنة مع الغلاف الكلي، يتميز الغلاف الأنبوبي نصف الدائري بالخصائص التالية: بنية بسيطة، وقدرة عالية على تحمل الضغط، وإمكانية تقليل سُمك جدار التصميم بشكل فعال دون التأثير على حالة تشغيل الحاوية، مما يوفر المواد ويقلل تكاليف المعدات، كما يُحسّن من قوة وصلابة المعدات في مواجهة الضغط الخارجي، ويُسهّل الصيانة. وتبرز هذه الميزة بشكل خاص في مجففات التفريغ أحادية المخروط الكبيرة التي تتعرض لظروف ضغط خارجي قاسية.

أما العيب فهو وجود العديد من اللحامات وكمية كبيرة من اللحام، مما يسبب صعوبات معينة في المعالجة والتصنيع، ويزيد أيضًا من عبء العمل في الاختبارات غير المدمرة.

مشاكل وتحليل تصنيع غلاف أنبوب الإرجاع النصفي الحلزوني لمجفف الفراغ أحادي المخروط

تُستخدم معدات الأنابيب الحلزونية نصف الدائرية (المشار إليها فيما يلي باسم الأنابيب النصفية) على نطاق واسع في الدول الأوروبية والأمريكية، وقد وضعت ألمانيا معيارًا لها في عام 1979. وبالمقارنة مع الأوعية ذات الأغلفة العادية، تتميز معدات الأنابيب النصفية بمزايا مثل إجهاد الأسطوانة الجيد، وكفاءة نقل الحرارة العالية، وتوفير الطاقة، وتقليل استهلاك الصلب، وما إلى ذلك. وهي تُعد هيكل غلاف معقولًا ومتقدمًا نسبيًا في الوقت الحاضر.

أجرت شركة Wuxi ZhangHua Machinery بحثًا معمقًا حول بعض الشركات المصنعة المسؤولة عن التصنيع، وتوصلت إلى أن مشكلة تصنيع الحاويات ذات الغلاف الأنبوبي النصفي هي إحدى المشكلات الرئيسية التي تؤثر على الترويج لها وتطبيقها.

(1) مشكلة تشكيل نصف الأنبوب

يقوم بعض المصنّعين بتصنيع هذا الجزء من نصف الأنبوب باستخدام أنبوب دائري جاهز، حيث يُلفّ ليأخذ شكل القطر الخارجي للأسطوانة، ثم يُعلّم عليه. بعد ذلك، يُمرّر الأنبوب على آلة التفريز لإزالة نصفه (الذي لا يمكن استخدامه) لتشكيل الجزء المطلوب.

لذلك، فإن هذا الجزء من نصف الأنبوب يستهلك الكثير، وكمية المعالجة كبيرة أيضًا، وتكلفته النسبية مرتفعة نسبيًا، ومن الصعب ضمان استدارة القطر الداخلي لنصف الأنبوب بعد المعالجة.

(2) مشكلة الوزن الذاتي غير الدائرية للأسطوانة

نظراً لطول هذا النوع من المعدات، لا يمكن إلا إنزالها وتجميعها ولحام الأنابيب النصفية على وصلة الأسطوانة. وبسبب وزنها الذاتي، حتى لو كانت مستديرة، فإنها ستفقد استدارتها بعد إنزالها.

ومع ذلك، لم يتخذ بعض المصنعين أي تدابير، وقاموا بتجميع ولحام الأنابيب النصفية مباشرة على وصلات البراميل، مما تسبب في مخاطر خفية في الاستخدام المستقبلي للمعدات.

(3) مشكلة تجميع نصف الأنبوب الحلزوني والأسطوانة

تُثبّت الأنابيب النصفية المصنّعة أولاً على جدار الجهاز، ثم تُلحم بينها لحاماً طرفياً. ونتيجةً لذلك، لا يوجد مجال لانكماش الأنابيب النصفية بعد اللحام، مما يُخلّف إجهاداً كبيراً بين نقاط اللحام. يُعرف هذا الإجهاد عادةً بإجهاد الشد، والذي قد يُسبب تشققات في اللحام ويُضعف مقاومته للشد.

لذلك، فإن تقنية المعالجة الخاصة بها بحاجة إلى تحسين.

حل تصنيع غلاف نصف أنبوب حلزوني لمجفف فراغي أحادي المخروط

استجابةً للمشاكل المذكورة أعلاه، أمضت شركة ووشي تشانغ هوا للآلات أكثر من شهر في مراجعة المواد التقنية المتعلقة بتصنيع أغلفة الأنابيب النصفية الحلزونية في اليابان وألمانيا ودول أخرى. وخلال هذا الشهر، توصلت الشركة أخيرًا إلى تصميم مخطط التصنيع المحدد لغلاف الأنبوب النصفي الحلزوني لمجفف الفراغ أحادي المخروط، بالإضافة إلى طريقة لحل المشاكل المذكورة.

(1) تشكيل بالدرفلة

تم تصنيع غلاف نصف الأنبوب من صفيحة فولاذية بدلاً من الأنبوب الدائري، ثم تم تشكيله بالدرفلة باستخدام آلة درفلة نصف الأنبوب المصنعة ذاتيًا.

يتم تشكيل الشرائط الفولاذية على آلة الدرفلة وفقًا لـ "كود عملية الدرفلة الدائرية" لأوعية الضغط لجعل الاستدارة تلبي متطلبات 10 و 13 من وعاء الضغط GB150-89.

(2) تجميع الأنبوب الحلزوني نصف الدائري خارج الأسطوانة

تُعدّ عملية تصنيع الأنابيب الحلزونية نصف الدائرية معقدة، إذ يتطلب الأمر تغيير نصف قطر الحلزون وزاوية ميله، مما يزيد من صعوبة التصنيع. وإذا لم تكن أبعاد التصنيع دقيقة، يصبح التجميع واللحام أكثر صعوبة. تحتوي الأنابيب الحلزونية نصف الدائرية على العديد من الوصلات التناكبية، وتكون لحامات الزاوية طويلة نسبيًا. ولضمان جودة اللحام، يجب أن تكون الوصلات التناكبية مخترقة بالكامل. ومع ذلك، يصعب اكتشاف العيوب في لحامات الزاوية للأنابيب نصف الدائرية، كما يصعب العثور على العيوب الداخلية (مثل الخبث المتراكم، وعدم اكتمال الاختراق، والمسامية، والشقوق، وما إلى ذلك).

وهذا ينطوي على الكثير من المخاطر المحتملة لاستخدام المعدات، لذلك تم وضع تدابير تكنولوجية خاصة لحل الصعوبات المذكورة أعلاه.

(3) تجهيز الأسطوانة قبل اللحام

أولاً، قم بتركيب الأسطوانة الملحومة على المنصة، وتأكد من موضعها العلوي (0°، 90°، 180°، 270°) مرة أخرى، ثم ارسم مسار الأنبوب الحلزوني نصف الدائري على خطوط التوجيه الأربعة المذكورة. بهذه الطريقة، يمكن ضمان دقة التجميع. بعد ذلك، يتم تجميع الأنابيب الحلزونية نصف الدائرية ولحامها بالتتابع من الأسفل إلى الأعلى. لهذا الغرض، يتم تصنيع قوالب تشكيل وقوالب إسفينية، بحيث يمكن تثبيت الأنابيب نصف الدائرية بإحكام على الأسطوانة، مما يقلل من عدد وصلات اللحام المتداخلة، وهو ما يُسهم في ضمان جودة اللحام.

(4) عملية اللحام

لتحقيق اختراق كامل لوصلات التماس، يتم اعتماد أخاديد على شكل حرف V، وحواف غير حادة (1±1) مم، وفجوات من 2 إلى 3 مم، واللحام من جانب واحد والتشكيل من الجانبين، ويتم تدريب اللحامين بشكل خاص على اللحام.

لضمان جودة اللحام الدائري، يُجرى بعد اللحام والمعالجة الحرارية، بالإضافة إلى فحص عيوب السطح، اختبار ضغط الماء واختبار منع تسرب الهواء. عند اكتشاف أي تسريب، يُصلح اللحام فورًا، ثم يُعاد فحص العيب ويُضغط مرة أخرى. (بعد حسابات دقيقة، يُزاد ضغط الاختبار إلى قيمة محددة، ويُحافظ عليه لفترة كافية).

(5) اختبار الضغط

نظراً للتركيب المعقد لمجفف الفراغ أحادي المخروط، فإن خط اللحام طويل جداً وموضع اللحام غير دقيق. ولضمان جودة اللحام، من الضروري إجراء اختبار ضغط على الملف الخارجي بعد اللحام والمعالجة الحرارية، بالإضافة إلى اختبار ضغط الماء واختبار إحكام الهواء، وذلك لتلبية متطلبات المنتج.

يتميز المفاعل ذو الغلاف الأنبوبي الحلزوني نصف الدائري والمجفف الفراغي أحادي المخروط بمتطلبات تقنية عالية، وبنية معقدة، وصعوبات تصنيعية كبيرة. لذا، من الضروري دراسة هذه الصعوبات في عملية التصنيع والتجميع دراسة وافية، ووضع تدابير عملية مناسبة، وتجهيز الأدوات المساعدة اللازمة مسبقًا.

أثناء عملية التصنيع، يتم تشكيل الأجزاء وفقًا للرسومات ومتطلبات العملية بدقة، ويتم منع تشوه الشفة الكبيرة بعد اللحام أثناء عملية التجميع واللحام، وذلك لتحسين جودة لحام الملف والأسطوانة والتحكم في جميع الصعوبات الرئيسية.