مقدمه

انرژیکس (EnergX) - ترموول (Thermowell) قطعه‌ای فلزی و توخالی است که وظیفه محافظت از سنسور دما (مانند RTD یا ترموکوپل) را در برابر فشار، دمای بالا، ارتعاش و سیال فرآیندی بر عهده دارد. از آن‌جا که ترموول در مسیر مستقیم سیال قرار دارد، طراحی مکانیکی صحیح آن حیاتی است. استاندارد ASME PTC 19.3 TW مرجع معتبر و تخصصی در ارزیابی مهندسی ترموول‌ها است که توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) منتشر شده و در سطح جهانی به رسمیت شناخته می‌شود.

تاریخچه و نسخه‌های استاندارد

نسخه اولیه: ASME PTC 19.3-1974، صرفاً تجربی و محافظه‌کارانه

نسخه جدید: ASME PTC 19.3 TW 

این نسخه‌ها شامل تحلیل دینامیکی، بررسی رزونانس، تنش و خمش بر اساس روش‌های تحلیلی و عددی هستند.

"TW" در عنوان استاندارد مخفف ThermoWell است و نشانگر تمرکز کامل نسخه جدید بر طراحی ترموول می‌باشد.

اهداف اصلی استاندارد ASME PTC 19.3 TW

• جلوگیری از شکست ترموول بر اثر ارتعاش و رزونانس
• تحلیل دینامیکی و استاتیکی برای اطمینان از ایمنی
• تعیین ضوابط هندسی و مواد برای ترموول‌ها
• کاهش احتمال جدا شدن ترموول از بدنه لوله در شرایط کاری

اجزای کلیدی تحلیل ترموول

1. فرکانس طبیعی (Natural Frequency)

ترموول باید طوری طراحی شود که فرکانس طبیعی آن با فرکانس گردابی جریان سیال تداخل نداشته باشد.

2. فرکانس گردابی (Vortex Shedding Frequency)

زمانی که سیال از اطراف ترموول عبور می‌کند، نوساناتی در جریان پدید می‌آید. اگر این نوسانات با فرکانس طبیعی ترموول هم‌فرکانس شوند، پدیده رزونانس رخ می‌دهد.

شرط مهم:

که در آن sf​ فرکانس گردابی و nf​ فرکانس طبیعی است.

3. نسبت خمش (Static Deflection)

ترموول نباید بیش از حد در معرض خمش یا کمانش قرار گیرد. محاسبه تنش خمشی، برشی و حداکثر جابه‌جایی الزامی است.

4. ضریب دیمپینگ (Damping Factor)

برای کاهش اثرات رزونانس، تحلیل دیمپینگ دینامیکی بر اساس نوع اتصال (جوشی، رزوه‌ای، فلنجی) انجام می‌شود.

بخوانید: روش ساخت ترموول چیست؟

پارامترهای ورودی در طراحی بر اساس ASME PTC 19.3 TW

پارامتر	توضیح
سرعت جریان	بحرانی برای محاسبه فرکانس گردابی
نوع سیال	تأثیر بر چگالی و ویسکوزیته
فشار و دما	برای بررسی تنش مکانیکی
جنس ترموول	تعیین مدول یانگ، چگالی، تنش مجاز
هندسه ترموول	طول، قطر غلاف یا ساقه (Stem)، ضخامت، نوع سر
روش نصب	فلنجی، رزوه‌ای، جوشی؛ تأثیر بر شرایط مرزی و سختی

انواع رایج هندسه ترموول

نوع سر	مزیت‌ها	معایب
Straight	ساخت ساده، ارزان‌تر	مقاومت بیشتر در برابر جریان
Tapered	تعادل بین استحکام و پاسخ زمانی	هزینه تولید بالاتر
Stepped	پاسخ حرارتی سریع	مقاومت مکانیکی کمتر

معیار پذیرش یا رد طراحی

استاندارد ASME PTC 19.3 TW مشخص می‌کند که ترموول باید از نظر موارد زیر تأیید شود:

• عدم تداخل فرکانس طبیعی و گردابی
• محدود بودن جابه‌جایی انتهایی (Tip Deflection)
• پایین بودن تنش خمشی و برشی از تنش مجاز
• اطمینان از عدم وقوع خستگی (Fatigue Failure) در طول عمر بهره‌برداری

مقایسه ASME PTC 19.3 TW با روش‌های قدیمی

ویژگی	نسخه 1974	نسخه TW
تحلیل دینامیکی	ندارد	دارد
تحلیل خمش و تنش	محدود	دقیق و کامل
مناسب شرایط خاص (فشار بالا، سرعت زیاد)	ناکافی	مناسب
لحاظ‌کردن نوع سیال	ندارد	دارد

کاربردهای صنعتی استاندارد ASME PTC 19.3 TW

• صنایع نفت و گاز (سکوهای دریایی، پالایشگاه)
• نیروگاه‌ها (بویلر، توربین بخار، لوله‌های فشار بالا)
• صنایع شیمیایی (واکنش‌گرها، خطوط خورنده)
• صنایع غذایی و دارویی (در صورت نیاز به ایمنی مکانیکی بالا)
• صنایع هوافضا

ابزارهای طراحی و نرم‌افزار

برای پیاده‌سازی استاندارد ASME PTC 19.3 TW، استفاده از نرم‌افزارهای زیر رایج است:

• ThermoCalc (محصول WIKA)
• Thermowell Design Wizard (Emerson)
• FEA نرم‌افزارهای تحلیل اجزا محدود مانند ANSYS
• جداول آماده ASME برای مواد و ضرایب بحرانی

نتیجه‌گیری

استاندارد ASME PTC 19.3 TW یک ابزار حیاتی برای مهندسان ابزار دقیق، طراحی و ایمنی است. رعایت این استاندارد باعث افزایش ایمنی عملیاتی، کاهش خطر شکست مکانیکی و افزایش عمر مفید سنسور دما در محیط‌های پرخطر می‌شود.

اجرای صحیح این استاندارد، تفاوت بین یک سیستم اندازه‌گیری ایمن و یک شکست پرهزینه را رقم می‌زند.

استانداردهای مرتبط

• استاندارد IEC 60584 - راهنمای جامع ترموکوپل‌ها بر اساس الزامات بین‌المللی
• استاندارد IEC 60751 - مرجع جهانی برای سنسورهای دمای مقاومتی (RTD)
• استانداردهای مرتبط با اندازه‌گیری دما: راهنمای جامع برای مهندسان و فعالان صنعت

واژه‌های کلیدی : انرژیکس EnergX ترموول Thermowell Well استاندارد دما اندازه گیری دما ASME PTC 19.3 19.3