Dilema za oslobađanje
PTFE cijev u parnom{0}}zagrijanom imerzijskom kalemu širi se približno 1,6 mm po metru dužine kada se zagrije od 25 stepeni do 140 stepeni. Ako je cijev čvrsto stegnuta u rupu potporne ploče, ovo širenje je blokirano. Cijev se kopča između nosača. Ako je rupa previše labava, cijev zvecka pod vibracijama izazvanim miješanjem-, a rezultujuće fretting se troši kroz zid cijevi na kontaktnoj tački podrške.
Promjer rupe potporne ploče u odnosu na vanjski promjer cijevi je varljivo jednostavan parametar dizajna sa složenim mehaničkim posljedicama. Previše zategnuto i termički stres se akumulira. Previše je labav, a vibracijsko trošenje se ubrzava. Optimalni zazor omogućava nesmetano termičko širenje dok ograničava amplitudu pokreta izazvanog vibracijama{3}}.
Za PTFE izmjenjivače topline, optimalni zazor se razlikuje od standardnih vrijednosti koje se koriste za metalne izmjenjivače jer PTFE ima veći koeficijent toplinske ekspanzije i manji modul elastičnosti. Ono što radi za nehrđajući čelik ili titan, ne radi za fluoropolimere.
Zahtjev za termičku ekspanziju
Minimalni prečnik rupe mora biti veći od spoljašnjeg prečnika cevi pri maksimalnoj radnoj temperaturi. Cijev se pri zagrijavanju širi i radijalno i aksijalno.
Radijalno širenje PTFE cijevi promjera 10 mm zagrijane od 25 stepeni do 140 stepeni je približno 0,14 mm. Prečnik rupe mora biti najmanje OD vruće cijevi plus klizni zazor kako bi se spriječilo vezivanje.
Klizni zazor uzima u obzir proizvodne tolerancije i na OD cijevi i na ID rupe, plus bilo kakvo neusklađenost između potpornih ploča. Za PTFE, dodatni dodatak se odnosi na veći koeficijent termičke ekspanzije materijala u odnosu na materijal potporne ploče. Ako je potporna ploča također PTFE, rupa se širi istom brzinom kao i cijev, a zazor ostaje konstantan. Ako je noseća ploča PVDF ili metalna s drugačijim koeficijentom ekspanzije, zazor se mijenja s temperaturom.
Tabela 1: Preporučeni razmaci rupa u potpornoj ploči za PTFE cijevi izmjenjivača topline
| OD cijevi (mm) | Materijal potporne ploče | Preporučeni prečnik rupe (mm) | Prečnik razmaka (mm) | Zazor kao % od OD cijevi | Bilješke o primjeni |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Standardno za mirne ili blago uzburkane kupke |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Opće namjene |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Veći prečnik; veća krutost |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | PVDF se širi manje od PTFE; klirens se povećava na temperaturi |
| 10 | Metal (sa PTFE navlakom) | 11,5-12,0 (ID rukava) | 1.5-2.0 | 15-20% | Metalni nosač; PTFE navlaka pruža nisko{0}}površinu trenja |
| 10 (uzburkana služba) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Isti razmak, ali smanjen razmak oslonaca |
The Vibration Wear Trade-Off
Labaviji zazori omogućavaju veće kretanje cijevi unutar rupe za podršku. Pod vibracijama izazvanim miješanjem{1}}cijev oscilira i dodiruje rub rupe sa svakim ciklusom. Ponovljeni kontakt nosi materijal i iz cijevi i iz potporne ploče-proces koji se naziva fretting.
Stopa trošenja zavisi od kontaktne sile, amplitude klizanja i para materijala. PTFE-na-PTFE fretting je relativno benigni jer su obje površine isti materijal i nizak koeficijent trenja ograničava tangencijalno naprezanje. Međutim, tokom godina kontinuiranog miješanja, čak i trošenje PTFE-na-PTFE-u može proizvesti mjerljivo stanjivanje zidova na tačkama potpore.
Amplituda vibracija kontroliše se nepodržanim rasponom između potpornih ploča, a ne zazorom rupe. Bliži razmak oslonca smanjuje amplitudu efikasnije od zatezanja zazora. Preporučeni pristup je održavanje zazora toplinske ekspanzije i smanjenje razmaka potpore ako su vibracije zabrinute, umjesto da se zateže zazor kako bi se ograničilo kretanje na račun termičkog vezivanja.
Umeci za rukave za zaštitu od habanja
Za primjene sa jakim vibracijama ili abrazivnim česticama u kadi, otvori na potpornoj ploči mogu biti opremljeni zamjenjivim umetcima PTFE čahure. Umetak pruža istu -površinu malog trenja kao i čvrsta PTFE ploča, ali se može zamijeniti kada se istroši, štiteći cijev od direktnog kontakta sa potpornom strukturom.
Umetak je dizajniran sa interferencijalnim spojem u potpornoj ploči i zazorom na cijevi. Zamjena tokom planiranog održavanja vraća originalni zazor bez zamjene cijele potporne ploče ili cijevi izmjenjivača topline.
Rezime
Optimalni razmak rupe u potpornoj ploči za cijevi izmjenjivača topline od PTFE je 0,8-1,0 mm u prečniku za cijevi OD 8-10 mm u PTFE potpornim pločama. Ovo obezbeđuje adekvatan zazor za nesmetano termičko širenje dok ograničava amplitudu vibracija na nivoe koji proizvode prihvatljive stope trošenja tokom životnog veka opreme.
Habanje zbog vibracija se efikasnije kontroliše smanjenjem razmaka među osloncima nego zatezanjem zazora ispod zahtevanog termičkog širenja. Za teške uslove rada, zamjenjivi umetci PTFE čahure štite površinu cijevi od trošenja direktnog kontakta.
Inženjerske preporuke za dizajn potporne ploče u specifičnim aplikacijama PTFE izmjenjivača topline dostupne su nakon podnošenja dimenzija cijevi, raspona radne temperature, vrste i intenziteta miješanja i očekivanog vijeka trajanja opreme.
