The Deformed Tube Discovery
Κατά τη διάρκεια μιας τακτικής ετήσιας επιθεώρησης, το προσωπικό συντήρησης αποσύρει έναν εναλλάκτη θερμότητας PTFE από ένα λουτρό πυκνού οξέος 150 μοιρών. Αρκετοί σωλήνες μεταξύ των πλακών στήριξης παρουσιάζουν ορατή χαλάρωση. Ένας σωλήνας έχει αναπτύξει μια συστροφή κοντά σε έναν σφιγκτήρα στήριξης. Το πηνίο εξακολουθεί να θερμαίνεται, αλλά η παραμόρφωση είναι προοδευτική-κάθε χρόνο η πτώση αυξάνεται.
Το PTFE σε υψηλή θερμοκρασία δεν είναι άκαμπτο υλικό. Μαλακώνει, σέρνεται υπό παρατεταμένο φορτίο και επεκτείνεται σημαντικά. Χωρίς την κατάλληλη απόσταση στήριξης, ο συνδυασμός αυτο-βάρους, θερμικής διαστολής και πίεσης ατμού προκαλεί μόνιμη παραμόρφωση. Οι παραμορφωμένοι σωλήνες χάνουν τη σχεδιασμένη τους απόσταση, δημιουργώντας περιορισμούς ροής και πιθανά σημεία επαφής όπου οι κραδασμοί μπορούν να προκαλέσουν ζημιά σε ταραχή.
Ο μηχανισμός ερπυσμού σε αυξημένη θερμοκρασία
Ο ερπυσμός είναι η εξαρτώμενη από το χρόνο-παραμόρφωση υπό σταθερό φορτίο. Για PTFE σε θερμοκρασίες άνω των 100 βαθμών, ο ερπυσμός γίνεται μετρήσιμος υπό τάσεις πολύ κάτω από τη βραχυπρόθεσμη-ισχύ διαρροής. Ένας οριζόντιος σωλήνας PTFE που στηρίζεται μόνο στα άκρα του υφίσταται τάση κάμψης από το βάρος του. Σε μήνες στους 140 βαθμούς, αυτό το άγχος προκαλεί σταδιακή χαλάρωση.
Ο ρυθμός ερπυσμού αυξάνεται εκθετικά με τη θερμοκρασία. Στις 80 μοίρες, ο ερπυσμός είναι αμελητέος για τους σωστά στηριζόμενους σωλήνες. Στις 120 μοίρες, ο ερπυσμός γίνεται σχεδιαστικός παράγοντας. Στις 150 μοίρες και πάνω, ο ερπυσμός κυριαρχεί, ο μηχανικός σχεδιασμός-η απόσταση στήριξης πρέπει να είναι αρκετά κοντά ώστε να περιορίζει την κάμψη σε επίπεδα που παράγουν αποδεκτό ερπυσμό κατά τη διάρκεια ζωής του σχεδιασμού.
Η θερμική διαστολή εντείνει το πρόβλημα. Το PTFE διαστέλλεται περίπου 0,12 mm ανά μέτρο ανά βαθμό Κελσίου, περίπου δέκα φορές περισσότερο από τον χάλυβα. Ένας σωλήνας 2 μέτρων που θερμαίνεται από 25 βαθμούς σε 140 βαθμούς μεγαλώνει κατά σχεδόν 28 mm. Εάν τα στηρίγματα περιορίζουν αυτή τη διαστολή, εμφανίζεται συμπιεστικός λυγισμός. Ο σωλήνας σκύβει πλάγια ανάμεσα στα στηρίγματα, δημιουργώντας μόνιμη πλευρική παραμόρφωση.
Πίνακας 1: Συνιστώμενη απόσταση υποστήριξης σωλήνων PTFE σε σχέση με τη θερμοκρασία (10 mm OD × 1 mm τοίχος, οριζόντιος προσανατολισμός)
| Θερμοκρασία λειτουργίας (βαθμός) | Μέγιστο διάστημα υποστήριξης - Ακόμα ρευστό (mm) | Μέγιστο διάστημα υποστήριξης - Ταραγμένο λουτρό (mm) | Πρωταρχική ανησυχία |
|---|---|---|---|
| 60 | 600 | 500 | Διαχείριση θερμικής διαστολής |
| 80 | 500 | 400 | Μέτρια ερπυσμός, επέκταση |
| 100 | 400 | 300 | Ο ερπυσμός γίνεται σημαντικός |
| 120 | 300 | 250 | Ο ερπυσμός κυριαρχεί στο σχεδιασμό |
| 140 | 250 | 200 | Κίνδυνος ερπυσμού και λυγισμού |
| 160 | 200 | 150 | Απαιτείται μέγιστη προσοχή |
Αποστάσεις που υπολογίζονται για τον περιορισμό της παραμόρφωσης στο μέσο-ανάπτυξης σε λιγότερο από 3 mm και της τάσης κάμψης κάτω από 0,5 MPa σε θερμοκρασία. Τα αναδευόμενα λουτρά απαιτούν στενότερη απόσταση λόγω της υδροδυναμικής φόρτισης από την κίνηση του διαλύματος.
Υποστήριξη Αρχές Σχεδιασμού
Οι πλάκες στήριξης για σωλήνες PTFE πρέπει να επιτρέπουν την αξονική κίνηση, αποτρέποντας ταυτόχρονα την πλευρική μετατόπιση. Οι οδηγοί με σχισμή κατασκευασμένοι από συμπαγές PTFE ή PVDF εξυπηρετούν αυτόν τον σκοπό. Ο σωλήνας ολισθαίνει ελεύθερα μέσα από τη σχισμή κατά τη διάρκεια της θερμικής διαστολής και συστολής, αλλά τα τοιχώματα της σχισμής εμποδίζουν τη χαλάρωση ή την πλευρική κάμψη.
Η σχισμή πρέπει να είναι ελαφρώς υπερμεγέθης-0,5 έως 1,0 mm μεγαλύτερη από την εξωτερική διάμετρο του σωλήνα - για να αποφευχθεί η δέσμευση ενώ διατηρείται η πλευρική στήριξη. Οι σφιχτές σχισμές περιορίζουν τη θερμική κίνηση, μετατρέποντας το στήριγμα σε περιορισμό που προκαλεί λυγισμό. Οι υπερβολικά χαλαρές σχισμές επιτρέπουν στον σωλήνα να δονείται υπό ανάδευση, προκαλώντας κόπωση στο σημείο επαφής στήριξης.
Τα άκρα στερέωσης απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή. Η σύνδεση σωλήνα-σε-κεφαλίδα είναι συνήθως ένα εξάρτημα συμπίεσης. Ο σωλήνας πρέπει να είναι ελεύθερος να επεκτείνεται μεταξύ της κεφαλής και του πρώτου στηρίγματος. Η απόσταση από την κεφαλή μέχρι το πρώτο στήριγμα πρέπει να είναι το μισό της κανονικής απόστασης στήριξης για να περιοριστεί η κάμψη κατά τη διάρκεια της διαστολής.
Θεωρήσεις κάθετου προσανατολισμού
Οι κάθετοι σωλήνες έχουν διαφορετικό ερπυσμό από τους οριζόντιους σωλήνες. Το ίδιο-βάρος παράγει τάση εφελκυσμού αντί κάμψης. Ο ερπυσμός σε εφελκυσμό προκαλεί επιμήκυνση και λέπτυνση τοίχων αντί να χαλάει. Η απόσταση στήριξης για κάθετους σωλήνες αντιμετωπίζει την αντίσταση λυγισμού και τον έλεγχο των κραδασμών και όχι την αυτο{4}}απόκλιση του βάρους.
Οι κάθετοι σωλήνες PTFE μεταξύ των κεφαλών θα πρέπει να υποστηρίζονται πλευρικά σε διαστήματα που δεν υπερβαίνουν την απόσταση για οριζόντιους σωλήνες στην ίδια θερμοκρασία. Τα στηρίγματα εμποδίζουν τον λυγισμό του Euler υπό συμπιεστικά θερμικά φορτία και περιορίζουν το πλάτος των κραδασμών από τη ροή του υγρού.
Περίληψη
Η παραμόρφωση του σωλήνα του εναλλάκτη θερμότητας PTFE σε υψηλές θερμοκρασίες είναι αποτέλεσμα ερπυσμού υπό το ίδιο-βάρος και λυγισμού λόγω περιορισμένης θερμικής διαστολής. Η σωστή απόσταση στήριξης περιορίζει την πίεση κάμψης σε επίπεδα που παράγουν αποδεκτό ερπυσμό κατά τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Η απόσταση στήριξης μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας, από 600 mm σε 60 μοίρες σε 200 mm σε 160 μοίρες για σωλήνες OD 10 mm. Τα στηρίγματα οδηγών με σχισμή επιτρέπουν την ελεύθερη αξονική θερμική κίνηση ενώ αποτρέπουν την πλευρική μετατόπιση. Η απόσταση από την κεφαλίδα-στην-πρώτη-υποστήριξη απαιτεί μισή απόσταση για τη διαχείριση της πίεσης επέκτασης.
Η μηχανική ανάλυση για την απόσταση στήριξης σωλήνων PTFE σε συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας είναι διαθέσιμη με την υποβολή των απαιτήσεων διαμέτρου σωλήνα, πάχους τοιχώματος, προσανατολισμού, θερμοκρασίας λειτουργίας, έντασης ανάδευσης ρευστού και διάρκεια ζωής σχεδιασμού.
