Dilema clearance-ului
Un tub de PTFE într-o bobină de imersie încălzită cu abur-se extinde cu aproximativ 1,6 mm pe metru lungime atunci când este încălzită de la 25 de grade la 140 de grade . Dacă tubul este strâns strâns într-un orificiu al plăcii de sprijin, această expansiune este blocată. Tubul se prinde între suporturi. Dacă gaura este prea slăbită, tubul zdrăngănește sub vibrația indusă de agitație-și fretarea rezultată se uzează prin peretele tubului la punctul de contact al suportului.
Diametrul găurii plăcii suport în raport cu diametrul exterior al tubului este un parametru de proiectare înșelător de simplu, cu consecințe mecanice complexe. Prea strâns, iar stresul termic se acumulează. Prea slăbit, iar uzura vibrațională se accelerează. Distanța optimă acceptă expansiunea termică nestingherită, limitând în același timp amplitudinea mișcării-induse de vibrații.
Pentru schimbătoarele de căldură PTFE, jocul optim diferă de valorile standard utilizate pentru schimbătoarele metalice deoarece PTFE are un coeficient de dilatare termică mai mare și un modul elastic mai mic. Ceea ce funcționează pentru oțel inoxidabil sau titan nu funcționează pentru fluoropolimeri.
Cerința de degajare a expansiunii termice
Diametrul minim al orificiului trebuie să depășească diametrul exterior al tubului la temperatura maximă de funcționare. Tubul se extinde atât radial, cât și axial atunci când este încălzit.
Expansiunea radială a unui tub PTFE de 10 mm OD încălzit de la 25 la 140 de grade este de aproximativ 0,14 mm. Diametrul găurii trebuie să fie cel puțin diametrul exterior al tubului fierbinte plus un spațiu de alunecare pentru a preveni legarea.
Distanța de alunecare ține seama de toleranțele de fabricație atât pe diametrul exterior al tubului, cât și pe diametrul orificiului, plus orice dezaliniere între plăcile suport. Pentru PTFE, o alocație suplimentară se adresează coeficientului de dilatare termică mai mare al materialului în raport cu materialul plăcii suport. Dacă placa de susținere este și PTFE, orificiul se extinde la aceeași viteză ca și tubul, iar jocul rămâne constant. Dacă placa suport este PVDF sau metal cu un coeficient de dilatare diferit, jocul se modifică odată cu temperatura.
Tabelul 1: Distanțe recomandate ale orificiilor plăcii de sprijin pentru tuburile schimbătoare de căldură din PTFE
| OD tub (mm) | Material placa suport | Diametrul găurii recomandat (mm) | Distanța diametrală (mm) | Clearance-ul ca % din Tubul OD | Note de aplicare |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Standard pentru băile calme sau ușor agitate |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Scop general |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Diametru mai mare; rigiditate mai mare |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | PVDF se extinde mai puțin decât PTFE; clearance-ul crește la temperatură |
| 10 | Metal (cu manșon PTFE) | 11.5-12.0 (ID mânecă) | 1.5-2.0 | 15-20% | Suport metalic; Manșonul din PTFE asigură o suprafață cu frecare redusă- |
| 10 (serviciu agitat) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Același spațiu liber, dar distanță redusă între suporturi |
Comerțul cu uzura vibrațională-Dezactivat
Spațiile libere permit o mișcare mai mare a tubului în orificiul de sprijin. Sub vibrație-indusă de agitație, tubul oscilează și intră în contact cu marginea găurii cu fiecare ciclu. Contactul repetat uzează material atât din tub, cât și din placa suport-un proces numit fretting.
Rata de uzură prin frecare depinde de forța de contact, amplitudinea de alunecare și perechea de material. Fretarea PTFE-pe-PTFE este relativ benigna, deoarece ambele suprafețe sunt același material, iar coeficientul de frecare scăzut limitează solicitarea tangenţială. Cu toate acestea, de-a lungul anilor de agitație continuă, chiar și uzura PTFE-pe-PTFE poate produce o subțiere măsurabilă a pereților în punctele de sprijin.
Amplitudinea vibrației este controlată de distanța nesusținută dintre plăcile suport, nu de jocul găurii. Distanța între suporturi mai apropiată reduce amplitudinea mai eficient decât distanțe de strângere. Abordarea recomandată este de a menține spațiul de dilatare termică și de a reduce distanța dintre suport, dacă vibrația este o problemă, mai degrabă decât de a strânge spațiul pentru a limita mișcarea în detrimentul legăturii termice.
Inserții de mâneci pentru protecție împotriva uzurii
Pentru aplicații cu vibrații severe sau particule abrazive în baie, orificiile plăcii de suport pot fi prevăzute cu inserții de manșon din PTFE înlocuibile. Inserția oferă aceeași suprafață cu frecare redusă-ca o placă solidă din PTFE, dar poate fi înlocuită atunci când este uzată, protejând tubul de contactul direct cu structura suport.
Inserția este proiectată cu o potrivire prin interferență în placa de sprijin și o potrivire liberă pe tub. Înlocuirea în timpul întreținerii programate restabilește spațiul inițial fără a înlocui întreaga placă de sprijin sau tuburile schimbătorului de căldură.
Rezumat
Distanța optimă a orificiilor plăcii de susținere pentru tuburile schimbătoare de căldură din PTFE este de 0,8-1,0 mm diametral pentru tuburile de 8-10 mm OD în plăci de susținere din PTFE. Acest lucru oferă un spațiu adecvat pentru expansiunea termică nestingherită, limitând în același timp amplitudinea vibrațiilor la niveluri care produc rate acceptabile de uzură prin frecare pe durata de viață a echipamentului.
Uzura vibrațiilor este controlată mai eficient prin reducerea distanței dintre suport decât prin strângerea spațiului liber sub cerința de dilatare termică. Pentru condiții severe de utilizare, inserțiile de manșon din PTFE înlocuibile protejează suprafața tubului de uzura prin contact direct.
Recomandările de inginerie pentru proiectarea plăcilor de susținere în aplicații specifice de schimbător de căldură PTFE sunt disponibile la prezentarea dimensiunilor tubului, intervalului de temperatură de funcționare, tipul și intensitatea agitației și durata de viață estimată a echipamentului.
