Interference Fit-dilemmaet
Et PTFE-rør indsat i et rørpladehul og sikret ved ekspansion skal gribe tæt nok om hulvæggen til at tætne mod indvendigt damptryk, men ikke så tæt, at bøjlespændingen i det udvidede rør overstiger materialets spændingsrevnetærskel. Forskellen mellem tilstrækkeligt greb og skadelig interferens måles i tiendedele af en millimeter.
PTFE udgør en særlig udfordring for rør-til-rørpladesamlinger, fordi materialets kolde-flyder under vedvarende kompression. En interferenspasning, der føles tæt og -fri ved installationen, kan slappe af over uger ved driftstemperatur, når PTFE'en kryber væk fra kontakttrykket. Samlingen begynder at lække. Fristelsen er at øge den indledende interferens for at give mulighed for afslapning,-men dette risikerer øjeblikkelig spændingsbrud fra over-ekspansion.
Den maksimalt tilladte interferens er graden af diametral overstørrelse, der belaster PTFE til lige under dens spændingsrevnegrænse ved den maksimale forventede driftstemperatur.
Stresscracking-mekanismen
PTFE-spændingsrevnedannelse opstår, når materialet udsættes for en trækbelastning, der overstiger ca. 2-3 % ved forhøjet temperatur. Stammen åbner mikroskopiske hulrum mellem krystallinske domæner. Disse tomrum vokser over tid under vedvarende stress, for til sidst at smelte sammen til synlige revner.
I en rør-til-rørpladeudvidelsesfuge er den primære belastning bøjlespænding i rørvæggen ved den udvidede sektion. Rør-ID'et tvinges over en større diameter (et ekspanderværktøj eller rørpladehullet med en indsats). De ydre fibre i rørvæggen strækker sig. Bøjlespændingen er: ε=(udvidet - Doriginal) / Doriginal.
For 10 mm OD PTFE-rør udvidet til et 10,8 mm ID rørpladehul er den diametrale ekspansion 0,8 mm. Bøjlespændingen er 0,8/10=8%. Dette overskrider langt den sikre grænse på 2-3 % og vil knække røret - hvis ikke med det samme, så inden for uger ved driftstemperatur.
Tabel 1: Maksimal tilladt interferenspasning for PTFE-rør-til-rørpladesamlinger
| Rør OD (mm) | Rørvæg (mm) | Rørpladehul ID (mm) | Diametral interferens (mm) | Bøjlespænding (%) | Stress Crack Risiko | Anbefalet service |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8.0 (nul frigang) | 0 | 0 | Ingen | Har brug for sekundær tætning |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | Ingen | Lavt-tryk (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | Lav (grænse for kontinuerlig service) | Generel service (op til 4 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | Moderat (anbefales ikke) | Ikke anbefalet |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | Ingen | Har brug for sekundær tætning |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | Ingen | Lavt-tryk |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | Lav (grænse for kontinuerlig service) | Generel service (op til 4 barg) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | Lav (grænse for kontinuerlig service) | Generel service |
Det sekundære seglkrav
Fordi den maksimale sikre interferens for PTFE er begrænset til ca. 2,5 % bøjletøjning, er gribekraften fra ekspansion alene beskeden. Ved driftstemperatur reducerer krybeafspænding denne kraft yderligere. En sekundær tætningsmekanisme er påkrævet for pålidelig-lækage-tæthed.
Den mest almindelige sekundære tætning er en kompressionsfitting: røret passerer gennem rørpladen, og en møtrik komprimerer en PTFE-hylster på rørets OD. Ferrulen giver forseglingen; rørpladen giver den mekaniske forankring. Interferensen mellem røret og rørpladehullet indstilles derefter til nul (clearance fit) eller minimal, hvilket helt eliminerer risikoen for spændingsrevner.
Alternative sekundære tætninger omfatter udstrakte rørender, der sætter sig mod en konisk rørpladeflade og O-ringforseglinger i riller i rørpladehullet. Begge tilgange afkobler tætningsfunktionen fra rørekspansionsfunktionen.
Termisk cykling effekt
Hver termisk cyklus fra omgivelsestemperatur til driftstemperatur tilføjer en belastningscyklus til den udvidede rørsektion. PTFE-røret udvider sig radialt mere end rørpladen (hvis pladen er metal eller en anden polymer), hvilket ændrer interferenspasningen. En samling, der er fri ved stuetemperatur, kan blive en interferenspasning ved temperatur eller omvendt.
Fugedesignet skal rumme denne cykliske dimensionsændring uden at overskride belastningsgrænsen på 2,5 % på noget tidspunkt i den termiske cyklus. For PTFE-rør i PTFE-rørplader udvider materialerne sig med samme hastighed, og interferensen er stabil. For PTFE-rør i metal eller PVDF-plader skal differensudvidelsen beregnes.
Oversigt
Den maksimalt tilladte diametrale interferens for PTFE-rør-til-rørpladesamlinger er 2,5 % af rørdiameteren, svarende til ca. 0,2 mm for 8 mm OD-rør og 0,25 mm for 10 mm OD-rør. Denne grænse forhindrer spændingsrevnedannelse fra overdreven bøjlespænding ved forhøjet temperatur.
Pålidelig forsegling kræver en sekundær mekanisme-kompressionshylster, udvidet led eller O-ring-fordi den begrænsede interferens kun giver beskeden gribekraft, der slapper yderligere af over tid ved temperatur. Fugedesignet skal rumme differentiel termisk udvidelse, hvis røret og rørpladen er forskellige materialer.
Tekniske specifikationer for PTFE-rør-til-rørpladesamlingsdesign er tilgængelige ved indsendelse af rørdimensioner, rørplademateriale og -tykkelse, driftstemperatur og -tryk og påkrævet levetid.
