Clearance-dilemmaet
Et PTFE-rør i en damp-opvarmet dykspole udvider sig ca. 1,6 mm pr. meter længde, når det opvarmes fra 25 grader til 140 grader. Hvis røret er tæt fastspændt i et hul i støttepladen, blokeres denne ekspansion. Røret spænder mellem støtterne. Hvis hullet er for løst, rasler røret under omrøring-induceret vibration, og den resulterende gnav slides gennem rørvæggen ved støttekontaktpunktet.
Støttepladens huldiameter i forhold til rørets ydre diameter er en vildledende simpel designparameter med komplekse mekaniske konsekvenser. For stram, og termisk stress ophobes. For løst, og vibrationsslid accelererer. Den optimale frigang rummer uhindret termisk ekspansion, mens den begrænser amplituden af vibrations--induceret bevægelse.
For PTFE-varmevekslere adskiller den optimale afstand sig fra standardværdierne, der anvendes for metalliske vekslere, fordi PTFE har en højere termisk udvidelseskoefficient og lavere elasticitetsmodul. Hvad der virker for rustfrit stål eller titanium, virker ikke for fluorpolymerer.
Kravet til termisk udvidelsesfrihed
Den mindste huldiameter skal overstige rørets ydre diameter ved den maksimale driftstemperatur. Røret udvider sig både radialt og aksialt, når det opvarmes.
Radial udvidelse af et 10 mm OD PTFE-rør opvarmet fra 25 grader til 140 grader er cirka 0,14 mm. Huldiameteren skal mindst være varmerørets OD plus en glideafstand for at forhindre binding.
Den glidende spillerum tegner sig for fremstillingstolerancer på både rørets OD og hul-ID plus eventuel fejljustering mellem støttepladerne. For PTFE adresserer en ekstra godtgørelse materialets højere termiske udvidelseskoefficient i forhold til støttepladematerialet. Hvis støttepladen også er PTFE, udvider hullet sig med samme hastighed som røret, og frigangen forbliver konstant. Hvis støttepladen er PVDF eller metal med en anden ekspansionskoefficient, ændres frigangen med temperaturen.
Tabel 1: Anbefalede huller til støtteplader til PTFE-varmevekslerrør
| Rør OD (mm) | Støtteplademateriale | Anbefalet huldiameter (mm) | Diametral frigang (mm) | Clearance som % af rørets OD | Ansøgningsnoter |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Standard til stille eller let ophidsede bade |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Generelt formål |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Større diameter; højere stivhed |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | PVDF udvider sig mindre end PTFE; clearance stiger ved temperatur |
| 10 | Metal (med PTFE-hylster) | 11,5-12,0 (sleeve ID) | 1.5-2.0 | 15-20% | Metalstøtte; PTFE-hylster giver overflade med lav-friktion |
| 10 (oprørt tjeneste) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Samme frigang men reduceret støtteafstand |
Vibrationsslitage-af
Løsere mellemrum tillader større rørbevægelse i støttehullet. Under omrøring-induceret vibration oscillerer røret og kommer i kontakt med hulkanten med hver cyklus. Den gentagne kontakt slider materiale fra både røret og støttepladen-en proces, der kaldes fretting.
Slidslidhastigheden afhænger af kontaktkraften, glideamplituden og materialeparret. PTFE-på-PTFE-bånd er relativt godartet, fordi begge overflader er det samme materiale, og den lave friktionskoefficient begrænser tangentiel spænding. Men i løbet af år med kontinuerlig omrøring kan selv PTFE-på-PTFE-slid give målbar vægudtynding ved støttepunkter.
Vibrationsamplituden styres af det ikke-understøttede spænd mellem støttepladerne, ikke af hulafstanden. Tættere støtteafstand reducerer amplituden mere effektivt end at stramme spillerum. Den anbefalede tilgang er at opretholde den termiske ekspansionsafstand og reducere støtteafstanden, hvis vibrationer er et problem, i stedet for at stramme afstanden for at begrænse bevægelse på bekostning af termisk binding.
Ærmeindsatser til slidbeskyttelse
Til applikationer med kraftige vibrationer eller slibende partikler i badet, kan støttepladehullerne forsynes med udskiftelige PTFE-muffeindsatser. Indsatsen giver den samme lave-friktionsoverflade som en solid PTFE-plade, men kan udskiftes, når den er slidt, og beskytter røret mod direkte kontakt med støttestrukturen.
Indsatsen er designet med en interferenspasning i støttepladen og en frigangspasning på røret. Udskiftning under planlagt vedligeholdelse genopretter den oprindelige frigang uden at udskifte hele støttepladen eller varmevekslerrørene.
Oversigt
Den optimale hulafstand til støttepladen for PTFE-varmevekslerrør er 0,8-1,0 mm diametral for 8-10 mm OD-rør i PTFE-støtteplader. Dette giver tilstrækkelig frigang til uhindret termisk ekspansion, samtidig med at vibrationsamplituden begrænses til niveauer, der giver acceptable fretting-slidhastigheder over udstyrets levetid.
Vibrationsslid kontrolleres mere effektivt ved at reducere støtteafstanden end ved at stramme mellemrum under kravet om termisk udvidelse. Til svære serviceforhold beskytter udskiftelige PTFE-muffeindsatser røroverfladen mod direkte kontaktslid.
Tekniske anbefalinger til støttepladedesign i specifikke PTFE-varmevekslerapplikationer er tilgængelige ved indsendelse af rørdimensioner, driftstemperaturområde, omrøringstype og -intensitet og forventet levetid for udstyret.
