Röjningsdilemmat
Ett PTFE-rör i en ånguppvärmd-doppspiral expanderar cirka 1,6 mm per längdmeter när det värms upp från 25 grader till 140 grader. Om röret är hårt fastspänt i ett hål för stödplattan, blockeras denna expansion. Röret spänns mellan stöden. Om hålet är för löst, skramlar röret under omrörning-inducerad vibration, och den resulterande nötningen slits genom rörväggen vid stödkontaktpunkten.
Stödplattans håldiameter i förhållande till rörets ytterdiameter är en bedrägligt enkel designparameter med komplexa mekaniska konsekvenser. För tätt, och termisk stress ackumuleras. För löst och vibrationsslitage accelererar. Det optimala spelet rymmer obehindrad termisk expansion samtidigt som den begränsar amplituden av vibrationsinducerad rörelse-.
För PTFE-värmeväxlare skiljer sig det optimala spelet från standardvärdena som används för metalliska växlare eftersom PTFE har en högre värmeutvidgningskoefficient och lägre elasticitetsmodul. Det som fungerar för rostfritt stål eller titan fungerar inte för fluorpolymerer.
Kravet på frigång för termisk expansion
Minsta håldiameter måste överstiga rörets ytterdiameter vid maximal driftstemperatur. Röret expanderar både radiellt och axiellt vid upphettning.
Radiell expansion av ett 10 mm OD PTFE-rör uppvärmt från 25 grader till 140 grader är ungefär 0,14 mm. Håldiametern måste vara minst värmerörets ytterdiameter plus ett glidspel för att förhindra fastsättning.
Glidavståndet står för tillverkningstoleranser på både rörets OD och hål-ID, plus eventuell felinriktning mellan stödplattorna. För PTFE adresserar en extra ersättning materialets högre värmeutvidgningskoefficient i förhållande till stödplattans material. Om stödplattan också är PTFE, expanderar hålet i samma takt som röret, och spelet förblir konstant. Om stödplattan är av PVDF eller metall med en annan expansionskoefficient, ändras spelet med temperaturen.
Tabell 1: Rekommenderade hålspel för stödplattor för PTFE-värmeväxlarrör
| Rör OD (mm) | Material för stödplåt | Rekommenderad håldiameter (mm) | Diametralt spel (mm) | Clearance som % av rörets OD | Anteckningar om applikationer |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | PTFE | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Standard för stilla eller lätt upprörda bad |
| 10 | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Allmänt syfte |
| 12 | PTFE | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Större diameter; högre styvhet |
| 10 | PVDF | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | PVDF expanderar mindre än PTFE; frigången ökar vid temperatur |
| 10 | Metall (med PTFE-hylsa) | 11,5-12,0 (ärm-ID) | 1.5-2.0 | 15-20% | Metallstöd; PTFE-hylsa ger låg-friktionsyta |
| 10 (upprörd tjänst) | PTFE | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Samma spelrum men minskat stödavstånd |
The Vibrational Wear Trade-Off
Lösare spel tillåter större rörrörelse i stödhålet. Under omrörning-inducerad vibration, oscillerar röret och kommer i kontakt med hålkanten med varje cykel. Den upprepade kontakten sliter på material från både röret och stödplattan-en process som kallas nötning.
Slitagehastigheten beror på kontaktkraften, glidamplituden och materialparet. PTFE-på-PTFE-fräsning är relativt godartad eftersom båda ytorna är av samma material och den låga friktionskoefficienten begränsar tangentiell spänning. Men under år av kontinuerlig omrörning kan även PTFE-på-PTFE-nötning ge mätbar väggförtunning vid stödpunkter.
Vibrationsamplituden styrs av det ostödda spännet mellan stödplattorna, inte av hålspelet. Närmare stödavstånd minskar amplituden mer effektivt än att dra åt spelrum. Det rekommenderade tillvägagångssättet är att bibehålla det termiska expansionsspelet och minska stödavståndet om vibrationer är ett problem, snarare än att dra åt spelet för att begränsa rörelsen på bekostnad av termisk bindning.
Sleeve Inserts för slitageskydd
För applikationer med kraftiga vibrationer eller nötande partiklar i badet kan stödplattans hål förses med utbytbara PTFE-hylsinsatser. Insatsen ger samma låga-friktionsyta som en solid PTFE-platta men kan bytas ut när den är sliten, vilket skyddar röret från direktkontakt med stödstrukturen.
Insatsen är utformad med en interferenspassning i stödplattan och en spelpassning på röret. Byte under planerat underhåll återställer det ursprungliga spelet utan att hela stödplattan eller värmeväxlarrören byts ut.
Sammanfattning
Det optimala hålspelet för stödplattor för PTFE-värmeväxlarrör är 0,8-1,0 mm diametralt för 8-10 mm OD-rör i PTFE-stödplattor. Detta ger tillräckligt spelrum för obehindrad termisk expansion samtidigt som vibrationsamplituden begränsas till nivåer som ger acceptabla slitagehastigheter under utrustningens livslängd.
Vibrationsslitage kontrolleras mer effektivt genom att minska stödavstånden än genom att dra åt spelrum under kravet på termisk expansion. För svåra serviceförhållanden skyddar utbytbara PTFE-hylsinsatser rörytan från direkt kontaktslitage.
Tekniska rekommendationer för design av stödplattor i specifika PTFE-värmeväxlarapplikationer är tillgängliga vid inlämnande av rördimensioner, driftstemperaturområde, omrörningstyp och intensitet samt förväntad livslängd för utrustningen.
