آیا روش اتصال غلاف PFA به صفحه نصب، حد خستگی ارتعاشی را تغییر می دهد؟

ارتعاش مکانیکی از همزن ها، پمپ ها یا سایر تجهیزات، تنش چرخه ای را به بخاری PFA در محل نصب آن منتقل می کند. نحوه اتصال غلاف PFA به صفحه نصب (اتصالات فشرده در مقابل فلنج یکپارچه قالب‌گیری شده) تفاوت زیادی در حد خستگی ارتعاشی ایجاد می‌کند. برای اتصالات گیره دار، PFA بین یک فرل فلزی و صفحه نصب خرد می شود. در اتصال گیره دار، ارتعاش باعث ایجاد فشار و تمرکز تنش در لبه گیره می شود و ترک خوردگی ناشی از خستگی پس از 500000-2000000 چرخه رخ می دهد. در اتصالات قالب‌گیری شده، PFA مستقیماً در صفحه نصب قالب‌گیری می‌شود و یک ساختار پلیمری پیوسته بدون استفاده از اتصال مکانیکی تشکیل می‌دهد. اتصالات قالب‌گیری شده 5 تا 10 برابر بیشتر (5 تا 20 میلیون چرخه) قبل از شکست خستگی تحت ارتعاش دوام می‌آورند. فلنج های قالبی در تنظیمات ارتعاش بالا (همزن، مخازن متحرک، خطوط تخلیه پمپ) بسیار ترجیح داده می شوند.

رفتار خستگی ارتعاشی
غلاف PFA از یک اتصال فشرده فلزی در یک گیره روی اتصال عبور داده می شود. PFA توسط یک حلقه یا O{1}}بر روی بدنه فشرده فشرده می شود تا یک مهر و موم ایجاد کند و بخاری را در جای خود نگه دارد. تحت ارتعاش یک حرکت نسبی کوچک (فرتینگ) بین PFA و اتصالات فلزی وجود دارد. لبه گیره عامل تمرکز تنش 3 تا 5 برابر ایجاد می کند. بخاری به صورت دوره ای خم می شود (ارتعاش) که کشش را روی این لبه متمرکز می کند. با گذشت زمان، ریزترک‌ها در لبه گیره در سطح بیرونی PFA ایجاد می‌شوند و به صورت محیطی پیشرفت می‌کنند تا غلاف شکافته شود. در شرایط شدید بخاری از صفحه نصب جدا می شود.

در یک پیوست قالب‌گیری شده، غلاف PFA با یک فیله شعاع‌دار (معمولاً شعاع 3 تا 5 میلی‌متر) به طور یکپارچه در صفحه نصب ترکیب می‌شود. عدم تعامل فلز با PFA در نقطه تنش. پلیمر پیوسته نیروی خمشی را در یک منطقه بزرگتر پخش می کند، بنابراین تنش اوج را 70-90٪ کاهش می دهد. عمر خستگی ناشی از ارتعاش توسط قدرت خستگی ذاتی PFA کنترل می شود، نه تمرکز تنش در یک گیره.

داده‌های خستگی ارتعاشی مقایسه‌ای نوع پیوست ویژگی‌های طراحی ضریب تمرکز استرس (K t) چرخه‌های لرزش تا شکست (20 هرتز، دامنه 0.5 میلی‌متر) حالت شکست: عمر خستگی نسبی
گیره، تک فرول (سبک فشرده سازی) لبه تیز در خروجی گیره 5–8 200,000–500،000 1.0× ترک محیطی در لبه گیره
حلقه شعاعی، clamped خروجی حلقه گرد (شعاع 1 میلی متر) 3-5 500,000-1,500،000 2-3x ترک در لبه، با تأخیر
دارای واشر لاستیکی بین گیره و PFA. رابط نرم 2–3 1،000،000–3،000،000 4–6× سایش واشر، در نهایت شکستگی را کاهش می‌دهد.
فلنج قالب‌گیری شده، بدون فیله، انتقال شارپ (شعاع 0.5 میلی‌متر) 3–4 2 000 000–5 000 000 8–۱۵× ترک در پایه فلنج
فلنج قالبی، فیله شعاعی (3 میلی متر) انتقال صاف 1.5–2 8,000,000–15,000,000 25–50× خستگی داخلی (مواد حجیم)
Moulded flange, radiused fillet + thick base (10mm)Optimised design 1.2–1.5 15,000,000–25,000,000 60–100× Not likely within heater life
Overmolded metal insert PFA moulded around metal plate 1.1–1.3 >20,000,000 >100 بار دیده نشد
اندازه گیری قرار گرفتن در معرض ارتعاش
از یک شتاب سنج برای ارزیابی دامنه ارتعاش در محل نصب یک تاسیسات خاص استفاده کنید. تنش چرخه ای متناسب با دامنه A (میلی متر پیک-تا-پیک) برای ارتعاش 20 هرتز (فرکانس معمولی همزن). ممان خمشی در فلنج M=F * L با F=m * a (جرم * شتاب) و L طول بخاری است. a=(2\\pi f)^2 x (A/2). برای جرم بخاری 1 کیلوگرم، L=1 متر، A{15}} میلی متر، f=20 هرتز: a=(125.6)² × 0.00025=15،800 × 0.00025=3.95 m/s² (0.4 گرم). نیروی F=1 x 3.95=3.95 N لحظه M=3.95 x 1=3.95 Nm تنش خمشی در فلنج=M / ZZ=مدول مقطع. برای OD 25 میلی متری، لوله PFA دیواری 2 میلی متری Z ~ 2.5e-6 m^3 استرس=3.95 / 2.5e-6=1.58 مگاپاسکال این تنش به تنهایی حداقل است، اما غلظت تنش در لبه گیره (Kt=5) آن را تا 7.9 مگاپاسکال افزایش می دهد - نزدیک به حد خستگی PFA.

یک فلنج قالب‌گیری شده با Kt=1.5 تنش اوج 2.4MPa- بسیار کمتر از حد خستگی دارد. بخاری برای همیشه دوام می آورد.

شدت ارتعاش - نحوه انتخاب
منبع ارتعاش فرکانس معمولی هرتز دامنه معمولی میلی‌متر p-تعداد تخمینی چرخه‌ها در سال توجیه پیوست توصیه‌شده
هیچ (مخزن استاتیک) 0 0 0 گیره یا قالب‌گیری شده (خوب) بدون استرس خستگی
پایین (پمپ گریز از مرکز) 50 - 100 0.05 - 0.1 5x10^8 - 1x10^9 فلنج قالبی مورد نیاز خستگی گیره به دلیل چرخه زیاد
متوسط ​​(هم زدن، 100 دور در دقیقه) 1.7 0.2-0.5 1-2x107 فلنج قالبی لازم گیره در 1 تا 2 سال از کار می افتد
بالا (همزن، 300 دور در دقیقه) 5 0.5-1.0 8×107 فلنج قالبی با فیله گرد، گیره در چند ماه از کار می‌افتد
بسیار بالا (صفحه نمایش لرزان، میکسر) 15–30 1–2 1–3×10⁸ فلنج قالب‌گیری شده با درج فلزی پیک‌های تنش اجتناب‌ناپذیر
مخزن سیار (حمل و نقل) 5-50 2-5 1x10^6-1x10^7عایق ارتعاش + فلنج قالبی به مقاله شماره 21 مراجعه کنید
بخاری نزدیک تخلیه پمپ 50–120 0.1–0.3 1–3×109 فلنج + اتصال انعطاف‌پذیر بهترین طراحی برای سیکل‌های بالا
شواهد میدانی
یک مرکز شیمیایی با 12 مخزن همزن (همزن 60 دور در دقیقه، بخاری PFA به طول 1.5 متر) در ابتدا از اتصالات فشرده سازی گیره (تک فرول) استفاده می کرد. میانگین عمر خستگی ارتعاشی 8 ماه (2 میلیون سیکل) بود. خرابی بخاری یک ترک محیطی در لبه گیره بود. هیچ خرابی بخاری وجود نداشت و بعد از 5 سال هیچ ترک لرزشی وجود نداشت.