چگونه ضریب انبساط حرارتی PTFE بر نصب و پشتیبانی طراحی بخاری تأثیر می گذارد؟

هنگامی که یک بخاری غوطه ور PTFE از محیط به دمای عملیاتی گرم می شود، طول آن به طور قابل توجهی افزایش می یابد. اگر بخاری در دو انتها محکم نگه داشته شود، این انبساط باعث ایجاد استرس داخلی می شود. این حرکت باید در نصب صحیح بخاری در نظر گرفته شود و یک ویژگی حیاتی است که اغلب در سیستم های صنعتی نادیده گرفته می شود.

ضریب PTFE انبساط حرارتی
ضریب انبساط حرارتی (CTE) میزان انبساط یا انقباض یک ماده را برای هر درجه تغییر دما اندازه می‌گیرد. PTFE دارای CTE نسبتاً بالا-تقریباً 120 × 10-6 در هر درجه سانتیگراد (120 ppm در هر درجه) است. در مقایسه، فولاد ضد زنگ (304 و 316) دارای CTE حدود 17 * 10^ -6 / C است. بنابراین PTFE برای همان افزایش دما حدود 7 برابر بیشتر از فولاد منبسط می شود.

نتیجه عملی فوق العاده است. یک بخاری PTFE به طول 1 متر که از دمای اتاق 20 درجه تا دمای عملیاتی معمولی 100 درجه گرم می شود تقریباً به میزان زیر منبسط می شود:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 m × 120×10 −6 / درجه × 80 درجه=0.0096 متر ≈ 9.6 میلی‌متر

برای یک قطعه محکم متصل، تغییر تقریباً 10 میلی متر در هر متر طول بسیار قابل توجه است. برای بخاری های بزرگتر، به طول 3 یا 4 متر، انبساط کلی می تواند 30 تا 40 میلی متر باشد.

ضریب انبساط حرارتی مواد (×10-6/ درجه) در 20-100 درجه انبساط در هر متر در 80 درجه افزایش PTFE 120 – 130 ≈9.6 – 10.4 میلی متر
PFA 120 - 140 ≈9.6 - 11.2 میلی متر
فولاد ضد زنگ (304/316) 16 - 18 ≈1.3 - 1.4 میلی متر
تیتانیوم (درجه 2) 8 - 9 ≈0.6 - 0.7 میلی متر
PFA فلوروپلیمر دیگری است که ضریب انبساط مشابهی دارد. برخی از بخاری های فلزی تخصصی از تیتانیوم استفاده می کنند که حتی کمتر از فولاد ضد زنگ منبسط می شود. تفاوت بین PTFE و هر ماده غلاف فلزی یا هسته فلزی داخلی خیره کننده است.

مشکل نصب ناشی از انبساط زیاد PTFE
به طور کلی یک بخاری غوطه وری PTFE دارای یک سیم یا هسته مقاومت فلزی داخلی است. هسته فلزی با سرعتی در حدود یک -هفتم غلاف PTFE اطراف منبسط می شود. هنگامی که بخاری گرم می شود، PTFE می خواهد به طور قابل توجهی بیشتر از هسته فلزی داخل آن منبسط شود. این انبساط دیفرانسیل باعث ایجاد کرنش های برشی داخلی در سطح مشترک بین PTFE و فلز می شود.

اگر بخاری نیز از خارج محدود شده باشد (با گیره ها، براکت ها یا فلنج های سخت در هر دو انتها)، غلاف PTFE نمی تواند آزادانه در جهت محوری منبسط شود. کشش مکانیکی ایجاد شده منجر به تعدادی حالت خرابی می شود:

کمانش یا خم شدن - غلاف PTFE نرمتر از فلز است و از این رو در وسط به سمت خارج کمانش می شود و شکلی منحنی یا مواج ایجاد می کند که ممکن است به دیواره مخزن یا سایر بخاری ها برخورد کند.

ترک در مکان‌های تمرکز تنش - گیره‌های سفت یا لبه‌های تکیه‌گاه تیز افزایش دهنده تنش هستند. PTFE منبسط می شود و در برابر این نقاط ثابت نیرو می گیرد، که می تواند باعث ایجاد ترک و گسترش در سراسر غلاف شود.

دور کردن-از هسته فلزی داخلی - انبساط تفاضلی PTFE و هسته فلزی، همراه با محدودیت‌های خارجی، می‌تواند باعث دور شدن PTFE از انتهای فلزی یا دور شدن از هسته شود و سیم مقاومت را در معرض سیالات فرآیند خورنده قرار دهد.

یک خطای رایج در تاسیسات صنعتی این است که با بخاری PTFE مانند بخاری فلزی رفتار کنید، یعنی آن را با تعدادی تکیه گاه جامد در طول آن ببندید یا در انتهای بالا و پایین آن را ببندید. شکست زودهنگام این نوع تاکتیک ها تقریبا تضمین شده است.

دستورالعمل‌های عملی برای نصب بخاری‌های انبساط حرارتی PTFE
فرض اصلی برای نصب بخاری های انبساط حرارتی PTFE این است که به بخاری اجازه می دهد آزادانه در طول منبسط و منقبض شود اما همچنان در محل مورد نظر خود در مخزن یا مخزن باقی بماند. تکنیک های توصیه شده عبارتند از:

فقط در یک انتها نصب کنید.
بخاری باید به طور صلب فقط در یک نقطه نصب شود - اغلب انتهای ترمینال (انتهای سرد جایی که اتصالات الکتریکی برقرار می شود). از طرف دیگر، طول گرم شده باید کاملاً آزاد باشد تا سرخورده یا حرکت کند. هیچ گیره، براکت یا راهنما اضافی نباید در طول لوله PTFE نصب شود.

حرکت محوری را در بالای--براکت‌های جانبی فراهم کنید
اگر از براکت نصب بر روی-- جانبی استفاده شود، براکت نباید غلاف PTFE را محکم ببندد. درعوض، یک راهنما شل-یا یک چیدمان شکافی باید ایجاد شود که گرمکن را عمودی نگه دارد اما به PTFE اجازه می‌دهد تا با تغییر دما به صورت محوری از میان براکت حرکت کند. می توانید با فاصله تقریباً 2-3 میلی متری بین غلاف و سوراخ براکت شروع کنید.

از تنظیمات L و U خیلی سفت و سخت اجتناب کنید
گاهی اوقات از بخاری های L شکل (با پایه افقی و عمودی) برای طرح های مخزن خاصی استفاده می شود. اگر دو پایه افقی و عمودی در انتهای خود محکم بسته شوند، انبساط یک پایه در برابر دیگری عمل می کند و گوشه تحت فشارهای خمشی قابل توجهی قرار می گیرد. در واقع بخاری PTFE L شکل باید با یک پایه برای حرکت آزاد طراحی شود یا گوشه آن باید دارای یک انتقال انعطاف پذیر باشد (مثلاً خمش شعاع بیشتر) برای جذب انبساط دیفرانسیل.

فضای انتهایی رایگان برای گسترش
یک بخاری 1- متری که 10 میلی‌متر منبسط می‌شود، حداقل به 10 میلی‌متر فضای خالی در انتهای آزاد خود نیاز دارد. برای بخاری که به صورت عمودی آویزان می شود، این بدان معناست که کف بخاری نباید به کف مخزن یا هر چیزی داخل مخزن برخورد کند. فاصله 20 تا 30 میلی متری برای جبران تحمل های تولید و تغییرات احتمالی دمای بیش از حد توصیه می شود.

به جای مجرای سفت و سخت متصل به غلاف، از سرنخ های انعطاف پذیر استفاده کنید
سرنخ های انتهای ترمینال منبع برق باید به اندازه کافی انعطاف پذیر باشند تا با انبساط و انقباض بخاری، امکان حرکت مختصر مجموعه پایانه را فراهم کنند. مجرای فلزی سفت و سخت، هنگامی که مستقیماً به محفظه ترمینال متصل می شود، می تواند نیروهای حرکتی را به نقطه اتصال منتقل کند که می تواند به پایانه ها آسیب برساند.

وقتی گسترش محدود می شود چه اتفاقی می افتد؟
تجربه میدانی نشان می دهد که انبساط حرارتی محدود یکی از دلایل اصلی خرابی بخاری PTFE به دنبال اضافه بار الکتریکی است. علائم رایج شکست عبارتند از:

کمانش غلاف - بازرسی بصری با شکل مارپیچ یا مواج.

ترک‌های طولی - ترک‌های موازی با محور بخاری که معمولاً از نزدیک گیره‌های نصب شروع می‌شوند.

جداسازی انتهای ترمینال - غلاف PTFE از ترکیب گلدان پایانه دور می‌شود و سیم مقاومت را در معرض دید قرار می‌دهد یا به مجرای برای نفوذ سیال اجازه می‌دهد.

قطع شدن سیم داخلی - چرخه های انبساط و انقباض، هنگامی که مهار می شود، سیم مقاومت داخلی را در محل ورود به غلاف PTFE خسته می کند.

سخت افزار نصب نباید غلاف PTFE را به صورت شعاعی فشرده کند. PTFE تحت تنش فشاری ثابت می خزد. یک گیره شلنگ یا گیره لوله که در اطراف PTFE بسته شده است، در نهایت شل می شود زیرا مواد سرد- از گیره خارج می شوند و فشار ناهموار می تواند باعث شکستگی شود.

نتیجه‌گیری: شیوه‌های نصب خوب به اندازه کیفیت بخاری مهم هستند
ضریب انبساط حرارتی PTFE حدود هفت برابر فولاد ضد زنگ است. یک بخاری PTFE با طول 1- متر زمانی که از دمای محیط تا 100 درجه گرم شود، تقریباً 10 میلی متر گسترش می یابد. اگر این انبساط محدود شود، تنش های مکانیکی ایجاد شده منجر به کمانش، شکستن یا شکست غلاف PTFE می شود.

اتصال مناسب بخاری انبساط حرارتی PTFE به یک نقطه ثابت، معمولاً در انتهای ترمینال، نیاز دارد که باقیمانده هیتر آزاد باشد تا به صورت محوری حرکت کند. لغزش باید در بالای--پرانتزهای کناری مجاز باشد. ترتیبات شکل L نباید دو محدودیت داشته باشند. و باید فضای کافی در انتهای آزاد وجود داشته باشد. این تکنیک‌های طراحی، پیشرفت‌های اختیاری نیستند، اما برای عمر طولانی بسیار حیاتی هستند. کیفیت بخاری بسیار مهم است، اما مراحل نصب خوب نیز اهمیت دارد. هنگامی که اثرات مکانیکی انبساط حرارتی به درستی مورد توجه قرار گیرد، بخاری‌های غوطه‌وری PTFE مقاومت کامل شیمیایی و مزایای عایق الکتریکی را بدون مصالحه به ارمغان می‌آورند.