Kuidas PTFE soojuspaisumise koefitsient mõjutab küttekeha paigaldust ja toe disaini?

Kui PTFE sukelsoojendi soojeneb ümbritsevast temperatuurist töötemperatuurini, suureneb selle pikkus oluliselt. Kui kütteseade on mõlemast otsast kindlalt kinni, põhjustab see paisumine suurt sisemist pinget. Seda liikumist tuleb kütteseadme õigel paigaldamisel arvesse võtta ja see on oluline omadus, mida tööstussüsteemides sageli eiratakse.

PTFE soojuspaisumistegur
Soojuspaisumise koefitsient (CTE) mõõdab, kui palju materjal paisub või tõmbub kokku iga temperatuurimuutuse astme korral. PTFE-l on suhteliselt kõrge CTE{1}}ligikaudu 120 × 10⁻⁶ Celsiuse kraadi kohta (120 ppm kraadi kohta). Võrdluseks, roostevaba terase (304 ja 316) CTE on umbes 17*10^-6/C. Seega paisub PTFE sama temperatuuri tõusu korral umbes 7 korda rohkem kui teras.

Praktiline tulemus on imeline. 1 meetri pikkune PTFE-küttekeha, mis on kuumutatud toatemperatuurilt 20 kraadi tavapärase töötemperatuurini 100 kraadi, paisub ligikaudu:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 m × 120 × 10 −6 / kraad × 80 kraadi=0.0096 m ≈ 9,6 mm

Jäigalt kinnitatud komponendi puhul on umbes 10 mm pikkuse muutus väga oluline. Suuremate, 3 või 4 meetri pikkuste küttekehade puhul võib kogupaisumine ulatuda 30–40 mm.

Materjali soojuspaisumise koefitsient (×10-6/kraad) 20-100 kraadi juures Paisumine meetri kohta 80 kraadi kohta Suurendada PTFE 120–130 ≈9,6–10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Roostevaba teras (304/316) 16–18 ≈1,3–1,4 mm
Titaan (2. klass) 8–9 ≈0,6–0,7 mm
PFA on teine ​​fluoropolümeer, millel on sama suur paisumiskoefitsient. Mõned spetsiaalsed metallist küttekehad kasutavad titaani, mis paisub isegi vähem kui roostevaba teras. Erinevus PTFE ja mis tahes metallkesta materjali või sisemise metallsüdamiku vahel on hämmastav.

PTFE suurest paisumisest põhjustatud paigaldusprobleem
Üldiselt sisaldab PTFE sukelsoojendi sisemist metallist takistustraati või südamikku. Metallist südamik paisub kiirusega, mis on ligikaudu üks-seitsmendik ümbritseva PTFE-kesta kiirusest. Kui kütteseadet kuumutatakse, tahab PTFE paisuda oluliselt rohkem kui selle sees olev metallsüdamik. See diferentsiaalne paisumine põhjustab sisemisi nihkepingeid PTFE ja metalli vahelisel liidesel.

Kui küttekeha on ka väljast piiratud (mõlemas otsas kõvade klambrite, klambrite või äärikutega), ei saa PTFE ümbris aksiaalsuunas vabalt laieneda. Nii loodud mehaaniline pinge põhjustab mitmeid rikkerežiime:

Kummardus või kummardus - PTFE-kate on pehmem kui metall ja seetõttu kipub see keskelt väljapoole painduma, moodustades kumera või lainelise kuju, mis võib tabada paagi seinu või muid küttekehasid.

Pragunemine pinge kontsentratsiooni kohtades - Jäigad klambrid või teravad tugiservad on pinge tõusud. PTFE paisub ja surub vastu neid fikseeritud kohti, mis võib põhjustada pragude teket ja levimist kogu kestas.

-Sisemisest metallsüdamikust eemale tõmbumine - PTFE ja metallsüdamiku diferentsiaalne paisumine koos väliste piirangutega võib põhjustada PTFE metallotstest eemaldumise või südamikust eemale tõmbumise, jättes takistustraadi kokkupuuteks söövitavate protsessivedelikega.

Levinud viga tööstuslikes paigaldistes on PTFE-küttekeha käsitlemine metallist küttekehaga, st selle kinnitamine kogu pikkuses mitmete tugevate tugedega või klambritega nii ülemisest kui ka alumisest otsast. Sellised taktikad on peaaegu garanteeritud, et ebaõnnestuvad varakult.

Praktilised juhised PTFE-soojuspaisuvate küttekehade paigaldamiseks
PTFE soojuspaisumiste küttekehade paigaldamise põhieelduseks on võimaldada küttekeha pikkuses vabalt laieneda ja kokku tõmbuda, kuid jääda paagis või anumas ettenähtud kohale. Soovitatavad tehnikad hõlmavad järgmist:

Kinnitage ainult ühes otsas.
Keris tuleb paigaldada jäigalt ainult ühte kohta – sageli klemmi otsa (külm ots, kus tehakse elektriühendused). Teisest küljest peaks kuumutatud pikkus olema täiesti vaba libisemiseks või liikumiseks. PTFE toru pikkuses ei tohi paigaldada täiendavaid klambreid, klambreid ega juhikuid.

Pakkuge aksiaalset liikumist üle--külgsulgudes
Kui kasutatakse üle--külgmist kinnitusklambrit, ei tohiks kronstein PTFE kesta jäigalt kinni panna. Selle asemel tuleks luua lahtine-juhik või piludega paigutus, mis hoiab küttekeha vertikaalselt, kuid võimaldab PTFE-l liikuda aksiaalselt läbi kronsteini, kui temperatuur muutub. Võite alustada umbes 2-3 mm vahega ümbrise ja kronsteini ava vahel.

Vältige liiga jäika L- ja U-konfiguratsiooni
Mõnikord kasutatakse teatud paagi konstruktsioonide jaoks L--kujulisi kütteseadmeid (horisontaalse ja vertikaalse jalaga). Kui kaks jalga, horisontaalne ja vertikaalne, on oma otstest kindlalt kinnitatud, töötab ühe jala laienemine teise vastu ja nurk on allutatud märkimisväärsele painutuspingele. Tegelikult peaks L--kujuline PTFE-soojendi olema konstrueeritud nii, et üks jalg saaks vabalt liikuda või nurgal peaks olema paindlik üleminek (nt suurema raadiusega painutus), et diferentsiaalpaisumist neelata.

Vaba lõppruum laienemiseks
1-meetrine küttekeha, mis laieneb 10 mm, vajab oma vabas otsas vähemalt 10 mm tühja ruumi. Vertikaalselt riputatud küttekeha puhul tähendab see, et küttekeha põhi ei tohiks puudutada paagi põhja ega midagi paagi sees. Soovitatav on 20-30 mm vahe, et kompenseerida tootmistolerantse ja võimalikke ületemperatuuri kõrvalekaldeid.

Kasutage jäiga juhtme asemel painduvaid juhtmeid. Kinnitatud ümbrisesse
Elektritoite klemmi otsast lähtuvad juhtmed peavad olema piisavalt paindlikud, et võimaldada klemmikoostu tagasihoidlikku liikumist, kui kütteseade paisub ja kokku tõmbub. Otse klemmi korpusega ühendatud jäik metalltoru võib ühenduspunktile edastada liikumisjõudu, mis võib klemme kahjustada.

Mis juhtub, kui laienemine on piiratud?
Kohalikud kogemused näitavad, et piiratud soojuspaisumine on üks peamisi elektrilise ülekoormuse järgse PTFE-küttekeha rikke põhjuseid. Üldised ebaõnnestumise märgid on järgmised:

Mantli paindumine - Visuaalne kontroll serpentiini või lainelise kujuga.

Pikisuunalised praod - Küttekeha teljega paralleelsed praod, mis algavad tavaliselt kinnitusklambrite lähedalt.

Klemmi otsa eraldumine - PTFE ümbris libiseb klemmide segust eemale, paljastades takistustraadi või võimaldades vedeliku läbitungimiseks kanalit.

Sisemine traadi purunemine - Paisumise ja kokkutõmbumise tsüklid, kui see on kinni hoides, väsitavad sisemist takistustraadi PTFE ümbrisesse sisenemise kohas.

Paigaldusriistvara ei tohi PTFE kesta radiaalselt kokku suruda. PTFE roomab pideva survepinge all. PTFE ümber kinnitatud voolikuklamber või toruklamber lõdvestub lõpuks, kui materjal külm{2}}klambrist eemale voolab ja ebaühtlane rõhk võib puruneda.

Järeldus: head paigaldustavad on sama olulised kui küttekeha kvaliteet
PTFE soojuspaisumistegur on umbes seitse korda suurem kui roostevaba teras. 1- m pikkune PTFE-küttekeha ulatub ümbritseva õhu temperatuurilt 100 kraadini kuumutamisel ligikaudu 10 mm. Kui see laienemine on piiratud, põhjustavad tekkivad mehaanilised pinged PTFE ümbrise paindumist, purunemist või äratõmbumist.

Soojuspaisumisest PTFE-küttekeha õigeks kinnitamiseks on vaja ühte fikseeritud punkti, tavaliselt klemmi otsas, kus ülejäänud küttekeha saab aksiaalselt liikuda. Üle-{-külgsulgude libisemine peaks olema lubatud; L-kujulistel paigutustel ei tohiks olla kahte piirangut; ja vabas otsas peaks olema piisavalt ruumi. Need disainitehnikad ei ole valikulised täiustused, vaid pika kasutusea jaoks üliolulised. Küttekeha kvaliteet on ülioluline, aga ka head paigaldusprotseduurid. Kui soojuspaisumise mehaanilisi mõjusid õigesti käsitleda, annavad PTFE sukelsoojendid täieliku keemilise vastupidavuse ja elektriisolatsiooni eelised ilma kompromissideta.