Дилемма оформления
Трубка из ПТФЭ в погружной катушке с паровым-нагревом расширяется примерно на 1,6 мм на метр длины при нагревании с 25 до 140 градусов. Если трубка плотно закреплена в отверстии опорной пластины, это расширение блокируется. Трубка прогибается между опорами. Если отверстие слишком свободное, трубка будет дребезжать под воздействием вибрации, вызванной -движением, и возникающее в результате истирание будет изнашивать стенку трубы в точке контакта с опорой.
Диаметр отверстия опорной пластины относительно наружного диаметра трубы — это обманчиво простой расчетный параметр со сложными механическими последствиями. Слишком туго, и накапливается тепловое напряжение. Слишком свободный, и вибрационный износ ускоряется. Оптимальный зазор обеспечивает беспрепятственное тепловое расширение, ограничивая при этом амплитуду вибрации,-движения.
Для теплообменников из ПТФЭ оптимальный зазор отличается от стандартных значений, используемых для металлических теплообменников, поскольку ПТФЭ имеет более высокий коэффициент теплового расширения и более низкий модуль упругости. То, что подходит для нержавеющей стали или титана, не подходит для фторполимеров.
Требование к зазору при тепловом расширении
Минимальный диаметр отверстия должен превышать внешний диаметр трубы при максимальной рабочей температуре. При нагревании трубка расширяется как в радиальном, так и в осевом направлении.
Радиальное расширение трубки из ПТФЭ диаметром 10 мм, нагретой от 25 до 140 градусов, составляет примерно 0,14 мм. Диаметр отверстия должен быть не меньше наружного диаметра горячей трубки плюс зазор скольжения во избежание заедания.
Скользящий зазор учитывает производственные допуски как на наружный диаметр трубы, так и на внутренний диаметр отверстия, а также любые перекосы между опорными пластинами. Для ПТФЭ дополнительный допуск учитывает более высокий коэффициент теплового расширения материала по сравнению с материалом опорной пластины. Если опорная пластина также изготовлена из ПТФЭ, отверстие расширяется с той же скоростью, что и трубка, и зазор остается постоянным. Если опорная пластина изготовлена из ПВДФ или металла с другим коэффициентом расширения, зазор изменяется в зависимости от температуры.
Таблица 1. Рекомендуемые зазоры между отверстиями опорной пластины для трубок теплообменника из ПТФЭ
| Внешний диаметр трубки (мм) | Материал опорной пластины | Рекомендуемый диаметр отверстия (мм) | Диаметральный зазор (мм) | Зазор в % от наружного диаметра трубки | Замечания по применению |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | ПТФЭ | 8.8-9.0 | 0.8-1.0 | 10-12.5% | Стандарт для ванн со слабым или слабым перемешиванием |
| 10 | ПТФЭ | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Общее назначение |
| 12 | ПТФЭ | 13.0-13.2 | 1.0-1.2 | 8-10% | Больший диаметр; более высокая жесткость |
| 10 | ПВДФ | 11.2-11.5 | 1.2-1.5 | 12-15% | ПВДФ расширяется меньше, чем ПТФЭ; зазор увеличивается при повышении температуры |
| 10 | Металл (с втулкой из ПТФЭ) | 11,5-12,0 (внутренний диаметр втулки) | 1.5-2.0 | 15-20% | Металлическая опора; Втулка из ПТФЭ обеспечивает поверхность с низким-трением. |
| 10 (агитационная служба) | ПТФЭ | 10.8-11.0 | 0.8-1.0 | 8-10% | Тот же зазор, но уменьшенное расстояние между опорами |
Компромисс, связанный с вибрационным износом-
Меньшие зазоры обеспечивают большее перемещение трубки внутри опорного отверстия. Под воздействием вибрации, вызванной-воздействием, трубка колеблется и при каждом цикле контактирует с краем отверстия. Повторяющийся контакт приводит к изнашиванию материала как трубки, так и опорной пластины-этот процесс называется фреттингом.
Скорость фреттинг-изнашивания зависит от контактной силы, амплитуды скольжения и пары материалов. Истирание ПТФЭ-на-ПТФЭ относительно безопасно, поскольку обе поверхности изготовлены из одного и того же материала, а низкий коэффициент трения ограничивает касательное напряжение. Однако за годы непрерывного перемешивания даже износ ПТФЭ-на-ПТФЭ может привести к заметному утончению стенок в точках опоры.
Амплитуда вибрации контролируется неподдерживаемым промежутком между опорными пластинами, а не зазором между отверстиями. Меньшее расстояние между опорами снижает амплитуду более эффективно, чем уменьшение зазоров. Рекомендуемый подход заключается в сохранении зазора при тепловом расширении и уменьшении расстояния между опорами, если вибрация вызывает беспокойство, а не в уменьшении зазора для ограничения движения за счет теплового заедания.
Вставки на рукавах для защиты от износа
Для применений с сильной вибрацией или абразивными частицами в ванне отверстия опорной пластины могут быть оснащены сменными вставками из ПТФЭ. Вставка обеспечивает такую же поверхность с низким-трением, что и цельная пластина из ПТФЭ, но ее можно заменить в случае износа, защищая трубку от прямого контакта с опорной конструкцией.
Вставка имеет посадку с натягом в опорной пластине и посадку с зазором на трубке. Замена во время планового технического обслуживания восстанавливает первоначальный зазор без замены всей опорной пластины или трубок теплообменника.
Краткое содержание
Оптимальный зазор отверстий опорной пластины для трубок теплообменника из ПТФЭ составляет 0,8–1,0 мм в диаметре для трубок с внешним диаметром 8–10 мм в опорных пластинах из ПТФЭ. Это обеспечивает достаточный зазор для беспрепятственного теплового расширения, одновременно ограничивая амплитуду вибрации до уровней, обеспечивающих приемлемые скорости фреттинг-изнашивания в течение всего срока службы оборудования.
Вибрационный износ контролируется более эффективно за счет уменьшения расстояния между опорами, а не за счет уменьшения зазоров ниже требуемого уровня теплового расширения. Для тяжелых условий эксплуатации сменные вставки из ПТФЭ защищают поверхность трубки от износа при прямом контакте.
Технические рекомендации по конструкции опорных пластин для конкретных применений теплообменников из ПТФЭ доступны после предоставления размеров труб, диапазона рабочих температур, типа и интенсивности перемешивания, а также ожидаемого срока службы оборудования.
