Kā PTFE termiskās izplešanās koeficients ietekmē sildītāja montāžu un atbalsta dizainu?

Kad PTFE iegremdējamais sildītājs uzsilst no apkārtējās vides līdz darba temperatūrai, tā garums ievērojami palielinās. Ja sildītājs ir stingri turēts abos galos, šī izplešanās rada lielu iekšējo stresu. Šī kustība ir jāņem vērā, pareizi uzstādot sildītāju, un tā ir būtiska iezīme, ko rūpnieciskajās sistēmās bieži ignorē.

PTFE termiskās izplešanās koeficients
Termiskās izplešanās koeficients (CTE) mēra, cik daudz materiāls izplešas vai saruks par katru temperatūras izmaiņu pakāpi. PTFE ir salīdzinoši augsts CTE{1}}aptuveni 120 × 10⁻⁶ uz grādu pēc Celsija (120 ppm uz grādu). Salīdzinājumam, nerūsējošā tērauda (304 un 316) CTE ir aptuveni 17*10^-6/C. Tādējādi PTFE palielināsies apmēram 7 reizes vairāk nekā tērauds, lai palielinātu temperatūru.

Praktiskais rezultāts ir brīnišķīgs. 1 metru garš PTFE sildītājs, kas uzkarsēts no istabas temperatūras 20 grādiem līdz tipiskai darba temperatūrai 100 grādiem, izplešas par aptuveni:

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

Stingri piestiprinātai detaļai ļoti būtiskas ir izmaiņas par aptuveni 10 mm uz vienu metru. Lielākiem sildītājiem, kuru garums ir 3 vai 4 metri, kopējais izplešanās var būt pat 30–40 mm.

Materiāla termiskās izplešanās koeficients (×10-6/grāds) pie 20-100 grādiem Izplešanās uz vienu metru uz 80 grādiem Palielināt PTFE 120–130 ≈9,6–10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Nerūsējošais tērauds (304/316) 16–18 ≈1,3–1,4 mm
Titāns (2. klase) 8–9 ≈0,6–0,7 mm
PFA ir vēl viens fluorpolimērs, kam ir līdzīgi augsts izplešanās koeficients. Dažos specializētos metāla sildītājos tiek izmantots titāns, kas izplešas pat mazāk nekā nerūsējošais tērauds. Atšķirība starp PTFE un jebkuru metāla apvalka materiālu vai iekšējo metāla serdi ir satriecoša.

Montāžas problēma, ko izraisa liela PTFE izplešanās
Parasti PTFE iegremdējamais sildītājs ietver iekšējo metāla pretestības stiepli vai serdi. Metāla serdeņa izplešanās ātrums ir aptuveni viena -septītā daļa no apkārtējā PTFE apvalka ātruma. Kad sildītājs tiek uzkarsēts, PTFE vēlas izplesties ievērojami vairāk nekā metāla serdeņa iekšpusē. Šī diferenciālā izplešanās rada iekšējus bīdes spriedzi saskarnē starp PTFE un metālu.

Ja sildītājs ir arī ārēji norobežots (ar cietām skavām, kronšteiniem vai atlokiem abos galos), PTFE apvalks nevar brīvi izplesties aksiālā virzienā. Šādi radītais mehāniskais spriegums izraisa vairākus atteices režīmus:

Izliekšanās vai izliekšanās - PTFE apvalks ir mīkstāks par metālu, un tāpēc tam ir tendence izlocīties uz āru vidū, veidojot izliektu vai viļņainu formu, kas var skart tvertnes sienas vai citus sildītājus.

Plaisāšana spriedzes koncentrācijas vietās - Stingras skavas vai asas atbalsta malas ir sprieguma pacēlāji. PTFE izplešas un iedarbojas pret šiem fiksētajiem plankumiem, kas var izraisīt plaisu veidošanos un izplatīšanos visā apvalkā.

Izvilkšana-no iekšējās metāla serdes - PTFE un metāla serdes diferenciālā izplešanās, kā arī ārējie ierobežojumi var izraisīt PTFE atraušanos no metāla galiem vai slīdēšanu prom no serdes, pakļaujot pretestības vadu korozīviem procesa šķidrumiem.

Izplatīta kļūda rūpnieciskajās iekārtās ir PTFE sildītāju apstrādāt kā metāla sildītāju, ti, nostiprinot to ar vairākiem cietiem balstiem visā garumā vai nospiežot gan augšējos, gan apakšējos galos. Šāda veida taktika ir gandrīz garantēta, ka agri neizdosies.

Praktiski norādījumi PTFE termiskās izplešanās sildītāju uzstādīšanai
PTFE termiskās izplešanās sildītāju uzstādīšanas pamatnosacījums ir ļaut sildītājam brīvi izplesties un sarauties garumā, bet joprojām palikt paredzētajā vietā tvertnē vai traukā. Ieteicamās metodes ietver:

Uzstādiet tikai vienā galā.
Sildītājs ir stingri jāuzstāda tikai vienā vietā – bieži vien spaiļu galā (aukstajā galā, kur tiek veikti elektriskie savienojumi). No otras puses, apsildāmajam garumam jābūt pilnīgi brīvam slīdēšanai vai kustībai. PTFE caurules garumā nedrīkst uzstādīt papildu skavas, kronšteinus vai vadotnes.

Nodrošiniet aksiālu kustību virs--sānu iekavās
Ja tiek izmantots virs--sānu stiprinājuma kronšteins, kronšteins nedrīkst stingri nofiksēt PTFE apvalku. Tā vietā ir jāizveido brīvi-pieguļoša vadotne vai rievojums, kas notur sildītāja vertikāli, bet ļauj PTFE aksiāli pārvietoties pa kronšteinu, mainoties temperatūrai. Varat sākt ar aptuveni 2-3 mm atstarpi starp apvalku un kronšteina atveri.

Izvairieties no pārāk stingrām L un U konfigurācijām
Dažkārt noteiktiem tvertņu dizainiem izmanto L-formas sildītājus (ar horizontālu un vertikālu kāju). Ja abas kājas, horizontālās un vertikālās, ir droši nostiprinātas savos galos, vienas kājas izplešanās darbojas pret otru, un stūris tiek pakļauts ievērojamai liecei. Faktiski L-formas PTFE sildītājam jābūt konstruētam ar vienu kāju, kas var brīvi kustēties, vai stūrim ir jābūt elastīgai pārejai (piemēram, lielāka rādiusa izliekumam), lai absorbētu diferenciālo izplešanos.

Brīva vieta paplašināšanai
1-metra sildītājam, kas izplešas par 10 mm, tā brīvajā galā ir nepieciešams vismaz 10 mm brīvas vietas. Sildītājam, kas ir pakārts vertikāli, tas nozīmē, ka sildītāja apakšdaļa nedrīkst pieskarties tvertnes apakšai vai jebkam, kas atrodas tvertnes iekšpusē. Ieteicams izmantot 20-30 mm atstarpi, lai kompensētu ražošanas pielaides un iespējamos pārkaršanas novirzes.

Izmantojiet elastīgus vadus, nevis stingras caurules, kas pievienotas apvalkam
Vadiem no elektrības padeves spailes gala ir jābūt pietiekami elastīgam, lai nodrošinātu pieticīgu spaiļu komplekta kustību, sildītājam izplešoties un saraujoties. Cietā metāla caurule, kas savienota tieši ar spailes korpusu, var pārnest kustības spēkus uz savienojuma punktu, kas var kaitēt spailēm.

Kas notiek, ja paplašināšana ir ierobežota?
Lauka pieredze liecina, ka ierobežota termiskā izplešanās ir viens no galvenajiem PTFE sildītāja atteices cēloņiem pēc elektriskās pārslodzes. Biežas neveiksmes pazīmes ir:

Apvalka izliekšanās - Vizuāla pārbaude ar serpentīna vai viļņainu formu.

Gareniskās plaisas - Plaisas, kas ir paralēlas sildītāja asij, parasti sākas pie stiprinājuma skavām.

Termināla gala atdalīšana - PTFE apvalks noslīd prom no spaiļu savienojuma, atklājot pretestības vadu vai nodrošinot šķidruma iekļūšanas cauruli.

Iekšējās stieples pārrāvums - Izplešanās un saraušanās cikli, kad tie ir ierobežoti, nogurdina iekšējās pretestības vadu PTFE apvalka ieejas vietā.

Montāžas piederumi nedrīkst radiāli saspiest PTFE apvalku. PTFE pārmeklē pastāvīgu spiedes stresu. Šļūtenes skava vai caurules skava, kas ir piestiprināta ap PTFE, galu galā atslābinās, jo materiāls auksts-noplūst no skavas un nevienmērīgais spiediens var izraisīt lūzumu.

Secinājums: laba uzstādīšanas prakse ir tikpat svarīga kā sildītāja kvalitāte
PTFE termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni septiņas reizes lielāks nekā nerūsējošā tērauda. 1- m garš PTFE sildītājs izstiepsies par aptuveni 10 mm, kad tas tiek uzkarsēts no apkārtējās vides temperatūras līdz 100 grādiem. Ja šī izplešanās ir ierobežota, rodas mehāniskie spriegumi, kas izraisa PTFE apvalka izliekšanos, lūzumu vai izvilkšanu.

Pareizam PTFE termiskās izplešanās sildītāja stiprinājumam ir nepieciešams viens fiksēts punkts, parasti spailes galā, un pārējā sildītāja daļa var brīvi kustēties aksiāli. Jāatļauj slīdēšana pāri-{-sānu iekavām; L-formas izkārtojumiem nevajadzētu būt diviem ierobežojumiem; un brīvajā galā vajadzētu būt pietiekami daudz vietas. Šie projektēšanas paņēmieni nav izvēles uzlabojumi, taču tie ir ļoti svarīgi ilgam kalpošanas laikam. Svarīga ir sildītāja kvalitāte, kā arī labas uzstādīšanas procedūras. Ja termiskās izplešanās mehāniskās ietekmes tiek pareizi novērstas, PTFE iegremdējamie sildītāji bez kompromisiem nodrošina visas ķīmiskās pretestības un elektriskās izolācijas priekšrocības.