PTFE apvalka un cauruļu kondensators tiek izmantots, lai reģenerētu vērtīgu šķīdinātāju dziļā vakuumā, pazeminot tā viršanas temperatūru. Korpusa puse atrodas gandrīz ideālā vakuumā. Plānās, elastīgās PTFE caurules ne tikai nes dzesēšanas ūdeni; tie pretojas ārējās atmosfēras graujošajam spēkam, kas spiežas uz iekšu. Standarta plānsienu caurule, kas ir ideāli piemērota pozitīvam spiedienam, var pēkšņi sabrukt kā dzeramais salmiņš, bloķējot plūsmu un iznīcinot siltuma veiktspēju. Vakuuma pakalpojumam caurules sieniņu biezums nav izvēlēts spiediena ierobežošanai; tas ir izvēlēts, lai novērstu katastrofālu sabrukumu. Izvēloties pareizocaurules sieniņu biezums PTFE siltummaiņa vakuuma servissnepieciešama izpratne par izliekuma mehāniku, termiskiem kompromisiem un atbalsta stratēģijām.

Ārējā spiediena sabrukuma fizika

Kā vakuums sasmalcina cauruli

Kad siltummaiņa korpusa puse tiek evakuēta (piemēram, līdz 10 mbar absolūtajam vai zemākam), ārējais atmosfēras spiediens (apmēram 1 bārs vai 14,7 psi) vienmērīgi iedarbojas uz katras caurules ārpusi. Caurules iekšpusē var būt atmosfēras spiediens vai pat nedaudz augstāks. Šis ārējais spiediens rada spiedes stīpas spriegumu caurules sieniņā. Plānsienu, elastīga caurule, kas izgatavota no PTFE un kurai ir salīdzinoši zems elastības modulis (apmēram 0,5 GPa salīdzinājumā ar 200 GPa tēraudam), var sasprādzēties un sabrukt ovālā vai saplacinātā formā, ja spiediens ir daudz zemāks par materiāla tecēšanas spriegumu. Vakuums ir neredzama, milzu roka, kas saspiež cauruli, un sienas biezums ir vienīgais, kas neļauj to saspiest.

Cauruļu atbalsts: deflektora atstatuma loma

Neatbalstītais caurules garums starp deflektoriem vai caurules loksnēm spēcīgi ietekmē sabrukšanas pretestību. Caurule, kas tiek atbalstīta ar 200 mm intervālu, izturēs ārējo spiedienu daudz labāk nekā tā, kas tiek atbalstīta ar 500 mm intervālu. Augsta vakuuma apkalpošanai deflektoru atstatums bieži tiek samazināts līdz 100–150 mm. Ciešāki deflektori arī palielina korpusa sānu turbulenci un uzlabo siltuma pārnesi, daļēji kompensējot biezākas sienas termisko ietekmi. Tomēr ciešāki deflektori palielina spiediena kritumu korpusa pusē, un, lai saglabātu plūsmas laukumu, var būt nepieciešams lielāks korpusa diametrs.

Projektēšanā jāņem vērā arī vakuuma iespēja caurules pusē ar pozitīvu spiedienu korpusa pusē. Peldošās galviņas vai U veida caurules konstrukcijā var iztukšot abas puses, un caurules sienai ir jāiztur sabrukšana no jebkuras puses, kas atrodas vakuumā. Šādos gadījumos tiek norādīta biezāka siena, un siltummainis bieži tiek veidots kā "pilns vakuums" abās pusēs.

Praktiskās atlases vadlīnijas

Soli pa solim procedūra

Nosakiet vakuuma līmeni: izsaka absolūto spiedienu zemspiediena pusē (piemēram, 10 mbar, 50 mbar). Pilns vakuums (0 mbar absolūtais) ir sliktākais gadījums, un tam ir nepieciešams visizturīgākais dizains.

Izvēlieties caurules izmērus: Izvēlieties ārējo diametru (OD), kas līdzsvaro siltuma pārnesi, piesārņojumu un mehānisko izturību. Vakuuma apkalpošanai parasti OD ir 6 mm vai 8 mm; lielāki diametri (10 mm vai vairāk) kļūst nepraktiski.

Aprēķiniet nepieciešamo sienu biezumuizmantojot ražotāja sabrukšanas spiediena diagrammas vai FEA. 0,8 mm biezums ir konservatīvs sākumpunkts 6 mm OD istabas temperatūrā. Augstākām temperatūrām vai lielākai OD var būt nepieciešams 1,0–1,2 mm.

Dizaina deflektoru atstatums: iestatiet neatbalstīto laidumu uz Mazāks par vai vienāds ar 150 mm. Garām caurulēm (virs 2 m) tiek izmantoti papildu starpbalsti vai stieņi ar starplikām.

Pārbaudiet siltuma veiktspēju: Aprēķiniet U vērtību ar izvēlēto sienas biezumu. Ja U vērtība ir pārāk zema (piemēram, zem 200 W/m²·K), apsveriet iespēju palielināt caurules skaitu vai garumu vai pieņemt lielāku siltummaini.

Apstipriniet ar ražotāju: Pastāvīgiem PTFE apmaiņas piegādātājiem ir empīriski sabrukšanas dati par to cauruļu izmēriem. Tiek pieprasīta rakstiska garantija par darbību bez sabrukšanas noteiktos vakuuma un temperatūras apstākļos.

Specifikācijas piemērs

"PTFE caurules ārējais diametrs: 6 mm. Sienas biezums: 1,0 mm ±0,05 mm. Caurules materiāls: neapstrādāts PTFE. Maksimālais neatbalstītais laidums: 120 mm. Korpusa sānu projektētais spiediens: pilns vakuums (0 mbar absolūtais). Caurules sānu projektētais spiediens: 3 bar manometrs. Maksimālā darba temperatūra: 90 grādi. Maksimālā darba temperatūra: 1 m bārs ar apmainītāju. caurules ar atmosfēras spiedienu caurules pusē nav pieļaujamas.

Tehniskā precizitāte: sabrukšanas spiediena aprēķins

Caurules sabrukšana ārēja spiediena ietekmē ir izliekšanās parādība, nevis ražas samazināšanās. Standarta formulas plānsienu caurulēm (piemēram, Timošenko formula elastīgai izliekumam) sniedz pirmo tuvinājumu, bet PTFE nelineārajai sprieguma-deformācijas uzvedībai un šļūdei nepieciešama empīriska validācija. Lielākā daļa PTFE siltummaiņu ražotāju veic hidrostatisko ārējā spiediena testus paraugu mēģenēm. 6 mm OD caurulei ar 1,0 mm sieniņu biezumu 20 grādos izmērītais sabrukšanas spiediens parasti ir 1,2–1,5 bar, nodrošinot drošības koeficientu 1,2–1,5 pār pilnu vakuumu. Pie 90 grādiem sabrukšanas spiediens var samazināties līdz 0,8–1,0 bāriem, tāpēc ir nepieciešama lielāka drošības rezerve. Tādējādi paaugstinātas temperatūras vakuuma pakalpojumam tiek izmantotas biezākas sienas vai ciešāki balsti.

Secinājums: izturēt neredzamo spiedienu

Sienas biezuma izvēle vakuuma PTFE siltummaiņam ir cīņa pret atmosfēras graujošo spēku, ko uzvar biezāka, stingrāka un labi atbalstīta caurule. Minimālais sieniņu biezums 0,8–1,0 mm, apvienojumā ar cieši izvietotām deflektoriem (neatbalstīts laidums ir mazāks par vai vienāds ar 150 mm), nodrošina, ka caurules ir izturīgas pret sabrukšanu pilnā vakuumā. Lai gan biezāka siena samazina U vērtību, alternatīva -sabrukusi, bloķēta caurule- nav pieņemama. Visspēcīgākais spēks vakuuma sistēmā ir kluss, neredzams gaisa spiediens ārpusē, un pareizi noteikts caurules sieniņu biezums ir vienīgā aizsardzība pret to.