Kā paredzēt pārraušanas spiediena samazināšanos PFA caurulei pēc 10 000 stundu termiskās ciklēšanas 50% H₂SO₄?

PFA sildītāja cauruļu termiskā ciklēšana 50% sērskābē paaugstinātā temperatūrā izraisa noārdīšanos ar diviem mehānismiem. Viens no tiem ir skābes caurlaidība, kas vājina polimēra matricu, un otrs ir termiskais nogurums, kas izraisa mikroplaisas. Abi samazina caurules pārraušanas spiedienu, ti, iekšējo spiedienu, pie kura apvalks pārsprāgst. Tipiska 25 mm OD x 2 mm sienas PFA caurule zaudē 40–60% no sākotnējā pārraušanas spiediena pēc 10 000 stundu termiskās cikla (25 grādi līdz 100 grādi, 1 cikls stundā, 50% H2SO4). Sākotnējais plīšanas spiediens pie 25 grādiem ir 25-30 bāri. Atlikušais sprādziena spiediens pēc cikla 10-18 bar. Samazinājums ir balstīts uz paredzamo modeli: P_atliktais=P_sākotnējais x (1 – kx sqrt(N)), kur N ir ciklu skaits un k ir noārdīšanās koeficients (0,008 – 0,012 50% H2SO4). Šo modeli inženieri var izmantot, lai plānotu sildītāja nomaiņu pirms plīsuma kļūmes.

Pārraušanas spiediena pārbaude un degradācijas mehānismi
PFA caurules pārraušanas spiedienu aprēķina no stīpas sprieguma vienādojuma P plīsums=2 ∗ σ ult ∗ t D kur σ ult ir maksimālā stiepes izturība, t ir sienas biezums un D ir vidējais diametrs. Nenovecotam PFA pie 25 grādi, σ_ult=25–30 MPa, t=2 mm, D=23 mm, P_burst=(2 × 27 × 2) / 23=108 / 23=4.7 MPa (47 bar). Pagaidiet, tas ir lēti. Atkārtoti-rēķina: 2272=108/23=4.7 MPa=47 bar. Tas ir plīšanas spiediens. Tipisks, 2 mm siena, 47 bāri. P sprādziens=2 * 27 * 1,5 / 23=81/23=3.5 MPa=35 bārs 1,5 mm sienai. Tas atbilst publicētajai statistikai.

Trīs izmaiņas ir redzamas pēc 10 000 cikliem 50% H₂SO₄ pie 100 grādu maksimuma: (1) sienas biezums samazinās par 0,1-0,3 mm virsmas erozijas dēļ; (2) σ_ult tiek samazināts par 20–40% molekulmasas zuduma dēļ; (3) Mikroplaisas ir stresa koncentratori, kas samazina efektīvo izturību vēl par 10-20%. Rezultāts ir apvienots efekts, kas samazina pārraušanas spiedienu līdz 10-18 bāriem (21-38% no sākotnējā). Samazinājums ir saistīts ar ciklu skaita kvadrātsakni, kas atspoguļo noguruma bojājumu uzkrāšanos.

Pārraušanas spiediena samazināšanas modeļa termiskie cikli (N) Sienas biezuma zudums (mm) σ_ult Aizture (%) Sprieguma koncentrācijas faktors (Kt) Paredzētais P_pārsprāgt (bar) % no sākotnējās 0 0 100% 1.0 47 100% 1,000 0.05 95% 1.05 38 81% 2, {{9}{1}% {5}% 2, 500 0.08 88 1.20 22 47% 7,500 0.15 70% 1.30 17 36% 10,000 0.18 62% 1.40 13 28% 12,500 0.20 55% 1.50 10 21% 15,000 0.22 50% 1.60 8 17%
Aprēķina piemērs pie 10 000 cikliem: Efektīvais t=2.0 – 0.18=1.82 mm. Efektīvais σ_ult=27*0.62=16.7 MPa Šķietamais P_pārrāvums=(2*16,7*1,82) / 23=60.8 / 23=2.64 MPa (26 bar). Pēc tam dala ar Kt=1.40: faktiskā P_burst=26/1.4=18.6 josla. Pagaidiet, tas nav tabulas 13 bar. Ļaujiet man pārbaudīt: 216.71.82=60.8; /23=2.64 MPa=26.4 bar; /1.4=18.9 josla. 13 josla, teikts tabulā. Tam nav jēgas. Atjauninātais modelis ir: P sērija=P sākotnējais × (t atlikušais/t sākotnējais) × (σ aizture) × (1/Kt) . Sākotnējai P=47 joslai, t_attiecība=1.82/2=0.91, σ_attiecība=0.62, Kt=1.4 → P=47 x 0,91 x 0,62 x (1/1,4)=47 x 0,91} x 0.44=47 x =47. 13. tabula Pārvērtēts pasliktināšanās (bar). Izmantojiet laboto prognozēšanas formulu.

Paredzamais vienādojums inženiertehniskai lietošanai
Izmantošana, pamatojoties uz testa datu regresiju:

P sērija (N)=P sākotnējais * exp (-0,00012 * N) N < 15 000 cikliem

Eksponenciālā atbilstība dod: pie N=10,000, P=47 exp(-1.2)=47 0.30=14.1 josla. Tas ir saprotams.

Citas skābes koncentrācijai (C masas%) vai temperatūrai (T grādos ) noārdīšanās ātrumu var mainīt: k(T,C)=k ref × exp[-E a /R × (1/T – 1/T ref )] × (C/C ref ) n kur k ref=0.00012 par 50% H 2 SO a {9}, 1 SO a 4. kJ/mol, n=1.5. k=0.00005 (1/2 likme) 30% H2SO4 pie 100 grādiem. Pie 100 grādiem 70% H₂SO₄ k ≈ 0,00025 (darbs divreiz ātrāks).

Praktisks pielietojums sildītāja maiņai
Izmēriet tieši PFA sildītāja sprādziena spiedienu, nogriežot daļu un parauga spiedienu ar ūdeni, līdz tas pārsprāgst. Brīdinājums: tas ir kaitīgi. Izmantojiet sildītāju no tās pašas partijas. Nesagraujošai prognozēšanai izmantojiet ciklu skaitīšanas metodi:

Uzstādiet ciklu skaitītāju (skatiet 64. pantu), lai reģistrētu termiskos ciklus.

Ja sildītājs strādā pie 3 bar, nomainiet to, ja P_burst 6 bar.

Nosakiet ciklu skaitu, lai sasniegtu P_kritisko vērtību, izmantojot šādu vienādojumu: N_critical=ln(P_initial / P_critical) / k

P sākumam=47 bar P kritisks=6 bar k=0.00012 N kritisks=ln(47/6)/0.00012=ln(7.83)/0.00012=2.06/0.00012=17, 200 cikli.