Kako izbrati ustrezen spoj cevi-in-cevne plošče za PTFE izmenjevalnik z visokim toplotnim ciklom?

V toplotnem izmenjevalniku iz PTFE, ki nekajkrat na dan preide iz hladnega v vročega in nazaj, postane povezava med prožno polimerno cevjo in togo kovinsko cevno ploščo nenehno premikajoč se stik. PTFE cev praktično deluje kot bat v svoji izvrtini, ki se širi in krči z vsakim toplotnim ciklom. To neprekinjeno gibanje bo kmalu utrudilo preprosto lepilno vez. Spoj mora biti torej zgrajen kot dinamičen tesnilni sistem, ki sprejema diferencialno gibanje, ne pa tak, ki se mu upira.

Izbira visokotemperaturnega cikla PTFE med cevjo in cevno ploščo je ključnega pomena za dolgoročno zanesljivost izmenjevalnika, zlasti pri korozivnem delovanju, kjer je puščanje nesprejemljivo.

Obnašanje termičnega kroženja in diferencialne ekspanzije
Glavna konstrukcijska težava je neusklajenost toplotnih raztezkov.

Stopnje ekspanzije PTFE v primerjavi s kovino
PTFE ima koeficient toplotne razteznosti približno:

10-krat močnejši od ogljikovega jekla

To neskladje vodi do:

Aksialne drsne napetosti

Radialni strig na vmesniku spoja

Ponavljajoči se mikro{0}}gibi s cikli ogrevanja in hlajenja.

Pod temi cikličnimi obremenitvami se toge vezi sčasoma zlomijo ali ločijo.

Vpliv dnevnega toplotnega cikla
V sistemih s hitrimi temperaturnimi spremembami:

Ponavljajoče nalaganje in razkladanje vmesnikov tesnil

Trde površine lahko povzročijo mikro{0}}razpoke

Sčasoma se lahko pojavijo poti uhajanja.

Stičišče ni trda ključavnica, ampak prožno tesnilo, ki diha.

Dizajn spoj valjan in razširjen
Mehansko valjan-in-razširjen spoj cevi-in-cevne plošče je najbolj zrela rešitev za stike-te-kovine-.

Navodila za namestitev
Tipično zaporedje sestavljanja je lahko:

Segrejte in zmehčajte konec PTFE cevi

Vstavite skozi izvrtino v cevni plošči

Mehansko valjanje stene zračnice

Razširitev luknje cevi - radialno

Oblikovanje razširjene ustnice nad grezilom.

Posledica tega je mehansko zaklenjena geometrija namesto kemično vezan vmesnik.

Vloga bleščave geometrije
Izbruh:

Razporedi breme na širše področje

Zmanjša lokalno koncentracijo deformacij

Mehansko zadrževanje proti vlečnim silam

Ta oblika je zelo pomembna pri ciklični toplotni uporabi.

Uporaba prožnega PTFE tesnila
Velika izboljšava za storitve z visokim ciklom je dodatek skladnega tesnilnega elementa.

Namen tesnila
Mehka tesnilna podložka iz PTFE pod nastavkom služi kot:

Pomladni član

Pufer proti stresu

Micro Motion Compensator

Ko pride do toplotnega raztezanja:

Cev se nekoliko premika v razširjenem sedežu

Tesnilo se stisne in sprosti

Trajna sila zapiranja

To preprečuje preobremenitev spoja med konicami raztezanja.

Ciklična stabilnost tesnjenja
Tesnilni sistem ohranja svojo celovitost tako, da:

Dovoljeno nadzorovano mikro{0}}drsenje

Izogibanje neposrednemu strigu kovine na polimer

Ohranjajte konstanten kontaktni tlak

Posledica te zasnove je znatno povečanje življenjske dobe ob utrujenosti v primerjavi s togimi pristopi tesnjenja.

Alternative skupnim tehnologijam
Na splošno se uporablja valjani-in-razširjeni spoj, vendar obstaja več vrst, odvisno od materialov in pogojev uporabe.

PFA spojna homogena fuzija
Za cevne sisteme PFA:

vendar se lahko uporabi-čelno talilno varjenje na cevno ploščo PFA

Nastane popolnoma homogen polimerni spoj

Prednosti so:

Brez povezanih materialnih vmesnikov.

zmanjšana koncentracija mehanske obremenitve

Odlična kemična kontinuiteta

Vendar se ta tehnika redkeje uporablja za predelavo PTFE, ker je ni mogoče obdelati s-taljenjem-.

PTFE v kovino v primerjavi s sistemi PTFE v PTFE
Za sisteme PTFE, ki se uporabljajo pri termičnih ciklih:

Mehanski končni spoji so še vedno najboljša rešitev

Lepilna vezava pogosto ni primerna za pogoje ciklične utrujenosti

Običajna,-na terenu preizkušena zasnova je mehansko pritrjena, zatesnjena.

Težave z zasnovo za visoko-kolesarske storitve
Skupna zmogljivost je odvisna od različnih inženirskih parametrov.

Proizvodna toleranca
Da zagotovite zanesljivo tesnjenje:

Strog nadzor nad dimenzijami lukenj v cevni plošči

Konstantna geometrija vžiga

Enakomerno stiskanje tesnila

Spremembe lahko povzročijo neenakomerno porazdelitev obremenitev med sklepi.

Pregled in zagon
Namestitev:

Običajno se izvede hidrostatični preskus

Nadaljnji preskusi se lahko izvedejo po prvih ciklih segrevanja

Hidrotest po ciklu lahko razkrije:

Umirjanje vpliva

Sprostitev tesnila

Spoje je treba ponovno-zategniti ali predelati

Načini odpovedi slabo zasnovanih sklepov
Če so sklepi slabo izbrani, lahko pride do številnih mehanizmov odpovedi.

Pogoste težave
Razpoke zaradi pretiranega pritiska

Ekstrudiranje tesnila pri termičnem cikliranju.

Izguba puščanja tesnilne sile

Razdelitev lepilno lepljenih sistemov

Te okvare so običajno posledica nenadzorovane diferencialne ekspanzije.

Inženirske prednosti zasnove tesnila z razširitvijo-
Pri cikličnem servisu ponuja zvita-in-razširjena tehnika številne prednosti:

Mehanska skladnost pri toplotnem gibanju

Porazdeljena tesnilna obremenitev

Odpornost na razpoke zaradi utrujenosti

Možnost popravila na terenu

Dokazano delovanje v korozivnih okoljih

Zaradi tega je še posebej primeren za aplikacije izmenjevalnikov PTFE, kjer je zanesljivost boljša od enostavne izdelave.

Zaključek:
V toplotno cikličnih PTFE izmenjevalcih je vmesnik med cevmi-in-cevnimi ploščami najbolj kritična komponenta celotnega sistema, ki omejuje življenjsko dobo. Ogromna razlika v toplotnem raztezanju med PTFE in kovinskimi strukturami zahteva obliko spoja, ki dovoljuje gibanje, namesto da ga omejuje.

Mehansko valjani in razširjeni spoj z močnim PTFE tesnilom je preizkušena možnost za uporabo pri težkih temperaturnih ciklih. Ta zasnova zagotavlja regulirano mikro{1}}gibanje, konstantno tesnilno silo in bistveno boljšo odpornost proti utrujenosti v primerjavi s pristopom trdega lepila ali lepljenja.

Posledica tega je dolgoročna storitev brez-puščanja z uporabo spoja, ki omogoča toplotno raztezanje, namesto da bi se z njim boril. Najboljši tesnilni sistemi niso fiksne omejitve, temveč zasnovani vmesniki, ki se premikajo z materiali, na katere so povezani.