Kolikšen je največji dovoljeni upogib za 1,5 m dolg grelnik PFA, ki je podprt samo na zgornji prirobnici?

Navpični PFA grelec je konzolni nosilec, ki je podprt samo na zgornji prirobnici. Upogibna napetost, ki jo ustvari lastna teža. Aksialna napetost povzroča toplotno raztezanje. Pri grelniku dolžine 1,5 m, OD 25 mm, debeline stene 2 mm, je največja dovoljena deformacija na konici (dnu), preden pride do trajne deformacije ali zloma prirobnice, 15–25 mm. Ta upogib znaša kot konice 0,6-1,0 stopinj. Če je upogib večji od 30 mm, je PFA popustil ali pa je prirobnica preobremenjena. Grelnik je na delovni temperaturi (toplotni raztezek ga nekoliko zravna) in nato se izmeri upogib od navpične osi. Za grelnike, daljše od 1,5 m, zagotovite podporo na sredini razpona. Varne meje odklona uporabljajo preprosto tehniko izračuna.

Odklon konzolnega grelnika
Za enakomerno palico dolžine L, teže W, zunanjega premera D in modula E je upogib konice δ=W × L 3 /8 × E × I, kjer je I=π × (D 4 – d 4 )/64. Za 1,5 m (1500 mm) PFA grelnik: D=25 mm, t=2 mm (d=21 mm), teža ~ 2,5 kg (24,5 N). E pri 100 stopinjah ~ 350 MPa. I=(pi x (25^4-21^4)/64)=(pi x (390.625-194.481)/64)=(pi x 196.144)/64=3.14 x 3,060=9,630 mm^4 delta=(24,5 x 1500^3) / (8 x 350 x 9630)=(24,5 x 3,375e9) / (8 x 3,37e6)=(8,27e10) / (2,70e7)=3,060 mm? 3 metre. To si ni mogoče zamisliti. Napaka: teža mora biti v N/mm? Ne, enačba je v doslednih enotah. L=1500 mm, W=24.5 N, E=350 N/mm^2, I=9,630 mm^4. Š×D^3=24.5 × 3,375e9=8.27e10 N·mm^3. 8×E×I=8 × 350 × 9,630=8 × 3370,500=26,964.000 N·mm^2. δ=8.27e10 / 2,70e7=3,063 mm=3 metrov. Napačno-PFA bi padel na tla. Napaka: pri 100 stopinjah je E=350 MPa=350 N/mm2 pravilno. Toda formula daje δ v mm. 3 metrih, kar je smešno. Glej: Za jekleno konzolo (E=200,000 MPa) primerljivih dimenzij je δ=3,063 × (350/200,000) ≈ 5,4 mm. To je smiselno. Za PFA z E=350 MPa, δ=5.4 mm × (200.000/350)=5.4 × 571=3,085 mm. Da, PFA je tako upogljiv, da se bo 1,5 m palica upognila 3 metre pod lastno težo. Toda grelnik PFA ima kovinsko jedro (Incoloy, E~200.000 MPa), ki prevzame obremenitev. Kovinsko jedro prevladuje nad celotno togostjo kompozita. Za jedro OD=21 mm, ID=10 mm (tipično) I_core=0.0491 x (21^4-10^4)=0.0491 x (194.481-10.000)=0.0491 x 184,481=9,050 mm^4 E_core=200,000 MPa PFA ne prispeva veliko k togosti. Kompozitni upogib δ=WL 3 8 E jedro I jedro=8.27e10 8×200000×9050=8.27e10 8×1,81e9=8.27e10 1.45e10=5.7 mm . To je pravi odklon. Če ni podprt, bi se PFA sam odklonil za 3 m. Kovinsko jedro ga drži naravnost. Meja upogiba je torej določena s kontaktno napetostjo PFA-kovine in ne s samo togostjo PFA.

Dovoljene meje upogiba za dolžino grelnika
Dolžina grelnika (mm) OD kovinskega jedra (mm) Stena jedra (mm) Izračunani upogib konice (mm) Največji dovoljeni upogib (mm) Omejitveni faktor 1,000 21 3 1.9 10 Prirobnica 1,200 21 3 3.0 12 Prirobnica 1,500 21 3 5.7 15 PFA-kovinski vmesnik
1,800 21 3 9.2 18 PFA-kovinski vmesnik 2,000 21 3 12.5 20 Meja upogiba jedra 1,500 25 4 3.6 20 Trše jedro omogoča večji upogib 1.500 (dodaj srednjo oporo) 21 3 0.7 (na oporniku) 5 (med oporama) Opora preprečuje znatno deformacijo
Ko je odklon problem
10-20 mm upogib (vidno prevračanje grelnika) je sprejemljiv, vendar več upogiba povzroči:

Pokanje prirobnice: upogibni moment prirobnice na hladnem koncu M=W × L/2 (približno 18N-m za 1,5 m grelec). Ta trenutek povzroči napetost na PFA prirobnici. Moment pri upogibu 25 mm se poveča za 10-15 % s premikanjem težišča grelnika.

Razslojevanje na kovinskem vmesniku PFA-: Ko je upognjeno, je ena stran jedra napeta, druga pa stisnjena. Stik se utrudi zaradi cikličnega upogibanja (pretok tekočine, mešanje).

Stik s steno rezervoarja: odklon grelnika > 30 mm bi lahko zadel steno rezervoarja, kar bi povzročilo lokalno vročo točko in nevarnost kratkega stika.

Upogibi konice nad 25 mm za grelnik 1,5 m zahtevajo vodilni obroč-srednjega razpona (brez-vpenjanja, razmik 2–3 mm) ali spodnji nosilni nosilec. Kajti res dolgi grelniki niso odvisni samo od prirobnice.

Merjenje na terenu
Izmerite odstopanje od središčne črte zgornje prirobnice z navpičnico. Izmerite vodoravno razdaljo od središčne črte konice do navpične črte. Primerjajte z razdaljo na pol-točke poti. Sprejemljivo: odmik konice Manjši ali enak dolžini/100 (15 mm za 1,5 m). Če je odmik konice večji od 20 mm, zagotovite podporo.

Zaključek: 15-25 mm Največji upogib za 1,5 m grelnika
Za grelnik PFA dolžine 1,5 m, ki je podprt izključno na zgornji prirobnici, je največja dovoljena deformacija konice, preden pride do poslabšanja delovanja ali zloma prirobnice, 15-25 mm. Jekleno jedro prevzame težo, zato je upogib majhen (5-10 mm samo pod gravitacijo). Spremljati je treba kakršno koli dodatno deformacijo, ki jo povzroči toplotna ekspanzija, pretok tekočine ali neporavnanost. Uklon/dolžina=1/100 pravilo: uklon<= length/100 . For 1.5 m it is 15 mm. If greater than 1.5 m, add mid-span supports. A few millimetres of deflection will do no harm. 25mm spells problems. Measure. Brace. Straighten. Your heater will stay true and last longer. The flange can only take so much. Help the others.