Il-Problema tal-Pulsazzjoni
Pompi ta 'spostament pożittiv jiġġeneraw pulsazzjonijiet tal-fluss fil-frekwenza tal-impeller jew tal-pistun. Dawn il-pulsazzjonijiet jivvjaġġaw permezz tas-sistema tal-pajpijiet bħala mewġ tal-pressjoni, u jolqtu l-uċuħ tal-iskambjatur tas-sħana b'forza ċiklika. Kull polz huwa żgħir-tipikament 0.1-0.5 bar amplitudni-iżda fuq sena ta 'tħaddim kontinwu, l-iskambjatur tas-sħana jesperjenza miljuni ta' ċikli ta 'tagħbija.
Il-grafita riġida li ma jgħaddix ilma minnha timmaniġġja sew tagħbijiet stabbli. Is-saħħa kompressiva tagħha taqbeż l-200 MPa. Il-konduttività termali tagħha hija eċċellenti. Iżda r-rispons tiegħu għat-tagħbija ċiklika tal-flessjoni huwa fundamentalment differenti minn PTFE's. Il-grafita hija kompost taċ-ċeramika fraġli. PTFE huwa termoplastiku duttili. L-imgieba tal-għeja tagħhom isegwu liġijiet fiżiċi kompletament differenti.
Il-Mekkaniżmu tal-Għeja tal-Graphite
Il-grafita li ma jgħaddix ilma minnha hija mmanifatturata billi timxi grafita poruża b'reżina fenolika jew furan. Il-kompost li jirriżulta għandu r-reżistenza kimika tal-grafita u l-impermeabilità tar-reżina. L-imġieba mekkanika tagħha, madankollu, tibqa 'fil-karattru taċ-ċeramika.
Il-grafita tonqos fit-tensjoni permezz ta 'ksur fraġli. Taħt tagħbija ċiklika, il-mikro-xquq jibdew f'punti ta' konċentrazzjoni tal-istress-tubu-għal-ġonot tal-folji tat-tubi, postijiet ta' appoġġ, u interfaces interni tar-reżina-grafita. Ladarba jinbdew, ix-xquq jinfirxu b'mod inkrementali ma 'kull ċiklu ta' tagħbija. M'hemm l-ebda deformazzjoni tal-plastik biex tħaffef il-ponta tax-xquq, l-ebda mekkaniżmu ta 'assorbiment ta' enerġija biex il-propagazzjoni bil-mod. Il-qasma tikber sakemm is-sezzjoni trasversali li fadal-ma tkunx tista' tibqa' tappoġġja t-tagħbija, u sseħħ ksur f'daqqa.
Il-limitu tal-għeja tal-grafita huwa definit ħażin meta mqabbel mal-metalli. Il-kurva S-N-stress kontra ċikli għall-falliment-turi inklinazzjoni baxxa mingħajr limitu ta' reżistenza definit b'mod ċar. Anke f'amplitudnijiet baxxi ta 'stress ċikliku, il-grafita takkumula ħsara fuq miljuni ta' ċikli. Il-falliment huwa probabilistiku: żewġ komponenti identiċi taħt tagħbija identika jistgħu jfallu f'għadd ta' ċikli b'mod sinifikanti differenti.
Tabella 1: Tqabbil tar-Reazzjoni għall-Għeja u l-Vibrazzjoni Taħt il-Pulsazzjoni tal-Pompa
| Parametru tal-Għeja | Grafit Riġidu Impervja | PTFE |
|---|---|---|
| Karattru materjali | Kompost taċ-ċeramika fraġli | Termoplastiku duttili |
| Modulu tal-flessjoni (GPa) | 15-25 | 0.5-0.6 |
| Kapaċità tad-damping (tan δ) | 0.001-0.003 (baxx) | 0.1-0.2 (għoli) |
| Mekkaniżmu tal-bidu tal-qasma tal-għeja | Mikro-xquq f'difetti, interfaces | Xejn (jiddeforma mingħajr qsim bi tensjoni moderata) |
| Propagazzjoni ta 'xquq ta' għeja | Rapidu, fraġli | Mhux applikabbli (xquq ma jibdewx waqt tensjoni tas-servizz) |
| Limitu ta' reżistenza | Xejn definit b'mod ċar | 10⁷+ ċikli f'razez taħt it-2% |
| Rispons għall-pulsazzjoni tal-fluss | Jitrażmetti vibrazzjoni; jamplifika bir-reżonanza | Jassorbi l-vibrazzjoni; xarrab l-enerġija tal-pulsazzjoni |
| Modalità ta 'falliment taħt tagħbija ċiklika | Ksur fraġli f'daqqa | Crep progressiv (jekk mgħobbi żżejjed) |
| Spezzjoni għal ħsara mill-għeja | Diffiċli (mikro-intern jinqasam inviżibbli) | Sempliċi (deformazzjoni viżibbli qabel il-falliment) |
PTFE: Damping u Duttilità
PTFE jirrispondi għal tagħbija ċiklika permezz ta 'deformazzjoni viscoelastic. Il-ktajjen tal-polimer jassorbu l-enerġija mekkanika u jxerrduha bħala sħana permezz ta 'frizzjoni interna. Il-kapaċità ta 'damping-kwantifikata mit-tanġent tat-telf, tan δ-hija 0.1-0.2 għal PTFE, bejn wieħed u ieħor żewġ ordnijiet ta' kobor ogħla mill-grafita. Dan ifisser li PTFE jikkonverti 10-20% tal-enerġija mekkanika ta 'kull ċiklu ta' flexural fis-sħana, u jneħħiha miċ-ċiklu tal-istress.
Il-konsegwenza hija li t-tubi PTFE taħt il-pulsazzjoni tal-pompa ma jakkumulawx enerġija ta 'tensjoni elastika kif tagħmel il-grafita riġida. L-enerġija tal-pulsazzjoni hija assorbita u mxerrda. L-amplitudnijiet tal-istress fl-appoġġi u l-konnessjonijiet huma aktar baxxi minħabba li l-materjal inaqqas it-trasmissjoni tal-vibrazzjoni.
Fil-livelli ta' tensjoni tipiċi tal-fluss-vibrazzjoni indotta-ħafna inqas minn 1% għal tubi sostnuti sew-PTFE jopera f'reġim fejn il-bidu tal-qsim tal-għeja ma jseħħx. Il-materjal jista 'jsofri għexieren ta' miljuni ta 'ċikli mingħajr formazzjoni ta' xquq. Dan mhuwiex limitu għoli ta'-għeja taċ-ċiklu fis-sens metalliku; huwa reġim ta' tensjoni taħt il-limitu għall-akkumulazzjoni tal-ħsara.
Konsegwenzi Prattiċi għad-Disinn tal-Iskambjatur tas-Sħana
L-iskambjaturi tas-sħana tal-grafita fis-servizz tal-fluss pulsating jeħtieġu disinn konservattiv biex jimmaniġġjaw ir-riskju tal-għeja. L-ispazjar tal-appoġġ għandu jkun eqreb milli għal fluss kostanti. L-apparat li jillixxa l-fluss u d-dampeners tal-pulsazzjoni 'l fuq mill-iskambjatur iżidu l-ispiża tas-sistema u l-kumplessità. L-iskambjatur tas-sħana għandu jkun ta 'daqs eċċessiv biex jippermetti telf progressiv ta' integrità mekkanika matul il-ħajja tad-disinn.
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE jakkomodaw pulsazzjoni tal-pompa permezz ta 'damping tal-materjal u duttilità. L-ispazjar tal-appoġġ standard huwa ġeneralment adegwat. Dampeners tal-pulsazzjoni huma fakultattivi għal raġunijiet ta 'prestazzjoni, mhux obbligatorji għas-sopravivenza mekkanika. L-integrità mekkanika tal-qatta tat-tubi ma tiddegradax b'miljuni ta 'ċikli ta' pulsazzjoni.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE juru reżistenza superjuri għall-għeja tal-flessjoni meta mqabbla ma 'grafita riġida li ma jgħaddix ilma minnha taħt pulsazzjoni tal-pompa. Il-fluworopolimeru duttili jassorbi u jxerred l-enerġija mekkanika ċiklika permezz ta 'damping viskoelastiku, u jipprevjeni l-akkumulazzjoni ta' ħsara mill-għeja fil-livelli ta 'strain tas-servizz. Il-grafita, bħala kompost taċ-ċeramika fraġli, jittrasmetti l-vibrazzjoni u jakkumula ħsara mikro-xquq li eventwalment twassal għal ksur f'daqqa.
Il-vantaġġ tal-għeja tal-PTFE jissarraf f'disinn ta 'sistema aktar sempliċi, ħtieġa mnaqqsa għal tagħmir ta' mitigazzjoni tal-pulsazzjoni, u integrità mekkanika prevedibbli fit-tul-. Fejn pompi ta 'spostament pożittiv joħolqu pulsazzjonijiet ta' fluss inevitabbli, PTFE jipprovdi soluzzjoni ta 'skambjatur tas-sħana li tordna mekkanikament.
Analiżi tal-inġinerija għad-disinn tal-iskambjatur tas-sħana PTFE taħt kundizzjonijiet ta 'pulsazzjoni tal-pompa hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tat-tip u l-frekwenza tal-pompa, il-konfigurazzjoni tal-pajpijiet, il-proprjetajiet tal-fluwidu, u l-pressjoni u t-temperatura operattiva.
