L-Imperattiv tal-Piż fl-Ajruspazju
Sistemi tal-ipproċessar kimiku tal-inġenji tal-ajru u tal-vetturi spazjali-trattament tal-wiċċ għall-protezzjoni mill-korrużjoni, soluzzjonijiet tat-tindif għall-komponenti tal-magni, fluwidi ta' kontroll termali-imponu restrizzjoni li ma tinstabx f'impjanti kimiċi bbażati fuq l-art-: kull kilogramma ta' massa tat-tagħmir inaqqas direttament il-kapaċità tat-tagħbija. Fuq inġenju tal-ajru kummerċjali, kilogramma ffrankata tissarraf għal madwar $500 f’iffrankar ta’ fjuwil matul il-ħajja tal-ajruplan. Fuq vettura spazjali, l-ispiża tat-tnedija għal kull kilogramma għal orbita baxxa tad-Dinja tvarja minn $2,500 sa $5,000.
L-iskambjaturi tas-sħana huma fost il-komponenti itqal fis-sistemi tal-ipproċessar kimiku aerospazjali. Il-massa tagħhom hija ddeterminata mid-densità tal-materjal, l-erja tal-wiċċ meħtieġa għad-dazju tas-sħana, u l-appoġġ strutturali meħtieġ. Liga tat-titanju-palladju (Ti-0.2Pd, Grad 7) hija l-għażla metallika standard għal skambjaturi tas-sħana aerospazjali reżistenti għall-korrużjoni. Tgħaqqad ir-reżistenza għall-korrużjoni tat-titanju mal-passività msaħħa mill-palladju.
PTFE joffri tnaqqis radikali fil-piż. Id-densità tal-materjal hija 2,200 kg/m³ kontra 4,510 kg/m³ għal titanju-palladju-inqas min-nofs. Flimkien mal-eliminazzjoni ta 'headers metalliċi tqal u strutturi ta' appoġġ, il-piż installat ta 'skambjatur tas-sħana PTFE huwa tipikament 15-25% tal-ekwivalenti tat-titanju-palladju.
It-Tqabbil tat-Tqassim tal-Piż
Skambjatur tas-sħana ta '30 kW għall-ipproċessar kimiku aerospazjali juri t-tqabbil tal-piż. L-unità tat-titanju-palladju hija disinn ta' qoxra kompatta-u-tubu b'1.0 m² ta' wiċċ ta' trasferiment tas-sħana. L-unità PTFE teħtieġ 3.5 m² ta 'wiċċ biex twassal l-istess dazju f'LMTD ekwivalenti, minħabba l-konduttività termali aktar baxxa.
Minkejja li teħtieġ 3.5 darbiet l-erja tal-wiċċ, l-unità PTFE tiżen b'mod sinifikanti inqas. It-tubi PTFE jiżnu 1.8 kg (3.5 m² × 0.8 mm ħajt × 2,200 kg/m³). L-headers PTFE u l-qafas ta 'appoġġ jżidu 3.5 kg. Piż niexef totali tal-PTFE: 5.3 kg.
It-tubi tat-titanju-palladju jiżnu 4.5 kg (1.0 m² × 1.0 mm ħajt × 4,510 kg/m³). Il-qoxra tat-titanju, il-folji tat-tubi, u l-qafas ta 'appoġġ iżidu 22 kg. Piż xott totali tat-titanju-palladju: 26.5 kg.
| Parametru tal-piż | Titanju-Palladju (Grad 7) | PTFE |
|---|---|---|
| Erja tal-wiċċ għal dazju ta' 30 kW (m²) | 1.0 | 3.5 |
| Densità tal-materjal tat-tubu (kg/m³) | 4,510 | 2,200 |
| Ħxuna tal-ħajt tat-tubu (mm) | 1.0 | 1.0 |
| Massa tat-tubu (kg) | 4.5 | 1.8 |
| Intestaturi/massa tal-qoxra (kg) | 15 | 2.0 |
| Massa tal-qafas ta' appoġġ (kg) | 7 | 1.5 |
| Piż xott totali (kg) | 26.5 | 5.3 |
| Proporzjon tal-piż-għal-duty (kg/kW) | 0.88 | 0.18 |
| Piż installat (inklużi konnessjonijiet tal-pajpijiet, kg) | 32 | 8 |
| Penaltà tat-tagħbija bi prezz tal-varar ta '$ 3,000/kg | $96,000 | $24,000 |
Il-Kaskata tal-Piż Strutturali u tal-Installazzjoni
Il-vantaġġ tal-piż tal-PTFE jestendi lil hinn mill-iskambjatur tas-sħana innifsu. L-unità tat-titanju-palladju, li tiżen 26.5 kg niexfa, teħtieġ punti ta 'twaħħil strutturali stmati għall-piż statiku flimkien ma' tagħbijiet dinamiċi mill-vibrazzjoni u l-manuvrar. L-istruttura tal-inġenju tal-ajru jew tal-vettura spazjali għandha tiġi rinfurzata lokalment biex isostnu din il-massa kkonċentrata. It-tisħiħ strutturali jżid massa li tiskadi permezz tad-disinn tal-vettura.
L-unità PTFE ta '5.3 kg tista' tkun sostnuta mill-istruttura tat-tank innifisha jew minn bracketry minimu. It-tagħbija ħafifa mqassma ma teħtieġx tisħiħ strutturali lokali. Il-piż tal-installazzjoni-li jinkludi konnessjonijiet tal-pajpijiet, insulazzjoni, u twaħħil strutturali-huwa madwar wieħed-kwart tal-piż tal-installazzjoni tat-titanju-palladju.
Il-penali tat-tagħbija totali għall-installazzjoni PTFE hija ta' madwar $24,000 bi spejjeż ta' tnedija kummerċjali, meta mqabbla ma' $96,000 għas-sistema tat-titanju-palladju. L-iffrankar tal-kapaċità tat-tagħbija ta '$72,000 għal kull skambjatur tas-sħana huwa fattur sinifikanti fid-disinn tas-sistema aerospazjali.
Is-Sinerġija tal-Korrużjoni u l-Manutenzjoni
Il-vantaġġ tal-piż tal-PTFE huwa kkumplimentat mill-immunità tal-korrużjoni tiegħu. It-titanju-palladju, filwaqt li huwa reżistenti ħafna, mhuwiex immuni għall-kimiċi aerospazjali kollha. Ċerti fluwidi idrawliċi fluworinati, soluzzjonijiet ta 'tindif aċidużi, u solventi mħallta jistgħu jattakkaw il-film passiv. Kull avveniment ta 'korrużjoni li jeħtieġ sostituzzjoni tal-iskambjatur tas-sħana jeħel mhux biss l-ispiża tat-tagħmir iżda wkoll il-penali tat-tagħbija tat-tnedija ta' sostituzzjoni.
L-inertezza kimika universali tal-PTFE telimina s-sostituzzjoni mmexxija mill-korrużjoni-. L-iskambjatur tas-sħana installat waqt l-ikkummissjonar tal-vettura jibqa' fis-servizz għall-ħajja tal-vettura. Il-penali tat-tagħbija għall-iskambjaturi tas-sħana żejda-maħżuna fuq il-vettura jew imnedija bħala sostituti-hija eliminata.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE joffru proporzjon ta' piż-għa-madwar 4.9 darbiet aktar favorevoli minn liga tat-titanju-palladju għall-ipproċessar kimiku aerospazjali-0.18 kg/kW kontra 0.88 kg/kW piż installat. It-tnaqqis tal-piż jinkiseb minkejja l-konduttività termali aktar baxxa tal-PTFE li teħtieġ aktar erja tal-wiċċ, minħabba li d-densità baxxa tal-fluworopolimeru u l-eliminazzjoni ta 'strutturi metalliċi tqal aktar milli jikkumpensaw. Il-kapaċità tat-tagħbija ffrankata-madwar $72,000 għal kull skambjatur tas-sħana bi spejjeż ta' tnedija kummerċjali - hija fattur konvinċenti fid-disinn tas-sistema aerospazjali.
L-appoġġ tal-inġinerija għal disinn ħafif tal-iskambjatur tas-sħana PTFE f'applikazzjonijiet aerospazjali huwa disponibbli fuq is-sottomissjoni tad-dazju tas-sħana, it-temperatura operattiva u l-pressjoni, il-kimika tal-fluwidu tal-proċess, u r-restrizzjonijiet tal-baġit tal-massa.
