Kui PTFE sukelsoojendi soojeneb toatemperatuurist töötemperatuurini, suureneb selle pikkus märgatavalt. Kui kütteseade on mõlemast otsast jäigalt kinnitatud, tekitab see paisumine märkimisväärse sisemise pinge. Selle liikumise kohandamine on küttekeha õige paigaldamise põhiaspekt ja kriitiline tegur, mida tööstusrajatistes sageli eiratakse.
PTFE soojuspaisumise koefitsiendi mõistmine
Soojuspaisumise koefitsient (CTE) kvantifitseerib, kui palju materjal paisub või tõmbub kokku temperatuurimuutuse astme kohta. PTFE-l on ligikaudu suhteliselt kõrge{1}}CTE120 × 10⁻⁶ Celsiuse kraadi kohta (120 miljondikosa kraadi kohta). Võrdluseks, roostevaba terase (klassid 304 ja 316) CTE on ligikaudu17 × 10⁻⁶/ kraad. See tähendab, et PTFE paisub sama temperatuuri tõusu korral umbes seitse korda rohkem kui teras.
Praktiline tagajärg on märkimisväärne. 1 meetri pikkune PTFE-küttekeha, mida kuumutatakse toatemperatuurilt 20 kraadi tavalise töötemperatuurini 100 kraadi, paisub ligikaudu:
ΔL=L₀ × CTE × ΔT=1.0 m × 120 × 10⁻⁶/ kraad × 80 kraadi=0.0096 m ≈ 9,6 mm
Peaaegu 10 mm muutus pikkuse meetri kohta on jäigalt kinnitatud komponendi puhul väga oluline. Pikemate küttekehade puhul-3 või 4 meetrit võib kogupaisumine ulatuda 30–40 mm-ni.
| Materjal | Soojuspaisumistegur (×10⁻⁶/kraad) 20–100 kraadi juures | Laienemine meetri kohta 80 kraadise tõusu kohta |
|---|---|---|
| PTFE | 120 – 130 | ≈9,6 – 10,4 mm |
| PFA | 120 – 140 | ≈9,6 – 11,2 mm |
| Roostevaba teras (304/316) | 16 – 18 | ≈1,3 – 1,4 mm |
| Titaan (2. klass) | 8 – 9 | ≈0,6 – 0,7 mm |
Teisel fluoropolümeeril PFA-l on sama suur paisumiskoefitsient. Titaan, mida kasutatakse mõnes spetsiaalses metallisoojendis, paisub isegi vähem kui roostevaba teras. Erinevus PTFE ja mis tahes metallkesta materjali või sisemise metallsüdamiku vahel on silmatorkav.
Miks PTFE suur paisumine tekitab paigaldamise väljakutse?
PTFE sukelsoojendi sisaldab tavaliselt sisemist metallist takistustraati või südamikku. Metallist südamik paisub ligikaudu ühe seitsmendiku võrra ümbritseva PTFE kesta kiirusest. Kui kütteseadet kuumutatakse, tahab PTFE paisuda palju rohkem kui selle sees olev metallsüdamik. See diferentsiaalne paisumine tekitab sisemised nihkepinged PTFE ja metalli vahelisel liidesel.
Kui kütteseade on väliselt piiratud ka -mõlemas otsas jäikade klambrite, klambrite või äärikutega-, ei saa PTFE ümbris aksiaalsuunas vabalt laieneda. Sellest tulenev mehaaniline pinge avaldub mitmes rikkerežiimis:
Kummardus või kummardus– PTFE ümbris, mis on metallist pehmem, paindub keskelt väljapoole, luues kumera või lainelise kuju, mis võib kokku puutuda paagi seinte või muude küttekehadega.
Pragunemine stressi kontsentratsioonipunktides– Jäigad klambrid või teravad tugiservad toimivad pingetõusudena. Kui PTFE paisub ja surub vastu neid fikseeritud punkte, võivad praod tekkida ja läbi kesta levida.
Tõmmake sisemisest metallsüdamikust eemale– PTFE ja metallsüdamiku vaheline diferentsiaalne paisumine koos väliste piirangutega võib põhjustada PTFE metallotstest eraldumise või südamikust eemale hiilimise, jättes takistustraadi kokkupuuteks söövitavate protsessivedelikega.
Levinud viga tööstusrajatistes on PTFE-küttekeha käsitlemine metallist küttekehaga,{0}}st selle kinnitamine mitme jäiga toega kogu pikkuses või nii ülemise kui ka alumise otsa kinnitamine. Sellised tavad peaaegu tagavad enneaegse ebaõnnestumise.
Praktilised juhised PTFE soojuspaisumisega küttekeha paigaldamiseks
Võtmepõhimõte selleksPTFE soojuspaisumisega küttekeha kinnituson võimaldada soojendil vabalt laieneda ja kokku tõmbuda kogu pikkuses, säilitades samal ajal ettenähtud asendi paagis või anumas. Soovitatavad on järgmised tavad:
Kinnitage ainult ühes otsas
Kütteseade peaks olema kindlalt kinnitatud ainult ühes punktis,{0}}tavaliselt klemmi otsas (külmas otsas, kus tehakse elektriühendused). Vastasots (kuumutatud pikkus) tuleks jätta täiesti vabalt libisemiseks või liikumiseks. PTFE ümbrise pikkuses ei tohi kinnitada täiendavaid klambreid, klambreid ega juhendeid.
Luba aksiaalne liikumine külgsulgudes
Kui kasutatakse küljepealset kinnitusklambrit, ei tohiks kronstein PTFE kesta jäigalt kinnitada. Selle asemel tuleks ette näha vabalt liibuv juhik või piludega paigutus, mis hoiab kütteseadet vertikaalselt, kuid võimaldab PTFE-l temperatuuri muutudes aksiaalselt läbi kronsteini libiseda. Vähemalt 2–3 mm vahemaa ümbrise ja kronsteini ava vahel on mõistlik lähtepunkt.
Vältige jäikaid L- või U-kujulisi konfiguratsioone
L-kujulisi kütteseadmeid (horisontaalse ja vertikaalse jalaga) kasutatakse mõnikord selleks, et sobituda konkreetsete paagi geomeetriliste kujunditega. Kui nii horisontaalsed kui ka vertikaalsed jalad on oma otstes jäigalt fikseeritud, mõjub kummagi jala laienemine üksteisele vastu, tekitades nurgas suuri paindepingeid. Praktikas peaksid L-kujulised PTFE-soojendid olema konstrueeritud nii, et üks jalg saaks vabalt liikuda, või nurgas peaks olema paindlik üleminek (nt pikema raadiusega painutus), mis neelab diferentsiaalpaisumise.
Andke vabas otsas ruumi laienemiseks
1-meetrine küttekeha, mis laieneb 10 mm võrra, vajab vähemalt 10 mm vaba ruumi vabas otsas. Vertikaalselt rippuva küttekeha puhul tähendab see, et küttekeha põhi ei tohiks kokku puutuda paagi põranda või mis tahes sisemiste konstruktsioonidega. Soovitatav on 20–30 mm vahe, et võtta arvesse tootmistolerantse ja võimalikke ületemperatuuri kõrvalekaldeid.
Kasutage ümbrise külge kinnitatud jäika toru asemel painduvaid juhtmeid
Klemmi otsast väljuvad elektritoitejuhtmed peaksid olema piisavalt paindlikud, et sobitada klemmikoostu kerget liikumist, kui kütteseade paisub ja kokku tõmbub. Otse klemmi korpuse külge kinnitatud jäik metallkanal võib liikumisjõud ühenduspunktile üle kanda, mis võib põhjustada klemmi kahjustusi.
Mis juhtub, kui laienemine on piiratud?
Välikogemus näitab, et piiratud soojuspaisumine on üks peamisi PTFE-küttekeha rikke põhjusi pärast elektrilist ülekoormust. Tüüpilised tõrkenäitajad on järgmised:
Mantli paindumine– Visuaalsel kontrollimisel ilmneb laineline või serpentiinne kuju.
Pikisuunalised praod– Küttekeha teljega paralleelselt kulgevad praod, mis algavad sageli kinnitusklambrite lähedalt.
Eraldamine terminali otsas– PTFE ümbris tõmbub klemmmassist tagasi, paljastades takistustraadi või luues tee vedeliku sissepääsuks.
Sisemine juhtme purunemine– Korduvad paisumis- ja kokkutõmbumistsüklid, kui need on piiratud, väsitavad sisemist takistustraadi kohas, kus see siseneb PTFE kesta.
Oluline on tagada, et paigaldusriistvara ei suruks PTFE kesta radiaalselt kokku. PTFE roomab pideva survepinge all. PTFE ümber pingutatud voolikuklamber või toruklamber lõdveneb järk-järgult, kui materjal külmalt klambrist eemale voolab, ja ebaühtlane rõhk võib tekitada pragusid.
Järeldus: õiged paigaldustavad on sama olulised kui küttekeha kvaliteet
PTFE soojuspaisumise koefitsient on umbes seitse korda suurem kui roostevaba terase oma. 1 meetri pikkune PTFE-küttekeha paisub toatemperatuurilt 100 kraadini kuumutamisel umbes 10 mm. Kui see paisumine on jäigalt piiratud, põhjustavad tekkivad mehaanilised pinged PTFE ümbrise paindumist, pragunemist või äratõmbumist.
PTFE soojuspaisumisega küttekeha õigeks paigaldamiseks on vaja ühte fikseeritud punkti -tavaliselt klemmi otsas-, ülejäänud küttekeha saab vabalt aksiaalselt liikuda. Küljepoolsed kronsteinid peaksid võimaldama libisemist, L-kujulised konfiguratsioonid peaksid vältima topeltpiiranguid ja vabas otsas peaks olema piisavalt ruumi. Need disainitavad ei ole valikulised täiustused; need on pika kasutusea jaoks hädavajalikud. Õige paigalduspraktika on sama oluline kui küttekeha enda kvaliteet. Kui soojuspaisumine on õigesti kohandatud, tagavad PTFE sukelsoojendid täieliku keemilise vastupidavuse ja elektriisolatsiooni eelised ilma mehaaniliste kompromissideta.
