Mobiilsetele paakidele -veokonteinerite, raudteevagunite, paakautode või avamereplatvormidele- paigaldatud PFA-soojendid kogevad transpordi ajal pidevat vibratsiooni. Erinevalt staatilisest paagipaigaldist, kus kütteseade näeb ainult termilist tsüklit ja keemilist kokkupuudet, lisavad mobiilirakendused võnkekiirenduse tõttu mehaanilist väsimust. Vibratsiooni amplituud (tipuni -tipuni-ni) ja sagedus määravad tsüklilise pinge PFA-metalliliidesel, kinnitusäärikul ja sisemiste kütteelementide ühendustel. Standardse jäiga kinnitusega PFA-soojendi maksimaalne lubatud vibratsiooni amplituud on 0,5 mm tipp-to{10}}sagedustel 10–50 Hz. Üle 1,0 mm amplituudi ületab tsükliline pinge PFA{15}}metallisidemete väsimuspiiri, põhjustades delaminatsiooni 100–500 tunni jooksul pärast vibratsiooniga kokkupuudet. Mobiilsete mahutirakenduste jaoks on vaja vibratsiooniisolatsiooni aluseid või painduvaid küttekehaühendusi, et vähendada edastatava amplituudi alla 0,3 mm.
Vibratsioonist{0}}indutseeritud rikkemehhanismid
Vibreerivates PFA-soojendites domineerivad kolm rikkerežiimi. Esimene neist on PFA{1}}metalliliidese hirmutav väsimus. Metallist südamikul ja PFA ümbrisel on erinevad loomulikud sagedused nende erineva mooduli ja tiheduse tõttu (PFA tihedus 2,15 g/cm³, Incoloy tihedus 8,1 g/cm³). Vibratsiooni all võnguvad südamik ja kest veidi erinevates faasides, tekitades liideses mikroliikumise (10–100 µm). See ärritus kulutab kleepuvat sidet, luues lokaalseid lünki. Niiskus ja söövitavad aurud sisenevad piludesse, kiirendades delaminatsiooni. Teine rikkerežiim on kütteelemendi traadi väsimuspraod selle ühenduskohtades. Sisetakistustraat (tavaliselt Ni-Cr sulam) on pärast kerimist rabe; vibratsioon põhjustab külma tihvti ristmikul tsüklilist paindumist, mis viib avatud-ahela rikkeni. Kolmas rikkerežiim on PFA pingelõhenemine tugiklambrite juures. Staatiliste paakide jaoks sobivad jäigad klambrid tekitavad vibratsiooni all pingetõusutorusid, kuna PFA paindub vastu klambri serva.
Kriitiline parameeter ei ole ainult vibratsiooni amplituud, vaid amplituudi ja sageduse ruudus{0}}piikkiirenduse korrutis. Sinusoidse vibratsiooni korral tippkiirendus (g)=(2πf)² × (A/2) / 9,81, kus f on sagedus (Hz) ja A on tipp---tipp-amplituud (meetrites). A=0.5 mm (0,0005 m) ja f=20 Hz juures on maksimaalne kiirendus=(2π×20)² × 0,00025 / 9.81=(125,7)² × 0.0000255=15,800 × 0.0000255=0.40 g. 1,0 mm amplituudiga kiirendus=0.80 g. Standardsed PFA-soojendid ei ole mõeldud püsivaks kiirenduseks üle 0,5 g. Liikuvate paakide raskused ebatasasel teel võivad olla 2–5 g, mis ületab selle piiri kaugelt.
Lubatud vibratsioonipiirangud küttekeha konfiguratsiooni järgi
| Küttekeha konfiguratsioon | Paigaldustüüp | Maksimaalne püsiamplituud (mm p-p, 10–50 Hz) | Maksimaalne kiirendus (g) | Eeldatav eluiga piiril | Rikkerežiim |
|---|---|---|---|---|---|
| Jäik varras, standardäärik | Jäik poltidega kinnitatud paagi seina külge | 0,3 mm | 0.25 g | >10 000 tundi | Minimaalne, kui alla piiri |
| Jäik varras, standardäärik | Jäiga poltidega | 0,5 mm | 0.40 g | 2000–5000 tundi | Liidese ärritus |
| Jäik varras, standardäärik | Jäiga poltidega | 1,0 mm | 0.80 g | 200-500 tundi | Traadi väsimine + delaminatsioon |
| Jäik varras, standardäärik | Jäiga poltidega | 2,0 mm | 1.6 g | 20-100 tundi | Kiire rike, mitu režiimi |
| Jäik varras kummitihendiga ääriku juures | Pooljäik- | 0,8 mm | 0.65 g | 1000–3000 tundi | Väsimus väheneb, traadi väsimus jääb |
| Vedruisolaatoritega jäik varras (4×, igaüks 10 N/mm) | Isoleeritud | 2,0 mm (paagi juures) → 0,3 mm (soojendi juures) | 0,25 g küttekehas | 5000–10 000 tundi | Tõhusad isolaatorid |
| Vedruga küttekeha (vt artiklit 38) | Isolaatoritega äärik | 3,0 mm (paak) → 0,2 mm küttekeha juures | <0.2 g at heater | 8000–15000 tundi | Parim kõrge{0}}vibratsiooni jaoks |
| Painduva põimitud ühendusega küttekeha | Seinale-kinnitatud, küttekehadeta-rippuv | Igasugune (kütteseade on lahti ühendatud) | <0.1 g | >15 000 tundi | Vibratsiooni ei edastata |
| Lühike küttekeha (L < 300 mm) | Jäik | 0,5 mm | 0.40 g | 3000–6000 tundi | Lühem pikkus=madalam paindemoment |
Mobiilsete tankide vibratsiooniisolatsiooni disain
Mobiilsete paakide (veokonteinerid, veoautopaagid, raudteevagunid) puhul kaitsevad kolm konstruktsiooniviisi PFA-küttekehasid vibratsioonikahjustuste eest. Esimene ja kõige tõhusam on lahtiühendamine: paigaldage kütteseade painduvale põimitud metallvoolikule (pikkusega 30–50 cm), mis ühendatakse paagi läbiviiguga. Keris ripub vabalt vedeliku sees, toestub ainult voolik. Paagi seinast tulenev vibratsioon ei kandu läbi vooliku, kuna põimitud roostevaba teras on väga väikese paindejäikusega. Selle konstruktsiooni jaoks on vaja eraldi tugiklambrit, et vältida kütteseadme kokkupuudet paagi seinaga transpordi ajal, ja elektriühendusel peab olema hooldusaas. ISO veokonteinerite lahtisiduvate küttekehade kogemused näitavad, et keskmine eluiga ületab 10 aastat, võrreldes jäikade{10}}monteeritud üksuste 1–3 aastaga.
Teise lähenemisviisi korral kasutatakse küttekeha ääriku ja paagi kinnitusaluse vahel vedru- või kummiisolaatoreid. Neli isolaatorit (üks poldi kohta) kombineeritud vedrukiirusega 20–40 N/mm vähendavad ülekantud vibratsiooni amplituudi 60–80% sagedustel üle 15 Hz. 1,0 mm amplituudiga vibreeriva paagi puhul langeb küttekeha amplituud 0,2–0,4 mm-ni. Isolaatorid peavad olema valmistatud keemiliselt{11}}kindlast materjalist (FKM või PTFE{12}}kaetud kummist), et taluda paagi keskkonnamõju. Isolaatorite eluiga on piiratud (2–4 aastat) ja neid tuleb perioodiliselt kontrollida pragude või kokkusurumise suhtes.
Kolmas lähenemine valib jäiga varda asemel vedruga spiraalküttekeha (spiraalse kujuga). Mähise madal omasagedus (2–4 Hz) ja loomupärane vastavus neelavad vibratsioonienergiat. 1,0 mm amplituudiga vibreeriva paagi külge jäigalt kinnitatud spiraalsoojendi kogeb ainult 0,1–0,2 mm sisemist vibratsiooni, kuna mähis paindub. See lähenemisviis ei vaja täiendavaid isolaatoreid. Kuid spiraalsoojendid nõuavad suuremat paagi vaba ruumi ja nende tootmiskulud on kõrgemad (30–50% lisatasu).
Välikatsed ja kvalifikatsioon
Mobiilse paagirakenduse puhul tuleks enne küttekeha valimist iseloomustada vibratsioonikeskkonda. Paigaldage paagile kiirendusmõõtur kütteseadme kavandatud paigalduskohta, seejärel kasutage paaki halvimatel-juhul transporditingimustes (tühi, osaliselt täidetud, täis; sile tee, konarlik tee, rööbasühendus). Salvestage kiirendusandmeid 1–2 tunni jooksul. Arvutage ruutkeskmine kiirendus (RMS). RMS-kiirenduse puhul alla 0,2 g on vastuvõetav jäik{8}}paigaldatud standardne küttekeha. 0,2–0,5 g RMS puhul kasutage jäika kummiisolaatoritega küttekeha. 0,5–1,0 g RMS puhul kasutage lahtiühendatud (punutud voolik) või vedruga spiraalsoojendit. Üle 1,0 g RMS puhul ei pea ükski PFA-soojendi pikaajaliselt vastu; kaaluge väliskütet (ümbrisega paak) või kütmist ainult paigalseisu ajal.
Olemasolevate mobiilsete paagisoojendite puhul, mis näitavad enneaegset riket, kontrollige vibratsioonist{0}} tingitud kahjustusi. Äärise liideses ilmneb mustus valge pulbrina (PFA praht). Traadi väsimine põhjustab küttekeha katkendliku töö (kütteseade töötab külmalt, ebaõnnestub kuumalt, töötab uuesti külmana). PFA pingepraod tugiklambrite juures ilmnevad ümbermõõdu pragudena kronsteini servas. Vibratsiooniga tegelemine tagantjärele on kallis; selle projekteerimine lisab esialgu minimaalseid kulusid.
Järeldus: 0,5 mm amplituud on jäigale paigaldamisele maksimaalne
Liikuvale paagile jäigalt kinnitatud PFA-soojendi maksimaalne lubatud vibratsiooniamplituud on 0,5 mm tipp-to-sagedustel 10–50 Hz, mis vastab ligikaudu 0,4 g suurusele tippkiirendusele. Sellest piirist kõrgemal põhjustab tsükliline pinge PFA-metalli liidese närimist, sisemise küttejuhtme väsimist ja pingelõhenemist tugiklambrites, mis vähendab küttekeha eluiga aastatelt kuude või nädalateni. Liikuvate paakide (saatekonteinerid, raudteevagunid, paakautod) jaoks ei sobi jäigad{9}}paigaldatud standardsoojendid, välja arvatud juhul, kui transpordivibratsiooni on mõõdetud ja kinnitatud alla 0,3 mm amplituudi. Mobiilsete rakenduste jaoks soovitatavad lahendused on: lahtiühendatud kinnitus, kasutades painduvat põimitud voolikut (parim jõudlus, mõõdukas hind), vedruga spiraalsoojendid (hea jõudlus, kõrgem hind) või vedruisolaatorid (mõõdukas jõudlus, madalaim hind). Mobiilsete paakide küttekehasid määravad insenerid peavad projekti spetsifikatsioonis lisama vibratsiooniisolatsiooni. Isolatsioonikomponentide maksumus (100–500 dollarit) on väike võrreldes kuludega, mis tekivad transpordi ajal kerise rikke korral,{16}}mis võib hõlmata kemikaalide leket, paagi saastumist ja eeskirjade rikkumisi. Iga paagi puhul, mis liigub kütteseadme paigaldamise ajal, eeldage vibratsiooni olemasolu ja kujundage vastavalt. Staatilise{19}}paagi eeldused ei kehti.
