Mijenja li metoda pričvršćivanja PFA plašta na montažnu ploču granicu zamora od vibracija?

Mehaničke vibracije iz mješalica, pumpi ili druge opreme prenose ciklički stres na PFA grijač na njegovu mjestu ugradnje. Način pričvršćivanja PFA plašta na montažnu ploču (stegnuti kompresijski spoj naspram integralno oblikovane prirubnice) čini veliku razliku u granici zamora od vibracija. Za stegnute dodatke, PFA se zgnječi između metalne čaure i montažne ploče. U stegnutom spoju, vibracije uzrokuju trenje i koncentraciju naprezanja na rubu stezaljke, a pucanje uslijed zamora javlja se nakon 500.000-2.000.000 ciklusa. U oblikovanim priključcima PFA je uliven izravno u montažnu ploču, tvoreći kontinuiranu polimernu strukturu bez upotrebe mehaničkog spoja. Oblikovani priključci traju 5-10 puta dulje (5-20 milijuna ciklusa) prije otkazivanja uslijed zamora uslijed vibracija. Oblikovane prirubnice vrlo su poželjne u postavkama s visokim vibracijama (mješalice, mobilni spremnici, ispusni vodovi pumpi).

Ponašanje umora od vibracija
Plašt od PFA prolazi kroz metalni kompresijski priključak u stezaljci na pričvršćenju. PFA je čahurom ili O-prstenom sabijen na tijelo priključka kako bi formirao brtvu i držao grijač na mjestu. Pod vibracijama dolazi do malog relativnog gibanja (fretting) između PFA i metalnog priključka. Stezni rub stvara 3 do 5 puta faktor koncentracije naprezanja. Grijač se ciklički savija (vibracija) što fokusira napetost na ovaj rub. S vremenom, mikropukotine se razvijaju na rubu stezaljke na vanjskoj površini PFA i napreduju po obodu dok se omotač ne rascijepi. U ekstremnim okolnostima grijač se odvaja od montažne ploče.

U oblikovanom dodatku, PFA plašt neprimjetno se stapa s montažnom pločom s polumjerom (obično radijus 3-5 mm). Nema interakcije metala s PFA na točki naprezanja. Kontinuirani polimer širi silu savijanja na veće područje, čime se smanjuje vršno naprezanje za 70–90%. Vibracijski vijek trajanja zamora ovisi o inherentnoj zamornoj čvrstoći PFA, a ne koncentraciji naprezanja na stezaljci.

Podaci o zamoru od vibracija. Usporedne značajke konstrukcije tipa priključka Faktor koncentracije naprezanja (K t) Vibracijski ciklusi do kvara (20 Hz, 0,5 mm amplituda) Način kvara: Relativni vijek trajanja od zamora
Stegnuta, jednostruka ferula (stil kompresije) Oštar rub na izlazu stezaljke 5–8 200,000–500,000 1.0× kružna pukotina na rubu stezaljke
Zakrivljeni prsten, stegnut Zaobljeni izlaz prstena (radijus 1 mm) 3-5 500,000-1,500,000 2-3x Pukotina na rubu, odgođena
Stegnuto gumenom brtvom između stezaljke i PFA. Meko sučelje smanjuje trzanje 2–3 1,000,000–3,000,000 4–6× trošenje brtve, eventualno lomljenje
Oblikovana prirubnica, bez ugla Oštar prijelaz (radijus 0,5 mm) 3–4 2 000 000–5 000 000 8–15× Pukotina na dnu prirubnice
Oblikovana prirubnica, radijus (3 mm) kut Glatki prijelaz 1,5–2 8,000,000–15,000,000 25–50× Unutarnji zamor (rasuti materijal)
Oblikovana prirubnica, zaobljeni rub + debela baza (10 mm) Optimizirani dizajn 1,2–1.5 15,000,000–25,000,000 60–100× Nevjerojatno unutar životnog vijeka grijača
Overmolded metal insert PFA moulded around metal plate 1.1–1.3 >20,000,000 >100 puta Nije viđeno.
Mjerenje izloženosti vibracijama
Koristite akcelerometar za procjenu amplitude vibracija na mjestu ugradnje određene instalacije. Cikličko naprezanje proporcionalno amplitudi A (mm od vrha-do-vrha) za vibracije od 20 Hz (tipična frekvencija miješalice). Moment savijanja na prirubnici je M=F * L s F=m * a (masa * ubrzanje) i L duljinom grijača. a=(2\\pi f)^2 x (A/2). Za masu grijača od 1 kg, L=1 m, A=0.5 mm, f=20 Hz: a=(125,6)² × 0.00025=15,800 × 0.00025=3.95 m/s² (0,4 g). Sila F=1 x 3.95=3.95 N Moment M=3.95 x 1=3.95 Nm Napon savijanja na prirubnici=M / ZZ=modul presjeka. Za PFA cijev promjera 25 mm, 2 mm stijenke Z ~ 2,5e-6 m^3 Naprezanje=3.95 / 2,5e-6=1.58 MPa Samo ovo naprezanje je minimalno, ali koncentracija naprezanja na rubu stezaljke (Kt=5) povećava ga na 7,9 MPa – blizu granice zamora PFA.

Oblikovana prirubnica s Kt=1.5 imala bi vršno naprezanje od 2,4MPa-znatno ispod granice zamora. Grijač bi trajao zauvijek.

Ozbiljnost vibracije - Kako odabrati
Izvor vibracije Tipična frekvencija Hz Tipična amplituda mm p-pProcijenjeni broj ciklusa godišnje Preporučeni prilog Obrazloženje
Ništa (statični spremnik) 0 0 0 Stegnuto ili oblikovano (OK) Nema opterećenja uslijed zamora
Nizak (centrifugalna pumpa) 50 - 100 0.05 - 0.1 5x10^8 - 1x10^9 Potrebna oblikovana prirubnica Zamor stezanja zbog visokih ciklusa
Umjeren (agitacija, 100 okretaja u minuti) 1.7 0.2-0.5 1-2x107Potrebna oblikovana prirubnica Stezaljka kvari za 1 do 2 godine
Visoko (mješalica, 300 okretaja u minuti) 5 0.5-1.0 8×107 Oblikovana prirubnica sa zaobljenim rubom Stezaljka otkazuje za nekoliko mjeseci
Vrlo visoka (vibrirajuće sito, miješalica) 15–30 1–2 1–3×10⁸ lijevana prirubnica s metalnim umetkom Neizbježna vršna opterećenja
Mobilni spremnik (transport) 5-50 2-5 1x10^6-1x10^7Izolacija vibracija + oblikovana prirubnica Vidi #21 članak
Grijač u blizini izlaza crpke 50–120 0.1–0.3 1–3×109 Prirubnica + fleksibilna veza Najbolji dizajn za visoke cikluse
Terenski dokazi
Kemijski pogon s 12 spremnika s miješalicom (mješalice od 60 RPM, PFA grijači dužine 1,5 m) izvorno je koristio spojne kompresijske spojnice (jedan prsten). Prosječni životni vijek otporan na vibracije bio je 8 mjeseci (~2 milijuna ciklusa). Kvar grijača bio je periferna pukotina na rubu stezaljke. Nije bilo kvarova grijača i nije bilo vibracijskih pukotina nakon 5 godina.