Kako koeficijent toplinskog širenja PTFE-a utječe na dizajn grijača i nosača?

Kada se PTFE uronjeni grijač zagrije sa sobne na radnu temperaturu, njegova se duljina znatno povećava. Ako se grijač čvrsto drži na oba kraja, to širenje uzrokuje veliko unutarnje naprezanje. Ovo pomicanje mora se uzeti u obzir pri pravilnoj montaži grijača i vitalna je značajka koja se često zanemaruje u industrijskim sustavima.

PTFE koeficijent toplinske ekspanzije
Koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) mjeri koliko će se materijal proširiti ili skupiti za svaki stupanj promjene temperature. PTFE ima relativno visok CTE-približno 120 × 10⁻⁶ po stupnju Celzija (120 ppm po stupnju). Za usporedbu, nehrđajući čelik (304 i 316) ima CTE od oko 17*10^-6/C. Dakle, PTFE će se proširiti oko 7 puta više od čelika za isto povećanje temperature.

Praktični rezultat je prekrasan. PTFE grijač dužine 1 metar zagrijan sa sobne temperature od 20 stupnjeva na tipičnu radnu temperaturu od 100 stupnjeva širi se za otprilike:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 m × 120×10 −6 / stupanj × 80 stupnjeva=0.0096 m ≈ 9,6 mm

Za kruto pričvršćenu komponentu, promjena od otprilike 10 mm po metru duljine je vrlo značajna. Za veće grijače, duljine 3 ili 4 metra, ukupno širenje može biti čak 30-40 mm.

Koeficijent toplinske ekspanzije materijala (×10-6/ stupanj ) na 20-100 stupnjeva Širenje po metru na 80 stupnjeva Povećanje PTFE 120 – 130 ≈9,6 – 10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Nehrđajući čelik (304/316) 16 – 18 ≈1,3 – 1,4 mm
Titan (razred 2) 8 – 9 ≈0,6 – 0,7 mm
PFA je još jedan fluoropolimer koji ima sličan visok koeficijent ekspanzije. Neki specijalizirani metalni grijači koriste titan, koji se širi čak manje od nehrđajućeg čelika. Razlika između PTFE-a i bilo kojeg metalnog plašta ili unutarnje metalne jezgre je nevjerojatna.

Problem montaže uzrokovan velikom ekspanzijom PTFE-a
Općenito, PTFE uronjeni grijač uključuje unutarnju metalnu otpornu žicu ili jezgru. Metalna jezgra širi se brzinom od oko jedne-sedmine okolnog PTFE omotača. Kada se grijač zagrije, PTFE se želi proširiti znatno više od metalne jezgre unutar njega. Ovo diferencijalno širenje uzrokuje unutarnja posmična naprezanja na granici između PTFE-a i metala.

Ako je grijač također ograničen izvana (tvrdim stezaljkama, držačima ili prirubnicama na oba kraja), PTFE plašt se ne može slobodno širiti u aksijalnom smjeru. Tako stvorena mehanička napetost dovodi do brojnih načina kvara:

Savijanje ili savijanje - PTFE omotač je mekši od metala i stoga će se savijati prema van u sredini, stvarajući zakrivljeni ili valoviti oblik koji može udariti u stijenke spremnika ili druge grijače.

Pukotine na mjestima koncentracije naprezanja - Krute stezaljke ili oštri potporni rubovi su podizači naprezanja. PTFE se širi i pritiska na ta fiksna mjesta, što može uzrokovati stvaranje pukotina i širenje po cijelom omotaču.

Povlačenje-od unutarnje metalne jezgre - Diferencijalno širenje PTFE-a i metalne jezgre, zajedno s vanjskim ograničenjima, može uzrokovati odvajanje PTFE-a od metalnih završetaka ili puzanje dalje od jezgre, izlažući otpornu žicu korozivnim procesnim tekućinama.

Uobičajena pogreška u industrijskim instalacijama je postupanje s PTFE grijačem kao s metalnim grijačem, tj. njegovo pričvršćivanje nizom čvrstih oslonaca duž njegove duljine ili stezanje i na gornjem i na donjem kraju. Gotovo je zajamčeno da će ovakva taktika rano propasti.

Praktične smjernice za ugradnju PTFE grijača toplinske ekspanzije
Osnovna premisa za montažu PTFE toplinskih ekspanzijskih grijača je omogućiti grijaču da se slobodno širi i skuplja po duljini, ali da i dalje ostane na predviđenom mjestu u spremniku ili posudi. Preporučene tehnike uključuju:

Montirajte samo na jednom kraju.
Grijač bi trebao biti kruto montiran samo na jednom mjestu – često na kraj terminala (hladni kraj gdje se izvode električni spojevi). S druge strane, grijani dio trebao bi biti potpuno slobodan za klizanje ili pomicanje. Nikakve dodatne stezaljke, držači ili vodilice ne smiju se postavljati duž duljine PTFE cijevi.

Omogućite aksijalno pomicanje preko--bočnih nosača
Ako se koristi--bočni nosač za montiranje, nosač ne bi trebao kruto stezati PTFE plašt. Umjesto toga, trebalo bi izraditi labavu-vodilicu ili raspored s prorezima koji održavaju grijač okomito, ali omogućuju PTFE-u da putuje aksijalno kroz nosač kako temperatura varira. Možete početi s razmakom od otprilike 2-3 mm između omotača i otvora nosača.

Izbjegavajte previše krute L i U konfiguracije
Ponekad se grijači u obliku slova L (s vodoravnom i okomitom nogom) koriste za određene izvedbe spremnika. Ako su dvije noge, vodoravna i okomita, sigurno pričvršćene na svojim krajevima, ekspanzija jedne noge djeluje protiv druge, a kut je izložen značajnim naprezanjima savijanja. U stvari, PTFE grijač u obliku slova L treba biti dizajniran s jednom nogom slobodnom za pomicanje ili bi kut trebao imati fleksibilan prijelaz (npr. savijanje većeg radijusa) za apsorbiranje diferencijalne ekspanzije.

Slobodan krajnji prostor za proširenje
Grijač od 1-metara koji se širi 10 mm treba najmanje 10 mm praznog prostora na svom slobodnom kraju. Za grijač koji je obješen okomito, to znači da dno grijača ne smije dodirivati ​​dno spremnika ili bilo što unutar spremnika. Preporuča se razmak od 20-30 mm kako bi se kompenzirale proizvodne tolerancije i moguća prekoračenja temperature.

Upotrijebite fleksibilne vodove umjesto krute cijevi pričvršćene na omotač
Izvodi s kraja terminala električnog napajanja moraju biti dovoljno fleksibilni da omoguće skromno pomicanje sklopa terminala dok se grijač širi i skuplja. Kruta metalna cijev, kada je spojena izravno na kućište terminala, može prenijeti sile kretanja na točku spajanja, što može oštetiti terminale.

Što se događa kada je proširenje ograničeno?
Iskustvo s terena pokazuje da je ograničeno toplinsko širenje jedan od primarnih uzroka kvara PTFE grijača nakon električnog preopterećenja. Uobičajeni znakovi kvara uključuju:

Izvijanje plašta - Vizualni pregled sa zmijolikim ili valovitim oblikom.

Uzdužne pukotine - Pukotine paralelne s osi grijača, obično počinju blizu montažnih stezaljki.

Odvajanje kraja priključka - PTFE omotač sklizne s spoja za zalivanje terminala izlažući otpornu žicu ili dopuštajući kanal za prodiranje tekućine.

Lom unutarnje žice - Ciklusi širenja i skupljanja, kada su ograničeni, zamaraju žicu unutarnjeg otpora na mjestu ulaska u PTFE plašt.

Hardver za montažu ne smije radijalno stiskati PTFE plašt. PTFE puzi pod stalnim tlačnim naprezanjem. Stezaljka za crijevo ili obujmica za cijevi stegnuta oko PTFE-a na kraju će se opustiti dok hladan materijal-teče dalje od stezaljke, a neravnomjeran pritisak može uzrokovati lomljenje.

Zaključak: dobra praksa ugradnje jednako je važna kao i kvaliteta grijača
Koeficijent toplinske ekspanzije PTFE-a je oko sedam puta veći od nehrđajućeg čelika. PTFE grijač duljine 1 - m proširit će se otprilike 10 mm kada se zagrije s temperature okoline na 100 stupnjeva. Ako je ovo širenje ograničeno, mehanička naprezanja koja se razvijaju rezultiraju izvijanjem, lomljenjem ili otkazivanjem PTFE plašta.

Ispravno pričvršćivanje PTFE toplinskog ekspanzionog grijača zahtijeva jednu fiksnu točku, obično na kraju terminala, s ostatkom grijača koji se može aksijalno pomicati. Klizanje bi trebalo biti dopušteno preko--bočnih zagrada; Rasporedi u obliku L-a ne bi trebali imati dva ograničenja; a na slobodnom kraju mora biti dovoljno mjesta. Ove tehnike dizajna nisu izborna poboljšanja, ali su kritične za dug radni vijek. Kvaliteta grijača je ključna, ali isto tako važni su i dobri postupci ugradnje. Kada se mehanički učinci toplinskog širenja pravilno riješe, PTFE uronjeni grijači daju punu kemijsku otpornost i prednosti električne izolacije bez kompromisa.