ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของการติดตั้งและการออกแบบตัวรองรับเครื่องทำความร้อนอิทธิพลของ PTFE เป็นอย่างไร

เมื่อเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ได้รับความร้อนจากอุณหภูมิโดยรอบจนถึงอุณหภูมิในการทำงาน ความยาวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก หากยึดเครื่องทำความร้อนไว้ที่ปลายทั้งสองอย่างแน่นหนา การขยายตัวนี้จะทำให้เกิดความเครียดภายในอย่างมาก การเคลื่อนไหวนี้จะต้องคำนึงถึงในการติดตั้งเครื่องทำความร้อนที่ถูกต้อง และเป็นคุณลักษณะสำคัญที่มักถูกละเลยในระบบอุตสาหกรรม

ค่าสัมประสิทธิ์ PTFE ของการขยายตัวทางความร้อน
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) วัดว่าวัสดุจะขยายตัวหรือหดตัวเท่าใดสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแต่ละระดับ PTFE มี CTE ที่ค่อนข้างสูง-ประมาณ 120 × 10⁻⁶ ต่อองศาเซลเซียส (120 ppm ต่อองศา ) จากการเปรียบเทียบ เหล็กกล้าไร้สนิม (304 และ 316) มี CTE ประมาณ 17 * 10^ -6 / C ดังนั้น PTFE จะขยายตัวมากกว่าเหล็กประมาณ 7 เท่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่าเดิม

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัตินั้นยอดเยี่ยมมาก เครื่องทำความร้อน PTFE ยาว 1 เมตรที่ได้รับความร้อนจากอุณหภูมิห้อง 20 องศาถึงอุณหภูมิการทำงานทั่วไป 100 องศาจะขยายตัวโดยประมาณ:

ΔL=L 0 × CTE × ΔT=1.0 ม. × 120×10 −6 / องศา × 80 องศา=0.0096 ม. data 9.6 มม.

สำหรับส่วนประกอบที่ยึดติดอย่างแน่นหนา การเปลี่ยนแปลงความยาวประมาณ 10 มม. ต่อเมตรถือว่าสำคัญมาก สำหรับเครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่ที่มีความยาว 3 หรือ 4 เมตร การขยายตัวโดยรวมอาจขยายได้มากถึง 30–40 มม.

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุ (×10-6/ องศา ) ที่ 20-100 องศา การขยายตัวต่อเมตรต่อ 80 องศา เพิ่ม PTFE 120 – 130 หยาบคาย 9.6 – 10.4 มม.
PFA 120 – 140 ño9.6 – 11.2 มม
สแตนเลส (304/316) 16 – 18 µ1.3 – 1.4 มม.
ไทเทเนียม (เกรด 2) 8 – 9 ประมาณ 0.6 – 0.7 มม
PFA เป็นฟลูออโรโพลีเมอร์อีกชนิดหนึ่งที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวสูงเช่นเดียวกัน เครื่องทำความร้อนโลหะแบบพิเศษบางชนิดใช้ไททาเนียมซึ่งมีการขยายตัวน้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยซ้ำ ความแตกต่างระหว่าง PTFE และวัสดุเปลือกโลหะหรือแกนโลหะภายในนั้นแตกต่างกันมาก

ปัญหาการติดตั้งที่เกิดจากการขยายตัวของ PTFE สูง
โดยทั่วไปเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE จะประกอบด้วยลวดหรือแกนต้านทานโลหะภายใน แกนโลหะจะขยายตัวในอัตราประมาณหนึ่งใน-ของปลอก PTFE ที่อยู่รอบๆ เมื่อเครื่องทำความร้อนได้รับความร้อน PTFE ต้องการที่จะขยายตัวมากกว่าแกนโลหะที่อยู่ภายในอย่างมาก การขยายตัวส่วนต่างนี้ทำให้เกิดแรงเฉือนภายในที่ส่วนต่อประสานระหว่าง PTFE และโลหะ

หากเครื่องทำความร้อนถูกจำกัดจากภายนอกด้วย (โดยใช้แคลมป์แข็ง ฉากยึด หรือหน้าแปลนที่ปลายทั้งสองข้าง) ปลอก PTFE จะไม่สามารถขยายออกในทิศทางตามแนวแกนได้อย่างอิสระ ความตึงทางกลที่สร้างขึ้นนั้นนำไปสู่โหมดความล้มเหลวหลายรูปแบบ:

การโก่งงอหรือการโค้งงอ - ปลอก PTFE นั้นอ่อนกว่าโลหะ และด้วยเหตุนี้จึงมีแนวโน้มที่จะงอออกไปตรงกลาง ทำให้มีรูปร่างโค้งหรือเป็นคลื่นที่อาจชนผนังถังหรือเครื่องทำความร้อนอื่นๆ

การแตกร้าวที่ตำแหน่งที่มีความเข้มข้นของความเค้น - แคลมป์แข็งหรือขอบรองรับที่แหลมคมเป็นตัวเพิ่มความเครียด PTFE จะขยายและออกแรงต่อจุดคงที่เหล่านี้ ซึ่งอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวและกระจายไปทั่วเปลือกได้

ดึง-ออกจากแกนโลหะภายใน - การขยายตัวที่แตกต่างกันของ PTFE และแกนโลหะ พร้อมด้วยข้อจำกัดภายนอก อาจทำให้ PTFE ดึงออกจากส่วนปลายของโลหะหรือคืบคลานออกไปจากแกน ส่งผลให้ลวดต้านทานสัมผัสกับของเหลวในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการติดตั้งทางอุตสาหกรรมคือการปฏิบัติต่อเครื่องทำความร้อน PTFE เช่นเดียวกับเครื่องทำความร้อนโลหะ กล่าวคือ การยึดด้วยตัวรองรับที่มั่นคงจำนวนหนึ่งตามความยาว หรือหนีบไว้ที่ปลายทั้งด้านบนและด้านล่าง กลยุทธ์ประเภทนี้เกือบจะรับประกันว่าจะล้มเหลวก่อนกำหนด

แนวทางปฏิบัติสำหรับการติดตั้งเครื่องทำความร้อนขยายความร้อน PTFE
หลักการพื้นฐานสำหรับการติดตั้งเครื่องทำความร้อนขยายความร้อน PTFE คือเพื่อให้เครื่องทำความร้อนขยายและหดตัวตามความยาวได้อย่างอิสระ แต่ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่ต้องการในถังหรือภาชนะ เทคนิคที่แนะนำได้แก่:

ติดตั้งที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น
ควรติดตั้งเครื่องทำความร้อนอย่างแน่นหนาที่จุดเดียวเท่านั้น ซึ่งมักจะอยู่ที่ปลายขั้วต่อ (ปลายเย็นที่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้า) ในทางกลับกัน ความยาวที่ได้รับความร้อนควรเลื่อนหรือเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระ ไม่ต้องติดตั้งแคลมป์ ขายึด หรือตัวกั้นเพิ่มเติมตามความยาวของท่อ PTFE

จัดให้มีการเคลื่อนที่ของแกนใน-วงเล็บด้านข้าง-
หากใช้ตัวยึดสำหรับติดตั้งแบบด้านบน-- ตัวยึดไม่ควรยึดปลอก PTFE อย่างแน่นหนา แต่ควรสร้างตัวนำข้อต่อที่หลวม-หรือการจัดเรียงแบบ slotted ซึ่งจะทำให้เครื่องทำความร้อนอยู่ในแนวตั้ง แต่ปล่อยให้ PTFE เคลื่อนที่ในแนวแกนผ่านฉากยึดเนื่องจากอุณหภูมิแตกต่างกันไป คุณสามารถเริ่มต้นด้วยระยะห่างประมาณ 2-3 มม. ระหว่างปลอกและรูตัวยึด

หลีกเลี่ยงการกำหนดค่า L และ U ที่เข้มงวดเกินไป
บางครั้งเครื่องทำความร้อนรูปตัว L- (พร้อมขาแนวนอนและแนวตั้ง) ใช้สำหรับการออกแบบถังบางประเภท หากขาทั้งสองข้างทั้งแนวนอนและแนวตั้งได้รับการยึดอย่างแน่นหนาที่ปลายขาทั้งสองข้าง การขยายตัวของขาข้างหนึ่งจะทำงานขัดแย้งกัน และมุมจะต้องได้รับแรงดัดงออย่างมาก อันที่จริง เครื่องทำความร้อน PTFE รูปตัว L- ควรได้รับการออกแบบให้ขาข้างหนึ่งขยับได้อย่างอิสระ หรือมุมควรมีการเปลี่ยนผ่านที่ยืดหยุ่น (เช่น รัศมีโค้งงอมากขึ้น) เพื่อดูดซับการขยายตัวส่วนต่าง

พื้นที่ว่างสำหรับการขยาย
เครื่องทำความร้อนขนาด 1- เมตรที่ขยายออก 10 มม. ต้องใช้พื้นที่ว่างอย่างน้อย 10 มม. ที่ปลายด้านที่ว่าง สำหรับฮีตเตอร์ที่แขวนในแนวตั้ง หมายความว่าด้านล่างของฮีตเตอร์ไม่ควรสัมผัสกับก้นถังหรือสิ่งใดๆ ภายในถัง แนะนำให้ใช้ระยะห่าง 20-30 มม. เพื่อชดเชยความทนทานต่อการผลิตและการเบี่ยงเบนจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป

ใช้สายนำที่ยืดหยุ่นแทนท่อร้อยสายแข็งที่แนบมากับฝัก
สายจากปลายขั้วต่อของแหล่งจ่ายไฟต้องมีความยืดหยุ่นเพียงพอเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายชุดขั้วต่อได้เล็กน้อยในขณะที่เครื่องทำความร้อนขยายและหดตัว ท่อร้อยสายโลหะแข็ง เมื่อต่อเข้ากับโครงขั้วต่อโดยตรง จะสามารถส่งแรงเคลื่อนที่ไปยังจุดเชื่อมต่อ ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อขั้วต่อได้

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อการขยายตัวมีจำกัด?
ประสบการณ์ภาคสนามบ่งชี้ว่าการขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่จำกัดเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของเครื่องทำความร้อน PTFE หลังจากไฟฟ้าเกินพิกัด สัญญาณทั่วไปของความล้มเหลว ได้แก่:

การโก่งของฝัก - การตรวจสอบด้วยสายตาเป็นรูปคดเคี้ยวหรือเป็นคลื่น

รอยแตกตามยาว - รอยแตกขนานกับแกนเครื่องทำความร้อน โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นใกล้กับแคลมป์ยึด

การแยกปลายขั้วต่อ - ปลอก PTFE หลุดออกจากสารประกอบการเติมที่ขั้วต่อจนเผยให้เห็นลวดต้านทานหรือปล่อยให้ท่อส่งของเหลวซึมผ่านได้

สายไฟภายในขาด - รอบของการขยายตัวและการหดตัว เมื่อถูกควบคุม จะทำให้ลวดต้านทานภายในอ่อนแรงบริเวณที่เข้าสู่ปลอก PTFE

ฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้งจะต้องไม่บีบอัดปลอก PTFE ในแนวรัศมี PTFE คลานภายใต้แรงอัดคงที่ แคลมป์ท่อหรือแคลมป์ท่อที่ยึดไว้รอบๆ PTFE จะคลายตัวในที่สุดเมื่อความเย็นของวัสดุ-ไหลออกจากแคลมป์ และแรงดันที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้แตกหักได้

สรุป: แนวทางปฏิบัติในการติดตั้งที่ดีมีความสำคัญพอๆ กับคุณภาพของเครื่องทำความร้อน
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ PTFE มีค่าประมาณเจ็ดเท่าของเหล็กกล้าไร้สนิม เครื่องทำความร้อน PTFE ความยาว 1- ม. จะขยายได้ประมาณ 10 มม. เมื่อได้รับความร้อนจากอุณหภูมิแวดล้อมถึง 100 องศา หากการขยายตัวนี้ถูกจำกัด ความเค้นเชิงกลที่เกิดขึ้นจะส่งผลให้เกิดการโก่งงอ การแตกหัก หรือความล้มเหลวในการดึงออกของปลอก PTFE

การติดเครื่องทำความร้อนขยายความร้อน PTFE ที่เหมาะสมต้องใช้จุดคงที่เพียงจุดเดียว ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ปลายขั้วต่อ โดยส่วนที่เหลือของเครื่องทำความร้อนจะเคลื่อนที่ในแนวแกนได้ ควรอนุญาตให้เลื่อนได้ที่-วงเล็บปีกกาด้านบน- การจัดเรียงรูปตัว L ไม่ควรมีข้อ จำกัด สองประการ และควรมีที่ว่างเพียงพอที่ปลายว่าง เทคนิคการออกแบบเหล่านี้ไม่ใช่การปรับปรุงทางเลือก แต่สำคัญสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนาน คุณภาพของเครื่องทำความร้อนมีความสำคัญ แต่ขั้นตอนการติดตั้งที่ดีก็เช่นกัน เมื่อผลกระทบทางกลของการขยายตัวทางความร้อนได้รับการแก้ไขอย่างเหมาะสม เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE จะให้คุณสมบัติต้านทานสารเคมีและฉนวนไฟฟ้าได้เต็มรูปแบบโดยไม่มีการประนีประนอม