A duzzadó{0}}vibráció kihívása a DMC újraforralókban
A 90 fokos és 5 bar-os dimetil-karbonátos (DMC) tisztító oszlopok vízforraló-típusú újraforralókat használnak PFA-bevonatú csőkötegekkel. A DMC hatására a PFA 1,5 térfogat%-kal megduzzad, ami megváltoztatja a csövek mechanikai tulajdonságait és rezgéscsillapítását. A 7 DMC gyártóüzemből származó kvantitatív elemzés azt mutatja, hogy a 2,0 mm-es PFA falak 2,03 mm-re duzzadnak, így a rugalmassági modulus 480 MPa-ról 380 MPa-ra csökken (21%-os csökkenés). Ez 10%-kal csökkenti a természetes frekvenciát, és 25%-kal növeli a vibráció amplitúdóját, és 10 évről 4 évre csökkenti a cső-a-csövek ízületeinek kifáradási élettartamát.
Duzzanat hatása a mechanikai tulajdonságokra
A DMC abszorpciója (1,5 térfogatszázalékos duzzadás) lágyítja a PFA-t, csökkenti a merevséget és növeli a csillapítási kapacitást. Tesztelés 90 fokban DMC{3}}telített PFA-ban:
| Paraméter | Száraz PFA | DMC-duzzadt PFA (1,5%-os duzzanat) | Változás |
|---|---|---|---|
| Rugalmassági modulus (MPa) | 480 | 380 | -21% |
| Tárolási modulus (MPa 1 Hz-en) | 420 | 320 | -24% |
| Veszteségi modulus (MPa) | 45 | 55 | +22% |
| Csillapítási arány (ζ) | 0.05 | 0.08 | +60% |
| Természetes frekvencia (f_n) | 100% | 90% | -10% |
A vibrációs amplitúdó és a csőköteg dinamikája
A vízforraló-újraforralókban a két-fázisú áramlás (forraló DMC) áramlás-indukált vibrációt hoz létre. 5 m hosszú cső esetén a csökkentett merevség növeli az amplitúdót:
| Cső állapota | Természetes frekvencia (Hz) | Rezgés amplitúdója (mm csúcs) | Cső-–-csőfeszültség (MPa) | Életciklus a fáradtságig |
|---|---|---|---|---|
| Száraz (alapvonal) | 22 | 0.8 | 25 | >10^7 ciklus |
| DMC{0}}duzzadt (1,5%) | 20 | 1.0 | 31 | 5×10^6 ciklus |
| DMC{0}}duzzadt + folyás | 19 | 1.2 | 38 | 2×10^6 ciklus |
| Duzzadt + sérült ízület | 17 | 1.5 | 48 | 5×10^5 ciklus |
Cső-a-csőlap ízületeinek fáradása
A PFA cső és a rozsdamentes acél cső közötti csatlakozás ciklikus feszültséget szenved a vibráció miatt. A duzzadt PFA-nak kisebb a szilárdsága és nagyobb a kúszása, ami felgyorsítja az ízületi károsodást. Fáradtságvizsgálat 90 fokban DMC-ben:
| Ízület típusa | PFA állapot | Ciklusok a szivárgásig (1 bar nyomás) | Hiba mód |
|---|---|---|---|
| Mechanikus érvéghüvely | Száraz | 8×10^6 | Érvéghüvely meglazítása |
| Mechanikus érvéghüvely | Duzzadt | 2×10^6 | PFA kúszás, szivárgás |
| Ragasztó-ragasztott | Száraz | 5×10^6 | Bond fáradtság |
| Ragasztó-ragasztott | Duzzadt | 1×10^6 | Kötéshiba, duzzadó stressz |
| Hegesztett (PFA{0}}PFA) | Duzzadt | 4×10^6 | Hegesztési kúszás, elfogadható |
Duzzanat kinetika és stabilizálás
A DMC duzzadása 500 óra elteltével 90 fokon eléri az egyensúlyt. Ebben az időszakban a csövek mérete megváltozik, és az ízületi feszültség újraeloszlik. Új újraforraló esetén végezzen előduzzasztást (DMC 90 fokon 500 órán keresztül), mielőtt a mechanikus csatlakozások végső nyomatékát meghúzná. A duzzanat egyensúlya után javul az ízületi nyomaték megtartása.
Falvastagság és duzzadási stressz
A vastagabb falak nagyobb duzzadási feszültséget tapasztalnak a nagyobb kényszer miatt. 1,5 mm-es fal esetén a duzzadási feszültség 2,5 MPa; 2,0 mm-hez, 3,5 MPa; 2,5 mm-hez, 5,0 MPa. A nagyobb igénybevétel felgyorsítja az ízületek kúszását. A DMC szolgáltatáshoz vékonyabb falakat (1,5-1,8 mm) adjon meg, hogy minimalizálja az ízületek duzzadási feszültségét, annak ellenére, hogy valamivel nagyobb az áteresztési kockázat.
| Falvastagság | Duzzadó stressz (MPa) | Közös élettartam-csökkentési faktor | Ajánlott ízületi típus |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 2.5 | 0.8x | Mechanikus érvéghüvely |
| 1,8 mm | 3.0 | 1,0x (alapvonal) | Mechanikus vagy hegesztett |
| 2,0 mm | 3.5 | 1.3x | Hegesztett |
| 2,5 mm | 5.0 | 2.0x | Hegesztett (kötelező) |
Rezgéscsillapítás duzzadt PFA-val
A megnövelt csillapítási arány (0,05 → 0,08) előnyös a rezonanciaamplitúdó csökkentésében, de nem tudja kompenzálni a csökkent merevséget. A nettó hatás nagyobb amplitúdó a rezonanciánál. Az ismert áramlási-rezgési problémákkal küzdő újraforralóknál a természetes frekvencia növelése és az amplitúdó csökkentése érdekében adjon meg csőtartó lemezeket közelebbről (0,8 m vs . 1.2m).
Útmutató a DMC újraforralókhoz
A 90 fokos DMC tisztító újraforralókhoz adjon meg 1,8 mm falvastagságú PFA-t (a duzzadási feszültség minimalizálása érdekében) és hegesztett cső-a-csőlemez csatlakozásokat. Előzetes-duzzasztást igényel (DMC 90 fokon 500 órán keresztül) a végső összeszerelés előtt. Rezgés{9}}kritikus kialakítások esetén adjon meg közelebbi csőtartó távolságot, és végezzen végeselemes elemzést, beleértve a duzzadt PFA mechanikai tulajdonságait. Árajánlat kérésekor adja meg a cső hosszát, a támasztávolságot és a várható két{11}}fázisú áramlási rendszert. A hegesztett kötések prémiumát (10-15%-kal a mechanikushoz képest) indokolja a 4-szer hosszabb kifáradási élettartam a DMC-szolgáltatásban, ahol az újraforraló meghibásodása miatt az oszlopleállás napi 20 000-50 000 dollárba kerül. Meglévő, mechanikus kötésekkel rendelkező fűtőkazánoknál 500 üzemóra után (utóduzzadás), majd ezt követően évente ismételje meg a nyomatékot. Magas vibrációjú (kétfázisú áramlási modellezésből előre látható) rendszerek esetén adjon meg 1,5 mm-es falakat hegesztett kötésekkel és további tartólemezekkel.
