Muuttaako menetelmä, jolla PFA-suojus kiinnitetään asennuslevyyn, tärinän väsymisrajaa?

Sekoittimien, pumppujen tai muiden laitteiden mekaaninen tärinä siirtää syklisen jännityksen PFA-lämmittimeen sen asennuspaikassa. Tapa, jolla PFA-suojus kiinnitetään asennuslevyyn (puristettu puristusliitin vs. kiinteästi muotoiltu laippa), vaikuttaa merkittävästi tärinän väsymisrajaan. Kiinnitetyissä kiinnikkeissä PFA puristetaan metalliholkin ja asennuslevyn väliin. Puristetussa liitoksessa tärinä aiheuttaa naarmuja ja jännityskeskittymiä puristimen reunassa ja väsymishalkeilua tapahtuu 500 000-2 000 000 jakson jälkeen. Valetuissa kiinnikkeissä PFA valetaan suoraan asennuslevyyn, jolloin muodostuu jatkuva polymeerirakenne ilman mekaanista liitosta. Valetut kiinnikkeet kestävät 5-10 kertaa pidempään (5-20 miljoonaa sykliä) ennen kuin väsymys rikkoutuu tärinän vaikutuksesta. Valetut laipat ovat erittäin edullisia korkean tärinän asetuksissa (sekoittimet, siirrettävät säiliöt, pumpun poistolinjat).

Väsymyskäyttäytyminen
PFA-suojus viedään metallisen puristusliittimen läpi kiinnikkeen puristimessa. PFA puristetaan kiinnitysrunkoa vasten holkilla tai O-renkaalla tiivisteen muodostamiseksi ja lämmittimen pitämiseksi paikallaan. Tärinän alaisena PFA:n ja metalliliittimen välillä tapahtuu pieni suhteellinen liike (fretting). Puristusreuna luo 3-5 kertaa jännityskeskittymiskertoimen. Lämmitin on taivutettu syklisesti (värähtely), mikä keskittää jännityksen tähän reunaan. Ajan myötä PFA:n ulkopinnan puristinreunaan kehittyy mikrohalkeamia ja ne etenevät kehän suuntaisesti, kunnes vaippa halkeaa. Äärimmäisissä olosuhteissa lämmitin irtoaa asennuslevystä.

Muovatussa kiinnikkeessä PFA-suojus sulautuu saumattomasti asennuslevyyn säteellä (yleensä 3–5 mm säteellä). Ei metallin ja PFA:n vuorovaikutusta jännityspisteessä. Jatkuva polymeeri levittää taivutusvoimaa suuremmalle alueelle, mikä pienentää huippujännitystä 70–90 %. Tärinäväsymisaikaa säätelee PFA:n luontainen väsymislujuus, ei puristimen jännityspitoisuus.

Tärinäväsymystiedot Vertailevat kiinnitystyypin suunnitteluominaisuudet Jännityskeskittymiskerroin (K t) Tärinäsyklit epäonnistumiseen (20 Hz, 0,5 mm:n amplitudi) Vikatila: Suhteellinen väsymisikä
Puristettu yksiholkki (puristustyyli) Terävä reuna puristimen ulostulossa 5–8 200,000–500,000 1.0× Kehän halkeama puristimen reunassa
Säteellinen holkki, kiinnitetty Pyöristetty holkin ulostulo (säde 1 mm) 3-5 500,000-1 500,000 2-3x Halkeama reunassa, viivästynyt
Kiinnitetty kumitiivisteellä puristimen ja PFA:n väliin. Pehmeä rajapinta vähentää hankausta 2–3 1, 000 000–3 000,000 4–6 × Tiivisteen kuluminen, mahdollinen rikkoutuminen
Laippa valettu, ei filettä Terävä siirtymä (0,5 mm säde) 3–4 2 000 000–5 000 000 8–15× Halkeama laipan pohjassa
Valettu laippa, säteellinen (3 mm) fileetPileä siirtymä 1,5–2 8,000 000–15 000,000 25–50× Sisäinen väsymys (bulkkimateriaali)
Muotoiltu laippa, säteellinen filee + paksu pohja (10 mm)Optimoitu muotoilu 1,2–1.5 15,000 000–25 000,000 60–100× Ei todennäköistä lämmittimen käyttöiän aikana
Overmolded metal insert PFA moulded around metal plate 1.1–1.3 >20,000,000 >100 kertaa Ei nähty.
Tärinäaltistuksen mittaus
Käytä kiihtyvyysmittaria tärinän amplitudin arvioimiseen tietyn asennuksen asennusasennossa. Amplitudiin A verrannollinen syklinen jännitys (mm huippu-to-huippu) 20 Hz:n värähtelylle (tyypillinen sekoittimen taajuus). Laipan taivutusmomentti on M=F * L, jossa F=m * a (massa * kiihtyvyys) ja L lämmittimen pituus. a=(2\\pi f)^2 x (A/2). Lämmittimen massalle 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). Voima F=1 x 3.95=3.95 N Momentti M=3.95 x 1=3.95 Nm Taivutusjännitys laipassa=M / ZZ=leikkausmoduuli. 25 mm ulkohalkaisijalle, 2 mm seinämäinen PFA-putki Z ~ 2,5e-6 m^3 Jännitys=3.95 / 2,5e-6=1.58 MPa Tämä jännitys yksinään on minimaalinen, mutta jännityspitoisuus puristimen reunassa (Kt=5) nostaa sen arvoon 7,9 MPa – lähellä PFA:n väsymisrajaa.

Valetun laipan, jossa on Kt=1.5, huippujännitys olisi 2,4 MPa-reilusti väsymisrajan alapuolella. Lämmitin kestäisi ikuisesti.

Tärinän voimakkuus - Kuinka valita
Tärinälähde Tyypillinen taajuus Hz Tyypillinen amplitudi mm p-pArvioitu jaksojen lukumäärä vuodessa Suositeltu liitteen perustelu
Ei mitään (staattinen säiliö) 0 0 0 Puristettu tai muotoiltu (OK) Ei väsymisjännitystä
Matala (keskipakopumppu) 50 - 100 0.05 - 0.1 5x10^8 - 1x10^9 tarvitaan muottilaippaa. Puristimen väsyminen korkeiden kierrosten vuoksi
Keskitaso (sekoitus, 100 rpm) 1.7 0.2-0.5 1-2x107 Valettu laippa tarpeen Puristin epäonnistuu 1–2 vuodessa
Korkea (sekoitin, 300 rpm) 5 0.5-1.0 8×107 Muotoiltu laippa pyöristetyllä fileella Puristin epäonnistuu kuukausissa
Erittäin korkea (värähtelevä seula, sekoitin) 15–30 1–2 1–3×10⁸ Valettu laippa metallisisäkkeellä Välttämättömät jännityshuiput
Siirrettävä säiliö (kuljetus) 5-50 2-5 1x10^6-1x10^7Tärinäneristys + valettu laippa Katso artikkeli nro 21
Lämmitin lähellä pumpun tyhjennystä 50–120 0.1–0.3 1–3 × 109 Laippa + joustava liitäntä Paras malli korkeille jaksoille
Kenttätodisteet
Kemiallinen laitos, jossa oli 12 sekoitettua säiliötä (60 kierrosta minuutissa, 1,5 metrin pituiset PFA-lämmittimet), käytti alun perin puristusliittimiä (yksi holkki). Keskimääräinen tärinäväsymisikä oli 8 kuukautta (~ 2 miljoonaa jaksoa). Lämmittimen vika oli kehän halkeama puristimen reunassa. Lämmittimessä ei ole ollut vikoja eikä tärinähalkeamia ole ollut 5 vuoden jälkeen.