Miten PTFE:n lämpölaajenemiskerroin vaikuttaa lämmittimen asennus- ja tukisuunnitteluun?

Kun PTFE-sähkölämmitin lämpenee ympäristön lämpötilasta käyttölämpötilaan, sen pituus kasvaa huomattavasti. Jos lämmitin pidetään lujasti molemmista päistä, tämä laajeneminen aiheuttaa suurta sisäistä rasitusta. Tämä liike on otettava huomioon lämmittimen oikean asennuksen yhteydessä, ja se on elintärkeä ominaisuus, joka usein jätetään huomiotta teollisuusjärjestelmissä.

PTFE lämpölaajenemiskerroin
Lämpölaajenemiskerroin (CTE) mittaa, kuinka paljon materiaali laajenee tai supistuu kullakin lämpötilan muutosasteella. PTFE:llä on suhteellisen korkea CTE-noin 120 × 10⁻⁶ celsiusastetta kohden (120 ppm per aste). Vertailun vuoksi ruostumattoman teräksen (304 ja 316) CTE on noin 17*10^-6/C. Joten PTFE laajenee noin 7 kertaa enemmän kuin teräs samalla lämpötilan nousulla.

Käytännön tulos on upea. 1 metrin pituinen PTFE-lämmitin, joka on lämmitetty 20 asteen huonelämpötilasta tyypilliseen 100 asteen käyttölämpötilaan, laajenee noin:

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

Jäykästi kiinnitetyssä komponentissa noin 10 mm:n muutos pituusmetriä kohti on erittäin merkittävä. Suuremmissa, 3 tai 4 metrin pituisissa lämmittimissä kokonaislaajeneminen voi olla jopa 30–40 mm.

Materiaalin lämpölaajenemiskerroin (×10-6/aste) 20-100 astetta Laajeneminen metriä kohti 80 astetta Lisää PTFE 120 – 130 ≈9,6 – 10,4 mm
PFA 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 mm
Ruostumaton teräs (304/316) 16 – 18 ≈1,3 – 1,4 mm
Titaani (luokka 2) 8 – 9 ≈0,6 – 0,7 mm
PFA on toinen fluoripolymeeri, jolla on yhtä korkea laajenemiskerroin. Jotkut erikoismetallilämmittimet käyttävät titaania, joka laajenee jopa vähemmän kuin ruostumaton teräs. Ero PTFE:n ja minkä tahansa metallisen vaippamateriaalin tai sisäisen metalliytimen välillä on huikea.

PTFE:n suuren laajenemisen aiheuttama asennusongelma
Yleensä PTFE-upotuslämmitin sisältää sisällä olevan metallisen vastuslangan tai -ytimen. Metallisydän laajenee noin -seitsemäsosan ympäröivästä PTFE-vaipasta. Kun lämmitintä kuumennetaan, PTFE haluaa laajentua huomattavasti enemmän kuin sen sisällä oleva metalliydin. Tämä differentiaalinen laajeneminen aiheuttaa sisäisiä leikkausjännityksiä PTFE:n ja metallin rajapinnassa.

Jos lämmitin on myös ulkopuolelta rajoitettu (kovilla puristimilla, kannattimilla tai laippoilla molemmissa päissä), PTFE-vaippa ei voi laajeta vapaasti aksiaalisuunnassa. Näin luotu mekaaninen jännitys johtaa useisiin vikatiloihin:

Nurjahdus tai taipuminen - PTFE-suojus on pehmeämpi kuin metalli, joten se taipumus taipua ulospäin keskeltä muodostaen kaarevan tai aaltoilevan muodon, joka voi osua säiliön seiniin tai muihin lämmittimiin.

Halkeilu jännityskeskittymiskohdissa - Jäykät puristimet tai terävät tukireunat ovat jännityksen nostajia. PTFE laajenee ja pakottaa näitä kiinteitä kohtia vastaan, mikä voi aiheuttaa halkeamien muodostumista ja leviämistä koko vaipan läpi.

Vedä -pois sisäisestä metalliytimestä - PTFE:n ja metallisydämen differentiaalinen laajeneminen sekä ulkoiset rajoitukset voivat saada PTFE:n vetäytymään pois metalliliitännöistä tai hiipumaan pois ytimestä, jolloin vastuslanka altistuu syövyttäville prosessinesteille.

Yleinen virhe teollisuusasennuksissa on käsitellä PTFE-lämmitintä kuten metallilämmitintä eli kiinnittää se useilla kiinteillä tuilla sen pituudelta tai puristaa se sekä ylä- että alapäistä. Tällaiset taktiikat epäonnistuvat lähes taatusti aikaisin.

Käytännön ohjeet PTFE-lämpölaajenevien lämmittimien asennukseen
PTFE-lämpölaajenemislämmittimien asennuksen perusedellytyksenä on, että lämmitin voi laajeta ja supistua vapaasti pituudeltaan, mutta silti pysyä sille tarkoitetulla paikalla säiliössä tai astiassa. Suositeltuja tekniikoita ovat:

Kiinnitä vain toiseen päähän.
Lämmitin tulee asentaa jäykästi vain yhteen kohtaan – usein liittimen päähän (kylmä pää, jossa sähköliitännät tehdään). Toisaalta lämmitetyn pituuden tulee olla täysin vapaa liukumaan tai liikkumaan. PTFE-putken pituudelle ei saa asentaa ylimääräisiä kiinnittimiä, kiinnikkeitä tai ohjaimia.

Tarjoa aksiaalinen liike--sivutukien yli
Jos käytetään -ylipuolista-sivukiinnikettä, kiinnike ei saa puristaa PTFE-vaippaa jäykästi. Sen sijaan tulisi luoda löysä-sovitusohjain tai uritettu järjestely, joka säilyttää lämmittimen pystysuoran, mutta sallii PTFE:n kulkea aksiaalisesti kannattimen läpi lämpötilan muuttuessa. Voit aloittaa noin 2-3 mm:n etäisyydellä vaipan ja kannattimen reiän välillä.

Vältä liian jäykkiä L- ja U-kokoonpanoja
Joskus L--muotoisia lämmittimiä (vaaka- ja pystyjalkaisia) käytetään tietyissä säiliömalleissa. Jos kaksi jalkaa, vaaka- ja pystysuorat, on kiinnitetty kunnolla päistään, toisen jalan laajeneminen toimii toista vasten ja kulmaan kohdistuu merkittäviä taivutusrasituksia. Itse asiassa L--muotoinen PTFE-lämmitin tulisi suunnitella siten, että yksi jalka voi liikkua vapaasti tai kulmassa tulee olla joustava siirtymä (esim. suuremman säteen taivutus) differentiaalisen laajenemisen vaimentamiseksi.

Vapaa lopputila laajennusta varten
1-metrinen lämmitin, joka laajenee 10 mm, tarvitsee vähintään 10 mm tyhjää tilaa vapaassa päässä. Pystysuoraan ripustetun lämmittimen osalta tämä tarkoittaa, että lämmittimen pohja ei saa koskettaa säiliön pohjaa tai mitään säiliön sisällä. Valmistustoleranssien ja mahdollisten ylilämpötilapoikkeamien kompensoimiseksi suositellaan 20-30 mm:n väliä.

Käytä joustavia johtoja jäykän putken sijaan Kiinnitetty vaippaan
Sähkönsyötön liitinpäästä tulevien johtimien on oltava riittävän joustavia mahdollistaakseen liitinkokoonpanon vaatimattoman liikkeen lämmittimen laajentuessa ja supistuessa. Jäykkä metalliputki, kun se on kytketty suoraan liitinkoteloon, voi siirtää liikevoimia liitoskohtaan, mikä voi vahingoittaa liittimiä.

Mitä tapahtuu, kun laajennus on rajoitettu?
Kenttäkokemus osoittaa, että rajallinen lämpölaajeneminen on yksi tärkeimmistä syistä PTFE-lämmittimen vikaantumiseen sähköisen ylikuormituksen seurauksena. Yleisiä merkkejä epäonnistumisesta ovat:

Vaipan nurjahdus - Silmämääräinen tarkastus käärmeen tai aaltoilevan muodon avulla.

Pituussuuntaiset halkeamat - Lämmittimen akselin suuntaiset halkeamat, jotka alkavat yleensä kiinnityskiinnikkeiden läheltä.

Liittimen päiden erotus - PTFE-suojus liukuu pois liittimen pinnoitemassasta paljastaen vastuslangan tai sallien kanavan nesteen tunkeutumista varten.

Sisäisen johdon katkeaminen - Laajenemis- ja supistumissyklit, kun ne on hillitty, väsyttävät sisäisen vastuslangan PTFE-vaipan sisääntulokohdassa.

Asennuslaitteisto ei saa puristaa säteittäisesti PTFE-vaippaa. PTFE ryömii jatkuvassa puristusrasituksessa. PTFE:n ympärille kiristetty letkunkiristin tai putkenkiristin löystyy lopulta, kun materiaali kylmä-virtaa pois puristimesta ja epätasainen paine voi aiheuttaa rikkoutumisen.

Johtopäätös: Hyvät asennustavat ovat yhtä tärkeitä kuin lämmittimen laatu
PTFE:n lämpölaajenemiskerroin on noin seitsemän kertaa ruostumattoman teräksen lämpölaajenemiskerroin. 1- metrin pituinen PTFE-lämmitin ulottuu noin 10 mm, kun se lämmitetään ympäristön lämpötilasta 100 asteeseen. Jos tätä laajenemista rajoitetaan, kehittyvät mekaaniset rasitukset johtavat PTFE-vaipan nurjahdukseen, murtumiseen tai irtoamiseen.

Oikea lämpölaajenevan PTFE-lämmittimen kiinnitys vaatii yhden kiinteän pisteen, yleensä liittimen päässä, ja loput lämmittimestä voivat liikkua vapaasti aksiaalisesti. Liukumisen tulisi olla sallittua-sivusuluissa-; L-muotoisilla järjestelyillä ei pitäisi olla kahta rajoitusta; ja vapaassa päässä pitäisi olla tarpeeksi tilaa. Nämä suunnittelutekniikat eivät ole valinnaisia ​​parannuksia, vaan kriittisiä pitkän käyttöiän kannalta. Lämmittimen laatu on elintärkeää, mutta niin ovat myös hyvät asennusmenetelmät. Kun lämpölaajenemisen mekaaniset vaikutukset huomioidaan oikein, PTFE-upotuslämmittimet antavat täyden kemiallisen kestävyyden ja sähköeristyksen ilman kompromisseja.