Kuinka valita oikea putken seinämän paksuus PTFE-vaihtimelle korkeatyhjiöpalvelussa?

PTFE-vaippa- ja putkilauhdutinta käytetään arvokkaan liuottimen talteenottamiseksi syvässä tyhjiössä sen kiehumispisteen alentamiseksi. Kuoren puoli on käytännössä tyhjiössä. Ohuet ja taipuisat PTFE-putket eivät ainoastaan ​​kuljettaa jäähdytysvettä, vaan myös vastustavat ulkoilman sisäänpäin työntyvää puristusvoimaa. Normaali ohutseinämäinen -putki, joka sopii täysin ylipaineelle, voi äkillisesti romahtaa litteäksi kuin juomapilli, pysäyttäen virtauksen ja heikentäen lämpötehoa. Tyhjiökäyttöön tarkoitettua putken seinämän paksuutta ei ole suunniteltu pitämään sisällään painetta, vaan estämään katastrofaalinen romahdus. Oikean putken seinämän paksuuden valitseminen PTFE-vaihtimen tyhjiöpalvelua varten riippuu nurjahdusfysiikasta, lämpötilojen-poistoista ja tukiratkaisuista.

Romahduksen fysiikka ulkoisen paineen alaisena
Kuinka tyhjiö tuhoaa putken
Kun lämmönvaihtimen toinen puoli tyhjennetään (esim. 10 mbar abs tai vähemmän), ulkoinen ilmanpaine (noin 1 bar tai 14,7 psi) vaikuttaa tasaisesti jokaisen putken ulkopuolelle. Putken sisällä voi olla ilmakehän paine tai ehkä hieman korkeampi. Tämä ulkoinen kuormitus aiheuttaa renkaan puristusjännityksen putken seinämään. Ohutseinämäinen joustava PTFE-putki (jolla on verrattain alhainen kimmokerroin noin 0,5 GPa verrattuna teräksen 200 GPa:iin) taipuisi ja painuisi soikeaan tai litistetyksi paineella, joka on paljon pienempi kuin materiaalin myötöraja. Hoover on näkymätön jättiläinen käsi, joka puristaa putkea. Ainoa asia, joka estää sitä murskaamasta, on seinän paksuus.

Tukiputket: The Baffle Spacingin rooli
Tukemattomalla putken pituudella ohjauslevyjen tai putkilevyjen välillä on suuri vaikutus romahduskestävyyteen. 200 mm:n välein tuettu putki kestää paljon paremmin ulkoista painetta kuin 500 mm:n välein tuettu putki. Suurtyhjiöpalvelua varten ohjauslevyn väliä pienennetään usein 100–150 mm:iin. Lähemmät välilevyt lisäävät kuoren-puolen turbulenssia ja parempaa lämmönsiirtoa, mikä osittain kompensoi paksumman seinän lämpökustannuksia. Ohjauslevyjen lukumäärän lisääminen kuitenkin lisää painehäviötä vaipan puolella ja voi vaatia suuremman vaipan halkaisijan virtausalueen pitämiseksi.

Lisäksi suunnittelun tulee sallia tyhjiö putken puolella ja ylipaine kuoren puolella. Kelluvapäässä tai U-putkirakenteessa kumpi tahansa puoli voidaan tyhjentää, ja putken seinämän on oltava riittävän vahva estämään romahtaminen sivulta tyhjiössä. Näissä olosuhteissa valitaan paksumpi seinämä ja vaihdin on yleensä suunniteltu "täystyhjiö" molemmilta puolilta.

Käytännön ohjeet valintaan
Vaiheittainen prosessi
Määritä hooverin taso: Anna absoluuttinen paine matalalla puolella (eli . 10 mbar, 50 mbar). Pahin tilanne on täysi tyhjiö (0 millibar absoluuttinen) ja vaatii vahvimman suunnittelun.

• Valitse putkikoot: Valitse ulkohalkaisija (OD), joka on kompromissi lämmönsiirron, likaantumisen ja mekaanisen lujuuden välillä. Normaalit koot ovat 6 mm tai 8 mm OD hoover-palvelua varten. Suuremmat halkaisijat (10 mm ja enemmän) eivät ole käytännöllisiä.

Käytä valmistajan puristuspainetietoja tai FEA:ta arvioidaksesi tarvittava seinämän paksuus 6 mm OD on varovainen lähtökohta, 0,8 mm:n paksuus huoneenlämpötilassa . 1.0-1.2 mm voi olla tarpeen korkeampaan lämpötilaan tai suurempaan ulkohalkaisijaan.

Säädä ohjauslevyn etäisyys: Tukematon jänneväli enintään 150 mm. Pitkille putkille (yli 2 m) käytetään ylimääräisiä välitukia tai välikappaleilla varustettuja sidetankoja.

Arvioi lämpöteho: Laske U-arvo valitulla seinämän paksuudella Jos U--arvo on liian pieni (esim. alle 200 W/m2K), harkitse putken määrän tai pituuden lisäämistä tai hyväksy isompi vaihdin.

Vahvista valmistajalta: Todetuilla PTFE-vaihtimen toimittajilla on empiiriset romahdustiedot putken mitoista. Vaaditaan kirjallinen takuu, että laite toimii luhistumatta määritellyissä tyhjiö- ja lämpötilaolosuhteissa.

Esimerkki spesifikaatiosta PTFE-putken ulkohalkaisija 6 mm. Seinämän paksuus: 1,0 mm + / -0,05 mm Putken materiaali: neitsyt PTFE. Suurin tukematon jänneväli 120 mm Kuoren puolen suunnittelupaine: täydellinen tyhjiö (0 mbar abs). Putken puolen suunnittelupaine: 3 bar g. Maksimi käyttölämpötila: 90'C. Vaihtimen vaipan puolella tyhjiön tulee olla 10 mbar absoluuttinen putkien ollessa ilmakehän paineessa. Putket eivät saa olla näkyvästi kokoon painuneita tai soikeita.

Tekninen tarkkuus: Puristuspaineen laskeminen
Putken vika ulkoisen paineen alaisena on nurjahdusvirhe, ei myötöhäiriö. Ensimmäinen likiarvo annetaan ohutseinämäisten -putkien standardikaavoilla (esim. Timoshenkon kaava elastiselle nurjahdukselle), mutta PTFE:n epä-lineaarinen jännitys-venymäkäyttäytyminen ja viruminen on validoitava empiirisesti. Useimmat PTFE-vaihtimien valmistajat testaavat näyteputkia hydrostaattista ulkoista painetta varten. Mitattu puristuspaine 6 mm:n ulkohalkaisijan putkelle, jonka seinämän paksuus on 1,0 mm, 20 asteessa on usein 1,2-1,5 baaria, mikä antaa turvallisuuskertoimen 1,2-1,5 yli täydellisen tyhjiön. 90 asteessa romahduspaine voi olla niinkin alhainen kuin 0,8-1,0 bar, ja siksi tarvitaan suurempi turvamarginaali. Tästä syystä tuet asetetaan lähemmäksi tai seinät tehdään paksummiksi korotetun lämpötilan tyhjiöpalvelua varten.

Johtopäätös: Eläminen Invisible Squeezessä
Tyhjiö-PTFE-vaihtimen seinämän paksuuden tulee olla taistelu ilmakehän murskausvoimaa vastaan. Ja paksumpi, jäykempi ja hyvin tuettu putki voittaa taistelun. Putket kestävät täyden tyhjiön ilman romahtamista, koska seinämän paksuus on vähintään 0,8{5}}1,0 mm ja välilevyt ovat tiiviisti (tuettamaton jänneväli 150 mm). Paksumpi seinä parantaa U--arvoa, mutta vaihtoehtoinen -romahtunut, tukkeutunut putki ei ole hyväksyttävä. Ulkoilman hiljainen, näkymätön paine on tyhjiöjärjestelmän vahvin voima ja oikein valittu putken seinämän paksuus on ainoa suoja sitä vastaan.