Како коефицијент термичке експанзије ПТФЕ утиче на монтажу и дизајн носача грејача?

Када се ПТФЕ урањајући грејач загреје са амбијенталне на радну температуру, његова дужина се значајно повећава. Ако се грејач чврсто држи на оба краја, ово ширење изазива велико унутрашње напрезање. Ово кретање се мора узети у обзир при правилној монтажи грејача и витална је карактеристика која се често занемарује у индустријским системима.

ПТФЕ коефицијент топлотног ширења
Коефицијент топлотног ширења (ЦТЕ) мери колико ће се материјал проширити или скупити за сваки степен промене температуре. ПТФЕ има релативно висок ЦТЕ-приближно 120 × 10⁻⁶ по степену Целзијуса (120 ппм по степену). Поређења ради, нерђајући челик (304 и 316) има ЦТЕ од око 17*10^-6/Ц. Дакле, ПТФЕ ће се проширити око 7 пута више од челика за исто повећање температуре.

Практични резултат је диван. ПТФЕ грејач дужине 1 метар загрејан са собне температуре од 20 степени до типичне радне температуре од 100 степени шири се за приближно:

ΔЛ=Л 0 × ЦТЕ × ΔТ=1.0 м × 120 × 10 −6 / степен × 80 степени=0.0096 м ≈ 9,6 мм

За круто причвршћену компоненту, промена од отприлике 10 мм по метру дужине је веома значајна. За веће грејаче, дужине 3 или 4 метра, укупна експанзија може бити чак 30–40 мм.

Коефицијент термичке експанзије материјала (×10-6/ степен) на 20-100 степени Експанзија по метру на 80 степени Повећање ПТФЕ 120 – 130 ≈9,6 – 10,4 мм
ПФА 120 – 140 ≈9,6 – 11,2 мм
Нерђајући челик (304/316) 16 – 18 ≈1,3 – 1,4 мм
Титанијум (2. степен) 8 – 9 ≈0,6 – 0,7 мм
ПФА је још један флуорополимер који има сличан висок коефицијент експанзије. Неки специјализовани метални грејачи користе титанијум, који се шири чак и мање од нерђајућег челика. Разлика између ПТФЕ и било ког металног материјала омотача или унутрашњег металног језгра је запањујућа.

Проблем монтаже узрокован великим ширењем ПТФЕ-а
Уопштено говорећи, ПТФЕ урањајући грејач укључује унутрашњу металну отпорну жицу или језгро. Метално језгро се шири брзином од око једне-седме стопе од околног ПТФЕ омотача. Када се грејач загреје, ПТФЕ жели да се прошири знатно више од металног језгра унутар њега. Ово диференцијално ширење узрокује унутрашње смицање на граници између ПТФЕ и метала.

Ако је грејач такође споља ограничен (тврдим стезаљкама, држачима или прирубницама на оба краја), ПТФЕ омотач се не може слободно ширити у аксијалном правцу. Механичка напетост тако створена доводи до бројних начина квара:

Извијајући или савијени - ПТФЕ омотач је мекши од метала и стога ће имати тенденцију да се извија у средини, правећи закривљени или таласасти облик који може да удари у зидове резервоара или друге грејаче.

Пукотине на локацијама концентрације напона - Чврсте стезаљке или оштре потпорне ивице су подизачи напона. ПТФЕ се шири и притиска на ове фиксне тачке, што може проузроковати стварање пукотина и ширење по омотачу.

Повлачење-од унутрашњег металног језгра - Диференцијално ширење ПТФЕ-а и металног језгра, заједно са спољним ограничењима, може проузроковати да се ПТФЕ повуче са металних завршетака или да се удаљи од језгра, излажући отпорну жицу корозивним процесним течностима.

Уобичајена грешка у индустријским инсталацијама је третирање ПТФЕ грејача као металног грејача, тј. причвршћивање са више чврстих носача дуж његове дужине или стезање и на горњем и на доњем крају. Готово је гарантовано да ће ове врсте тактика рано пропасти.

Практичне смернице за уградњу ПТФЕ топлотних експанзионих грејача
Основна претпоставка за уградњу ПТФЕ грејача са термичким ширењем је да се грејачу омогући да се слободно шири и скупља по дужини, али да и даље остане на предвиђеном месту у резервоару или посуди. Препоручене технике укључују:

Монтирајте само на једном крају.
Грејач би требало да буде чврсто монтиран само на једном месту – често на крају терминала (хладни крај где се праве електричне везе). С друге стране, загрејана дужина треба да буде потпуно слободна да клизи или помера. Дуж ПТФЕ цеви не треба постављати додатне стезаљке, држаче или вођице.

Обезбедите аксијално померање преко-бочних-заграда
Ако се користи држач за монтажу преко--бочне стране, држач не би требало да чврсто држи ПТФЕ омотач. Уместо тога, требало би да се направи лабав-водич или распоред са прорезима који задржава грејач вертикално, али дозвољава ПТФЕ-у да путује аксијално кроз држач како температура варира. Можете почети са размаком од приближно 2-3 мм између омотача и рупе за носач.

Избегавајте превише круте Л и У конфигурације
Понекад се за одређене дизајне резервоара користе грејачи у облику слова Л (са хоризонталном и вертикалном ногом). Ако су две ноге, хоризонтална и вертикална, безбедно причвршћене на својим крајевима, проширење једне ноге делује против друге, а угао је подвргнут значајним напрезањима савијања. У ствари, ПТФЕ грејач у облику слова Л- треба да буде дизајниран са једном ногом која се може слободно померати или угао треба да има флексибилан прелаз (нпр. савијање већег радијуса) да апсорбује диференцијално ширење.

Слободан крај простора за проширење
Грејач од 1-метар који се шири 10 мм треба најмање 10 мм празног простора на свом слободном крају. За грејач који је окачен вертикално, то значи да дно грејача не би требало да додирује дно резервоара или било шта унутар резервоара. Препоручује се размак од 20-30 мм да би се компензовале производне толеранције и могуће промене температуре.

Користите флексибилне водове уместо крутог проводника причвршћеног за омотач
Водови са краја прикључка за напајање морају бити довољно флексибилни да омогуће скромно померање склопа терминала док се грејач шири и скупља. Чврсти метални провод, када је спојен директно на кућиште терминала, може пренети силе кретања до тачке прикључка, што може оштетити терминале.

Шта се дешава када је проширење ограничено?
Искуство на терену показује да је ограничено топлотно ширење један од примарних узрока квара ПТФЕ грејача након електричног преоптерећења. Уобичајени знаци неуспеха укључују:

Извијање омотача - Визуелни преглед змијоликог или таласастог облика.

Уздужне пукотине - Пукотине паралелне са осом грејача, које обично почињу у близини монтажних стезаљки.

Раздвајање краја терминала - ПТФЕ омотач клизи са споја за заливање терминала излажући отпорну жицу или омогућавајући цев за продирање течности.

Интерни прекид жице - Циклуси ширења и контракције, када су обуздани, замарају жицу унутрашњег отпора на месту уласка у ПТФЕ омотач.

Монтажни хардвер не сме радијално сабијати ПТФЕ омотач. ПТФЕ пузи под сталним притиском. Стезаљка за црево или цев затегнута око ПТФЕ-а ће се на крају опустити јер хладан материјал-отиче даље од обујмице и неуједначен притисак може да изазове ломљење.

Закључак: Добра пракса уградње је једнако важна као и квалитет грејача
Коефицијент термичке експанзије ПТФЕ је око седам пута већи од нерђајућег челика. ПТФЕ грејач дужине 1-м ће се проширити за отприлике 10 мм када се загреје са температуре околине на 100 степени. Ако је ово ширење ограничено, механичка напрезања која се развијају резултирају извијањем, ломљењем или отказивањем ПТФЕ омотача.

Правилно причвршћивање грејача са термичким експанзијом од ПТФЕ захтева једну фиксну тачку, обично на крају терминала, са остатком грејача који се може померати аксијално. Клизање треба дозволити преко-бочних-заграда; Аранжмани у облику слова Л- не би требало да имају два ограничења; а на слободном крају треба да има довољно места. Ове технике дизајна нису опциона побољшања, али су критичне за дуг радни век. Квалитет грејача је од виталног значаја, али и добре процедуре инсталације. Када су механички ефекти топлотног ширења правилно решени, ПТФЕ уроњени грејачи дају пуну хемијску отпорност и предности електричне изолације без компромиса.