Mechaninė vibracija{0}}iš maišytuvų, siurblių ar netoliese esančios įrangos-perduoda ciklinį įtempimą PFA šildytuvui jo tvirtinimo taške. Metodas, naudojamas PFA apvalkalui pritvirtinti prie montavimo plokštės (užspausta suspaudimo jungtis, palyginti su vientisu formuotu flanšu), žymiai pakeičia vibracijos nuovargio ribą. Prispaudžiamuose prieduose PFA suspaudžiamas tarp metalinio įvorės ir tvirtinimo plokštės. Veikiant vibracijai, prispausta sankryža patiria trūkinėjimą ir įtempių koncentraciją spaustuko krašte, todėl po 500 000–2 000 000 ciklų atsiranda nuovargio įtrūkimai. Formuotiems priedams PFA yra įliejamas tiesiai į montavimo plokštę, sukuriant ištisinę polimero struktūrą be mechaninio sujungimo. Suformuoti priedai atlaiko 5–10 kartų daugiau vibracijos ciklų (5–20 mln. ciklų), kol sugenda nuovargis. Didelės vibracijos aplinkoje (maišytuvuose, mobiliuosiuose rezervuaruose, siurblio išleidimo linijose) labai pageidautina naudoti liejinius flanšus.
Vibracijos nuovargio mechanizmai
Suspaustame priede PFA apvalkalas praeina per metalinę suspaudžiamą jungtį. Antgalis arba O -žiedas prispaudžia PFA prie jungiamosios detalės korpuso, sukuria sandariklį ir laiko šildytuvą. Veikiant vibracijai, PFA ir metalinė jungiamoji detalė juda mikroskopiškai vienas kito atžvilgiu (trečiantis). Apkabos kraštas sukuria 3–5 × įtempių koncentracijos koeficientą. Ciklinis šildytuvo lenkimas (nuo vibracijos) sutelkia įtempį šioje briaunoje. Laikui bėgant ant išorinio PFA paviršiaus, ties spaustuko briauna, atsiranda mikro įtrūkimų, jie plinta perimetru ir galiausiai sukelia apvalkalo įtrūkimus. Sunkiais atvejais šildytuvas atsiskiria nuo montavimo plokštės.
Formuotame tvirtinimo elemente PFA apvalkalas sklandžiai pereina į montavimo plokštę su spinduliu (paprastai 3–5 mm spinduliu). Įtempimo taške nėra metalinės-su-PFA sąsajos. Ištisinis polimeras paskirsto lenkimo įtempį didesniame plote, sumažindamas didžiausią įtempį 70–90%. Vibracijos nuovargio eksploatavimo laiką riboja vidinis PFA nuovargio stiprumas, o ne įtempių koncentracija gnybtuve.
Lyginamieji vibracijos nuovargio duomenys
| Priedo tipas | Dizaino ypatybės | Streso koncentracijos faktorius (Kt) | Vibracijos ciklai iki gedimo (0,5 mm amplitudė, 20 Hz) | Santykinis nuovargis Gyvenimas | Nesėkmės režimas |
|---|---|---|---|---|---|
| Suspaustas, vienas antgalis (suspaudimo jungtis) | Aštrus kraštas prie spaustuko išėjimo | 5–8 | 200,000–500,000 | 1.0× | Apvadinis įtrūkimas spaustuko krašte |
| Užsegamas, su spinduliuotu antgaliu | Suapvalintas antgalio išėjimas (1 mm spindulys) | 3–5 | 500,000–1,500,000 | 2–3× | Įtrūkimas krašte, uždelstas |
| Suspaustas, su guminiu tarpikliu tarp spaustuko ir PFA | Minkšta sąsaja sumažina nerimą | 2–3 | 1,000,000–3,000,000 | 4–6× | Tarpiklių susidėvėjimas, galimas įtrūkimas |
| Formuotas flanšas, be filė | Staigus perėjimas (0,5 mm spindulys) | 3–4 | 2,000,000–5,000,000 | 8–15× | Įtrūkimas flanšo pagrinde |
| Formuotas flanšas, spinduliuota filė (3 mm) | Sklandus perėjimas | 1.5–2 | 8,000,000–15,000,000 | 25–50× | Vidinis nuovargis (birios medžiagos) |
| Formuotas flanšas, spinduliuota filė + storas pagrindas (10 mm) | Optimizuotas dizainas | 1.2–1.5 | 15,000,000–25,000,000 | 60–100× | Mažai tikėtina per šildytuvo eksploatavimo laiką |
| Performuotas metalinis įdėklas | PFA suformuota aplink metalinę plokštę | 1.1–1.3 | >20,000,000 | >100× | Nepastebėta |
Vibracijos poveikio kiekybinis įvertinimas
Tam tikram įrenginiui, naudodami akselerometrą, įvertinkite vibracijos amplitudę tvirtinimo taške. Esant 20 Hz vibracijai (tipinis maišytuvo dažnis), amplitudė A (smailės nuo mm nuo - iki -smailės) nustato ciklinį įtempį. Lenkimo momentas ties flanšu yra M=F × L, kur F=m × a (masė × pagreitis), o L yra šildytuvo ilgis. Pagreitis a=(2πf)² × (A/2). 1 kg šildytuvo masės, 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). Jėga F=1 × 3.95=3.95 N. Momentas M=3.95 × 1=3.95 N·m. Lenkimo įtempis ties flanšu=M / Z, kur Z yra profilio modulis. 25 mm OD, 2 mm sieninis PFA vamzdis, Z ≈ 2,5e-6 m³. Įtempis=3.95 / 2,5e-6=1.58 MPa. Vien šis įtempis yra mažas, tačiau įtempių koncentracija spaustuko briaunoje (Kt=5) padidina jį iki 7,9 MPa ir artėja prie PFA nuovargio ribos.
Formuoto flanšo su Kt{0}} didžiausias įtempis būtų 2,4 MPa-, gerokai mažesnis už nuovargio ribą. Šildytuvas išgyventų neribotą laiką.
Pasirinkimo vadovas pagal vibracijos stiprumą
| Vibracijos šaltinis | Tipinis dažnis (Hz) | Tipinė amplitudė (mm p-p) | Apskaičiuoti ciklai per metus | Rekomenduojamas priedas | Pateisinimas |
|---|---|---|---|---|---|
| Nėra (statinis bakas) | 0 | 0 | 0 | Suspaustas arba suformuotas (abu gerai) | Jokio nuovargio streso |
| Žemas (išcentrinis siurblys) | 50–100 | 0.05–0.1 | 5×10⁸–1×10⁹ | Reikalingas suformuotas flanšas | Dideli ciklai sukelia gnybtų nuovargį |
| Vidutinis (maišytuvas, 100 aps./min.) | 1.7 | 0.2–0.5 | 1–2×10⁷ | Reikalingas suformuotas flanšas | Spaustuvas sugenda per 1–2 metus |
| Didelis (maišytuvas, 300 aps./min.) | 5 | 0.5–1.0 | 8×10⁷ | Formuotas flanšas su spinduliuota filė | Spaustuvas sugenda per mėnesius |
| Labai aukštas (vibruojantis ekranas, maišytuvas) | 15–30 | 1–2 | 1–3×10⁸ | Formuotas flanšas su metaliniu įdėklu | Neišvengiamos streso viršūnės |
| Mobilus bakas (transportas) | 5–50 | 2–5 | 1×10⁶–1×10⁷ | Formuotas flanšas + vibracijos izoliacija | Žr. 21 straipsnį |
| Šildytuvas šalia siurblio išleidimo | 50–120 | 0.1–0.3 | 1–3×10⁹ | Formuotas flanšas + lanksti jungtis | Aukštiems ciklams reikalingas geriausias dizainas |
Lauko įrodymai
Chemijos gamykla su 12 maišytuvų (60 aps./min. maišytuvai, 1,5 m ilgio PFA šildytuvai) iš pradžių naudojo suspaudimo jungiamąsias detales (viena įvorė). Vidutinis vibracijos nuovargio tarnavimo laikas buvo 8 mėnesiai (≈2 milijonai ciklų). Šildytuvo gedimas įvyko dėl žiedinio įtrūkimo spaustuko krašte. Gamykloje visos jungiamosios detalės buvo pakeistos suformuotomis jungėmis (spinduliuota filė, 5 mm). Nutrūko šildytuvo gedimai; po 5 metų neatsirado su vibracija susijusių įtrūkimų. Išlaidų priemoka už suformuotus flanšus (30–50 % daugiau nei užspausti) buvo susigrąžinta per vienerius metus, pašalinus keitimus ir prastovas.
Išvada: suformuoti flanšai užtikrina 10–50 kartų didesnę vibracijos nuovargio ribą
PFA apvalkalo tvirtinimo prie montavimo plokštės būdas dramatiškai pakeičia vibracijos nuovargio trukmę. Prispaustų priedų įtempių koncentracijos (Kt=3–8) spaustuko krašte apriboja nuovargio trukmę iki 200 000–3 000 000 ciklų. Formuoti flanšai su spinduliuotomis filė (Kt=1.2–2) pasiekia 5–25 mln. ciklų – 10–50 kartų ilgiau. Bet kokiam šildytuvui, kurį veikia mechaninė vibracija (maišytuvai, siurbliai, mobilios talpyklos), nurodykite suformuotą flanšą, kurio minimalus skersinio spindulys yra 3 mm. Pritvirtinti priedai turėtų būti tik statiniai rezervuarai, kurių vibracija yra nereikšminga. Papildomos formuotų flanšų išlaidos yra nedidelės, palyginti su pakartotinio šildytuvo keitimo ir neplanuotų prastovų išlaidomis. Vibracijoje spaustukas yra įtrūkimas, kuris laukia, kol atsiras. Suformuokite flanšą ir geriau miegokite.
