Dilema uklapanja interferencije
PTFE cijev umetnuta u rupu cijevne ploče i pričvršćena ekspanzijom mora zahvatiti stijenku rupe dovoljno čvrsto da zabrtvi protiv unutarnjeg tlaka pare, ali ne tako čvrsto da obručni napon u proširenoj cijevi premaši prag pucanja materijala od naprezanja. Razlika između odgovarajućeg prianjanja i štetnih smetnji mjeri se u desetinkama milimetra.
PTFE predstavlja poseban izazov za spojeve-na-cijevne ploče jer hladan-materijal teče pod trajnom kompresijom. Ometanje koje se čini čvrstim i nepropusnim-pri ugradnji može popustiti tjednima na radnoj temperaturi dok PTFE puzi od kontaktnog pritiska. Spoj počinje curiti. Napast je povećati početno ometanje kako bi se omogućilo opuštanje-ali to riskira trenutno pucanje naprezanja zbog prekomjernog-širenja.
Najveća dopuštena interferencija je stupanj prevelikog dijametra koji opterećuje PTFE malo ispod njegove granice pucanja pod naponom na maksimalnoj očekivanoj radnoj temperaturi.
Mehanizam pucanja uslijed naprezanja
Pukotine uslijed naprezanja PTFE-a nastaju kada je materijal podvrgnut vlačnom naprezanju većem od približno 2-3% na povišenoj temperaturi. Naprezanje otvara mikroskopske praznine između kristalnih domena. Ove šupljine rastu tijekom vremena pod dugotrajnim stresom, na kraju se spajajući u vidljive pukotine.
U dilatacijskom spoju cijev-na-cijevni list, primarno naprezanje je obručno naprezanje u stijenci cijevi na proširenom dijelu. ID cijevi se probija preko većeg promjera (alat za proširenje ili rupa u pločici cijevi s umetkom). Vanjska vlakna stijenke cijevi rastežu se. Obručna deformacija je: ε=(Dekspandirano - Doriginal) / Doriginal.
Za 10 mm OD PTFE cijevi proširene do 10,8 mm ID rupe za cijevnu ploču, dijametralno širenje je 0,8 mm. Naprezanje obruča je 0,8/10=8%. Ovo daleko premašuje sigurnu granicu od 2-3% i puknut će cijev - ako ne odmah, onda unutar tjedana na radnoj temperaturi.
Tablica 1: Maksimalne dopuštene smetnje za spojeve PTFE cijevi-na-cijevne ploče
| OD cijevi (mm) | Zid cijevi (mm) | ID otvora za ploču cijevi (mm) | Promjer interferencije (mm) | Naprezanje obruča (%) | Rizik od pucanja uslijed naprezanja | Preporučeni servis |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8.0 (nulti razmak) | 0 | 0 | Nijedan | Potrebna je sekundarna brtva |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | Nijedan | Nizak-tlak (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | Nisko (ograničenje za kontinuiranu uslugu) | Opća usluga (do 4 bara) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | Umjereno (ne preporučuje se) | Ne preporučuje se |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | Nijedan | Potrebna je sekundarna brtva |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | Nijedan | Nizak-tlak |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | Nisko (ograničenje za kontinuiranu uslugu) | Opća usluga (do 4 bara) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | Nisko (ograničenje za kontinuiranu uslugu) | Opća služba |
Zahtjev za sekundarnu brtvu
Budući da je maksimalna sigurna interferencija za PTFE ograničena na približno 2,5% naprezanja obruča, sila stezanja samo od širenja je skromna. Na radnoj temperaturi, relaksacija puzanja dodatno smanjuje ovu silu. Sekundarni brtveni mehanizam potreban je za pouzdanu dugotrajnu-nepropusnost-propuštanja.
Najčešća sekundarna brtva je kompresijski spoj: cijev prolazi kroz cijevnu ploču, a matica pritišće PTFE prsten na OD cijevi. Čahura osigurava brtvljenje; cijevni lim osigurava mehaničko učvršćenje. Interferencija između cijevi i otvora cijevne ploče tada se postavlja na nulu (prilagodba zazorom) ili minimalno, čime se u potpunosti eliminira rizik od pucanja uslijed naprezanja.
Alternativne sekundarne brtve uključuju proširene krajeve cijevi koji naliježu na konusnu površinu cijevne ploče i O-prstenaste brtve u utorima unutar rupe cijevne ploče. Oba pristupa odvajaju funkciju brtvljenja od funkcije širenja cijevi.
Učinak toplinskog ciklusa
Svaki toplinski ciklus od sobne do radne temperature dodaje ciklus naprezanja proširenom dijelu cijevi. PTFE cijev radijalno se širi više od cijevne ploče (ako je ploča metalna ili od drugog polimera), mijenjajući interferencijsko pristajanje. Spoj koji ima zazor na sobnoj temperaturi može postati interferentni spoj na temperaturi ili obrnuto.
Dizajn spoja mora prihvatiti ovu cikličku promjenu dimenzija bez prekoračenja granice deformacije od 2,5% u bilo kojoj točki toplinskog ciklusa. Za PTFE cijevi u pločama od PTFE cijevi, materijali se šire istom brzinom, a smetnje su postojane. Za PTFE cijevi u metalnim ili PVDF pločama mora se izračunati diferencijalna ekspanzija.
Sažetak
Najveća dopuštena dijametralna interferencija za spojeve PTFE cijevi-na-cijevni lim je 2,5% promjera cijevi, što odgovara približno 0,2 mm za 8 mm OD cijevi i 0,25 mm za 10 mm OD cijevi. Ovo ograničenje sprječava pucanje uslijed pretjeranog naprezanja obruča na povišenoj temperaturi.
Za pouzdano brtvljenje potreban je sekundarni mehanizam-kompresijska ferula, rašireni spoj ili O-prsten-jer ograničena interferencija pruža samo skromnu silu stezanja koja s vremenom dodatno opušta na temperaturi. Dizajn spoja mora se prilagoditi različitom toplinskom širenju ako su cijev i cijevna ploča različiti materijali.
Tehničke specifikacije za konstrukciju spoja PTFE cijevi-na-cijevne ploče dostupne su nakon podnošenja dimenzija cijevi, materijala i debljine cijevnih ploča, radne temperature i tlaka te potrebnog vijeka trajanja.
