Vấn đề rung động
Ống trao đổi nhiệt PTFE rất linh hoạt. Mô đun đàn hồi thấp của chúng (0,5 GPa so với . 200 GPa đối với thép) có nghĩa là chúng bị lệch nhiều hơn dưới một tải trọng nhất định và có tần số tự nhiên thấp hơn so với các ống kim loại có cùng kích thước. Tần số tự nhiên thấp hơn đưa chúng đến gần hơn với tần số kích thích phổ biến trong các bể xử lý-cánh khuấy-tần số truyền (2-10 Hz), tần số truyền qua cánh bơm (20-100 Hz) và nhiễu loạn dòng chảy (băng thông rộng).
Nếu tần số tự nhiên của ống trùng với tần số kích thích thì sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Ống rung với biên độ lớn, tác động vào các ống liền kề hoặc mòn tại các điểm tiếp xúc của tấm đỡ. Sự rung động làm tăng tốc độ hư hỏng do mỏi và có thể dẫn đến hỏng ống sớm.
Số lượng tấm đỡ-xác định chiều dài nhịp không được đỡ giữa các tấm đỡ-là biến thiết kế chính kiểm soát tần số riêng của ống. Nhiều hỗ trợ hơn có nghĩa là nhịp ngắn hơn, tần số tự nhiên cao hơn và ít rủi ro cộng hưởng hơn.
Tính toán tần số tự nhiên
Tần số tự nhiên của một ống nhịp-giữa hai trụ đỡ là: f_n=(π / 2L²) × √(EI / m), trong đó L là chiều dài nhịp giữa các trụ đỡ, E là mô đun uốn của PTFE ở nhiệt độ vận hành, I là mômen quán tính diện tích của mặt cắt ngang ống- và m là khối lượng trên một đơn vị chiều dài của ống (bao gồm cả hơi nước/nước ngưng tụ chứa trong đó).
Tần số tỷ lệ nghịch với bình phương độ dài nhịp. Giảm một nửa độ dài nhịp (tăng gấp đôi số lượng hỗ trợ) sẽ tăng gấp bốn lần tần số tự nhiên. Sự phụ thuộc mạnh mẽ này làm cho khoảng cách hỗ trợ trở thành công cụ thiết kế hiệu quả nhất để kiểm soát độ rung.
Đối với ống PTFE vách 10mm OD × 1mm ở 80 độ (E ≈ 300 MPa), tần số tự nhiên cho các độ dài nhịp khác nhau là:
| Chiều dài nhịp (mm) | Số lượng hỗ trợ (ống 3m) | Tần số tự nhiên (Hz) |
|---|---|---|
| 1,500 | 1 (chỉ hỗ trợ cuối) | 2.5 |
| 750 | 3 | 10 |
| 500 | 5 | 22.5 |
| 375 | 7 | 40 |
| 300 | 9 | 62.5 |
| 250 | 11 | 90 |
Tiêu chí tránh cộng hưởng
Để tránh cộng hưởng, tần số tự nhiên của ống phải cao hơn ít nhất 20% so với tần số kích thích dự kiến cao nhất hoặc thấp hơn ít nhất 20% so với tần số kích thích dự kiến thấp nhất. Đối với một bể khuấy điển hình có tần số truyền qua cánh khuấy- là 3-8 Hz và tần số chuyển động của cánh bơm là 40-60 Hz, tần số tự nhiên của ống phải ở dưới 2,4 Hz (không thực tế đối với hầu hết các nhịp) hoặc trên 72 Hz.
Để đạt được tần số tự nhiên trên 72 Hz cần có chiều dài nhịp khoảng 280mm trở xuống-tương ứng với 10 tấm đỡ cho ống dài 3 mét. Đây là một thiết kế bảo thủ mang lại khả năng miễn nhiễm với tất cả các nguồn kích thích điển hình.
Nếu tần số máy khuấy và máy bơm được xác định và kiểm soát tốt- thì có thể chấp nhận được một thiết kế ít bảo thủ hơn. Khoảng 375mm (7 hỗ trợ, tần số tự nhiên 40 Hz) là đủ nếu máy khuấy hoạt động dưới 32 Hz và máy bơm dưới 32 Hz (không phải điển hình cho máy bơm).
Giới hạn hỗ trợ thực tế
Mỗi tấm đỡ làm tăng thêm chi phí, chiếm thể tích bể và tăng độ giảm áp suất ở phía vỏ. Có một giới hạn thực tế về số lượng hỗ trợ. Đối với hầu hết các ứng dụng, 5-9 tấm đỡ cho ống dài 3 mét (khoảng 300-500mm) cung cấp khả năng chống rung phù hợp mà không tốn quá nhiều chi phí. Con số chính xác được xác định bởi môi trường kích thích cụ thể.
Bản tóm tắt
The number of support plates determines the tube natural frequency, which must be separated from the excitation frequencies to avoid destructive resonance. A span length of 280mm or less (natural frequency >72 Hz) cung cấp khả năng miễn nhiễm với hầu hết các nguồn kích thích công nghiệp. Số lượng tấm đỡ là thông số thiết kế quan trọng đối với độ tin cậy của bộ trao đổi nhiệt PTFE trong các hệ thống khuấy trộn hoặc bơm.
Hỗ trợ kỹ thuật cho việc phân tích độ rung của bó ống PTFE được cung cấp khi gửi kích thước ống, chiều dài ống, thông số kỹ thuật của máy khuấy và máy bơm cũng như nhiệt độ vận hành.
