Căng thẳng cơ học từ hoạt động bắt đầu-dừng lặp đi lặp lại
Một bộ trao đổi nhiệt chuyển từ điều kiện môi trường lạnh sang nhiệt độ xử lý nóng vài lần mỗi ngày sẽ chịu áp lực cơ học cao hơn đáng kể so với bộ trao đổi nhiệt hoạt động liên tục. Sự giãn nở và co lại lặp đi lặp lại liên quan đến chu trình nhiệt có thể dần dần làm suy yếu các khớp, làm biến dạng bề mặt bịt kín và gây mỏi tại các điểm kết nối. Do đó, thiết kế cơ khí phải được lựa chọn với độ bền khi đạp xe làm tiêu chí chính.
Đây là vấn đề trọng tâm khi các kỹ sưchọn luân chuyển nhiệt không liên tục của bộ trao đổi PTFEcấu hình nhiệm vụ.
Chu trình nhiệt và cơ chế hỏng hóc trong bộ trao đổi nhiệt
Chu kỳ nhiệt tạo ra sự giãn nở và co lại xen kẽ giữa các ống, tấm ống và các thành phần vỏ. Khi các thành phần này giãn nở với tốc độ khác nhau hoặc bị hạn chế về mặt cơ học, ứng suất theo chu kỳ sẽ được truyền đến các khớp nối ống-đến-bảng ống.
Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến:
Nới lỏng các mối nối ống do tải trọng cơ học lặp đi lặp lại
Sự hình thành vết nứt vi-tại các điểm tập trung ứng suất
Thất bại mệt mỏi tiến triển theo số lượng chu kỳ cao
Niêm phong bị giãn do PTFE bị dão dưới nhiệt độ và áp suất
Thiết kế mâm ống cố định đặc biệt dễ bị ảnh hưởng vì sự giãn nở nhiệt bị cản trở trực tiếp bằng cách neo cứng ở cả hai đầu của bó ống.
Giải pháp thiết kế để quản lý giãn nở nhiệt
Để giảm thiểu tác động mỏi, cấu hình bó ống linh hoạt thường được áp dụng.
Cấu hình ống U{0}}
Bó ống AU{0}}cho phép mỗi ống giãn nở và co lại tự do dọc theo đường cong quay trở lại của nó. Hình dạng này hấp thụ một cách tự nhiên sự chênh lệch giãn nở nhiệt mà không truyền áp lực quá mức lên tấm ống.
Thiết kế đầu nổi
Bộ trao đổi đầu nổi cho phép một đầu của bó ống di chuyển độc lập khỏi vỏ. Điều này giúp tách lực giãn nở nhiệt và giảm đáng kể ứng suất ở bề mặt tiếp xúc ống-với-bảng ống.
Cả hai thiết kế đều có khả năng chịu hoạt động theo chu kỳ tốt hơn đáng kể so với cách bố trí mâm ống cố định.
PTFE-Các cân nhắc cơ học cụ thể
Các bó ống PTFE cung cấp thêm tính linh hoạt so với các hệ thống kim loại, nhưng giao diện ống-với-bảng ống vẫn là ranh giới cơ học quan trọng. Qua các chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại, ngay cả những chuyển động nhỏ cũng có thể khiến khớp thư giãn.
PTFE cũng thể hiện hành vi rão dưới nhiệt độ và tải trọng duy trì. Mối nối ban đầu bị bó chặt có thể dần dần giãn ra theo thời gian, đặc biệt khi chịu tải nhiệt không liên tục. Trong các thiết kế có gioăng hoặc bịt kín cơ học, có thể cần phải vặn lại -mô men xoắn định kỳ để duy trì tính toàn vẹn của vòng đệm.
Hướng dẫn thiết kế cho dịch vụ tuần hoàn
Các quy tắc lựa chọn cho các ứng dụng chu trình nhiệt có thể được tóm tắt như sau:
Thiết kế tấm ống cố định: không được khuyến nghị khi nhiệt độ dao động vượt quá khoảng 50 độ trong điều kiện vận hành theo chu kỳ
thiết kế ống chữ U: được ưu tiên cho nhiệm vụ luân chuyển nhiệt từ trung bình đến cao
Thiết kế đầu nổi: được ưu tiên cho tần suất đạp xe cao và chênh lệch nhiệt độ lớn
Ngoài ra, các nhà chế tạo thường được yêu cầu đánh giá hiệu suất mỏi thông qua phân tích phần tử hữu hạn của sự phân bố ứng suất ống-đến-bảng ống khi dự kiến có chu trình khắc nghiệt.
Tốc độ khởi động và tắt máy được kiểm soát giúp giảm sốc nhiệt hơn nữa và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Phần kết luận
Việc lựa chọn bộ trao đổi nhiệt PTFE cho chu kỳ nhiệt không liên tục đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến tính linh hoạt cơ học và khả năng chống mỏi khớp. Cấu hình ống chữ U và đầu nổi cung cấp các chiến lược hiệu quả để hấp thụ sự giãn nở nhiệt và giảm sự tập trung ứng suất tại các bề mặt quan trọng.
Lựa chọn thiết kế phù hợp giúp giảm đáng kể nguy cơ hỏng khớp sớm và đảm bảo độ tin cậy vận hành lâu dài-.
Do đó, hiểu biết về chu trình hoạt động cũng quan trọng như khả năng tương thích hóa học khi xác định các yêu cầu thiết kế bộ trao đổi nhiệt, vì độ mỏi cơ học chủ yếu do cách sử dụng hệ thống chứ không phải do quá trình xử lý.
