PTFE korpuso ir vamzdelio kondensatorius naudojamas vertingam tirpikliui regeneruoti giliame vakuume, sumažinant jo virimo temperatūrą. Korpuso pusėje yra beveik tobulas vakuumas. Ploni, lankstūs PTFE vamzdeliai ne tik perneša aušinimo vandenį; jie priešinasi išorinės atmosferos gniuždančiajai jėgai, stumiamai į vidų. Standartinis plonasienis vamzdis, visiškai tinkamas teigiamam slėgiui, gali staiga subyrėti kaip šiaudelis, blokuodamas srautą ir sugadindamas šilumines savybes. Vakuuminio vamzdžio sienelės storis nėra pasirinktas slėgio izoliavimui; jis parenkamas siekiant išvengti katastrofiško žlugimo. Pasirinkus tinkamąvamzdžio sienelės storis PTFE šilumokaičio vakuuminis aptarnavimasreikia suprasti lenkimo mechaniką, terminius kompromisus ir palaikymo strategijas.

Išorinio slėgio žlugimo fizika

Kaip vakuumas sutraiško vamzdį

Kai šilumokaičio korpusas ištuštinamas (pvz., iki 10 mbar absoliučios ar mažesnės), išorinis atmosferos slėgis (maždaug 1 baras arba 14,7 psi) vienodai veikia kiekvieno vamzdžio išorę. Vamzdžio viduje gali būti atmosferos slėgis arba net šiek tiek didesnis. Šis išorinis slėgis sukuria gniuždomąjį lanko įtempį vamzdžio sienelėje. Plonasienis lankstus vamzdis, pagamintas iš PTFE, kurio tamprumo modulis yra santykinai žemas (apie 0,5 GPa, palyginti su 200 GPa plienu), gali susilūžti ir sugriūti į ovalią arba suplotą formą esant slėgiui, gerokai mažesniam už medžiagos takumo įtempį. Vakuumas – tai nematoma milžiniška ranka, spaudžianti vamzdelį, o sienelės storis – vienintelis dalykas, neleidžiantis jo sutraiškyti.

Vamzdžių palaikymas: atstumo tarp tarpų vaidmuo

Nepalaikomas vamzdžio ilgis tarp pertvarų arba vamzdžių lakštų turi didelę įtaką atsparumui griūtims. Vamzdis, kuris palaikomas 200 mm intervalais, atlaikys išorinį slėgį daug geriau nei tas, kuris palaikomas 500 mm intervalais. Didelio vakuumo atveju atstumas tarp pertvarų dažnai sumažinamas iki 100–150 mm. Artimesnės pertvaros taip pat padidina korpuso pusės turbulenciją ir pagerina šilumos perdavimą, iš dalies kompensuodamos storesnės sienos šiluminę žalą. Tačiau arčiau esančios pertvaros padidina slėgio kritimą korpuso pusėje ir gali prireikti didesnio korpuso skersmens, kad būtų išlaikytas srauto plotas.

Projektuojant taip pat reikia atsižvelgti į vakuumo galimybę vamzdžio pusėje ir teigiamą slėgį korpuso pusėje. Naudojant plūduriuojančią galvutę arba U formos vamzdelį, bet kurią pusę galima ištuštinti, o vamzdžio sienelė turi būti atspari griūtims iš bet kurios pusės, kuri yra vakuume. Tokiais atvejais nurodoma storesnė sienelė, o šilumokaitis dažnai projektuojamas kaip „pilnas vakuumas“ iš abiejų pusių.

Praktinės atrankos gairės

Žingsnis po žingsnio procedūra

Apibrėžkite vakuumo lygį: Išreikškite absoliutų slėgį žemo slėgio pusėje (pvz., 10 mbar, 50 mbar). Visiškas vakuumas (0 mbar absoliutus) yra blogiausias atvejis ir jam reikalingas tvirtiausias dizainas.

Pasirinkite vamzdžio matmenis: Pasirinkite išorinį skersmenį (OD), kuris subalansuotų šilumos perdavimą, užsiteršimą ir mechaninį stiprumą. Vakuuminiam aptarnavimui įprastas OD yra 6 mm arba 8 mm; didesni skersmenys (10 mm ar daugiau) tampa nepraktiški.

Apskaičiuokite reikalingą sienelės storįnaudojant gamintojo spaudimo diagramas arba FEA. 0,8 mm storis yra konservatyvus 6 mm OD pradžios taškas kambario temperatūroje. Esant aukštesnei temperatūrai arba didesniam OD, gali reikėti 1,0–1,2 mm.

Suprojektuokite tarpą tarp pertvarų: nustatykite nepalaikomą intervalą į Mažiau nei 150 mm arba lygų jai. Ilgiems vamzdžiams (daugiau nei 2 m) naudojamos papildomos tarpinės atramos arba sujungimo strypai su tarpikliais.

Patikrinkite šilumines savybes: Apskaičiuokite U vertę pasirinktu sienelės storiu. Jei U vertė per maža (pvz., mažesnė nei 200 W/m²·K), apsvarstykite galimybę padidinti vamzdžių skaičių arba ilgį arba priimti didesnį šilumokaitį.

Patvirtinti su gamintoju: Įsikūrę PTFE šilumokaičių tiekėjai turi empirinius vamzdžių matmenų sutraukimo duomenis. Reikalaujama rašytinės garantijos, kad veikimas nesugrius nurodytomis vakuumo ir temperatūros sąlygomis.

Specifikacijos pavyzdys

"PTFE vamzdžio išorinis skersmuo: 6 mm. Sienelės storis: 1,0 mm ± 0,05 mm. Vamzdžio medžiaga: grynas PTFE. Didžiausias neatraminis tarpatramis: 120 mm. Korpuso pusės projektinis slėgis: pilnas vakuumas (0 mbar absoliutus). Vamzdžio pusės projektinis slėgis: 3 barų manometras. Maksimali darbinė temperatūra: 90 laipsnių. vamzdeliai esant atmosferos slėgiui vamzdžio pusėje neleidžiami matomi griuvimai ar ovalumas.

Techninis tikslumas: griūties slėgio skaičiavimas

Vamzdžio griuvimas veikiant išoriniam slėgiui yra lenkimo reiškinys, o ne išeigos trūkumas. Standartinės plonasienių vamzdžių formulės (pvz., Timošenko formulė elastingam lenkimui) pateikia pirmąjį apytikslį apytikslį, tačiau PTFE netiesinis įtempių ir deformacijų elgesys ir šliaužimas reikalauja empirinio patvirtinimo. Dauguma PTFE šilumokaičių gamintojų atlieka hidrostatinio išorinio slėgio bandymus mėgintuvėliams. 6 mm OD vamzdžio, kurio sienelės storis 1,0 mm, esant 20 laipsnių kampui, išmatuotas griūties slėgis paprastai yra 1,2–1,5 baro, o tai užtikrina 1,2–1,5 saugos koeficientą esant visiškam vakuumui. Esant 90 laipsnių kampu, griūties slėgis gali nukristi iki 0,8–1,0 baro, todėl reikalinga didesnė saugos riba. Vadinasi, aukštesnės temperatūros vakuuminiam aptarnavimui naudojamos storesnės sienos arba artimesnės atramos.

Išvada: atlaikyti nematomą suspaudimą

Vakuuminio PTFE šilumokaičio sienelės storio parinkimas yra kova prieš atmosferos gniuždymo jėgą, kurią laimėjo storesnis, standesnis ir gerai paremtas vamzdis. Mažiausias 0,8–1,0 mm sienelės storis kartu su glaudžiai išdėstytomis pertvaromis (nepalaikomas tarpatramis, mažesnis arba lygus 150 mm) užtikrina, kad vamzdžiai būtų atsparūs griūtims esant visiškam vakuumui. Nors storesnė sienelė sumažina U vertę, alternatyva -sugriuvusi, užsikimšusi vamzdis- yra nepriimtina. Vakuuminėje sistemoje pati galingiausia jėga yra tylus, nematomas lauko oro slėgis, o tinkamai nurodytas vamzdžio sienelės storis yra vienintelė apsauga nuo jo.