Kodėl per{0}}PFA šildytuvo tvirtinimo flanšo sukimas gali sukelti priešlaikinį įtrūkimą sriegio šaknyje?

PFA{0}}kapsuliniai panardinamieji šildytuvai tvirtinami prie rezervuaro sienelių arba dangčių naudojant tvirtinimo flanšus, -paprastai pagamintus iš PVDF, polipropileno arba nerūdijančio plieno su PFA liejimo forma. Kai flanšas priveržiamas, jis prispaudžia tarpiklį prie bako paviršiaus, kad būtų sandarus skysčiui. Montavimo instrukcijose pateikiamas tvirtinimo varžtų sukimo momento diapazonas, tačiau lauko gedimai dažniausiai atsiranda sriegių šaknyse flanšo varžtų skylėse arba paties šildytuvo srieginėje jungiamojoje detalėje. Šie įtrūkimai atsiranda praėjus savaitėms ar mėnesiams po įrengimo, kartais prieš šildytuvui veikiant daug valandų. Priežastis yra ne cheminis poveikis ar šilumos skilimas, o mechaninis per didelis įtempimas montuojant. PFA, skirtingai nei metalai, pasižymi stipriu klampumo elastingumu ir neturi tiksliai apibrėžtos takumo ribos. Jei įrenginyje naudojamas didesnis nei nurodytas diapazonas sukimo momentas, sriegio šaknį supantis PFA yra veikiamas vietinio šalto srauto ir atsiranda nedidelis įtrūkimas. Dėl bendro likutinio įrengimo įtampos ir vėlesnio temperatūros svyravimų šie pamišimai išsivysto į visiškus įtrūkimus. Norint geriau suprasti šį gedimo procesą, reikia ištirti įtempių koncentraciją sriegio šaknyse ir{11}}nuo laiko priklausomą fluoropolimerų gedimo elgseną.

Streso koncentracija ties gniuždymo šaknimis
Srieginė jungtis PFA flanše arba jungiamojoje detalėje sukuria natūralų įtempių didintuvą kiekvieno sriegio šaknyje, ties aštriu spinduliu, kur sriegio profilis susilieja su varžto kotu. Metalinių sriegių įtempių koncentracijos koeficientas (Kt) aštrioje sriegio šaknyje yra 2,5–4,0, todėl vietinis įtempis yra 2,5–4,0 karto didesnis už vardinį įtempį, gautą dėl varžto apkrovos. PFA, turintis mažesnį modulį ir geresnį lankstumą, turi dar didesnę efektyviąją koncentraciją, nes polimeras negali apkrauti dalies dėl vietinės išeigos taip pat efektyviai kaip metalas. PFA flanšo M12 sriegio baigtinių elementų tyrimas, kai varžto sukimo momentas yra 15 Nm (tipiškas 50 mm flanšui), rodo, kad didžiausias pagrindinis įtempis sriegio šaknyje yra 22–28 MPa, palyginti su tik 3–4 MPa vardiniu gniuždymo įtempiu flanšo paviršiuje. Ši įtempių koncentracija, 6–8 kartus didesnė už vardinę, atsiranda, kai PFA elastingai deformuojasi po varžto galvute ir pirmiausia perduoda jėgą į pirmą įjungtą sriegį.

Jei montuotojas sukimo momentas viršija-25 N·m, o ne 15 N·m, didžiausias įtempimas sriegio šaknyje didėja ne-tiesiškai. PFA pradeda duoti lokaliai esant maždaug 12–14 MPa (jo gniuždymo takumo riba kambario temperatūroje). Po to, kai pasiduoda, įtempių{17}}įtempimo kreivė pasiekia plokščiakalnį, kur vyksta tolesnis įtempimas be didelio įtempio padidėjimo. Tačiau sriegio šaknies forma neleidžia duoti vienodo derliaus. Iš pradžių medžiaga prie šaknies pasiduoda, o paskui išsiskleidžia derliaus zona. Plastikinė zona yra maždaug 1,5–2,0 mm atstumu nuo sriegio šaknies esant 25 N·m. Pašalinus sukimo momentą, tampriai deformuotos zonos bando atsistatyti, tačiau plastiškai deformuota zona nebegrįžta į ankstesnę formą. Dėl šio neatitikimo šaknyje lieka liekamoji tempimo įtampa - polimeras efektyviai ištempiamas per mažą šaknies spindulį. Liekamasis įtempių lygis, įvertintas fotoelastiniais metodais ant skaidrių PFA mėginių, yra 4–8 MPa po vieno sukimo momento viršijimo. Vien šio liekamojo įtempio nepakanka, kad iš karto būtų lūžta, bet jis veikia kaip išankstinė apkrova, kuri padidina eksploatacinius įtempius.

Perėjimas nuo traškėjimo prie krekingo naudojant terminį dviratį
Kaip ir daugelis puskristalinių polimerų, esant nedideliam tempimo įtempimui, PFA susidaro įtrūkimai vietoj tradicinių įtrūkimų. Pamišimas yra plona stipriai orientuotų polimerinių fibrilių juosta, besitęsianti per tuščią sritį, paprastai 1–5 µm pločio ir 50–200 µm ilgio. Pamišimai sugeria energiją ir gali stabilizuoti gedimą tūkstančiams apkrovos ciklų. Kai šėlsmo fibrilės lūžta, dažniausiai veikiamos papildomos jėgos arba sąveikaujant su aplinka, jos sudaro tikrus įtrūkimus. Tinkamai susuktame flanše (sukimo momentas yra nustatytame diapazone), bet kokie įtrūkimai, susidarę sriegių šaknyse, išliks stabilūs visą numatomą šildytuvo eksploatavimo laiką, nes liekamoji įtampa po montavimo ir šiluminio ciklo įtempis yra mažesnis už įtrūkimo -į-perėjimo į įtrūkimą slenkstį. Du elementai, palengvinantys perėjimą prie per-sukamojo momento jungės lūžimo, yra šie: Pirma, liekamasis įtempis yra didesnis (4–8 MPa, palyginti su . 1-2 MPa optimaliam sukimo momentui), todėl leidžia mažiau toleruoti prieš viršijant įtrūkimo įtempį. Antra, didesnė plastikinė zona lemia ilgesnį defektą, kuris inicijuoja siautulį ties sriegio šaknimi. Streso intensyvumo koeficientas įtrūkimo viršūnėje yra proporcingas įtrūkimo ilgio kvadratinei šaknims, todėl ilgesniam pradiniam įtempimui skleisti reikia mažiau papildomos jėgos.

Padidėjusi įtampa dėl šiluminio ciklo stabilius pamišimus paverčia besiplečiančiais įtrūkimais. Kiekvieną kartą, kai šildytuvas pereina nuo aplinkos iki darbinės temperatūros (pvz., nuo 25 laipsnių iki 90 laipsnių ėsdinimo vonioje), PFA flanšas išsiplečia labiau nei metalinis varžtas. Taip yra todėl, kad PFA šiluminio plėtimosi koeficientas (100–120 ppm/laipsnis) yra maždaug šešis kartus didesnis nei nerūdijančio plieno (17 ppm/laipsnis). Šis diferencinis išsiplėtimas sukelia papildomą tempimo įtempį PFA, supančiame varžtą, be liekamojo montavimo įtempio. 50 mm flanšo ir 4 x M8 varžtų temperatūrai padidėjus 70 laipsnių, PFA aplink varžto angą atsiranda papildomas 5-7 MPa tempimo įtempis. Gerai susuktame flanše bendras įtempis (liekamasis 1 - 2 MPa + šiluminis 5 - 7 MPa) yra 6 - 9 MPa, mažesnis už 10 - 12 MPa slenkstį, leidžiantį pereiti prie įtrūkimų -į -daugumą PFA rūšių. Bendras įtempis per -sukamąjį jungę yra 9–15 MPa (likęs 4–8 MPa plius šiluminis 5–7 MPa), o tai viršija pereinamojo laikotarpio slenkstį. Po 100-500 šiluminių ciklų nuo sriegio šaknies atsiranda įtrūkimų, kurie per kitus ciklus plinta per flanšo storį. Įprastam per-sienos įtrūkimui reikia 1 000-3 000 ciklų nuo perėjimo prie įtrūkimo pradžios, atsižvelgiant į per didelio sukimo stiprumą ir darbinę temperatūrą.

Per{0}}sukimo momento pažeidimo aptikimas prieš įtrūkimų augimą
Pažeidimai, atsiradę dėl pernelyg didelio sukimo{0}}suspaudimo, nėra akivaizdūs išorinio flanšo paviršiuje iškart po montavimo. Įtrūkimai ir plastinė deformacija apsiriboja varžto skyle sriegio šaknyje ir nėra aptinkamos vizualiai apžiūrint. Tačiau yra trys neardomieji metodai, kurie gali aptikti per-susuktus PFA flanšus prieš įtrūkimams pasiekiant paviršių. Pirmasis metodas yra varžto sukimo momento išlaikymo matavimas. Sumontuokite flanšą iki nurodyto sukimo momento, pažymėkite varžto galvutės padėtį flanšo atžvilgiu, tada dar kartą{7}}patikrinkite sukimo momentą po 24 valandų kambario temperatūroje. Per 24 valandas per-susuktas ir pernelyg{11}}šliaužiantis PFA praras 30–50 % pradinio sukimo momento, kai polimeras šaltas teka esant nuolatiniam suspaudimui. Tinkamai susuktas flanšas praranda tik 5-15 % pradinio sukimo momento. Jei nėra akivaizdaus nuotėkio, o sukimo momento nuostoliai yra didesni nei 25 %, flanšas tikriausiai buvo per daug{22}}sukamas šiame įrenginyje arba anksčiau. Antrasis variantas – nuėmus varžtą į varžto angą įkišti angą arba šviesolaidinį zondą. Padidinus siūlų šaknis matosi pabalusios dėmės – procesas vadinamas balinimu įtempiant, kurie yra mikro{24}}tuštumų atsiradimo rezultatas. Per daug susuktų siūlų šaknys rodo ištisinę baltą juostą išilgai visos pirmųjų dviejų siūlų šaknų. Tinkamai susuktos šaknys neturi balinančių ar atskirtų mažų baltų dėmių.

Trečiasis metodas yra elektros tęstinumo bandymas, kai flanšas turi įterptą įžeminimo plokštę. Tai įprasta puslaidininkių PFA šildytuvų konfigūracija. Per didelis sukimas sukelia įtrūkimus arba didelius įtrūkimus per flanšo storį, leidžiantį drėgmei patekti į įžeminimo plokštę. Išmatuokite varžą tarp įžeminimo plokštės ir etaloninio elektrodo bako skystyje. Tinkamai užsandarintas flanšas parodys > 1000 MΩ varžą. Flanšas su lūžiu, prasidedančiu nuo sriegio šaknies, rodo 100–500 MΩ. Dalinio sienelės įtrūkimo flanšas yra 1-100 MΩ. Šis bandymas taikomas tik flanšams su ištisiniu laidžiu sluoksniu, o ne visiems{15}}PFA flanšams. Sukimo momento išlaikymo metodas yra patikimiausias visų PFA flanšų lauko diagnostikos metodas.

Sukimo momento apribojimo rekomendacijos ir gedimų prevencijos vadovas
Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamos siūlomos didžiausios sukimo momento vertės tipiniams PFA flanšo ir sriegio dydžiams bei šių apribojimų viršijimo pasekmės. Vertės nurodytos švariam, sausam sriegiui be tepimo (sutepti sriegiai sumažina trintį ir padidina išankstinę apkrovą esant tam pačiam sukimo momentui, todėl reikia sumažinti sukimo momentą 20 - 30 %). Visos rekomendacijos skirtos PFA kambario temperatūroje montavimo metu. Jei montavimo metu flanšo temperatūra viršija 40 laipsnių, sukimo momento vertės turėtų būti sumažintos 15%.

Flanšo arba jungiamosios detalės tipas Sriegio dydisRekomenduojamas sukimo momento diapazonas (N·m) Sukimo momento riba (N·m) Ribos viršijimo pasekmė Numatytų ciklų iki įtrūkimo ties riba PFA{0}}kapsuliuotas flanšas, 50 mm skersmuo M6 4 iki {{3} sriegis Vidutinis iki 5 35 % sukimo momento praradimas per 24 valandas 500–1 000 ciklų ΔT=70 laipsnis
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 ciklų
PFA gaubtas flanšas, skersmuo 100 mm M10 12–16 22 Sunkus: flanšo paviršiaus plastinė deformacija, įtrūkimai atsiranda pirmuoju sriegiu po 50–200 ciklų
Tvirta PFA srieginė jungtis (NPT arba BSP) 1/2 colio (DN15) 3–5 8 Sriegio nuplėšimo rizika, įtempių įtrūkimai sriegio šaknyje per 10–50 dienų ciklų (dažnas gedimas iš karto)
Tvirta PFA srieginė jungtis, 3/4 colio (DN20) 5-8 12 Įtrūkęs flanšas, jungtis gali užstrigti ant varžto 20–100 ciklų

Kad išvengtumėte pernelyg didelio sukimo momento pažeidimo, reikia pasirinkti įrankį ir apmokyti.