การสั่นสะเทือนทางกล-จากเครื่องกวน ปั๊ม หรืออุปกรณ์ใกล้เคียง-ส่งความเครียดแบบวงจรไปยังเครื่องทำความร้อน PFA ที่จุดติดตั้ง วิธีการที่ใช้ในการติดปลอก PFA เข้ากับเพลตยึด (ข้อต่อสวมอัดแบบหนีบเทียบกับหน้าแปลนแบบรวมขึ้นรูป) จะเปลี่ยนขีดจำกัดความล้าของแรงสั่นสะเทือนอย่างมีนัยสำคัญ ในอุปกรณ์ยึดจับ PFA จะถูกบีบอัดระหว่างปลอกโลหะและแผ่นยึด ภายใต้การสั่นสะเทือน ทางแยกแบบจับยึดจะเกิดอาการหงุดหงิดและความเครียดที่ขอบของตัวจับยึด ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวเมื่อยล้าหลังจาก 500,000–2,000,000 รอบ ในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแล้ว PFA จะถูกหล่อเข้ากับแผ่นยึดโดยตรง ทำให้เกิดโครงสร้างโพลีเมอร์ต่อเนื่องโดยไม่มีข้อต่อทางกล อุปกรณ์เสริมแบบขึ้นรูปสามารถทนต่อรอบการสั่นสะเทือนได้มากกว่า 5–10 เท่า (5–20 ล้านรอบ) ก่อนที่จะเกิดความเสียหายจากความล้า สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง- (เครื่องกวน ถังเคลื่อนที่ ท่อระบายของปั๊ม) แนะนำให้ใช้หน้าแปลนแบบขึ้นรูปเป็นอย่างยิ่ง
กลไกการสั่นสะเทือนของความเมื่อยล้า
ในอุปกรณ์ยึดติดแบบหนีบ ปลอก PFA จะผ่านข้อต่ออัดโลหะ ปลอกโลหะหรือวงแหวน O- จะบีบอัด PFA เข้ากับตัวข้อต่อ ทำให้เกิดการปิดผนึกและยึดเครื่องทำความร้อนให้อยู่กับที่ ภายใต้การสั่นสะเทือน PFA และข้อต่อโลหะจะเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์สัมพันธ์กัน (เฟรต) ขอบแคลมป์สร้างปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นที่ 3–5× การดัดงอแบบเป็นรอบของเครื่องทำความร้อน (จากการสั่นสะเทือน) จะเน้นไปที่ความเค้นที่ขอบนี้ เมื่อเวลาผ่านไป รอยแตกขนาดเล็กจะเริ่มที่พื้นผิวด้านนอกของ PFA ที่ขอบแคลมป์ แพร่กระจายเป็นเส้นรอบวง และในที่สุดจะทำให้เปลือกแตกทะลุ ในกรณีที่รุนแรง เครื่องทำความร้อนจะแยกออกจากแผ่นยึด
ในอุปกรณ์ยึดติดแบบขึ้นรูป ปลอก PFA จะเปลี่ยนเข้าสู่แผ่นยึดได้อย่างราบรื่นด้วยฟิลเล็ตที่มีรัศมี (โดยทั่วไปจะมีรัศมี 3–5 มม.) ไม่มีอินเทอร์เฟซโลหะ-ถึง-PFA ที่จุดความเครียด โพลีเมอร์ต่อเนื่องจะกระจายความเค้นดัดงอในพื้นที่ขนาดใหญ่ ช่วยลดความเค้นสูงสุดได้ 70–90% อายุความล้าจากการสั่นสะเทือนถูกจำกัดโดยความแข็งแรงความเหนื่อยล้าภายในของ PFA ไม่ใช่จากความเข้มข้นของความเค้นที่แคลมป์
ข้อมูลความล้าจากการสั่นสะเทือนเปรียบเทียบ
| ประเภทไฟล์แนบ | คุณสมบัติการออกแบบ | ปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด (Kt) | วงจรการสั่นสะเทือนจนเกิดความล้มเหลว (แอมพลิจูด 0.5 มม., 20 เฮิร์ตซ์) | ชีวิตความเหนื่อยล้าสัมพัทธ์ | โหมดความล้มเหลว |
|---|---|---|---|---|---|
| ข้อต่อเฟอร์รูลเดี่ยวแบบยึด (ข้อต่อสวมอัด) | ขอบคมตรงทางออกแคลมป์ | 5–8 | 200,000–500,000 | 1.0× | เส้นรอบวงแตกที่ขอบแคลมป์ |
| ยึดด้วยปลอกโลหะที่มีรัศมี | ทางออกข้อต่อเฟอร์รูลแบบกลม (รัศมี 1 มม.) | 3–5 | 500,000–1,500,000 | 2–3× | รอยแตกที่ขอบล่าช้า |
| ยึดด้วยปะเก็นยางระหว่างแคลมป์และ PFA | ส่วนต่อประสานแบบอ่อนช่วยลดความหงุดหงิด | 2–3 | 1,000,000–3,000,000 | 4–6× | การสึกหรอของปะเก็น เกิดการแตกร้าวในที่สุด |
| หน้าแปลนขึ้นรูป ไม่มีเนื้อ | การเปลี่ยนแปลงที่คมชัด (รัศมี 0.5 มม.) | 3–4 | 2,000,000–5,000,000 | 8–15× | รอยแตกที่ฐานหน้าแปลน |
| หน้าแปลนขึ้นรูป เนื้อรัศมี (3 มม.) | การเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น | 1.5–2 | 8,000,000–15,000,000 | 25–50× | ความเหนื่อยล้าจากภายใน (วัสดุจำนวนมาก) |
| หน้าแปลนขึ้นรูป เนื้อรัศมี + ฐานหนา (10 มม.) | การออกแบบที่ปรับให้เหมาะสม | 1.2–1.5 | 15,000,000–25,000,000 | 60–100× | ไม่น่าเป็นไปได้ภายในอายุการใช้งานเครื่องทำความร้อน |
| เม็ดมีดโลหะที่ขึ้นรูปมากเกินไป | PFA ขึ้นรูปรอบแผ่นโลหะ | 1.1–1.3 | >20,000,000 | >100× | ไม่สังเกต |
การเปิดรับการสั่นสะเทือนเชิงปริมาณ
สำหรับการติดตั้งที่กำหนด ให้ประมาณความกว้างของการสั่นสะเทือนที่จุดยึดโดยใช้มาตรความเร่ง สำหรับการสั่นสะเทือน 20 เฮิร์ตซ์ (ความถี่ของเครื่องกวนทั่วไป) แอมพลิจูด A (จุดสูงสุด-ถึง- มม.) จะเป็นตัวกำหนดความเค้นแบบวงจร โมเมนต์การดัดงอที่หน้าแปลนคือ M=F × L โดยที่ F=m × a (มวล × ความเร่ง) และ L คือความยาวของเครื่องทำความร้อน ความเร่ง a=(2πf)² × (A/2) สำหรับมวลเครื่องทำความร้อน 1 กิโลกรัม, L=1 m, A=0.5 mm, f=20 Hz: a=(125.6)² × 0.00025=15,800 × 0.00025=3.95 m/s² (0.4 g) แรง F=1 × 3.95=3.95 N โมเมนต์ M=3.95 × 1=3.95 N·m ความเค้นดัดที่หน้าแปลน=M / Z โดยที่ Z คือโมดูลัสส่วน สำหรับท่อ PFA ผนัง OD 25 มม., 2 มม., Z µ 2.5e-6 m³ ความเครียด=3.95 / 2.5e-6=1.58 MPa ความเค้นนี้เพียงอย่างเดียวยังต่ำ แต่ความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบแคลมป์ (Kt{40}}) จะเพิ่มเป็น 7.9 MPa ซึ่งเข้าใกล้ขีดจำกัดความล้าของ PFA
หน้าแปลนขึ้นรูปด้วย Kt=1.5 จะมีความเครียดสูงสุดที่ 2.4 MPa- ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดความล้ามาก เครื่องทำความร้อนจะคงอยู่ตลอดไป
คู่มือการเลือกตามความรุนแรงของการสั่นสะเทือน
| แหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือน | ความถี่ทั่วไป (Hz) | แอมพลิจูดทั่วไป (มม. p-p) | รอบโดยประมาณต่อปี | เอกสารแนบที่แนะนำ | การให้เหตุผล |
|---|---|---|---|---|---|
| ไม่มี (ถังคงที่) | 0 | 0 | 0 | ยึดหรือขึ้นรูป (ทั้งสองตกลง) | ไม่มีความเครียดเมื่อยล้า |
| ต่ำ (ปั๊มหอยโข่ง) | 50–100 | 0.05–0.1 | 5×10⁸–1×10⁹ | จำเป็นต้องมีหน้าแปลนแบบหล่อ | รอบที่สูงทำให้แคลมป์ล้า |
| ปานกลาง (เครื่องกวน 100 RPM) | 1.7 | 0.2–0.5 | 1–2×10⁷ | จำเป็นต้องมีหน้าแปลนแบบหล่อ | แคลมป์ล้มเหลวใน 1-2 ปี |
| สูง (เครื่องกวน 300 รอบต่อนาที) | 5 | 0.5–1.0 | 8×10⁷ | หน้าแปลนขึ้นรูปพร้อมเนื้อรัศมี | แคลมป์ล้มเหลวในไม่กี่เดือน |
| สูงมาก (หน้าจอสั่น, มิกเซอร์) | 15–30 | 1–2 | 1–3×10⁸ | หน้าแปลนขึ้นรูปพร้อมแผ่นโลหะ | ความเครียดถึงจุดสูงสุดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ |
| ถังเคลื่อนที่ (ขนส่ง) | 5–50 | 2–5 | 1×10⁶–1×10⁷ | หน้าแปลนขึ้นรูป + การแยกการสั่นสะเทือน | ดูบทความ #21 |
| เครื่องทำความร้อนใกล้ทางออกของปั๊ม | 50–120 | 0.1–0.3 | 1–3×10⁹ | หน้าแปลนขึ้นรูป + การเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่น | รอบที่สูงจำเป็นต้องมีการออกแบบที่ดีที่สุด |
หลักฐานภาคสนาม
โรงงานเคมีที่มีถังกวน 12 ถัง (เครื่องกวน 60 รอบต่อนาที เครื่องทำความร้อน PFA ยาว 1.5 ม.) เดิมทีใช้อุปกรณ์บีบอัดแบบหนีบ (ปลอกโลหะเดี่ยว) อายุการใช้งานความล้าจากแรงสั่นสะเทือนโดยเฉลี่ยคือ 8 เดือน (ประมาณ 2 ล้านรอบ) เครื่องทำความร้อนทำงานล้มเหลวเนื่องจากการแตกร้าวตามเส้นรอบวงที่ขอบแคลมป์ โรงงานเปลี่ยนอุปกรณ์ทั้งหมดเป็นหน้าแปลนแบบขึ้นรูป (เนื้อรัศมี 5 มม.) ความล้มเหลวของฮีตเตอร์หยุดลง หลังจากผ่านไป 5 ปี ไม่มีรอยแตกที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือน-เกิดขึ้น ค่าใช้จ่ายพรีเมียมสำหรับหน้าแปลนแบบขึ้นรูป (30–50% ของแบบแคลมป์) ได้รับคืนภายในหนึ่งปีโดยกำจัดการเปลี่ยนทดแทนและการหยุดทำงาน
สรุป: หน้าแปลนแบบขึ้นรูปให้ขีดจำกัดความล้าจากการสั่นสะเทือนที่สูงขึ้น 10–50 เท่า
วิธีการติดปลอก PFA เข้ากับเพลตยึดจะเปลี่ยนอายุการใช้งานความล้าจากแรงสั่นสะเทือนได้อย่างมาก อุปกรณ์เสริมแบบจับยึดมีความเข้มข้นของความเค้น (Kt=3–8) ที่ขอบของตัวจับยึด ซึ่งจำกัดอายุการใช้งานความล้าไว้ที่ 200,000–3,000,000 รอบ หน้าแปลนขึ้นรูปด้วยฟิลเล็ตที่มีรัศมี (Kt=1.2–2) สามารถบรรลุ 5–25 ล้านรอบ ซึ่งนานกว่า 10–50× สำหรับเครื่องทำความร้อนใดๆ ที่สัมผัสกับการสั่นสะเทือนทางกล (เครื่องกวน ปั๊ม ถังเคลื่อนที่) ให้ระบุหน้าแปลนแบบหล่อที่มีรัศมีร่องขั้นต่ำ 3 มม. อุปกรณ์ยึดติดควรจำกัดไว้เฉพาะถังคงที่ซึ่งมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อย ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของหน้าแปลนแบบขึ้นรูปนั้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับต้นทุนในการเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนซ้ำและการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน ในการสั่นสะเทือน แคลมป์คือรอยแตกที่รอให้เกิดขึ้น ปั้นหน้าแปลนและนอนหลับได้ดีขึ้น
