Методът на закрепване на PFA обвивката към монтажната плоча променя ли границата на вибрационна умора?

Механичните вибрации от бъркалки, помпи или друго оборудване пренасят циклично напрежение върху PFA нагревателя на мястото на монтажа му. Начинът на закрепване на PFA обвивката към монтажната плоча (захванат компресионен фитинг срещу интегрално формован фланец) прави голяма разлика в границата на умора от вибрации. За закрепени приставки, PFA се смачква между метална втулка и монтажната плоча. В захванатото съединение вибрациите причиняват раздразнение и концентрация на напрежението в ръба на скобата и напукване от умора настъпва след 500 000-2 000 000 цикъла. В формованите приставки PFA се формова директно в монтажната плоча, образувайки непрекъсната полимерна структура без използването на механично съединение. Формованите приставки издържат 5-10 пъти по-дълго (5-20 милиона цикъла), преди да се разрушат от умора под въздействието на вибрации. Формованите фланци са много предпочитани при настройки с висока вибрация (бъркалки, мобилни резервоари, изпускателни линии на помпи).

Поведение при умора от вибрации
Обвивката от PFA се прекарва през метален компресионен фитинг в скоба при закрепване. PFA се притиска към тялото на фитинга чрез накрайник или О-пръстен, за да образува уплътнение и да държи нагревателя на място. При вибрация има малко относително движение (fretting) между PFA и металния фитинг. Ръбът на скобата създава 3 до 5 пъти фактор на концентрация на напрежение. Нагревателят се огъва циклично (вибрация), което фокусира напрежението върху този ръб. С времето се развиват микропукнатини по ръба на скобата на външната повърхност на PFA и се развиват по периферията, докато обвивката се разцепи. При екстремни обстоятелства нагревателят се отделя от монтажната плоча.

В формованото приспособление обвивката от PFA се слива безпроблемно с монтажната плоча със заоблен улей (обикновено 3–5 mm радиус). Няма взаимодействие на метала с PFA в точката на напрежение. Непрекъснатият полимер разпространява силата на огъване върху по-голяма област, като по този начин намалява пиковото напрежение със 70–90%. Животът на вибрационна умора се управлява от присъщата на PFA якост на умора, а не от концентрацията на напрежение в скобата.

Данни за умора на вибрации Сравнителни конструктивни характеристики на типа приспособление Фактор на концентрация на напрежението (K t) Вибрационни цикли до повреда (20 Hz, 0,5 mm амплитуда) Режим на повреда: Относителен живот на умора
Захванат, единичен втулка (стил на компресия) Остър ръб на изхода на скобата 5–8 200,000–500,000 1.0× периферна пукнатина в ръба на скобата
Накрайник с радиус, захванат Заоблен изход на накрайника (радиус 1 mm) 3-5 500,000-1 500,000 2-3x Пукнатина на ръба, забавено
Захванат с гумено уплътнение между скобата и PFA. Мекият интерфейс намалява 2–3 1,000,000–3,000,000 4–6× износване на уплътнението, евентуално счупване
Фланец формован, без филе Остър преход (0,5 mm радиус) 3–4 2 000 000–5 000 000 8–15× Пукнатина в основата на фланеца
Формован фланец, заоблен (3 mm) заоблен Плавен преход 1,5–2 8,000 000–15 000,000 25–50× Вътрешна умора (насипен материал)
Формован фланец, заоблено филе + дебела основа (10 мм) Оптимизиран дизайн 1,2–1.5 15,000 000–25 000,000 60–100× Вероятно не в рамките на живота на нагревателя
Overmolded metal insert PFA moulded around metal plate 1.1–1.3 >20,000,000 >100 пъти Не е видяно.
Измерване на експозицията на вибрации
Използвайте акселерометър, за да оцените амплитудата на вибрациите в позицията на монтиране на конкретна инсталация. Циклично напрежение, пропорционално на амплитудата A (mm пик-до-пик) за вибрация от 20 Hz (типична честота на бъркалка). Моментът на огъване при фланеца е M=F * L с F=m * a (маса * ускорение) и L дължината на нагревателя. a=(2\\pi f)^2 x (A/2). За маса на нагревател от 1 kg, 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). Сила F=1 x 3.95=3.95 N Момент M=3.95 x 1=3.95 Nm Напрежение на огъване при фланец=M / ZZ=модул на сечение. За 25 mm OD, 2 mm стена PFA тръба Z ~ 2,5e-6 m^3 Напрежение=3.95 / 2,5e-6=1.58 MPa Само това напрежение е минимално, но концентрацията на напрежение в ръба на скобата (Kt=5) го повишава до 7,9 MPa – близо до границата на умора на PFA.

Формован фланец с Kt=1.5 би имал пиково напрежение от 2,4MPa-много под границата на умора. Нагревателят щеше да издържи вечно.

Сила на вибрациите - Как да изберете
Източник на вибрация Типична честота Hz Типична амплитуда mm p-pПримерен брой цикли на година Препоръчително приложение Обосновка
Няма (статичен резервоар) 0 0 0 Захванат или формован (ОК) Без напрежение от умора
Ниска (центробежна помпа) 50 - 100 0.05 - 0.1 5x10^8 - 1x10^9 Необходим е формован фланец Умора на скобата поради високи цикли
Умерено (разбъркване, 100 RPM) 1.7 0.2-0.5 1-2x107 Необходим е формован фланец Скобата се поврежда след 1 до 2 години
Висока (бъркалка, 300 RPM) 5 0.5-1.0 8×107 Формован фланец със закръглено филе Скобата се поврежда след месеци
Много високо (вибриращо сито, миксер) 15–30 1–2 1–3×10⁸ Формован фланец с метална вложка Неизбежни пикове на напрежение
Мобилен резервоар (транспорт) 5-50 2-5 1x10^6-1x10^7Виброизолация + лят фланец Вижте #21 статия
Нагревател близо до изхода на помпата 50–120 0.1–0.3 1–3×109 Фланец + гъвкава връзка Най-добър дизайн за високи цикли
Теренни доказателства
Химическо съоръжение с 12 резервоара с разбъркване (бъркалки 60 RPM, PFA нагреватели с дължина 1,5 m) първоначално използва фитинги за притискане на скоби (единична втулка). Средният живот на вибрационна умора беше 8 месеца (~2 милиона цикъла). Повредата на нагревателя беше периферна пукнатина на ръба на скобата. Нямаше повреди на нагревателя и нямаше пукнатини от вибрации след 5 години.