Vibrasjonsproblemet
PTFE varmevekslerrør er fleksible. Deres lave elastisitetsmodul (0,5 GPa vs . 200 GPa for stål) betyr at de bøyer seg mer under en gitt belastning og har lavere egenfrekvenser enn metallrør med samme dimensjoner. De lavere egenfrekvensene bringer dem nærmere eksitasjonsfrekvensene som er vanlig i prosesstanker-omrørerblad-passeringsfrekvenser (2-10 Hz), pumpeskovle-passeringsfrekvenser (20-100 Hz) og strømningsturbulens (bredbånd).
Hvis et rørs naturlige frekvens faller sammen med en eksitasjonsfrekvens, oppstår resonans. Røret vibrerer med stor amplitude, støter mot tilstøtende rør eller slites på støtteplatens kontaktpunkter. Vibrasjonen akselererer tretthetsskader og kan føre til for tidlig rørsvikt.
Antall støtteplater-som bestemmer den ikke-støttede spennlengden mellom støttene-er den primære designvariabelen som kontrollerer rørets egenfrekvens. Flere støtter betyr kortere spenn, høyere naturlige frekvenser og mindre risiko for resonans.
Den naturlige frekvensberegningen
Den naturlige frekvensen til et enkelt-spennrør mellom to støtter er: f_n=(π / 2L²) × √(EI / m), der L er spennlengden mellom støttene, E er bøyemodulen til PTFE ved driftstemperaturen, I er treghetsmomentet til rørets lengde-tverrsnitt pr. den inneholdte dampen/kondensatet).
Frekvensen er omvendt proporsjonal med kvadratet av spennlengden. Halvering av spennlengden (dobling av antall støtter) firdobler egenfrekvensen. Denne sterke avhengigheten gjør støtteavstand til det mest effektive designverktøyet for vibrasjonskontroll.
For et 10 mm OD × 1 mm vegg PTFE-rør ved 80 grader (E ≈ 300 MPa), er den naturlige frekvensen for ulike spennlengder:
| Spennlengde (mm) | Antall støtter (3m rør) | Naturlig frekvens (Hz) |
|---|---|---|
| 1,500 | 1 (kun endestøtte) | 2.5 |
| 750 | 3 | 10 |
| 500 | 5 | 22.5 |
| 375 | 7 | 40 |
| 300 | 9 | 62.5 |
| 250 | 11 | 90 |
Resonansunngåelseskriteriet
For å unngå resonans bør rørets egenfrekvens være minst 20 % over den høyeste forventede eksitasjonsfrekvensen, eller minst 20 % under den laveste forventede eksitasjonsfrekvensen. For en typisk omrørt tank med et røreblad-passeringsfrekvens på 3-8 Hz og pumpeskovle-passeringsfrekvens på 40-60 Hz, bør rørets egenfrekvens enten være under 2,4 Hz (upraktisk for de fleste spenn) eller over 72 Hz.
Å oppnå en egenfrekvens over 72 Hz krever en spennlengde på omtrent 280 mm eller mindre-tilsvarer 10 støtteplater for et 3-meters rør. Dette er en konservativ design som gir immunitet mot alle typiske eksitasjonskilder.
Hvis agitator- og pumpefrekvensene er godt-karakterisert og kontrollert, kan en mindre konservativ utforming være akseptabel. Et spenn på 375 mm (7 støtter, egenfrekvens 40 Hz) er tilstrekkelig hvis agitatoren fungerer under 32 Hz og pumpen under 32 Hz (ikke typisk for pumper).
Den praktiske støttegrensen
Hver støtteplate øker kostnadene, opptar tankvolum og øker trykkfallet på skallsiden. Det er en praktisk grense for antall støtte. For de fleste bruksområder gir 5-9 støtteplater for et 3-meters rør (spennvidde 300-500 mm) tilstrekkelig vibrasjonsmotstand uten for store kostnader. Det nøyaktige antallet bestemmes av det spesifikke eksitasjonsmiljøet.
Sammendrag
The number of support plates determines the tube natural frequency, which must be separated from the excitation frequencies to avoid destructive resonance. A span length of 280mm or less (natural frequency >72 Hz) gir immunitet mot de fleste industrielle eksitasjonskilder. Antall støtteplater er en kritisk designparameter for pålitelighet av PTFE-varmeveksler i agiterte eller pumpede systemer.
Teknisk støtte for vibrasjonsanalyse av PTFE-rørbunter er tilgjengelig ved innsending av rørdimensjoner, rørlengde, agitator- og pumpespesifikasjoner og driftstemperatur.
