Utvidelsesutfordringen
En PTFE-varmeveksler forsynes med damp gjennom et langt rett løp med PTFE-foret eller solid PTFE-rør. Ved oppvarming fra 25 grader til 143 grader (mettet damp ved 3 barg), utvider røret seg med ca. 14 mm per meter lengde. Et 10 meter rett løp utvides med 140 mm. Hvis røret er stivt festet i begge ender, omdannes denne ekspansjonen til trykkspenning. Spenningen kan spenne røret, knekke koblingene eller skade varmevekslerhodet.
En ekspansjonsløkke-en U-formet eller omega-formet bøy i rørløpet-absorberer den termiske ekspansjonen ved å bøye seg. Sløyfen omdanner den aksiale ekspansjonen til bøyningsavbøyning i løkkebena. Riktig dimensjonert, begrenser løkken bøyebelastningen i PTFE til under materialets elastiske grense, og forhindrer skade over gjentatte termiske sykluser.
Dimensjoneringsmetoden for utvidelsessløyfe
De nødvendige sløyfedimensjonene avhenger av den totale termiske ekspansjonen som skal absorberes (ΔL), rørets ytre diameter (D) og den tillatte bøyebelastningen for PTFE (ε). Den totale ekspansjonen er: ΔL=× L × ΔT, hvor er den termiske ekspansjonskoeffisienten til PTFE (120 × 10⁻⁶/grad), L er rørlengden mellom faste punkter, og ΔT er temperaturendringen.
Minimum løkkebredde (W) og løkkebenlengde (H) beregnes ut fra formelen for den ledede utkragende bjelken. For en U--formet sløyfe med like ben: H=(3 × E × D × ΔL / (2 × σ))^(1/2), der E er bøyemodulen til PTFE ved driftstemperaturen, D er rørets OD, og σ er den tillatte bøyespenningen (omtrent 2-3 MP for driftstemperatur for PTFE3-drift).
Sløyfen må støttes for å forhindre henging under egen vekt ved driftstemperatur. PTFE-støtteklemmer, plassert med intervaller som passer til temperaturen, hindrer løkken i å bøye seg ut av planet.
| Design parameter | Verdi |
|---|---|
| Rørmateriale | Solid PTFE, 25 mm OD × 3 mm vegg |
| Rørlengde mellom faste ankere | 10 meter |
| Temperaturendring (20 grader til 143 grader) | 123 grader |
| PTFE termisk ekspansjonskoeffisient | 120 × 10⁻⁶/ grad |
| Total ekspansjon for å absorbere (ΔL) | 10 × 120 × 10⁻⁶ × 123=0.148m=148mm |
| PTFE bøyemodul ved 143 grader | ~150 MPa |
| Tillatt bøyespenning (syklisk) | 2,5 MPa |
| Beregnet løkkebenlengde (H) | ~1200 mm |
| Sløyfebredde (W) | ~600 mm |
| Minimum bøyeradius (sløyfesving) | 25 × 25 mm=625 mm |
Sløyfeorientering og støtte
Ekspansjonssløyfen bør være orientert i horisontalplanet for å unngå å lage en kondensfelle. Hvis sløyfen må være vertikal, bør damptilførselen strømme oppover gjennom sløyfen, og det bør sørges for kondensatavløp ved sløyfens lave punkt. En sløyfe som synker nedover i damptilførselen skaper et kondensatoppsamlingspunkt som forårsaker vannslag.
Løkkebena skal styres av støtter som tillater aksial bevegelse i ekspansjonsretningen samtidig som den hindrer sideveis knekking. Støttene er plassert med intervaller som er beregnet for å forhindre overdreven avbøyning av det ustøttede spennet ved driftstemperaturen.
Tilkoblingsbeskyttelsen
Ekspansjonssløyfen beskytter koblingene i begge ender av rørløpet-varmevekslerhodet i den ene enden og damptilførselsmanifolden i den andre-mot kreftene som genereres av termisk ekspansjon. Uten løkken overføres ekspansjonskraften (F=A × E × × ΔT, hvor A er rørtverrsnittsarealet-) direkte til koblingsbeslagene. Kraften kan overstige-uttrekksstyrken til en kompresjonsfitting, noe som får røret til å skille seg fra fittingen under trykk.
Sløyfen reduserer kraften ved koblingene til nesten null. Den termiske ekspansjonen absorberes ved bøyning i løkken, ikke av reaksjonskrefter ved ankrene.
Sammendrag
Ekspansjonsløkker for langvarig-PTFE-damptilførselsledninger er dimensjonert basert på den totale termiske ekspansjonen, rørdimensjonene og den tillatte bøyespenningen for PTFE. For et 10-meters, 25 mm OD-rørløp med 123 graders temperaturøkning, absorberer en løkke med 1200 mm benlengde og 600 mm bredde utvidelsen på 148 mm. Sløyfen forhindrer for store krefter på varmeveksleren og damptilførselstilkoblingene. Horisontal orientering forhindrer kondensatfanging.
Teknisk støtte for PTFE-rørekspansjonssløyfedesign er tilgjengelig ved innsending av rørlengde, diameter, driftstemperatur og forankringspunktplasseringer.
