Interference Fit-dilemmaet
Et PTFE-rør satt inn i et rørplatehull og sikret ved ekspansjon må gripe hullveggen tett nok til å tette mot indre damptrykk, men ikke så tett at bøylespenningen i det utvidede røret overstiger materialets spenningssprekketerskel. Forskjellen mellom tilstrekkelig grep og skadelig interferens måles i tideler av en millimeter.
PTFE utgjør en spesiell utfordring for rør-til-rørplateskjøter fordi materialet kaldt-flyter under vedvarende kompresjon. En interferenspasning som føles tett og -fri ved installasjon kan slappe av i løpet av uker ved driftstemperatur når PTFE kryper bort fra kontakttrykket. Skjøten begynner å lekke. Fristelsen er å øke den første interferensen for å tillate avslapning,-men dette risikerer umiddelbar spenningssprekker fra over-ekspansjon.
Den maksimalt tillatte interferensen er graden av diametral overdimensjon som belaster PTFE til like under spenningssprekkegrensen ved maksimal forventet driftstemperatur.
Stress Cracking Mechanism
PTFE-spenningssprekker oppstår når materialet utsettes for strekkbelastning som overstiger ca. 2-3 % ved forhøyet temperatur. Stammen åpner mikroskopiske tomrom mellom krystallinske domener. Disse hulrommene vokser over tid under vedvarende stress, og til slutt smelter sammen til synlige sprekker.
I en rør-til-rørplate ekspansjonsskjøt er den primære tøyningen bøyletøyning i rørveggen ved den utvidede delen. Rør-ID-en tvinges over en større diameter (et ekspanderverktøy eller rørplatehullet med en innsats). De ytre fibrene i rørveggen strekker seg. Bøyletøyningen er: ε=(utvidet - Doriginal) / Doriginal.
For 10 mm OD PTFE-rør utvidet til et 10,8 mm ID rørplatehull, er den diametrale ekspansjonen 0,8 mm. Bøyletøyningen er 0,8/10=8 %. Dette overskrider langt den sikre grensen på 2-3 % og vil knekke røret – hvis ikke umiddelbart, så i løpet av uker ved driftstemperatur.
Tabell 1: Maksimal tillatt interferenstilpasning for PTFE-rør-til-rørplateskjøter
| Rør OD (mm) | Rørvegg (mm) | Rørark Hull ID (mm) | Diametral interferens (mm) | Bøylebelastning (%) | Stress Crack Risiko | Anbefalt service |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8,0 (null klaring) | 0 | 0 | Ingen | Trenger sekundær tetning |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | Ingen | Lavt-trykk (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | Lav (grense for kontinuerlig tjeneste) | Generell service (opptil 4 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | Moderat (anbefales ikke) | Ikke anbefalt |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | Ingen | Trenger sekundær tetning |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | Ingen | Lavt-trykk |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | Lav (grense for kontinuerlig tjeneste) | Generell service (opptil 4 barg) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | Lav (grense for kontinuerlig tjeneste) | Generell service |
Det sekundære seglkravet
Fordi den maksimale sikre interferensen for PTFE er begrenset til ca. 2,5 % bøyletøyning, er gripekraften fra ekspansjon alene beskjeden. Ved driftstemperatur reduserer krypeavslapping denne kraften ytterligere. En sekundær tetningsmekanisme er nødvendig for pålitelig-lekkasje-tetthet.
Den vanligste sekundære tetningen er en kompresjonskobling: røret passerer gjennom rørplaten, og en mutter komprimerer en PTFE-hylse på rørets OD. Hylsen gir forseglingen; rørplaten gir den mekaniske forankringen. Interferensen mellom røret og rørplatehullet settes deretter til null (klaringspasning) eller minimal, noe som eliminerer risikoen for spenningssprekker helt.
Alternative sekundære tetninger inkluderer utstrakte rørender som ligger mot en konisk rørplateflate, og O-ringtetninger i spor i rørplatehullet. Begge tilnærmingene kobler tetningsfunksjonen fra rørekspansjonsfunksjonen.
Termisk sykluseffekt
Hver termisk syklus fra omgivelsestemperatur til driftstemperatur legger til en tøyningssyklus til den utvidede rørseksjonen. PTFE-røret utvider seg radialt mer enn rørplaten (hvis platen er metall eller en annen polymer), noe som endrer interferenspasningen. En skjøt som er klaring ved romtemperatur kan bli en interferenspasning ved temperatur, eller omvendt.
Skjøtdesignet må tilpasses denne sykliske dimensjonsendringen uten å overskride tøyningsgrensen på 2,5 % på noe tidspunkt i den termiske syklusen. For PTFE-rør i PTFE-rørplater utvider materialene seg med samme hastighet, og interferensen er stabil. For PTFE-rør i metall eller PVDF-plater skal differensialutvidelsen beregnes.
Sammendrag
Maksimal tillatt diametral interferens for PTFE-rør-til-rørplateskjøter er 2,5 % av rørdiameteren, tilsvarende ca. 0,2 mm for 8 mm OD-rør og 0,25 mm for 10 mm OD-rør. Denne grensen forhindrer spenningssprekker fra overdreven bøyletøyning ved forhøyet temperatur.
Pålitelig forsegling krever en sekundær mekanisme-kompresjonshylse, utvidet ledd eller O-ring-fordi den begrensede interferensen gir bare beskjeden gripekraft som slapper ytterligere av over tid ved temperatur. Fugedesignet må tilpasses differensiell termisk ekspansjon hvis røret og rørplaten er forskjellige materialer.
Tekniske spesifikasjoner for PTFE-rør-til-rørplate-skjøtdesign er tilgjengelige ved innsending av rørdimensjoner, rørplatemateriale og -tykkelse, driftstemperatur og trykk og nødvendig levetid.
