Beth yw Effaith Tymheredd Gweithredu ar Gryfder Mecanyddol Gwain Gwresogydd PTFE?

Mae PTFE yn ddeunydd cryf, gwydn ar dymheredd ystafell. Fodd bynnag, mae ei rinweddau mecanyddol yn newid yn ddramatig wrth i'r tymheredd gynyddu. Mae deall y newidiadau hyn yn bwysig i weithredu gwresogyddion trochi PTFE yn iawn o fewn eu hamlen ddylunio. Mae gwain gwresogydd PTFE yn gwneud mwy na dim ond darparu ymwrthedd cemegol. Mae'n rhaid iddo hefyd wrthsefyll pwysau'r hylif amgylchynol, gwrthsefyll anffurfiad dros amser a chadw ei siâp. Mae'r holl swyddogaethau mecanyddol hyn yn dirywio gyda thymheredd cynyddol. Felly, mae dylanwad tymheredd ar gryfder mecanyddol PTFE yn bryder pwysig i unrhyw un sy'n nodi, gosod neu weithredu gwresogyddion trochi PTFE.

Sut Mae Tymheredd yn Effeithio ar Strwythur Moleciwlaidd PTFE
Mae PTFE yn bolymer lled-grisialog. Mewn adrannau crisialog, sy'n gymysg â dognau amorffaidd (anhrefn), mae'r cadwyni moleciwlaidd wedi'u pacio'n agos ar dymheredd ystafell. Mae'r strwythur hwn yn rhoi ei gryfder nodweddiadol i PTFE, ei ffrithiant isel a'i ansefydlogrwydd cemegol, Wrth i'r tymheredd godi, mae'r dirgryniadau moleciwlaidd yn cynyddu ac mae'r rhannau amorffaidd yn dechrau meddalu cyn i'r dognau crisialog doddi.

Y tymheredd defnydd parhaus uchaf y cytunwyd arno'n gyffredinol o PTFE mewn gwasanaeth gwresogydd trochi yw 110ºC. Nid yw'r terfyn hwn yn fympwyol. Ar y tymheredd hwn mae tri thrawsnewidiad mecanyddol ar wahân yn digwydd yn gyflym:

Llai Cryfder Tynnol - Mae'r ymdrech sydd ei angen i ymestyn neu rwygo'r wain PTFE wedi gostwng yn fawr.

Ymlusgiad cynyddol - O dan lwyth cyson (ee pwysedd hylif neu rym mewnol o'r wifren gwrthiant), bydd PTFE yn ystwytho'n araf gydag amser.

• Gwrthiant pwysedd is - Mae'r wain yn fwy tueddol o ddymchwel neu falwnio o dan bwysau gwahaniaethol.

Canfyddir nad yw PTFE yn toddi tan 327 gradd er bod ei ddefnyddioldeb mecanyddol drosodd ymhell cyn hynny. Ar gyfer cymwysiadau gwresogyddion trochi, y terfyn uchaf posibl ar gyfer gweithrediad parhaus yw 110 gradd.

Newid Cryfder Tynnol gyda Thymheredd
Cryfder tynnol yw'r straen tynnol (ymestyn) uchaf y gall defnydd ei gymryd cyn iddo dorri. Ar gyfer PTFE mae'r nodwedd hon yn gostwng yn undonog gyda thymheredd. Mae'r tabl isod yn ymwneud â gwerthoedd bras o weithdrefnau prawf confensiynol (ASTM D638).

Tymheredd ( gradd ) Tymheredd ( gradd F ) Cryfder Tynnol Bras (MPa) Cryfder Tynnol Bras psi% o'r Gwerth ar dymheredd yr ystafell.
23 73 21 – 28 3050 – 4060 100% 50 122 16 – 22 2320 – 3190 75 – 80% 80 176 12 – 16 1740 – 2320 55 – 60% 100 212 9 – 13 1305 – 1885 45 – 50% 110 230 7 – 11 1015 – 1595 35 – 45% 120 248 5 – 8 725 – 1160 25 – 30% 
Nodyn: Mae gwerthoedd yn ddangosol, Mae cryfder tynnol gwirioneddol yn dibynnu ar radd PTFE, crisialu ac amodau profi.

Mae cryfder tynnol PTFE ar 100 gradd tua hanner yr un ar 23 gradd. Ar 110 gradd mae'n disgyn i tua 40% o'r gwerth tymheredd amgylchynol. Mae'r gostyngiad sylweddol mewn straen mecanyddol, boed oherwydd pwysau hylif, ehangu thermol neu drin, yn gwneud difrod ar dymheredd uchel yn llawer mwy tebygol.

Anffurfiannau crip a llwytho
Un anfantais fawr o PTFE ar dymheredd uchel yw ei duedd i ymlusgo. Creep yw ystumio sylwedd dros amser o dan lwyth cyson. Er bod gan fetelau dymheredd is ar gyfer ymgripiad, bydd PTFE yn ymgripiad ar unrhyw dymheredd dros yr amgylchedd. Mae'r gyfradd ymgripiad yn tyfu'n esbonyddol gyda thymheredd.

Ar gyfer y wain gwresogydd PTFE, y llwythi cymwys yw:

Pwysedd hylif allanol - Gall pwysedd hydrostatig mewn tanciau dwfn fod mor uchel â dyfnder 0.1 bar fesul metr. Mae'r pwysau hwn yn fach iawn ar 2-3 metr, ond o'i baru â thymheredd uchel gall achosi i'r wain gwympo'n araf neu bylu.

Straenau mewnol o'r wifren gwrthiant - Mae'r elfen wresogi metel wedi'i mewnblannu yn y PTFE. Mae ehangu thermol gwahaniaethol metel a PTFE yn achosi tensiynau mewnol. Ar dymheredd uchel mae PTFE yn lleddfu'r pwysau hyn trwy ymgripiad a all addasu siâp y wain.

Grymoedd clampio neu fowntio - Gall unrhyw ataliaeth fecanyddol a roddir ar y gwresogydd (fel cromfachau, fflansau neu gynheiliaid) achosi crynodiadau straen lleol. Gall ymgripiad achosi i'r PTFE lifo i ffwrdd o bwyntiau pwysedd uchel ac achosi llacio neu fethiant sêl.

Anaml y mae ymgripiad yn drychinebus yn y tymor byr yn ymarferol. Ni all gwresogydd ar 105 gradd ddangos unrhyw ystumiad amlwg am fisoedd neu hyd yn oed flynyddoedd. Ond gallai'r ymgripiad dros amser arwain at y wain yn mynd yn deneuach mewn lleoliadau penodol, gan leihau cryfder dielectrig a diogelwch mecanyddol. Yn bwysicach fyth, gall ymgripiad yn y cyswllt rhwng y wain PTFE a'r sêl derfynol ganiatáu i anwedd lleithder neu gyrydol gyrraedd y gwresogydd.

Risgiau Cwympo neu Balwnio a Gwrthwynebiad i Bwysau
Nid yw gwain gwresogydd PTFE yn llestri pwysau. Maent wedi'u cynllunio i weithredu ar neu'n agos at bwysau atmosfferig yn fewnol ac yn allanol. Nid yw'r siambr fewnol lle mae'r wifren gwrthiant wedi'i lleoli dan bwysau, mae'n cael ei llenwi â PTFE neu aer ar bwysau amgylchynol. Mae dau fecanwaith methiant sy'n gysylltiedig â phwysau fel a ganlyn:

Cwymp pwysedd allanol - Os yw pwysedd hylif allanol yn llawer uwch na'r pwysedd mewnol, gall y wain gwympo i mewn. Mae hyn yn fwy tebygol ar dymheredd uwch oherwydd bod modwlws elastig (anystwythder) y PTFE yn cael ei leihau. Fel arfer cymerir bod cwymp yn golygu rhan o'r wain wedi'i gwastatáu neu wedi'i gwanhau.

Balwnio pwysau mewnol - Gall y PTFE poeth, meddaledig falwnio tuag allan os yw'r ceudod mewnol dan bwysau oherwydd bod nwy'n mynd allan neu ehangiad nwy wedi'i ddal. Yn llai cyffredin ond yn bosibl gyda'r lleithder y tu mewn i'r gwresogydd yn troi'n stêm.

Mae'r ddau fath o fethiant yn cael eu rheoli'n uniongyrchol gan effaith tymheredd cryfder mecanyddol PTFE. Gall PTFE ddioddef pwysau gwahaniaethol o sawl bar ar 23 gradd heb ddadffurfiad parhaol. Ar 110 gradd gallai'r un pwysau gwahaniaethol arwain at gwymp neu falŵns ar unwaith. Felly ni ddylid defnyddio gwresogyddion PTFE ar gyfer cymwysiadau pwysedd uchel neu lle gall newidiadau pwysau cyflym ddigwydd.

Effeithiau mynd y tu hwnt i'r terfyn parhaus o 110 gradd
Gellir goddef gwibdeithiau byr ychydig yn uwch na 110 gradd heb fethiant cyflym. Ond os byddwch chi'n mynd dros y terfyn hwn dro ar ôl tro neu am amser hir gallech achosi difrod parhaol. Mae'r canlyniadau a arsylwyd yn cynnwys:

Teneuo gwain a mannau problemus lleol: Mae ymgripiad yn galluogi PTFE i lifo i ffwrdd o'r rhanbarthau poethaf, gan deneuo'r wain. Mae gan ranbarthau teneuach ddargludedd thermol uwch. Mae'r ddolen adborth gadarnhaol hon yn arwain at wresogi mannau poeth lleol yn gyflymach.

Colli cryfder deuelectrig - Mae rhannau tenau o'r wain yn lleihau ymyl yr inswleiddiad trydanol ac yn cynyddu'r perygl o chwalu.

Anffurfiad parhaol - Unwaith y bydd PTFE wedi crept neu wared, ni fydd oeri yn dod ag ef yn ôl i'w siâp gwreiddiol. Nid oes unrhyw ffordd i drwsio gwain sydd wedi cwympo neu wedi'i chwyddo.

Methiant sêl - Mae'r sêl yn y parth oer yn dibynnu ar ffit dda rhwng y gwain PTFE a'r cynulliad terfynell. Gall creep lacio'r ffit hwn a chaniatáu i hylif neu anwedd fynd i mewn.

Dylid nodi bod y terfyn 110 gradd ar gyfer tymheredd gwain PTFE, nid o reidrwydd y tymheredd hylif swmp. Mewn gwresogydd sydd wedi'i adeiladu'n gywir, mae tymheredd y gwain ychydig yn uwch na'r tymheredd hylif oherwydd bod gwres yn cael ei drosglwyddo'n effeithiol o'r wifren gwrthiant i'r hylif. Ond gyda dwysedd wat uchel (pŵer fesul arwynebedd arwyneb uned) neu gyda lefel hylif yn is na'r rhan wedi'i gynhesu, gall y tymheredd gwain fod yn fwy na'r tymheredd hylif o gryn dipyn, hyd yn oed pan fo'r hylif ei hun yn is na 110 gradd.

Sgôr -Dwysedd Wat Gwasanaeth Tymheredd Uchel-Graddfa
Mae cryfder mecanyddol PTFE yn -ddibynnol ar dymheredd ac mae hyn yn dylanwadu ar allu'r deunydd i wrthsefyll straen ac am y rheswm hwn, mae'n rhaid i wresogyddion trochi sydd i fod i redeg yn agos at 110 gradd fod â dwysedd wat is na gwresogyddion a ddefnyddir ar dymheredd is. Dwysedd wat yw'r allbwn pŵer fesul ardal o'r arwyneb gwresogi ac fe'i cynrychiolir fel arfer mewn watiau fesul modfedd sgwâr (W/mewn 2 ) neu watiau fesul centimedr sgwâr (W/cm 2 ).

Y canllawiau cyffredinol ar gyfer gwresogyddion trochi PTFE yw:

Dwysedd wat derbyniol hyd at 25-30 W/in2 (3.9-4.7 W/cm2) ar dymheredd i 60 gradd (140 gradd F).

60–90 gradd (140-194 gradd F) – Dwysedd wat isel o 15–20 W/mewn 2 (2.3–3.1 W/cm 2 ).

90-110 gradd (194–230 gradd F) – Mae angen gostyngiad pellach mewn dwyseddau wat i 10–15 W/in² (1.6–2.3 W/cm²).

Uwchlaw 110 gradd (230 gradd F) - Yn aml ni chynghorir gwresogyddion trochi PTFE ar gyfer defnydd hirfaith.

Yn ymarferol, mae'n rhaid tiwnio'r gwerthoedd hyn ar gyfer y cymhwysiad penodol. Gellir goddef dwyseddau wat uwch mewn baddonau cynhyrfus gyda chyfernodau trosglwyddo gwres uchel. Mae angen dwyseddau wat is ar gyfer hylifau llonydd neu gludiog. Yr amcan yw gwarantu nad yw tymheredd y wain PTFE yn fwy na 110 gradd, hyd yn oed yn y lleoliadau poethaf ger y wifren gwrthiant mewnol.

Rheoli Tymheredd fel Amddiffyniad
Er mwyn arsylwi ar y terfyn o 110 gradd, mae angen mesur tymheredd cywir a rheolaeth ddibynadwy. Dylai fod gan wresogyddion trochi synhwyrydd tymheredd (thermocouple neu RTD) mor agos ag y bo modd i'r elfen wresogi, neu y tu mewn i'r wain PTFE. Ychwanegu-cyfyngiad diogelwch uchel fel cyfyngiad wrth gefn i uchafswm tymheredd a ganiateir ar y rheolydd.

Darganfuwyd nad yw'r mwyafrif o fethiannau cynamserol gwresogyddion PTFE yn cael eu hachosi gan fod tymheredd y pwynt gosod yn rhy uchel ond gan orboethi lleol. Ffactorau sy'n arwain at orboethi lleol:

Lefel hylif isel yn amlygu rhan o'r wain wedi'i gynhesu i'r aer.

Baeddu ar wyneb y wain, gan arwain at lai o drosglwyddo gwres.

Llif aer gwael o amgylch y gwresogydd gan arwain at ardaloedd llonydd.

Dwysedd wat uchel sy'n arwain at raddiant tymheredd uchel rhwng y wifren fewnol ac arwyneb y wain.

Gall unrhyw un o'r amodau hyn gynyddu tymheredd y wain i lefelau niweidiol hyd yn oed tra bod y tymheredd hylif swmp yn is na 110 gradd.

Casgliadau
Mae'r tymheredd gweithredu yn dylanwadu'n uniongyrchol ar gyfanrwydd mecanyddol y wain PTFE. Mae dylanwad tymheredd ar gryfder mecanyddol PTFE yn arwain at golli cryfder tynnol, cynnydd mewn tueddiad i ymgripiad a gostyngiad yng ngwrthiant pwysau'r deunydd ar dymheredd uwch na'r amgylchedd. Ar y terfyn gwasanaeth parhaus o 110 gradd, dim ond tua 40% o gryfder tynnol tymheredd yr ystafell y mae PTFE yn ei gadw, ac mae cyfraddau ymgripiad yn dod yn ddigon sylweddol i achosi anffurfiad hirdymor.

Nid yw'r terfyn 110C yn ffigwr mympwyol ond yn derfyn mecanyddol. Gall mynd y tu hwnt i'r terfyn hwn achosi cwymp gwain, balŵns, teneuo, methiant morloi a methiant trydanol terfynol. Felly mae rheoli tymheredd a dwysedd wat cywir yn hanfodol ar gyfer cynnal bywyd gwresogydd. Pan gaiff ei weithredu o fewn yr amgylchedd tymheredd y'i cynlluniwyd ar ei gyfer a chydag amodau trosglwyddo gwres derbyniol, bydd y wain PTFE yn cadw ei gryfder mecanyddol ac yn amddiffyn yr elfen wresogi fewnol am flynyddoedd o weithrediad dibynadwy.