עייפות הצינור הבלתי מוסברת
מחליף חום PTFE בלולאת מחזור שאוב מפתח דליפות בחיבורי הצינור-ל-הראש לאחר 18 חודשי שירות. הכימיה שפירה. הטמפרטורה בינונית. הלחץ נמצא בגבולות התכנון. עם זאת, הצינורות מראים סימני עייפות של סדקי עייפות בנקודות תמיכה ומפרקי ראש.
הסיבה העיקרית היא רטט. צינורות PTFE גמישים וקלים. גמישות זו מהווה יתרון לאירוח התפשטות תרמית ועמידות בפני פגיעות. אבל זה גם הופך את הצינורות לרגישים לרטט המושרה בזרימה-. כאשר נוזל זורם על פני צרור צינורות במהירויות מסוימות, הוא יוצר כוחות תנודה המעוררים את תנועת הצינור. במשך מיליוני מחזורים, רטט זה מייצר נזקי עייפות בנקודות ריכוז מתח.
מנגנון הרטט המושרה בזרימה-
שני מנגנונים עיקריים מעוררים רטט בחבילות צינורות מחליף חום. נשירת מערבולת מתרחשת כאשר נוזל זורם על פני צינור, ויוצר מערבולות מתחלפות בעקבותיו. מערבולות אלו מתנתקות בתדר פרופורציונלי למהירות הזרימה חלקי קוטר הצינור. כאשר תדירות הנשירה מתקרבת לתדר הטבעי של הצינור, נוצרת תהודה. הצינור רוטט באמפליטודה גדולה.
עירור טורבולנציה הוא אילוץ אקראי מתנודות הלחץ הכאוטי בזרימה הסוערת. הוא אינו מייצר את שיא התהודה החד של שפיכת מערבולת, אך הוא יוצר רטט רחב-ספקטרום שצובר נזקי עייפות לאורך זמן. עירור מערבולות שולט בחבילות צינורות מרווחות, בהן שפיכת מערבולת מדוכאת על ידי צינורות סמוכים.
התדר הטבעי של הצינור תלוי בקוטר שלו, בעובי הדופן, במודול החומר, באורך הטווח הלא נתמך ובמסת הנוזל בתוך הצינור ומחוצה לו. לשפופרות PTFE יש תדרים טבעיים נמוכים יותר מצינורות מתכת מקבילים בגלל מודול אלסטי נמוך יותר. זה מקרב אותם לטווח התדרים של עירור הנגרמת- של זרימה משותפת.
טבלה 1: הערכת סיכוני רטט לפי מצב זרימה ומרווח תמיכת צינור (10 מ"מ OD PTFE Tube)
| מהירות זרימה צולבת (מ/ש) | מרווח תמיכה 300 מ"מ | מרווח תמיכה 400 מ"מ | מרווח תמיכה 500 מ"מ | נדרש הקלה |
|---|---|---|---|---|
| 0.3 | סיכון נמוך | סיכון נמוך | סיכון בינוני | אין עד מינימלי |
| 0.5 | סיכון נמוך | סיכון בינוני | סיכון גבוה | מיישר זרימה מומלץ |
| 0.8 | סיכון בינוני | סיכון גבוה | סיכון גבוה מאוד | מיזוג זרימה + מרווחים מופחתים |
| 1.2 | סיכון גבוה | סיכון גבוה מאוד | סיכון קריטי | נדרש עיצוב מחדש |
| 1.5 | סיכון גבוה מאוד | קרִיטִי | קרִיטִי | לא מומלץ ללא הקלה מקיפה |
רמות סיכון מבוססות על תדירות שפיכת מערבולת ביחס לתדר טבעי מחושב של צינור עבור PTFE עם דופן 1.0 מ"מ, צפיפות נוזל 1,100 ק"ג/מ"ר. הסיכון בפועל תלוי בגיאומטריה ובחלוקת הזרימה הספציפית.
פתרונות מיזוג זרימת כניסה
הפחתת הרטט היעילה ביותר היא מניעת הפרעת הזרימה במקורה. זרימה הנכנסת לצרור צינורות צריכה להיות מפוזרת באופן אחיד וללא מערבולות בקנה מידה גדול.- מליאת כניסה או כותרת הפצה המרחיבה את הזרימה הנכנסת מפחיתה בצורה חלקה מהירויות מקומיות ומפרקת מערבולות גדולות לפני שהן מגיעות לצינורות.
לוחות הפצה מחוררים הממוקמים בין פיית הכניסה לצרור הצינורות מיישרים את פרופיל המהירות. הצלחת יוצרת ירידת לחץ אחידה המפזרת את הזרימה על פני חתך הצרור-. ירידת הלחץ על פני הצלחת צריכה להיות לפחות פי 1.5 מהלחץ הדינמי של הזרם הנכנס כדי להיות יעיל.
יישור שבבים בתוך פיית הכניסה או הצנרת מפחית מערבולת ומערבולת-בקנה מידה גדול ממרכיבי הצנרת במעלה הזרם. זרימת פריקת המשאבה מטרידה במיוחד-האימפלר מעניק הן סיבובים והן פעימות תקופתיות בתדירות מעבר הלהב. מיישר זרימה המותקן בקוטר של 5-10 צינורות במעלה הזרם של כניסת מחליף החום מפרק את המבנים הללו.
תמיכה בשינויי התקנות קיימות
כאשר מיזוג הזרימה לבדו אינו מספיק, תומכי צינורות נוספים מקטינים את הטווח הלא נתמך ומעלים את התדר הטבעי מעל טווח העירור. לוחות תמיכה ביניים שנוספו בין תומכים קיימים מקטינים את אורך הטווח בחצי ויכולים להגדיל את התדירות הטבעית בפקטור של ארבע.
ניתן להגביר את השיכוך על ידי שינוי עיצוב התמיכה. תומכי מרווח- הדוקים המאפשרים החלקה תרמית אך מונעים תנועה לרוחב ממירים צינור-ל-תומכים בהשפעות לפיזור אנרגיה. הצינור עדיין יכול להתרחב צירית אך אינו יכול לבנות אמפליטודות רטט גדולות.
עבור התקנות חדשות, ניתוח רעידות צריך להיות חלק מתהליך התכנון. תנאי הזרימה הצפויים קובעים את הטווח המרבי המותר ללא תמיכה. טווח זה קובע את מרווח לוחות התמיכה. תכנון למניעת רעידות עולה פחות מתיקון לאחר הופעת נזקי עייפות.
תַקצִיר
נזק לרטט של צינור מחליף חום מסוג PTFE נובע ממנגנוני עירור הנגרמת-של זרימה, לרבות שפיכת מערבולת והפרחת מערבולות. לצינורות הגמישים וקלים המשקל יש תדרים טבעיים שיכולים לחפוף לתדרי עירור במהירויות זרימת תהליך אופייניות.
הפחתה מתחילה עם מיזוג-פלטות הפצה של זרימת הכניסה ושבבי יישור המבטיחים זרימת טורבולנס אחידה ונמוכה- הנכנסת לצרור. תומכי צינורות נוספים מפחיתים טווח בלתי נתמך ומעלים את התדר הטבעי. עבור תכנונים חדשים, ניתוח רעידות במהלך שלב ההנדסה מונע שינויים יקרים בשטח.
ניתוח הנדסי עבור הערכת סיכוני רטט מחליף חום PTFE והפחתה זמין עם הגשת ממדי הצינור, מרווחי התמיכה, מהירות הזרימה, תכונות הנוזל, וכל תסמיני רטט שנצפו או היסטוריית כשל.
