धड़कन की समस्या
सकारात्मक विस्थापन पंप प्ररित करनेवाला या पिस्टन आवृत्ति पर प्रवाह स्पंदन उत्पन्न करते हैं। ये स्पंदन दबाव तरंगों के रूप में पाइपिंग सिस्टम के माध्यम से यात्रा करते हैं, चक्रीय बल के साथ हीट एक्सचेंजर सतहों पर हमला करते हैं। प्रत्येक पल्स छोटा होता है -आम तौर पर 0.1-0.5 बार आयाम-लेकिन निरंतर संचालन के एक वर्ष में, हीट एक्सचेंजर लाखों लोड चक्रों का अनुभव करता है।
कठोर अभेद्य ग्रेफाइट स्थिर भार को अच्छी तरह से संभालता है। इसकी संपीड़न क्षमता 200 एमपीए से अधिक है। इसकी तापीय चालकता उत्कृष्ट है। लेकिन चक्रीय फ्लेक्सुरल लोडिंग के प्रति इसकी प्रतिक्रिया पीटीएफई से मौलिक रूप से अलग है। ग्रेफाइट एक भंगुर सिरेमिक मिश्रण है। PTFE एक तन्य थर्मोप्लास्टिक है। उनका थकान व्यवहार पूरी तरह से अलग-अलग शारीरिक नियमों का पालन करता है।
ग्रेफाइट थकान तंत्र
अभेद्य ग्रेफाइट का निर्माण झरझरा ग्रेफाइट को फेनोलिक या फ्यूरान रेजिन के साथ संसेचित करके किया जाता है। परिणामी सम्मिश्रण में ग्रेफाइट का रासायनिक प्रतिरोध और राल की अभेद्यता होती है। हालाँकि, इसका यांत्रिक व्यवहार, चरित्र में सिरेमिक ही रहता है।
ग्रेफाइट भंगुर फ्रैक्चर के माध्यम से तनाव में विफल रहता है। चक्रीय लोडिंग के तहत, सूक्ष्म दरारें तनाव एकाग्रता बिंदुओं पर शुरू होती हैं, ट्यूबशीट जोड़ों, समर्थन स्थानों और आंतरिक राल ग्रेफाइट इंटरफेस पर। एक बार शुरू होने के बाद, दरारें प्रत्येक लोड चक्र के साथ बढ़ती जाती हैं। दरार की नोक को कुंद करने के लिए कोई प्लास्टिक विरूपण नहीं है, प्रसार को धीमा करने के लिए कोई ऊर्जा अवशोषण तंत्र नहीं है। दरार तब तक बढ़ती जाती है जब तक कि शेष क्रॉस - अनुभाग अब भार का समर्थन नहीं कर सकता, और अचानक फ्रैक्चर हो जाता है।
धातुओं की तुलना में ग्रेफाइट की थकान सीमा को खराब तरीके से परिभाषित किया गया है। एस -एन वक्र {{2}तनाव बनाम विफलता के चक्र-स्पष्ट रूप से परिभाषित सहनशक्ति सीमा के बिना एक उथले ढलान को दर्शाता है। कम चक्रीय तनाव आयाम पर भी, ग्रेफाइट लाखों चक्रों में क्षति जमा करता है। विफलता संभाव्य है: समान लोडिंग के तहत दो समान घटक महत्वपूर्ण रूप से भिन्न चक्र गणना पर विफल हो सकते हैं।
तालिका 1: पंप स्पंदन के तहत थकान और कंपन प्रतिक्रिया की तुलना
| थकान पैरामीटर | कठोर अभेद्य ग्रेफाइट | पीटीएफई |
|---|---|---|
| भौतिक चरित्र | भंगुर सिरेमिक मिश्रण | तन्य थर्माप्लास्टिक |
| फ्लेक्सुरल मापांक (जीपीए) | 15-25 | 0.5-0.6 |
| भिगोने की क्षमता (टैन δ) | 0.001-0.003 (कम) | 0.1-0.2 (उच्च) |
| थकान दरार दीक्षा तंत्र | दोषों, इंटरफेस पर सूक्ष्म - दरारें | कोई नहीं (मध्यम तनाव में टूटे बिना विकृत) |
| थकान दरार का प्रसार | तेज़, भंगुर | लागू नहीं (सेवा तनाव में दरारें शुरू नहीं होती) |
| सहनशक्ति की सीमा | कोई भी स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं है | 2% से कम तनाव पर 10⁷+ चक्र |
| प्रवाह स्पंदन की प्रतिक्रिया | कंपन संचारित करता है; अनुनाद पर बढ़ता है | कंपन को अवशोषित करता है; नम स्पंदन ऊर्जा |
| चक्रीय भार के तहत विफलता मोड | अचानक भंगुर फ्रैक्चर | प्रगतिशील रेंगना (यदि अतिभारित हो) |
| थकान क्षति के लिए निरीक्षण | कठिन (आंतरिक सूक्ष्म दरारें अदृश्य) | सरल (विफलता से पहले दिखाई देने वाली विकृति) |
पीटीएफई: भिगोना और लचीलापन
पीटीएफई विस्कोइलास्टिक विरूपण के माध्यम से चक्रीय लोडिंग पर प्रतिक्रिया करता है। पॉलिमर श्रृंखलाएं यांत्रिक ऊर्जा को अवशोषित करती हैं और इसे आंतरिक घर्षण के माध्यम से गर्मी के रूप में नष्ट कर देती हैं। हानि स्पर्शज्या, टैन δ- द्वारा परिमाणित अवमंदन क्षमता पीटीएफई के लिए 0.1-0.2 है, जो ग्रेफाइट से लगभग दो ऑर्डर अधिक है। इसका मतलब है कि पीटीएफई प्रत्येक फ्लेक्सुरल चक्र की यांत्रिक ऊर्जा का 10-20% गर्मी में परिवर्तित करता है, इसे तनाव चक्र से हटा देता है।
इसका परिणाम यह है कि पंप स्पंदन के तहत पीटीएफई ट्यूब कठोर ग्रेफाइट की तरह लोचदार तनाव ऊर्जा जमा नहीं करते हैं। स्पंदन ऊर्जा अवशोषित और नष्ट हो जाती है। समर्थन और कनेक्शन पर तनाव का आयाम कम होता है क्योंकि सामग्री कंपन संचरण को कम कर देती है।
प्रवाह के विशिष्ट तनाव स्तर पर {{0}प्रेरित कंपन {{1}उचित रूप से समर्थित ट्यूबों के लिए 1% से काफी नीचे {{3}पीटीएफई एक ऐसे शासन में काम करता है जहां थकान दरार की शुरुआत नहीं होती है। सामग्री दरार बने बिना लाखों चक्रों को सहन कर सकती है। धात्विक अर्थ में यह कोई उच्च -चक्र थकान सीमा नहीं है; यह क्षति संचय के लिए सीमा से नीचे एक तनाव शासन है।
हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन के लिए व्यावहारिक परिणाम
स्पंदनशील प्रवाह सेवा में ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स को थकान के जोखिम को प्रबंधित करने के लिए रूढ़िवादी डिजाइन की आवश्यकता होती है। स्थिर प्रवाह के लिए समर्थन रिक्ति करीब होनी चाहिए। एक्सचेंजर के अपस्ट्रीम में फ्लो स्ट्रेटनर और पल्सेशन डैम्पनर सिस्टम की लागत और जटिलता को बढ़ाते हैं। डिज़ाइन जीवन के दौरान यांत्रिक अखंडता के प्रगतिशील नुकसान की अनुमति देने के लिए हीट एक्सचेंजर का आकार बड़ा होना चाहिए।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स सामग्री की नमी और लचीलेपन के माध्यम से पंप धड़कन को समायोजित करते हैं। मानक समर्थन रिक्ति आमतौर पर पर्याप्त होती है। पल्सेशन डैम्पनर प्रदर्शन कारणों से वैकल्पिक हैं, यांत्रिक अस्तित्व के लिए अनिवार्य नहीं हैं। ट्यूब बंडल की यांत्रिक अखंडता लाखों स्पंदन चक्रों के साथ ख़राब नहीं होती है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स पंप स्पंदन के तहत कठोर अभेद्य ग्रेफाइट की तुलना में बेहतर फ्लेक्सुरल थकान प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं। डक्टाइल फ्लोरोपॉलीमर विस्कोइलास्टिक डंपिंग के माध्यम से चक्रीय यांत्रिक ऊर्जा को अवशोषित और नष्ट कर देता है, जिससे सेवा तनाव स्तरों पर थकान क्षति के संचय को रोका जा सकता है। ग्रेफाइट, एक भंगुर सिरेमिक मिश्रण के रूप में, कंपन प्रसारित करता है और सूक्ष्म दरार क्षति जमा करता है जो अंततः अचानक फ्रैक्चर का कारण बनता है।
पीटीएफई का थकान लाभ सरल सिस्टम डिज़ाइन, धड़कन शमन उपकरण की कम आवश्यकता और अनुमानित दीर्घकालिक यांत्रिक अखंडता में तब्दील हो जाता है। जहां सकारात्मक विस्थापन पंप अपरिहार्य प्रवाह स्पंदन पैदा करते हैं, पीटीएफई एक यांत्रिक रूप से क्षमाशील हीट एक्सचेंजर समाधान प्रदान करता है।
पंप स्पंदन स्थितियों के तहत पीटीएफई हीट एक्सचेंजर डिजाइन के लिए इंजीनियरिंग विश्लेषण पंप प्रकार और आवृत्ति, पाइपिंग कॉन्फ़िगरेशन, द्रव गुण, और ऑपरेटिंग दबाव और तापमान प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
