एयरोस्पेस में वजन की अनिवार्यता
विमान और अंतरिक्ष यान रासायनिक प्रसंस्करण प्रणालियाँ {{0}संक्षारण सुरक्षा के लिए सतह उपचार, इंजन घटकों के लिए सफाई समाधान, थर्मल नियंत्रण तरल पदार्थ {{1}एक बाधा डालते हैं जो जमीन पर नहीं पाया जाता है -आधारित रासायनिक संयंत्र: प्रत्येक किलोग्राम उपकरण द्रव्यमान सीधे पेलोड क्षमता को कम कर देता है। एक वाणिज्यिक विमान में, एक किलोग्राम की बचत से विमान के जीवनकाल में लगभग $500 की ईंधन बचत होती है। एक अंतरिक्ष यान पर, पृथ्वी की निचली कक्षा में प्रति किलोग्राम प्रक्षेपण लागत $2,500 से $5,000 तक होती है।
एयरोस्पेस रासायनिक प्रसंस्करण प्रणालियों में हीट एक्सचेंजर्स भारी घटकों में से हैं। उनका द्रव्यमान सामग्री घनत्व, ताप कर्तव्य के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र और आवश्यक संरचनात्मक समर्थन द्वारा निर्धारित होता है। टाइटेनियम -पैलेडियम मिश्र धातु (Ti-0.2Pd, ग्रेड 7) संक्षारण प्रतिरोधी एयरोस्पेस हीट एक्सचेंजर्स के लिए मानक धातु विकल्प है। यह पैलेडियम की बढ़ी हुई निष्क्रियता के साथ टाइटेनियम के संक्षारण प्रतिरोध को जोड़ती है।
पीटीएफई वजन में आमूल-चूल कमी प्रदान करता है। सामग्री का घनत्व 2,200 किग्रा/वर्ग मीटर है, जबकि टाइटेनियम के लिए 4,510 किग्रा/वर्ग मीटर है। पैलेडियम का घनत्व आधे से भी कम है। भारी धातु वाले हेडर और समर्थन संरचनाओं के उन्मूलन के साथ, पीटीएफई हीट एक्सचेंजर का स्थापित वजन आमतौर पर टाइटेनियम-पैलेडियम समकक्ष का 15 - 25% है।
वज़न टूटने की तुलना
एयरोस्पेस रासायनिक प्रसंस्करण के लिए 30 किलोवाट हीट एक्सचेंजर वजन तुलना को दर्शाता है। टाइटेनियम -पैलेडियम इकाई 1.0 वर्ग मीटर ताप स्थानांतरण सतह के साथ एक कॉम्पैक्ट शेल {{3}और {{4}ट्यूब डिजाइन है। कम तापीय चालकता के कारण पीटीएफई इकाई को समतुल्य एलएमटीडी पर समान ड्यूटी देने के लिए 3.5 वर्ग मीटर सतह की आवश्यकता होती है।
सतह क्षेत्र के 3.5 गुना की आवश्यकता के बावजूद, पीटीएफई इकाई का वजन काफी कम है। पीटीएफई ट्यूबों का वजन 1.8 किलोग्राम (3.5 वर्ग मीटर × 0.8 मिमी दीवार × 2,200 किलोग्राम/वर्ग मीटर) है। पीटीएफई हेडर और सपोर्ट फ्रेम 3.5 किलोग्राम जोड़ते हैं। कुल पीटीएफई सूखा वजन: 5.3 किलोग्राम।
टाइटेनियम -पैलेडियम ट्यूबों का वजन 4.5 किलोग्राम (1.0 वर्ग मीटर × 1.0 मिमी दीवार × 4,510 किलोग्राम/वर्ग मीटर) होता है। टाइटेनियम शेल, ट्यूब शीट और सपोर्ट फ्रेम 22 किलोग्राम जोड़ते हैं। कुल टाइटेनियम -पैलेडियम सूखा वजन: 26.5 किलोग्राम।
| वज़न पैरामीटर | टाइटेनियम-पैलेडियम (ग्रेड 7) | पीटीएफई |
|---|---|---|
| 30 किलोवाट ड्यूटी के लिए सतह क्षेत्र (एम²) | 1.0 | 3.5 |
| ट्यूब सामग्री घनत्व (किग्रा/वर्ग मीटर) | 4,510 | 2,200 |
| ट्यूब दीवार की मोटाई (मिमी) | 1.0 | 1.0 |
| ट्यूब द्रव्यमान (किग्रा) | 4.5 | 1.8 |
| हेडर/शैल द्रव्यमान (किग्रा) | 15 | 2.0 |
| समर्थन फ़्रेम द्रव्यमान (किग्रा) | 7 | 1.5 |
| कुल सूखा वजन (किलो) | 26.5 | 5.3 |
| वज़न{{0}से-कर्तव्य अनुपात (किग्रा/किलोवाट) | 0.88 | 0.18 |
| स्थापित वजन (पाइपिंग कनेक्शन, किग्रा सहित) | 32 | 8 |
| $3,000/किग्रा लॉन्च लागत पर पेलोड जुर्माना | $96,000 | $24,000 |
संरचनात्मक और स्थापना भार कैस्केड
पीटीएफई का वजन लाभ हीट एक्सचेंजर से परे तक फैला हुआ है। 26.5 किलोग्राम सूखी टाइटेनियम - पैलेडियम इकाई को स्थिर वजन और कंपन और पैंतरेबाज़ी से गतिशील भार के लिए रेटेड संरचनात्मक लगाव बिंदुओं की आवश्यकता होती है। इस संकेंद्रित द्रव्यमान का समर्थन करने के लिए विमान या अंतरिक्ष यान संरचना को स्थानीय रूप से सुदृढ़ किया जाना चाहिए। संरचनात्मक सुदृढीकरण द्रव्यमान जोड़ता है जो वाहन डिज़ाइन के माध्यम से कैस्केड होता है।
5.3 किग्रा पीटीएफई इकाई को टैंक संरचना द्वारा या न्यूनतम ब्रैकेट्री द्वारा समर्थित किया जा सकता है। वितरित हल्के भार को स्थानीय संरचनात्मक सुदृढीकरण की आवश्यकता नहीं होती है। स्थापना भार {{3}जिसमें पाइपिंग कनेक्शन, इन्सुलेशन और संरचनात्मक अनुलग्नक शामिल हैं{{4}टाइटेनियम स्थापना भार का लगभग एक{5}चौथाई है{6}पैलेडियम स्थापना भार।
पीटीएफई इंस्टॉलेशन के लिए कुल पेलोड जुर्माना वाणिज्यिक लॉन्च लागत पर लगभग $24,000 है, जबकि टाइटेनियम -पैलेडियम सिस्टम के लिए $96,000 है। प्रति हीट एक्सचेंजर $72,000 पेलोड क्षमता की बचत एयरोस्पेस सिस्टम डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण कारक है।
संक्षारण और रखरखाव तालमेल
पीटीएफई का वजन लाभ इसकी संक्षारण प्रतिरोधक क्षमता से पूरित होता है। टाइटेनियम -पैलेडियम, अत्यधिक प्रतिरोधी होते हुए भी, सभी एयरोस्पेस रसायनों से प्रतिरक्षित नहीं है। कुछ फ्लोराइड युक्त हाइड्रोलिक तरल पदार्थ, अम्लीय सफाई समाधान और मिश्रित सॉल्वैंट्स निष्क्रिय फिल्म पर हमला कर सकते हैं। प्रत्येक संक्षारण घटना जिसके लिए हीट एक्सचेंजर प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, न केवल उपकरण लागत बल्कि प्रतिस्थापन शुरू करने का पेलोड जुर्माना भी लगता है।
PTFE की सार्वभौमिक रासायनिक जड़ता संक्षारण चालित प्रतिस्थापन को समाप्त कर देती है। वाहन कमीशनिंग के समय स्थापित हीट एक्सचेंजर वाहन के जीवन भर सेवा में रहता है। वाहन पर संग्रहीत या प्रतिस्थापन के रूप में लॉन्च किए गए अतिरिक्त हीट एक्सचेंजर्स के लिए पेलोड जुर्माना समाप्त कर दिया गया है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर एयरोस्पेस रासायनिक प्रसंस्करण के लिए टाइटेनियम {{3}पैलेडियम मिश्र धातु की तुलना में लगभग 4.9 गुना अधिक अनुकूल वजन {{0} से {{1} प्रदर्शन अनुपात प्रदान करते हैं - 0.18 किग्रा/किलोवाट बनाम 0.88 किग्रा/किलोवाट स्थापित वजन। पीटीएफई की कम तापीय चालकता के बावजूद अधिक सतह क्षेत्र की आवश्यकता के बावजूद वजन में कमी हासिल की जाती है, क्योंकि फ्लोरोपॉलीमर का कम घनत्व और भारी धातु संरचनाओं का उन्मूलन क्षतिपूर्ति से अधिक है। वाणिज्यिक लॉन्च लागत पर प्रति हीट एक्सचेंजर की पेलोड क्षमता की बचत लगभग $72,000 है - जो एयरोस्पेस सिस्टम डिज़ाइन में एक आकर्षक कारक है।
एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में हल्के पीटीएफई हीट एक्सचेंजर डिजाइन के लिए इंजीनियरिंग समर्थन हीट ड्यूटी, ऑपरेटिंग तापमान और दबाव, प्रक्रिया द्रव रसायन शास्त्र, और बड़े पैमाने पर बजट बाधाओं को प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
