آیا طراحی بخاری PFA جبران‌شده تحت فشار می‌تواند از فروپاشی در طی فرآیندهای خلاء بالا- جلوگیری کند؟

فرآیندهای{0} خلاء بالا (فشار < 0.01 بار مطلق) اختلاف فشار زیادی را در سراسر غلاف PFA ایجاد می‌کند: فشار اتمسفر خارجی 1 بار به سمت داخل فشار می‌آورد، با خلاء نزدیک به-در داخل مخزن. برای یک بخاری استاندارد PFA، شکاف حلقوی داخلی بین هسته فلزی و غلاف PFA در فشار اتمسفر (1 بار) است، زیرا از محیط جدا نشده است. در طول عملیات خلاء، غلاف یک فشار خالص به داخل تقریباً 0.99 بار را تجربه می کند. تنش حلقه حاصل فشاری است نه کششی. PFA در فشرده‌سازی قوی‌تر از کشش است، اما حالت شکست اولیه کمانش یا فروپاشی لوله نازک{10}}دیواره است. برای یک لوله OD 25 میلی‌متری PFA دیواری 2 میلی‌متری، فشار خارجی بحرانی برای فروپاشی تقریباً 2-3 بار است. دیفرانسیل 1 بار زیر این است، بنابراین در دمای اتاق فروپاشی رخ نمی دهد. با این حال، در دماهای بالا (80-150 درجه)، مدول PFA 50-70٪ کاهش می یابد و فشار بحرانی فروپاشی می تواند به زیر 1 بار برسد. یک طراحی - جبران‌شده فشار- که در آن شکاف حلقوی داخلی با نیتروژن خشک تحت فشار قرار می‌گیرد تا با خلاء خارجی مطابقت داشته باشد-از فروپاشی جلوگیری می‌کند. این طرح برای فرآیندهای خلاء بالای 80 درجه توصیه می شود.

مکانیسم فروپاشی و فشار بحرانی

فشار خارجی بحرانی برای یک لوله نازک-دیواره‌ای با P_crit=(2 × E) / (1 - ν²) × (t / D)³ داده می‌شود، که در آن E مدول یانگ، ν نسبت پواسون (0.45 برای PFA)، t ضخامت دیواره، و D من است. در 20 درجه، E=600 مگاپاسکال، t=2 میلی‌متر، D{10}} میلی‌متر، P_crit=(2 × 600) / (1 - 0.2025) × (2/23)³=(1200 / 0.7975) × 12×3، 8 (0.7975) × 8. 0.000658=0.99 نوار. در 20 درجه، فشار بحرانی تقریباً 1 بار{29}} حاشیه است. هر نقصی آن را کاهش می دهد. در 100 درجه، E به 250 مگاپاسکال کاهش می یابد. P_crit=(2 × 250 / 0.7975) × 0.000658=627 × 0.000658=0.41 نوار. یک لوله استاندارد PFA در 100 درجه تحت خلاء دیفرانسیل 0.41 بار فرو می ریزد. از آنجایی که دیفرانسیل واقعی 0.99 بار است، فروپاشی قطعی است. شواهد میدانی: بخاری‌های PFA در فرآیندهای خلاء در دمای 80 تا 120 درجه اغلب غلاف‌های فرو ریخته را نشان می‌دهند{50}}PFA در برابر هسته فلزی صاف شده است، گاهی اوقات با چروک‌های محیطی. فروپاشی بلافاصله باعث خرابی الکتریکی نمی شود، اما استرس پسماند بالایی ایجاد می کند و ممکن است PFA را در طی چرخه حرارتی بعدی ترک کند.

طراحی جبران شده با فشار{{0}

یک بخاری PFA جبران‌شده{0}} دارای یک شکاف حلقوی مهر و موم شده بین هسته فلزی و غلاف PFA است. در طول تولید، شکاف تخلیه شده و با نیتروژن خشک به فشار 0.5-1.0 بار مطلق پر می شود. یک تنظیم کننده فشار کوچک یا یک بار مهر و موم (مثلاً لوله فلزی چین دار) فشار داخلی را حفظ می کند. هنگامی که بخاری در یک محفظه خلاء قرار می گیرد (مثلاً 0.01 بار)، فشار داخلی (مثلاً 0.8 بار) یک دیفرانسیل فقط 0.79 بار به بیرون (از داخل به خارج) ایجاد می کند، نه به سمت داخل. غلاف PFA تنش حلقه ای کششی را تجربه می کند، نه فشاری. تنش کششی باعث فروپاشی نمی شود. فشار بیرونی بحرانی برای پارگی بسیار بیشتر است (10-20 بار). بخاری ثابت می ماند.

طراحی{0}}فشار جبران‌شده دو چالش دارد: (1) آب‌بندی باید در طول عمر بخاری حفظ شود، از جمله چرخه حرارتی. مهر و موم های فلزی-به-PFA (اتصالات فشرده سازی) به مرور زمان نشتی دارند. مهر و موم دم فلزی جوش داده شده یا مهر و موم شیشه ای به فلز قابل اعتمادتر است. (2) فشار داخلی با دما افزایش می‌یابد (PV=nRT). بخاری پر شده در 0.8 بار در 20 درجه در 150 درجه به 1.2 بار می رسد. PFA باید این استرس حلقه اضافی را تحمل کند. برای دیوار 2 میلی‌متری، OD 25 میلی‌متر، فشار داخلی 1.2 بار تنش حلقه=P × D / (2 × t)=0.12 × 25 / 4=0.75 مگاپاسکال- ناچیز می‌دهد.

مقایسه پیشگیری از سقوط

راهنمای کاربردی برای فرآیندهای خلاء

برای فرآیندهای خلاء زیر 50 درجه، یک بخاری استاندارد PFA (دیواره 2 میلی‌متری) قابل قبول است زیرا E بالا (≈ 500 مگاپاسکال) و P_crit ≈ 0.8 بار-هنوز زیر دیفرانسیل 0.99 بار باقی می‌ماند؟ در واقع 0.8 < 0.99، بنابراین فروپاشی هنوز امکان پذیر است. حاشیه کم است. برای اطمینان، از فشار{11}}برای جبران هر خلاء زیر 0.1 بار استفاده کنید.

برای فرآیندهای خلاء بالاتر از 50 درجه، یک بخاری جبران‌شده فشار{1} مورد نیاز است. بدون جبران، سقوط ظرف چند ساعت یا چند روز قطعی است. علائم فروپاشی: (1) بخاری صاف و یا دارای چین و چروک است. (2) مقاومت عایق با ترک خوردن PFA کاهش می یابد. (3) بخاری جریان بیشتری می کشد (قطع هسته کاهش یافته است؟ بعید است). بخاری های خراب شده را فورا تعویض کنید.

برای فرآیندهای خلاء بالای 150 درجه، حتی ممکن است PFA جبران‌شده با فشار{1}}به دلیل خزش کافی نباشد. در 150 درجه، E=150 مگاپاسکال، PFA همچنان می‌تواند فشار بیرونی را تحمل کند، اما خزش در طول زمان ممکن است باعث بالون شدن غلاف شود. از یک طرح-دو جداره استفاده کنید که در آن PFA توسط یک لوله فلزی سوراخ دار پشتیبانی می شود. لوله فلزی بار فشار را حمل می کند. PFA مقاومت شیمیایی ایجاد می کند.

مثال میدانی

یک محفظه خشک کن خلاء نیمه هادی در 120 درجه، 0.01 بار کار می کند. بخاری های استاندارد PFA ظرف 2 ماه فرو ریختند و غلاف های چروکیده را نشان دادند. نیروگاه به بخاری‌های جبران‌شده فشار{5} (0.8 بار نیتروژن داخلی، مهر و موم شده) روی آورد. بخاری ها به مدت 3 سال بدون ریزش کار کرده اند. هزینه اضافی (30٪ حق بیمه) طی 6 ماه از طریق حذف زمان خرابی بازیابی شد.

نتیجه‌گیری: جبران فشار از فروپاشی در خلاء{0} بالا جلوگیری می‌کند

بخاری های استاندارد PFA در دمای بالای 50 درجه تحت خلاء بالا فرو می ریزند زیرا مدول PFA کاهش می یابد و فشار خارجی بحرانی را زیر دیفرانسیل 1 بار کاهش می دهد. طرح‌های جبران‌شده با فشار-که در آن شکاف حلقوی داخلی مهر و موم شده و با نیتروژن خشک تا 0.5-0.8 بار تحت فشار قرار می‌گیرد{7}}با ایجاد اختلاف فشار بیرونی کوچک (تنش حلقه کششی) به جای داخل (فشاری) از فروپاشی جلوگیری می‌کند. برای هر فرآیند خلاء زیر 0.1 بار مطلق و بالای 50 درجه، بخاری‌های PFA جبران‌شده با فشار{11} را مشخص کنید. برای دماهای بالاتر از 150 درجه، از -فلز دو جداره-PFA پشتیبانی شده استفاده کنید. خطر فروپاشی را نداشته باشید. بخاری خراب یک بخاری خراب است. فشار را جبران کنید، در غیر این صورت خلاء بخاری شما را خراب می کند. غرامت را انتخاب کنید