براکتهای پشتیبانی بخاری PFA{0}}برای قرار دادن بخاریها در مخازن یا نگهداری تجهیزات کمکی استفاده میشوند{1}}گاهی بارهای مکانیکی پایدار را در دماهای بالا تحمل میکنند. در 180 درجه (نزدیک به حد مجاز استفاده مداوم PFA 200 درجه)، گسیختگی خزشی به حالت شکست غالب برای براکت های بارگذاری شده تبدیل می شود. برای براکتی با 5 مگاپاسکال (معمولی برای بخاری 10 کیلوگرمی که از تکیه گاه مقطع 50 میلیمتر مربعی آویزان میشود)، عمر پارگی خزشی واقعی 500 تا 2000 ساعت است، بسته به درجه PFA، بلورینگی و کیفیت ساخت. این به مراتب کوتاهتر از عمر معمولی بخاری است (10000 تا 30000 ساعت). بنابراین، براکت های PFA نباید برای بارهای پایدار بالای 2 مگاپاسکال در 180 درجه استفاده شوند. برای بارهای بالای 2 مگاپاسکال، از براکت های فلزی با پوشش PFA یا تکیه گاه های فلزی جداگانه استفاده کنید. داده های گسیختگی خزش زیر راهنمایی برای طراحی ایمن ارائه می دهد.
مکانیسم های پارگی خزشی در 180 درجه
در 180 درجه، PFA بالاتر از انتقال شیشهای خود (Tg=-15 درجه) اما پایینتر از نقطه ذوب آن (305 درجه) است. پلیمر خزش ویسکوالاستیک را نشان می دهد: تحت بار ثابت، به طور مداوم تغییر شکل می دهد. در مرحله خزش اولیه (0-100 ساعت اول)، کرنش با سرعت کاهشی افزایش می یابد. در خزش ثانویه (100-1000 ساعت)، نرخ کرنش ثابت است. در خزش درجه سوم (بیش از 1000 ساعت)، کرنش با تشکیل حفرهها تسریع میشود و مقطع مؤثر کاهش مییابد که منجر به پارگی میشود. برای یک براکت PFA با 5 مگاپاسکال در 180 درجه، زمان معمول برای رسیدن به خزش ثالث 200 تا 500 ساعت است. پارگی در 500-2000 ساعت رخ می دهد. عمر گسیختگی از پارامتر لارسون پیروی می کند-پارامتر میلر: LMP=T × (C + log t)، که در آن T دما (K)، t زمان گسیختگی (ساعت)، و C یک ثابت ماده (≈20 برای PFA) است. برای LMP معین، دمای بالاتر عمر را به طور تصاعدی کاهش می دهد.
کریستالی بودن PFA به شدت بر مقاومت خزش تأثیر می گذارد. PFA با کریستالینیت بالا (55-65%) دارای عمر خزشی 2-3× بیشتر از PFA با کریستالی پایین{{6} (35-45%) است. براکت های آنیل شده (پخت{10}}پخت قالب گیری در 200 درجه به مدت 4 ساعت) نیز عمر طولانی تری را نشان می دهند (به مقاله #41 مراجعه کنید). هندسه براکت مهم است: گوشههای تیز استرس را متمرکز میکنند و در مقایسه با طرحهای شعاعدار، 50 تا 80 درصد عمر را کاهش میدهند.
خزش پارگی زندگی بر اساس استرس و دما
| دما (درجه) | استرس (MPa) | درجه PFA | بلورینگی (%) | عمر پارگی (ساعت، معمولی) | حالت شکست |
|---|---|---|---|---|---|
| 180 | 2 | استاندارد | 45 | 8,000–15,000 | انحراف بیش از حد (خزش) |
| 180 | 3 | استاندارد | 45 | 3,000–6,000 | پارگی خزش |
| 180 | 4 | استاندارد | 45 | 1,000–2,500 | پارگی با تشکیل حفره |
| 180 | 5 | استاندارد | 45 | 500–1,500 | پارگی سریع |
| 180 | 6 | استاندارد | 45 | 200–500 | انحراف فوری، پارگی |
| 180 | 5 | کریستالی-بالا (بازپخت) | 60 | 1,200–2,500 | 2× عمر در مقابل استاندارد |
| 180 | 5 | کریستالی-کم (غیر بازپخت) | 38 | 300–800 | 50% عمر در مقابل استاندارد |
| 160 | 5 | استاندارد | 45 | 3,000–6,000 | دمای پایین باعث افزایش عمر می شود |
| 200 | 3 | استاندارد | 45 | 500–1,500 | نزدیک به حد بالایی برای PFA |
| 150 | 5 | استاندارد | 45 | 6,000–12,000 | قابل قبول برای بارهای متناوب |
توصیه های طراحی ایمن
For PFA support brackets at 180°C, the maximum sustained stress should not exceed 2 MPa for long-term service (>5000 ساعت). تنش را به صورت σ=F / A محاسبه کنید، که در آن F بار (N) و A حداقل سطح مقطع{4}} براکت (mm²) است. برای بار 50 نیوتن (≈5 کیلوگرم)، سطح مورد نیاز A=F/σ=50 / 2=25 میلیمتر مربع است. یک براکت با سطح مقطع 5 میلی متر × 5 میلی متر مربع (25 میلی متر مربع) حداقل است. برای بار 100 نیوتن (10 کیلوگرم)، حداقل مساحت 50 میلی متر مربع (7 میلی متر × 7 میلی متر) است. اینها حداقل اندازه ها هستند. براکت های بزرگتر حاشیه ایمنی را فراهم می کنند.
برای بارهای بالای 2 مگاپاسکال در 180 درجه، از یک براکت فلزی (فولاد ضد زنگ، تیتانیوم یا هاستلوی) با پوشش یا آستین PFA برای جلوگیری از حمله شیمیایی استفاده کنید. براکت فلزی بار را حمل می کند. PFA مقاومت شیمیایی ایجاد می کند. از طرف دیگر، بخاری را از بالا (کششی) به جای از پایین (فشرده) با استفاده از یک میله فلزی از طریق مرکز بخاری حمایت کنید. PFA در فشرده سازی قوی تر از کشش است. عمر خزش فشاری 2 تا 3× بیشتر از عمر خزشی کششی برای همان تنش است.
برای براکتهای PFA موجود که در تنش زیاد کار میکنند، سالانه از نظر تغییر شکل بازرسی کنید. ابعاد اصلی براکت را اندازه بگیرید و با جریان مقایسه کنید. انحراف دائمی بیش از 2 میلی متر یا هر ترک قابل مشاهده ای نیاز به تعویض فوری دارد. اگر براکت تغییر شکل داده باشد اما ترک نداشته باشد، ممکن است به کار خود ادامه دهد اما با ظرفیت کاهش یافته. برای کاربردهای حیاتی (هیتر ممکن است در مخزن بیفتد)، براکت های تغییر شکل داده شده را بدون توجه به وضعیت ترک خوردگی تعویض کنید.
مثال میدانی
یک کارخانه شیمیایی از براکت های PFA برای پشتیبانی از بخاری 15 کیلوگرمی (بار 150 نیوتن) در 180 درجه استفاده کرد. مقطع براکت 10 میلیمتر × 8 میلیمتر (80 میلیمتر مربع) بود، که σ=150/80=1.9 مگاپاسکال-در محدوده ایمن میدهد. پس از 18 ماه (≈13000 ساعت)، براکت 3 میلی متر انحراف را نشان داد اما هیچ ترکی نداشت. بخاری همچنان پشتیبانی می شد. در 2.5 سال (18000 ساعت)، انحراف به 6 میلی متر رسید و بخاری آویزان بود. براکت طی یک خاموشی برنامه ریزی شده تعویض شد. براکت خراب نشده بود اما به پایان عمر مفید خود نزدیک شده بود. این کارخانه طراحی خود را برای استفاده از براکتهای فلزی برای نصبهای بعدی با اشاره به نیاز به عمر نامحدود اصلاح کرد.
نتیجه گیری: استرس براکت PFA را به 2 مگاپاسکال در 180 درجه محدود کنید
عمر واقعی گسیختگی خزش یک براکت پشتیبان بخاری PFA که در 5 مگاپاسکال و 180 درجه بارگذاری شده است، فقط 500 تا 2000 ساعت- برای اکثر کاربردهای صنعتی کافی نیست. برای خدمات طولانی مدت (5،000+ ساعت)، استرس را به 2 مگاپاسکال محدود کنید. برای بارهای بالای 2 مگاپاسکال، از براکت های فلزی با پوشش PFA یا تکیه گاه های فلزی جداگانه استفاده کنید. اگر باید از براکتهای PFA استفاده شود، کریستالی-بالا، PFA بازپخت شده، شعاع همه گوشهها را مشخص کنید و سالانه از نظر انحراف بررسی کنید. PFA یک ماده عالی برای مقاومت شیمیایی است اما یک ماده ضعیف برای تحمل بار پایدار در دمای بالا است. از PFA نخواهید کاری را که فلز باید انجام دهد انجام دهد. در صورت شک از فلز استفاده کنید. هزینه افتادن بخاری در مخزن و اتصال کوتاه به دیوار بسیار بیشتر از هزینه یک براکت نگهدارنده فلزی مناسب است. براکت را برای بار مهندسی کنید، نه برای راحتی یک راه حل ماده.
