Ultraääniympäristö
Ultraäänipuhdistuskylvyt tuottavat ääniaaltoja 20-80 kHz:n taajuuksilla luoden mikroskooppisia kavitaatiokuplia, jotka räjähtävät upotettuja pintoja vasten. Nämä törmäykset tuottavat paikallisia shokkiaaltoja ja yli 5 000 asteen lämpötiloja kuplan romahtamispisteessä. Prosessi puhdistaa työkappaleet tehokkaasti. Se myös hyökkää kaikkiin kylpyyn upotettuihin rakenteisiin.
Tavanomaisia PTFE-lämmönvaihtimia, jotka on kehitetty tavanomaisiin pinnoitus- ja peittauskylpyihin, ei ole suunniteltu ultraääniympäristöön. Korkean
PTFE:n kemiallinen inertisyys on epäolennainen näille mekaanisille haasteille. Suunnittelussa on otettava huomioon fyysinen kestävyys, ei kemiallinen kestävyys.
Kavitaatioeroosio PTFE-pinnoilla
Kavitaatiokuplat räjähtävät ensisijaisesti kiinteille pinnoille. Epäsymmetrinen romahdus synnyttää mikro-nestesuihkun, joka iskee pintaan yli 100 m/s nopeuksilla. Toistuvat iskut aiheuttavat paikallisia pintavaurioita-kuoppailua, karhentumista ja mahdollisia materiaalihäviöitä.
PTFE kestää kavitaatioeroosiota paremmin kuin metallit viskoelastisuutensa ansiosta. Polymeeri absorboi iskuenergiaa molekyyliketjun liikkeen kautta sen sijaan, että se murtuisi, kuten hauras materiaali tekisi. PTFE ei kuitenkaan ole immuuni. Pitkäaikainen altistuminen voimakkaalle-ultraäänille johtaa lopulta pinnan karhentumiseen, joka voi edetä pistesyöpymiseen.
Suunnittelumuutokset kavitaatioeroosion lieventämiseksi sisältävät putken seinämän paksuuden lisäämisen standardista 1,0 mm:stä 1,5-2,0 mm:iin eroosion sallimiseksi, putkien suuntaamisen yhdensuuntaisesti ultraäänianturin aaltorintaman kanssa kohtisuoran sijaan suoran törmäyksen minimoimiseksi ja putkinipun sijoittamisen vyöhykkeille, joissa kavitaatiovoimakkuus on pienempi.
Taulukko 1: Ultraäänikylvyn suunnittelun muutokset PTFE-lämmönvaihtimille
| Suunnitteluelementti | Vakiomuotoilu | Ultraääni{0}}muokattu muotoilu | Perustelut |
|---|---|---|---|
| Putken seinämän paksuus | 1,0 mm | 1,5-2,0 mm | Eroosiovara kavitaatiolle |
| Putken suunta | Optimoitu lämpötehokkuutta varten | Aaltorintaman rinnalla mahdollisuuksien mukaan | Pienempi kavitaation törmäyskulma |
| Tukivälit | 300-400mm | 200-250mm | Pienempi etäisyys korkeamman-taajuuden tärinälle |
| Tukikiinnitys | Vakiovälys (0,5 mm) | Elastomeerinen sisäosa (PTFE tai Viton) | Ultraäänivärähtelyn vaimennus kosketuspisteissä |
| Tukilevyn materiaali | Kiinteä PTFE | PTFE vaimennuskerroksella | Korkeataajuisen{0}}energian absorptio |
| Jakotukin liitännät | Jäykkä otsikkokiinnitys | Joustava väliosa | Otsakkeiden eristäminen putken tärinästä |
| Pintakäsittely putkissa | Suulakepuristettuna- | Suulakepuristettuna-(sileänä) | Minimoi kavitaationukleaatiokohdat |
| Höyryn paine | Lämpöveron mukaan | Vähennetään jos mahdollista | Pienempi seinäjännitys yhdistetyssä kuormituksessa |
Korkeataajuinen{0}}värähtelyväsymys
Ultraäänitaajuudet 20-80 kHz ovat suuruusluokkaa PTFE-putkien jännevälien luonnollisia taajuuksia korkeampia. Putket eivät resonoi. Mutta ne altistetaan pakkosiirrolle ultraäänitaajuudella, jolloin syntyy mikrovenymäjaksoja, jotka kerääntyvät väsymisvaurioita miljardeja syklejä pitkin.
Väsymyshuoli keskittyy tukipisteisiin. Kun putket kulkevat tukilevyjen läpi, putken ja tuen välinen syklinen mikro-liike saa aikaan naarmuuntuvan-pinnan kulumisen pienestä-amplitudisesta värähtelevästä kosketuksesta. Ajan myötä närästys ohenee putken seinämää tukipisteessä, mikä lopulta aiheuttaa vuotoa.
Suunnittelumuutokset korjaavat tämän tukipisteissä olevien elastomeeristen inserttien avulla. Ohut kerros mukautuvaa materiaalia putken ja tuen välissä absorboi mikro-liikkeen välittämättä sitä putken pintaan. Sisäosan materiaalin on oltava kemiallisesti yhteensopivaa puhdistusliuoksen kanssa -PTFE tai korkealaatuiset-fluorihiilielastomeerit ovat sopivia.
Otsikon ja yhteyden eristäminen
Putken{0}}ja-liitännät kokevat höyrynpaineen, lämpölaajenemisen ja ultraäänivärähtelyn yhdistetyn jännityksen. Värähtelykomponentin amplitudi on pieni, mutta se pyörii taajuuksilla, jotka voivat löysätä mekaanisia liitoksia.
Joustavat siirtymäosat putkinipun ja jäykkien kokoojaosien välillä eristävät kokoojat tärinältä. Lyhyt tuettu, mutta tärinävaimennettu putki viimeisen tukilevyn ja jakoliittimen välissä vaimentaa suhteellista liikettä välittämättä jännitystä liitokseen.
Kierteitetyt puristusliittimet hyötyvät lukitusominaisuuksista -vallitsevista-vääntömomenttimuttereista, lukkolevyistä tai toissijaisista lukituskauluksista-, jotka estävät ultraäänellä tapahtuvan löystymisen. Vakiovarusteita ilman lukitusominaisuuksia ei suositella.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet ultraäänisekoitetuissa puhdistuskylvyissä vaativat erityisiä suunnittelumuutoksia: paksummat putken seinämät kavitaatioeroosiota varten, lähemmät tukivälit elastomeerisisäkkeillä tärinän vaimentamiseksi, putken suuntaus, joka minimoi suoran kavitaation törmäyksen, ja joustavat jakoliitännät lukitusliittimillä ultraäänen löystymisen estämiseksi.
Nämä muutokset säilyttävät PTFE:n kemialliset ja termiset edut ja varmistavat samalla mekaanisen kestävyyden mekaanisesti aggressiivisessa ultraääniympäristössä. Vakiomallit, jotka asennetaan ilman näitä muutoksia, voivat aiheuttaa ennenaikaisen epäonnistumisen kavitaatioeroosion tai tärinän väsymisen vuoksi tukipisteissä.
Tekninen analyysi räätälöityjä PTFE-lämmönvaihtimia varten ultraäänisovelluksissa on saatavilla, kun toimitetaan ultraäänitaajuus ja tehotiheys, säiliön geometria, puhdistusliuoksen kemia, käyttölämpötila ja vaadittu lämmitysteho.
