PFA-lämmittimelle, joka on asennettu säiliön seinälle 50 kW:n sekoittimen viereen (tyypillinen nopeus 100–300 RPM), suurin sallittu värähtelynopeus (neliökeskiarvo, RMS) kylmäpään väsymisvian välttämiseksi on2,0–3,0 mm/s RMS. At vibration velocities below 2 mm/s RMS, the heater withstands >108 sykliä (käytännöllisesti katsoen ääretön elämä). Välillä 3–5 mm/s RMS väsymishalkeamia ilmaantuu kylmään päähän (siirtymä laipasta-vaippaan) 1–3 vuoden kuluessa. Yli 5 mm/s RMS:n vika tapahtuu kuukausien kuluessa. Kylmä pää on haavoittuvin kohta, koska se toimii ulokejuurena, joka keskittää taivutusjännityksen. Jos säiliö on sekoitettu, mittaa aina tärinän nopeus lämmittimen kiinnityskohdasta. Jos se ylittää 3 mm/s RMS, asenna tärinänvaimentimet (jousikiinnikkeet tai joustava letkun irrotus) vähentämään välittyvää tärinää.
Tärinänopeuden ja väsymyksen elämänsuhde
PFA-lämmittimen kylmään päähän kohdistuu syklistä taivutusjännitystä, joka on verrannollinen värähtelynopeuteen. Sinivärähtelyn taivutusjännityksen amplitudi σ_b ≈ ρ × v × f × L², missä ρ on tiheys, v on nopeus (m/s), f on taajuus (Hz) ja L on lämmittimen pituus. Tyypilliselle 1,5 m, 25 mm OD PFA-lämmittimelle f=20 Hz:llä (1 200 RPM:n sekoitin) 3 mm/s (0,003 m/s) nopeus tuottaa noin 2–3 MPa taivutusjännityksen – PFA:n väsymisrajan (≈4–5 MPa) alapuolella. Nopeudella 5 mm/s jännitys nousee 4–5 MPa:iin – väsymisrajalla. Nopeudella 10 mm/s jännitys saavuttaa 8–10 MPa – myötörajan ylittäessä, mikä aiheuttaa nopean murtumisen.
PFA-lämmittimen kylmäpään sallittu tärinän nopeus
| Tärinänopeus (mm/s RMS) | Huippu taivutusjännitys kylmässä päässä (MPa) | Syklit epäonnistumiseen (20 Hz:llä) | Odotettu käyttöikä (vuotta 24/7 käytössä) | Vikatila |
|---|---|---|---|---|
| <1.0 | 1.0–1.5 | >10⁹ | >50 | Ei väsymystä |
| 1.0–2.0 | 1.5–2.5 | 10⁸–10⁹ | 10–50 | Minimaalinen riski |
| 2.0–3.0 | 2.5–3.5 | 10⁷–10⁸ | 1–10 | Matala riski |
| 3.0–5.0 | 3.5–5.0 | 10⁶–10⁷ | 0.1–1 | Halkeilu mahdollista |
| 5.0–8.0 | 5.0–7.0 | 10⁵–10⁶ | 1-12 kuukautta | Korkea epäonnistumisprosentti |
| 8.0–12.0 | 7.0–10.0 | 10⁴–10⁵ | 1-12 viikkoa | Nopea epäonnistuminen |
| >12.0 | >10.0 | <10⁴ | Päivistä viikkoihin | Välitön epäonnistuminen |
Mittaus ja seuranta
Käytä kannettavaa tärinämittaria (kiihtyvyysanturi), jonka RMS-nopeus on (mm/s). Aseta anturi säiliön seinälle lämmittimen asennuslaippaan kohtisuoraan lämmittimen akseliin nähden (säteittäinen suunta). Mittaa 10 minuuttia sekoittimen normaalin käytön aikana. Kirjaa keskimääräinen RMS-nopeus. Huomaa myös huippunopeus (maksimi), joka voi olla 2–3 kertaa suurempi juoksupyörän siiven läpikulkutaajuuden vuoksi.
Korkean tärinän lievennys
Jos mitattu värähtelynopeus ylittää 3 mm/s RMS, kolme ratkaisua vähentävät lämmittimeen välittyvää tärinää:
| Ratkaisu | Tärinänvaimennuskerroin | Toteutuskustannukset | Seisonta vaaditaan |
|---|---|---|---|
| Jousieristimet (4 kiinnitystä) | 60–80% | $200–500 | 2-4 tuntia |
| Joustava punottu letkun irrotus (katso artikkeli #21) | 80–95% | $300–800 | 4-8 tuntia |
| Kumityyny (20 mm paksu) laipan alla | 30–50% | $50–100 | 1 tunti (väliaikainen) |
| Jäykistystuki (lisää tuen keski{0}}lämmittimen) | 50–70% | $150–300 | 2-3 tuntia |
Esimerkki kentästä
Kemiantehtaalla oli 50 kW:n sekoitin (180 RPM, 3 Hz, siiven päästötaajuus 18 Hz). Värähtelynopeudeksi PFA-lämmittimen kiinnityspisteessä mitattiin 6,5 mm/s RMS. Kaksi lämmitintä epäonnistui 5–7 kuukaudessa, molemmat halkeilevat kylmäpään laipasta. Tehdas asensi säiliön seinän ja lämmittimen laipan väliin joustavan punottu letkun irtiottimen (pituus 300 mm, halkaisija 1 tuuma). Värähtelynopeus lämmittimessä laski arvoon 1,2 mm/s RMS. Vaihtolämmitin on toiminut 4 vuotta ilman kylmäpään halkeamia. Letku maksoi 500 dollaria ja asennus kesti 6 tuntia.
Kun tärinä ei ole syynä
Jos kylmässä päässä ilmaantuu halkeamia, mutta tärinän nopeus on alle 2 mm/s RMS, etsi muita syitä:
Lämpöpyöräilyrasitus (katso artikkeli #12)
Valmistuksen jäännösjännitys (hehkuttamaton PFA)
Korroosio (kemiallinen hyökkäys) rajapinnassa
Yli{0}}kireät kiinnityspultit (jännityskeskittymä)
Johtopäätös: Suurin sallittu tärinän nopeus=2–3 mm/s RMS
50 kW:n sekoittimen lähelle asennetun PFA-lämmittimen suurin sallittu värähtelynopeus kylmäpään väsymisvaurion välttämiseksi on 2,0–3,0 mm/s RMS. Tämän kynnyksen alapuolella lämmitin saavuttaa loputtoman väsymisiän. Välillä 3–5 mm/s RMS halkeilu tapahtuu 1–3 vuodessa. Yli 5 mm/s RMS vikaantuminen on todennäköistä kuukausien kuluessa. Mittaa tärinän nopeus sekoittimen käytön aikana. Jos se ylittää 3 mm/s RMS, asenna tärinänvaimentimet tai joustava irrotusletku. Kylmä pää on heikko kohta; suojaa sitä tärinältä. Muutama millimetri sekunnissa saattaa tuntua pieneltä, mutta miljoonien jaksojen aikana se tappaa lämmittimet. Mittaa, lievennä ja pidennä käyttöikää. Lämmittimesi kiittää sinua. Sekoitin saattaa ravistaa säiliötä, mutta lämmitin ei saa ravistaa sen mukana. Eristä, erota ja lepää rauhassa.
