現場設置時のねじれを避けるために PTFE 熱交換器チューブの最小曲げ半径を計算するにはどうすればよいですか?

曲がったフィールドベンド

タンク支持ビームの周囲に PTFE 熱交換器チューブを配線する現場技術者は、適切と思われる半径までチューブを手で曲げます。チューブはひび割れることなく曲げを受け入れているようです。 3 か月後、その曲がり部分のチューブは平らになり、断面が楕円形になりました。-蒸気の流れが制限されます。チューブを交換する必要があります。

エラーは、PTFE を最小曲げ半径未満で曲げていたことです。明確に定義された曲げ角度で塑性変形する金属チューブとは異なり、PTFE は、すぐに目に見える損傷を与えることなく、驚くほど狭い半径まで曲げることができます。-ポリマー鎖が再配向します。チューブは許容範囲内に見えます。しかし、曲げの外壁には、材料の弾性限界を超えた張力がかかっています。高温で時間の経過とともに、伸張したポリマーがクリープし、壁が薄くなり、チューブが楕円形になります。

PTFE 熱交換器チューブの最小曲げ半径は、チューブがすぐにねじれる半径ではありません。これは、長期的なクリープと楕円化が耐用年数の許容範囲内にとどまる半径です。-

弾性曲げ方式と塑性曲げ方式の比較

チューブを曲げると、外壁は張力で伸び、内壁は圧縮されます。外面のひずみは、ε=r / R です。ここで、r はチューブの外半径、R は曲げ中心線の半径です。

PTFE の弾性限界ひずみは室温で約 2-3%、120 度で 1～2% です。この制限を下回るひずみまで曲げると、完全に弾性変形が生じ、放すとチューブは真っ直ぐに戻ります。この制限を超えるひずみまで曲げると永久変形が発生します。ポリマー鎖は弾性回復能力を超えて伸びています。

最小安全曲げ半径は、最高動作温度で外側のファイバーの歪みを弾性限界内に保つように計算されます。これにより、時間の経過とともに曲げが徐々に楕円化することがなくなります。

外径 10mm の PTFE チューブの場合、チューブの外半径 r は 5mm です。 120 度でひずみを 2% に制限するには、最小曲げ半径 R=r / ε=5 / 0.02=250mm になります。外径 8mm チューブの場合、r=4mm、R=4 / 0.02=200mm。

表 1: PTFE 熱交換器チューブの推奨最小曲げ半径

熱回復効果

PTFE には、熱回復という現場での曲げに役立つ特性があります。チューブを冷間で推奨最小値よりわずかにきつめの半径まで曲げた場合、120 ～ 150 度に加熱するとポリマー鎖が緩和されます。曲げによる内部応力が部分的に消散します。チューブは曲がった形状を維持しますが、残留応力は減少します。

この技術により、冷間曲げの最小値よりも約 20{1}}30% 厳しい半径での現場曲げが可能になります。-ただし、その後、チューブを完全に使用する前に、低圧で蒸気を循環させて熱固定する必要があります。-ヒートセット手順は、取り付け説明書に文書化する必要があります。

曲げ工具の要件

サポートされていない手で曲げると、半径が不均一になり、局所的にねじれる危険があります。曲げスプリング-チューブの外径上を滑るコイル スプリング-は、外部サポートを提供し、曲げ中の楕円化を防ぎます。 -必要な半径を備えた成形ブロックを曲げることにより、一貫した曲げジオメトリが得られます-。

複数の同一の曲げが必要な現場設置では、単純な曲げ治具が適しています。この治具は、すべての曲げが最小半径要件を満たしていることを保証し、同一のチューブ回路全体で一貫した圧力降下を生成します。

まとめ

PTFE 熱交換器チューブの最小曲げ半径は、20 度の冷間曲げではチューブ外径の 25 倍、120 度での曲げでは 25-27 倍です。これにより、外側の繊維のひずみが 2% の弾性限界内に維持され、長期にわたるクリープの楕円化や流れの制限が防止されます。

冷間曲げ後の熱回復により、制御された熱固定手順により半径をわずかに狭くすることができます。-曲げスプリングまたはフォームにより、現場での設置中に一貫したねじれのない曲げが保証されます。{2}}

PTFE チューブの曲げ手順の技術仕様と合格基準は、チューブの寸法、動作温度、設置スペースの制約、および必要な曲げ形状を提出すると入手できます。