亀裂の入ったマニホールド接続
新しく設置された PTFE 熱交換器は 3 か月間問題なく動作します。その後、マニホールド接続部から漏れが始まります。メンテナンスにより、圧縮フィッティングが締められます。漏れは一時的に止まります。数週間後、PTFE チューブの嵌合面にヘアラインの亀裂が発生します。修理するにはコイルを取り外す必要があります。
故障解析では化学的劣化は検出されませんでした。過圧イベントはありません。-機械的な衝撃はありません。亀裂は熱膨張応力によって発生しました-毎日の動作サイクルでチューブが加熱および冷却されるため、チューブの移動が制限されました。材料が疲労するまで、応力は剛性マニホールド接続部に集中しました。
この障害モードは、設置を正しく行うことで完全に防ぐことができます。これは材料の欠陥によるものではなく、熱サイクル下で PTFE がどのように動作するかについての誤解から生じています。
厳格な拘束の問題
PTFE は摂氏 1 度あたり 1 メートルあたり約 0.12 mm 膨張します。 20 度から 140 度に加熱された 1.5 メートルのチューブは 21 mm 以上成長します。この動きを考慮せずにチューブの両端がしっかりと固定されている場合、膨張は圧縮応力に変換されます。応力の大きさは、高温での材料の圧縮降伏強度に近づきます。
最も高い応力は、最大拘束点、つまりマニホールド接続部に集中します。ここで、チューブは固定ヘッダーに取り付けられた剛性のフィッティングに入ります。隣接するチューブ部分が自由に拡張できない場合、取り付け面に曲げ応力が発生します。熱サイクルを繰り返すと、この応力集中で疲労亀裂が発生します。
エラーは、間違った継手を使用していることではありません。熱の自由な移動を防ぐ方法でチューブのルーティングとサポート システムを配置しています。マニホールド接続と最初の自由拡張点の間のあらゆる厳格な拘束は、潜在的な故障箇所となります。
表 1: 熱膨張装置の取り付けに関する一般的なエラーと修正
| インストールエラー | ストレスの影響 | 視覚的なインジケーター | 正しい設置方法 |
|---|---|---|---|
| 2 つの固定ヘッダー間の直線チューブ、拡張ループなし | 軸方向の座屈または継手の破損 | ヘッダー間のチューブの曲がり。ひび割れたフィッティング面 | 拡張ループまたはフレキシブルセクションを組み込む |
| 最初のサポート クランプがマニホールドに近すぎる | 嵌合時のカンチレバーの曲がり | 継手ナットまたはチューブ端面の亀裂 | ヘッダーから通常の 50% の間隔で最初にサポート |
| チューブをしっかりと掴むリジッドクランプ | 抑制された軸方向の膨張。局所的な曲げ | クランプ端部のチューブ変形 | スライド用クリアランス0.5mmのスロット付きガイド |
| 中間サポートなしで短いセクションで複数のチューブを曲げる | 複合曲げ応力 | 曲げ半径内側の亀裂 | 曲がりの間のサポート。十分な曲げ半径 |
| マニホールドはしっかりと固定され、チューブは自由です | ヘッダージョイントの動作応力差 | 複数の接続で同時にリークが発生する | マニホールドを浮かせるか、チューブを均一に拘束するようにします。 |
最初のサポート距離ルール
マニホールド接続部から最初のチューブサポートまでの距離は、PTFE 熱交換器の設置において最も重要な寸法です。この距離は、自重による過度の曲げ応力を防ぐのに十分な短さである必要がありますが、継手に大きな曲げ応力を与えることなくチューブが自由に伸縮できるのに十分な長さである必要があります。-
標準ルール: 最初のサポート距離は、チューブの残りの部分に使用される通常のサポート間隔の半分でなければなりません。外径 10mm のチューブを使用して 120 度で動作する横型 PTFE 熱交換器の場合、通常のサポート間隔は 300mm です。最初のサポートはマニホールド面から 150mm の位置にある必要があります。
この減少した間隔により、熱移動に対して適切な自由長が得られながら、フィッティングにおけるカンチレバーの曲げモーメントが制限されます。マニホールドと最初のサポートの間のチューブは、圧縮時にわずかに曲がることができ、接続に過度のストレスを与えることなく膨張を吸収します。-
拡張ループの統合
固定点間が 1 メートルを超えるチューブの場合は、拡張ループが必須です。ループは、熱による長さの変化を吸収するために屈曲するチューブ経路の U- 字型の曲がりです。ループの寸法は、予想される膨張、チューブの直径、および許容される曲げ応力によって異なります。
適切に設計された拡張ループは、軸方向の拡張を材料の弾性限界内に留まる曲げたわみに変換します。ループはチューブの途中に配置する必要があります。ループの両側のサポートは、横方向の動きを抑制しながら、拡張方向への自由な動きを許可する必要があります。
完全な拡張ループが収まらないコンパクトな設置の場合は、スパイラルまたはコイル構成が固有の拡張機能を提供します。コイル状のチューブはスプリングとして機能し、コイル直径のわずかな変化による長さの変化を吸収します。
まとめ
PTFE 熱交換器マニホールド接続部の熱膨張応力は、チューブの自由な動きを制限する取り付け誤差によって発生します。固定が堅い、サポートが正しく配置されていない、拡張ループがないなどにより、接続面に応力が集中し、疲労亀裂が発生します。
正しく設置すると、熱の動きを制御された自由度が得られます。最初のサポートはマニホールドから通常の半分の間隔で配置されます。拡張ループは、より長いランでの長さの変化を吸収します。スロット付きガイドサポートにより、横方向のずれを防止しながら軸方向のスライドが可能になります。
特定の PTFE 熱交換器構成の設置ガイドラインとエンジニアリング レビューは、チューブのルーティング図面、動作温度範囲、チューブの寸法、マニホールド接続の詳細を提出すると入手できます。
