Ar dymheredd ystafell, mae PTFE yn blastig caled, gwydn. Ond wrth i'r tymheredd godi, mae ei briodweddau mecanyddol yn newid yn sylweddol. Mae deall y newidiadau hyn yn hanfodol ar gyfer gweithredu gwresogyddion trochi PTFE yn ddiogel ac o fewn eu hamlen ddylunio. Mae gwain gwresogydd PTFE yn gwneud mwy na dim ond darparu gwrthiant cemegol- rhaid iddo hefyd wrthsefyll pwysau'r hylif amgylchynol, gwrthsefyll anffurfiad dros amser, a chynnal ei siâp. Mae'r holl swyddogaethau mecanyddol hyn yn diraddio wrth i'r tymheredd gynyddu. Mae'rEffaith tymheredd cryfder mecanyddol PTFEfelly yn ystyriaeth hollbwysig i unrhyw un sy'n nodi, gosod, neu weithredu gwresogyddion trochi PTFE.
Sut mae Tymheredd yn Newid Strwythur Moleciwlaidd PTFE
Mae PTFE yn bolymer lled-grisialog. Ar dymheredd ystafell, mae ei gadwyni moleciwlaidd wedi'u pacio'n dynn mewn rhanbarthau crisialog wedi'u gwasgaru rhwng parthau amorffaidd (anhrefn). Mae'r strwythur hwn yn rhoi cryfder nodweddiadol i PTFE, ffrithiant isel, ac anadweithioldeb cemegol. Wrth i'r tymheredd godi, mae dirgryniadau moleciwlaidd yn cynyddu, ac mae'r rhanbarthau amorffaidd yn dechrau meddalu cyn i'r rhanbarthau crisialog doddi.
Mae'r terfyn defnydd parhaus ar gyfer PTFE mewn gwasanaeth gwresogydd trochi yn cael ei dderbyn yn eang fel110 gradd. Nid yw'r terfyn hwn yn fympwyol. Uwchben y tymheredd hwn, mae tri newid mecanyddol gwahanol yn cyflymu'n gyflym:
Llai o gryfder tynnol– Mae’r grym sydd ei angen i ymestyn neu rwygo’r wain PTFE yn gostwng yn sylweddol.
Ymlusgiad cynyddol- O dan lwyth cyson (fel pwysau hylif neu straen mewnol o'r wifren gwrthiant), mae'r PTFE yn dadffurfio'n araf dros amser.
Ymwrthedd pwysau is– Daw'r wain yn fwy agored i gwympo neu falŵns o dan bwysau gwahaniaethol.
Sylwir, er nad yw PTFE yn toddi tan 327 gradd, mae ei ddefnyddioldeb mecanyddol yn dod i ben ymhell islaw'r pwynt hwnnw. Ar gyfer cymwysiadau gwresogydd trochi, mae 110 gradd yn cynrychioli'r ffin uchaf ymarferol ar gyfer gweithrediad parhaus.
Gostyngiad Cryfder Tynnol gyda Thymheredd Codi
Cryfder tynnol yw'r straen mwyaf y gall deunydd ei wrthsefyll tra'n cael ei ymestyn cyn torri. Ar gyfer PTFE, mae'r eiddo hwn yn gostwng yn raddol wrth i'r tymheredd gynyddu. Mae'r tabl isod yn dangos gwerthoedd bras yn seiliedig ar ddulliau prawf safonol (ASTM D638).
| Tymheredd ( gradd ) | Tymheredd (gradd F) | Cryfder Tynnol Bras (MPa) | Cryfder Tynnol Bras (psi) | Canran yr Ystafell-Gwerth Tymheredd |
|---|---|---|---|---|
| 23 | 73 | 21 – 28 | 3050 – 4060 | 100% |
| 50 | 122 | 16 – 22 | 2320 – 3190 | 75 – 80% |
| 80 | 176 | 12 – 16 | 1740 – 2320 | 55 – 60% |
| 100 | 212 | 9 – 13 | 1305 – 1885 | 45 – 50% |
| 110 | 230 | 7 – 11 | 1015 – 1595 | 35 – 45% |
| 120 | 248 | 5 – 8 | 725 – 1160 | 25 – 30% |
Sylwer: Mae gwerthoedd yn gynrychioliadol. Mae cryfder tynnol gwirioneddol yn dibynnu ar radd PTFE, crisialu, ac amodau prawf.
Ar 100 gradd, cryfder tynnol PTFE yw tua hanner ei werth ar 23 gradd. Ar 110 gradd , mae'n gostwng i tua 40% o -werth tymheredd yr ystafell. Mae'r gostyngiad dramatig hwn yn golygu bod unrhyw straen mecanyddol-boed o bwysau hylif, ehangiad thermol, neu drin-yn llawer mwy tebygol o achosi difrod ar dymheredd uchel.
Crip ac Anffurfio Dan Llwyth
Cyfyngiad allweddol PTFE ar dymheredd uchel yw ei dueddiad i ymgripiad. Creep yw'r amser-dadffurfiad dibynnol ar ddefnydd o dan lwyth cyson. Yn wahanol i fetelau, sy'n dangos ychydig iawn o ymgripiad o dan drothwy penodol, mae PTFE yn ymgripio ar unrhyw dymheredd uwchlaw'r amgylchedd. Mae cyfradd ymgripiad yn cynyddu'n esbonyddol gyda thymheredd.
Ar gyfer gwain gwresogydd PTFE, mae'r llwythi perthnasol yn cynnwys:
Pwysedd hylif allanol- Mewn tanciau dwfn, gall pwysau hydrostatig gyrraedd 0.1 bar fesul metr o ddyfnder. Ar 2-3 metr, mae'r pwysau hwn yn gymedrol, ond wedi'i gyfuno â thymheredd uchel, gall achosi i'r wain gwympo'n araf neu bylu.
Pwysau mewnol o'r wifren gwrthiant- Mae'r elfen wresogi metel wedi'i hymgorffori yn y PTFE. Mae gwahaniaethau mewn ehangiad thermol rhwng metel a PTFE yn creu straen mewnol. Ar dymheredd uchel, mae PTFE yn lleddfu'r pwysau hyn trwy ymgripiad, a all newid geometreg y wain.
Grymoedd clampio neu fowntio- Mae unrhyw ataliaeth fecanyddol a roddir ar y gwresogydd (ee, cromfachau, fflansau, neu gynheiliaid) yn creu crynodiadau straen lleol. Gall ymgripiad achosi i'r PTFE lifo i ffwrdd o-bwyntiau gwasgedd uchel, gan arwain at lacio neu fethiant sêl.
Yn ymarferol, anaml y mae ymgripiad yn drychinebus yn y tymor byr. Efallai na fydd gwresogydd a weithredir ar 105 gradd yn dangos unrhyw anffurfiad gweladwy am fisoedd neu hyd yn oed flynyddoedd. Fodd bynnag, dros amser, gall ymgripiad achosi i'r wain ddod yn deneuach mewn rhai meysydd, gan leihau cryfder dielectrig a diogelwch mecanyddol. Yn bwysicach fyth, gall ymgripiad yn y rhyngwyneb rhwng y wain PTFE a'r sêl derfynell agor llwybr ar gyfer lleithder neu anweddau cyrydol i fynd i mewn i'r gwresogydd.
Ymwrthedd Pwysau a'r Risg o Lewyg neu Falwnio
Nid yw gwainiau gwresogydd PTFE yn llestri pwysau. Maent wedi'u cynllunio i weithredu ar neu'n agos at bwysau atmosfferig y tu mewn a'r tu allan. Nid yw'r ceudod mewnol sy'n cynnwys y wifren ymwrthedd dan bwysau; mae'n cael ei lenwi â PTFE neu aer ar bwysau amgylchynol. Fodd bynnag, mae dau fodd methiant cysylltiedig â phwysau yn bodoli:
Cwymp pwysau allanol- Os yw'r pwysedd hylif allanol yn fwy na'r pwysau mewnol o gryn dipyn, gall y wain gwympo i mewn. Mae hyn yn fwy tebygol ar dymheredd uchel oherwydd bod modwlws elastig (anystwythder) y PTFE yn gostwng. Yn nodweddiadol, gwelir cwymp fel rhan o'r wain wedi'i gwastatáu neu wedi'i gwanhau.
Balwnio pwysau mewnol– Os bydd y ceudod mewnol yn dod dan bwysau oherwydd ehangiad nwy wedi'i ddal neu osgoi nwy allan, gall y PTFE poeth, meddalu balŵn allan. Mae hyn yn llai cyffredin ond gall ddigwydd os yw lleithder y tu mewn i'r gwresogydd yn troi'n stêm.
Mae'rEffaith tymheredd cryfder mecanyddol PTFEyn rheoli'r ddau fodd methiant yn uniongyrchol. Ar 23 gradd, gall PTFE wrthsefyll pwysau gwahaniaethol o sawl bar heb anffurfiad parhaol. Ar 110 gradd, gall yr un pwysau gwahaniaethol achosi cwymp neu falŵns ar unwaith. Am y rheswm hwn, ni ddylai gwresogyddion PTFE byth gael eu gweithredu mewn amgylcheddau gwasgedd uchel na'u gwneud yn destun newidiadau pwysedd cyflym.
Canlyniadau Rhagori ar y Terfyn Parhaus o 110 gradd
Mae'n bosibl y bydd gwibdeithiau tymor byr ychydig yn uwch na 110 gradd yn cael eu goddef heb fethiant ar unwaith. Fodd bynnag, mae gweithrediad ailadroddus neu hir uwchben y terfyn hwn yn peryglu difrod parhaol. Mae canlyniadau a arsylwyd yn cynnwys:
Teneuo gwain a mannau problemus lleol- Mae creep yn caniatáu i'r PTFE lifo i ffwrdd o'r ardaloedd poethaf, gan leihau trwch y wain. Mae gan ardaloedd teneuach ddargludedd thermol uwch, gan greu dolen adborth gadarnhaol sy'n cyflymu gorboethi lleol.
Colli cryfder dielectrig– Mae adrannau gwain tenau yn lleihau'r ymyl inswleiddio trydanol, gan gynyddu'r risg o dorri i lawr.
Anffurfiad parhaol- Unwaith y bydd PTFE wedi crept neu anffurfio, nid yw oeri yn adfer y siâp gwreiddiol. Ni ellir atgyweirio gwain sydd wedi cwympo neu wedi'i balŵns.
Methiant sêl- Mae sêl y parth oer yn dibynnu ar ffit glyd rhwng y wain PTFE a'r cynulliad terfynol. Gall ymgripiad beryglu'r ffit hwn, gan ganiatáu i hylif neu anwedd ddod i mewn.
Mae'n hanfodol nodi bod y terfyn 110 gradd yn berthnasol i dymheredd gwain PTFE, nid o reidrwydd y tymheredd hylif swmp. Mewn gwresogydd sydd wedi'i ddylunio'n dda, nid yw tymheredd y wain ond ychydig yn uwch na'r tymheredd hylif oherwydd bod gwres yn trosglwyddo'n effeithlon o'r wifren ymwrthedd i'r hylif. Fodd bynnag, os yw dwysedd wat (pŵer fesul arwynebedd arwyneb uned) yn rhy uchel, neu os yw'r lefel hylif yn disgyn yn is na'r adran wresogi, gall y tymheredd gwain godi ymhell uwchlaw'r tymheredd hylif hyd yn oed pan fo'r hylif ei hun yn is na 110 gradd.
Dwysedd Watt sy'n Dirywio ar gyfer Gwasanaeth Tymheredd Uchel
OherwyddEffaith tymheredd cryfder mecanyddol PTFEyn lleihau gallu'r deunydd i wrthsefyll straen, rhaid i wresogyddion trochi a fwriedir ar gyfer gwasanaeth ger 110 gradd weithredu ar ddwysedd wat is na gwresogyddion a ddefnyddir ar dymheredd is. Dwysedd wat yw'r allbwn pŵer fesul uned arwynebedd yr arwyneb gwresogi, a fynegir fel arfer mewn watiau fesul modfedd sgwâr (W/in²) neu watiau fesul centimedr sgwâr (W/cm²).
Y canllawiau cyffredinol ar gyfer gwresogyddion trochi PTFE yw:
Hyd at 60 gradd (140 gradd F)– Mae dwyseddau wat hyd at 25–30 W/in² (3.9–4.7 W/cm²) yn dderbyniol.
60–90 gradd (140–194 gradd F)– Dylid lleihau dwyseddau wat i 15–20 W/in² (2.3–3.1 W/cm²).
90–110 gradd (194–230 gradd F)– Dylid lleihau dwyseddau watiau ymhellach i 10–15 W/in² (1.6–2.3 W/cm²).
Uwchlaw 110 gradd (230 gradd F)- Yn gyffredinol ni argymhellir gwresogyddion trochi PTFE ar gyfer gweithrediad parhaus.
Yn ymarferol, rhaid addasu'r gwerthoedd hyn yn seiliedig ar y cymhwysiad penodol. Gall baddonau cynhyrfus gyda chyfernodau trosglwyddo gwres uchel oddef dwyseddau wat uwch. Mae angen dwyseddau wat is ar hylifau llonydd neu gludiog. Y nod yw sicrhau nad yw tymheredd gwain PTFE byth yn fwy na 110 gradd ar unrhyw adeg, gan gynnwys y mannau poethaf ger y wifren gwrthiant mewnol.
Rheoli Tymheredd fel Mesur Amddiffynnol
Mae parchu'r terfyn 110 gradd yn gofyn am fesur tymheredd cywir a rheolaeth ddibynadwy. Dylai gwresogyddion trochi gael synhwyrydd tymheredd (thermocouple neu RTD) wedi'i osod mor agos â phosibl at yr elfen wresogi neu o fewn y wain PTFE. Dylai'r rheolydd gael ei osod gyda therfyn tymheredd uchaf a ganiateir, a dylid darparu toriad diogelwch terfyn uchel fel copi wrth gefn.
Gwelir bod llawer o fethiannau gwresogydd PTFE cynamserol yn digwydd nid oherwydd bod y tymheredd gosod yn rhy uchel, ond oherwydd gorboethi lleol. Mae’r ffactorau sy’n achosi gorboethi lleol yn cynnwys:
Lefel hylif isel yn amlygu cyfran o'r wain wedi'i gynhesu i'r aer.
Graddfa neu faeddu ar wyneb y wain gan leihau trosglwyddo gwres.
Cylchrediad gwael yn creu parthau llonydd o amgylch y gwresogydd.
Dwysedd wat uchel yn creu graddiant tymheredd mawr rhwng y wifren fewnol a'r wyneb gwain.
Gall pob un o'r ffactorau hyn godi tymheredd y wain i lefelau niweidiol hyd yn oed pan fo'r tymheredd hylif swmp yn parhau i fod yn is na 110 gradd.
Casgliad
Mae tymheredd gweithredu yn effeithio'n uniongyrchol ar gyfanrwydd mecanyddol y wain PTFE. Mae'rEffaith tymheredd cryfder mecanyddol PTFEyn achosi i'r deunydd golli cryfder tynnol, dod yn fwy agored i ymgripiad, a lleihau ei wrthwynebiad pwysau wrth i'r tymheredd godi uwchlaw'r amgylchedd. Ar y terfyn gwasanaeth parhaus o 110 gradd , dim ond tua 40% o'i gryfder tynnol tymheredd ystafell y mae PTFE yn ei gadw, ac mae cyfraddau ymgripiad yn dod yn ddigon sylweddol i achosi anffurfiad hirdymor.
Rhaid parchu'r terfyn 110 gradd nid fel manyleb haniaethol ond fel anghenraid mecanyddol. Mae mynd y tu hwnt i'r terfyn hwn yn peryglu cwymp gwain, balŵns, teneuo, methiant morloi, a thrydan yn torri yn y pen draw. Felly mae rheoli tymheredd a dwysedd wat priodol yn hanfodol ar gyfer cadw bywyd gwresogydd. Trwy weithredu o fewn yr amlen tymheredd a ddyluniwyd a sicrhau amodau trosglwyddo gwres digonol, gall y wain PTFE gynnal ei gryfder mecanyddol a pharhau i amddiffyn yr elfen wresogi fewnol am flynyddoedd o wasanaeth dibynadwy.
