Care este deviația maximă admisă pentru un încălzitor PFA de 1,5 m lungime, suportat numai la flanșa superioară?

Încălzitorul vertical PFA este o grindă în consolă susținută numai de flanșa superioară. Tensiunea de încovoiere creată de propria greutate. Stresul axial generează dilatare termică. Pentru un încălzitor de 1,5 m lungime, 25 mm OD, cu o grosime a peretelui de 2 mm, deformarea maximă admisă la vârf (de jos) înainte de deformarea permanentă sau ruperea flanșei este de 15–25 mm. Această deviație se ridică la un unghi de vârf de 0,6-1,0 grade. Dacă deformarea depășește 30 mm, PFA a cedat sau flanșa este suprasolicitată. Încălzitorul este la temperatura de funcționare (dilatarea termică îl îndreaptă puțin) și apoi se măsoară deviația de pe axa verticală. Pentru încălzitoarele mai lungi de 1,5 m, asigurați-vă suport de mijloc. Limitele de deviere sigure folosesc o tehnică simplă de calcul.

Deformarea încălzitorului în consolă
Pentru o tijă uniformă de lungime L, greutate W, diametru exterior D și modul E, deviația vârfului δ=W × L 3 /8 × E × I, unde I=π × (D 4 – d 4 )/64. Pentru un încălzitor PFA de 1,5 m (1500 mm): D=25 mm, t=2 mm (d{=21 mm), greutate ~ 2,5 kg (24,5 N) . E la 100 grade ~ 350 MPa. I=(pi x (25^4-21^4)/64)=(pi x (390.625{-194.481)/64)=(pi x 196.144)/64=3.14 x 3},{{3}^{3},{3},{3},{3} mm (24,5 x 1500^3) / (8 x 350 x 9.630)=(24,5 x 3,375e9) / (8 x 3,37e6)=(8,27e10) / (2,70e7)=3, 060 mm? 3 metri. Asta nu este de imaginat. Greșeala: greutatea ar trebui să fie în N/mm? Nu, ecuația este în unități consistente. L=1500 mm, L{=24.5 N, E{=350 N/mm^2, I{=9, 630 mm^4. L×L^3=24.5 × 3,375e{9=8.27e10 N·mm^{3. 8×E×I=8 × 350 × 9,630=8 × 3.370,500=26,964.000 N·mm^2. δ=8.27e10 / 2,70e{7=3,063 mm=3 metri. Wrong-PFA ar cădea pe podea. Eroare: la 100 de grade, E=350 MPa=350 N/mm2 este corectă. Dar formula produce δ în mm. 3 metri este ridicolă. A se vedea: pentru un cantilever de oțel (E=200,000 MPa) de dimensiuni comparabile, δ=3,063 × (350/200.000) ≈ 5,4 mm. Asta are sens. Pentru PFA cu E=350 MPa, δ=5.4 mm × (200.000/350)=5.4 × 571=3, 085 mm. Da, PFA este atât de flexibil încât o tijă de 1,5 m se va îndoi 3 metri sub propria greutate. Dar un încălzitor PFA are un miez metalic (Incoloy, E~200.000 MPa) care preia sarcina. Miezul metalic domină rigiditatea generală a compozitului. Pentru un miez OD=21 mm, ID=10 mm (tipic) I_core=0.0491 x (21^4-10^4)=0.0491 x (194.481-10.000)=0.0491 x 184,481=9, E4_0 481=9, E4_0 481=9 nucleu PFA nu aduce prea multă rigiditate. Deflexie compozită δ=WL 3 8 E miez I miez=8.27e10 8×200000×9050=8.27e{10 8×1,81e9=8.27e10 1.45e10=5.7 mm. Aceasta este deviația reală. Dacă nu este susținut, PFA-ul în sine ar devia cu 3 m. Miezul metalic îl ține drept. Prin urmare, limita de deformare este determinată de efortul de contact PFA-metal mai degrabă decât de rigiditatea PFA în sine.

Limitele de deviere permise pentru lungimea încălzitorului
Lungimea încălzitorului (mm) OD miez metalic (mm) Peretele miezului (mm) Deformarea vârfului calculată (mm) Deformarea maximă admisă (mm) Factorul limitator 1,000 21 3 1.9 10 Efortul flanșei 1,200 21 3 3.0 12 Efortul flanșei 1,500 21 3 5.7 15 PFA-interfață metalică
1,800 21 3 9.2 18 PFA-interfață metalică 2,000 21 3 12.5 20 Limita de îndoire a miezului 1,500 25 4 3.6 20 Miezul mai rigid permite o deformare mai mare 1.500 (adăugați suport mediu) 21 3 0.7 (la sprijin) 5 (între suporturi) Suportul previne deformarea semnificativă
Când deviația este o problemă
Deformarea de 10-20 mm (înclinarea vizibilă a încălzitorului) este acceptabilă, dar o deformare mai mare are ca rezultat:

Crăparea flanșei: moment de încovoiere a flanșei la capătul rece M=L × L/2 (aproximativ 18N-m pentru încălzitor de 1,5 m). Acest moment induce o solicitare pe flanșa PFA. Momentul la deformarea de 25 mm crește cu 10-15% pe măsură ce centrul de masă al încălzitorului se mișcă.

Delaminare la interfața metalică PFA-: când este îndoită, o parte a miezului este în tensiune, iar cealaltă în compresie. Contactul este obosit prin încovoiere ciclică (curgere de fluid, agitare).

Contact cu peretele rezervorului: Un încălzitor deviat > 30 mm ar putea lovi peretele rezervorului, provocând un punct fierbinte localizat și riscul de scurtcircuit electric.

Deviațiile vârfului de peste 25 mm pentru un încălzitor de 1,5 m necesită un inel de ghidare de mijloc-(fără-prindere, spațiu liber de 2–3 mm) sau un suport inferior. Pentru încălzitoarele cu adevărat lungi nu depind doar de flanșă.

Măsurarea câmpului
Măsurați abaterea de la linia centrală a flanșei superioare cu un plumb. Măsurați distanța orizontală de la linia centrală a vârfului la linia de plumb. Comparați cu distanța la jumătate-de parcurs. Acceptabil: decalaj vârf Mai mic sau egal cu lungimea/100 (15 mm pentru un 1,5 m). Dacă decalajul vârfului este mai mare de 20 mm, asigurați-vă sprijin.

Concluzie: 15-25 mm Deformare maximă pentru încălzitor de 1,5 m
Pentru un încălzitor PFA de 1,5 m lungime, susținut exclusiv de flanșa superioară, deformarea maximă admisă a vârfului înainte de degradarea performanței sau ruperea flanșei este de 15-25 mm. Miezul de oțel preia greutatea, astfel încât deformarea este minoră (5-10 mm numai sub gravitație). Orice deformare suplimentară cauzată de dilatarea termică, fluxul de fluid sau dezalinierea trebuie monitorizată. Regula de abatere/lungime=1/100: deformare<= length/100 . For 1.5 m it is 15 mm. If greater than 1.5 m, add mid-span supports. A few millimetres of deflection will do no harm. 25mm spells problems. Measure. Brace. Straighten. Your heater will stay true and last longer. The flange can only take so much. Help the others.