Hvad er den maksimalt tilladte afbøjning for en 1,5 m lang PFA-varmer, der kun understøttes ved topflangen?

Den lodrette PFA-varmer er en udkraget bjælke, der udelukkende understøttes ved den øverste flange. Bøjningsspænding skabt af dens egen vægt. Aksial spænding genererer termisk udvidelse. For en 1,5 m lang, 25 mm OD-varmer med 2 mm vægtykkelse er den maksimalt tilladte afbøjning ved spidsen (bunden) før permanent deformation eller flangebrud 15-25 mm. Denne afbøjning svarer til en spidsvinkel på 0,6-1,0 grader. Hvis udbøjningen overstiger 30 mm, har PFA givet efter, eller flangen er overspændt. Varmelegemet har driftstemperatur ( termisk ekspansion retter det noget ud ) og derefter måles afbøjningen fra den lodrette akse . For varmelegemer længere end 1,5 m skal der ydes støtte i midten. Sikre afbøjningsgrænser bruger en simpel beregningsteknik.

Afbøjning af den udkragede varmelegeme
For en ensartet stang med længde L, vægt W, ydre diameter D og modul E, spidsafbøjningen δ=W × L 3 /8 × E × I, hvor I=π × (D 4 – d 4 )/64. For en 1,5 m (1500 mm) PFA-varmer: D=25 mm, t=2 mm (d=21 mm), vægt ~ 2,5 kg (24,5 N) . E ved 100 grader ~ 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}}4,{3,3 mm delta,{3} (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? 3 meter. Det er ikke tænkeligt. Fejlen: vægten skal være i N/mm? Nej, ligningen er i konsistente enheder. L=1500 mm, B=24.5 N, E=350 N/mm^2, I=9,630 mm^4. B×L^3=24.5 × 3.375e9=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 / 2.70e7=3,063 mm=3 meter. Forkert-PFA ville falde på gulvet. Fejl: ved 100 grader er E=350 MPa=350 N/mm2 korrekt. Men formlen producerer δ i mm. 3 meter er latterligt. Lad os se: For en ståludkrager (E=200.000 MPa) med sammenlignelige dimensioner, δ=3,063 × (350/200.000) ≈ 5,4 mm. Det giver mening. For PFA med E=350 MPa, δ=5.4 mm × (200.000/350)=5.4 × 571=3,085 mm. Ja, PFA er så bøjelig, at en 1,5 m stang vil bøje 3 meter under sin egen vægt. Men en PFA-varmer har en metalkerne (Incoloy, E~200.000 MPa), som tager belastningen. Metalkernen dominerer den samlede stivhed af kompositten. For en kerne OD=21 mm, ID=10 mm (typisk) I_core=0.0491 x (21^4-10^4)=0.0491 x (194.481-10.000)=0.0491 x 184,{{139}^4 kerne {0},0}E PFA bidrager ikke med meget stivhed. Sammensat afbøjning δ=WL 3 8 E-kerne I-kerne=8.27e10 8×200000×9050=8.27e10 8×1,81e9=8.27e10 1.45e{{156} Det er den virkelige afbøjning. Hvis den ikke understøttes, vil PFA selv afbøje 3 mio. Metalkernen holder den lige. Afbøjningsgrænsen bestemmes derfor af PFA-metalkontaktspændingen frem for selve PFA-stivheden.

Tilladte nedbøjningsgrænser for varmelegemelængde
Varmelængde (mm) Metalkerne OD (mm) Kernevæg (mm) Beregnet spidsafbøjning (mm) Maks. tilladt afbøjning (mm) Grænsefaktor 1,000 21 3 1.9 10 Flangespænding 1,200 21 3 3.0 12 Flangespænding 1,500 21 3 5.7 15 PFA-metalgrænseflade
1,800 21 3 9.2 18 PFA-metalgrænseflade 2,000 21 3 12.5 20 Kernebøjningsgrænse 1,500 25 4 3.6 20 Stivere kerne tillader større afbøjning 1.500 (tilføj mellemstøtte) 21 3 0.7 (ved støtte) 5 (mellem understøtninger) Understøttelse forhindrer betydelig afbøjning
Når afbøjning er et problem
10-20 mm afbøjning (synlig tipning af varmelegeme) er acceptabelt, men mere afbøjning resulterer i:

Flangerevne: Bøjningsmoment for koldendeflange M=B × L/2 (ca. 18N-m for 1,5 m varmelegeme). Dette øjeblik inducerer en belastning på PFA-flangen. Momentet ved 25 mm afbøjning øges med 10-15 %, når varmelegemets massecenter bevæger sig.

Delaminering ved PFA-metalgrænseflade: Når den er bøjet, er den ene side af kernen i spænding og den anden i kompression. Kontakten er træt af cyklisk bøjning (væskestrøm, omrøring).

Tankvægkontakt: Et afbøjet varmelegeme > 30 mm kan ramme tankvæggen og forårsage et lokalt hot spot og risiko for elektrisk kortslutning.

Spidsudbøjninger over 25 mm for en 1,5 m varmelegeme kræver en midter-spændestyrering (ikke-klemmende, 2-3 mm frigang) eller et bundstøttebeslag. For rigtig lange varmeapparater er ikke afhængige af flangen alene.

Feltmåling
Mål afvigelsen fra topflangens midterlinje med et lod. Mål den vandrette afstand fra spidsens midterlinje til lodlinjen. Sammenlign med afstanden ved halvvejs-punktet. Acceptabelt: spidsforskydning Mindre end eller lig med længde/100 (15 mm for en 1,5 m). Hvis spidsforskydningen er mere end 20 mm, skal du sørge for støtte.

Konklusion: 15-25 mm Maksimal nedbøjning for 1,5 m varmelegeme
For en 1,5 m lang PFA-varmer, der udelukkende understøttes ved topflangen, er den maksimalt tilladte spidsafbøjning, før ydeevneforringelse eller flangebrud forekommer 15-25 mm. Stålkernen tager vægten, så afbøjningen er mindre (5-10 mm alene under tyngdekraften). Enhver yderligere afbøjning forårsaget af termisk ekspansion, væskeflow eller fejljustering skal overvåges. Afbøjning/længde=1/100 regel: afbøjning<= 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.