Ultrasonic Fatigue Challenge
Úthljóðshreinsunarböð starfa við 20-80 kHz og mynda smásæjar þrýstingssveiflur sem valda því að hlutir sem eru í kafi titra á úthljóðstíðni. Varmaskiptarör í þessum böðum upplifa milljarða beygjulotu yfir mánaðar notkun. Hringlaga beygjan, þó lítil í amplitude, safnar þreytuskemmdum í rörefninu.
MFA (perflúormetýl alkoxý) er fullkomlega flúoruð fjölliða, eins og PTFE og PFA, með svipaða efnaþol. Vélrænir eiginleikar þess-beygjustuðull, þreytuþol- eru frábrugðnir PTFE vegna sameindabyggingar þess. Fyrir varmaskipti í böðum sem eru hrærð með úthljóðshræringu er sveigjanleiki þreytulífið oft takmarkandi hönnunarþátturinn, ekki efnasamhæfi. Valið á milli MFA og PTFE fer eftir því hvaða efni veitir nægilegt þreytulíf við sérstakar aðstæður umsóknarinnar.
Beygjuþreytubúnaðurinn
Beygjuþreyta í fjölliðum fer fram með því að ör-sprungur myndast og vaxa á svæðum með hringlaga togspennu. Í titringsröri kemur hámarks togspenna fram á ytra yfirborði, á þeim stað þar sem beygjubeygjan er hámarks. Hver titringslota setur þetta yfirborð fyrir álagslotu frá núlli til hámarksspennu og til baka.
Þreytulífið-fjöldi lota til bilunar-fer eftir álagsamplitude. Við miklar álagsamplitudur (yfir 5%) bilar PTFE í 10³-10⁴ lotum. Við miðlungs álag (2-5%) er lífið 10⁴-10⁶ lotur. Við lágt álag (undir 1%) getur PTFE þolað 10⁷+ lotur - í raun óendanlegt líf í iðnaðartilgangi.
MFA hefur önnur þreytuviðbrögð. Sameindabygging þess, með perflúormetýl hliðarhópum, veitir meiri hreyfanleika keðju og orkudreifingu við hringlaga aflögun. Við jafngildar álagsmagn, sýnir MFA venjulega 2-5 sinnum lengri þreytulíf en PTFE.
| Þreyta færibreyta | PTFE | MFA |
|---|---|---|
| Beygjustuðull við 25 gráður (MPa) | 500-600 | 500-600 |
| Beygjustuðull við 80 gráður (MPa) | 200-300 | 250-350 |
| Álag við þreytumörk (10⁷ lotur) | ~1.0% | ~1.5% |
| Hringrás til bilunar við 2% álag | 5 × 10⁴ - 2 × 10⁵ | 2 × 10⁵ - 5 × 10⁵ |
| Hringrás til bilunar við 1% álag | > 10⁷ | >10⁷ (bæði efnin) |
| Hlutfallsleg þreyta líf við jöfn álag | 1.0 (grunnlína) | 2-5× lengur |
The Ultrasonic Strain Útreikningur
Álagsmagn í titringsröri fer eftir úthljóðstyrk, stærð röranna og burðarbilinu. Fyrir 10 mm OD × 1 mm vegg PTFE rör, studd með 200 mm millibili, í úthljóðsbaði sem starfar við 40 kHz með aflþéttleika 10 W/L, er titringsálagið á yfirborði rörsins um það bil 0,3-0,5%. Á þessu álagsstigi eru bæði PTFE og MFA undir þreytumörkum og bæði veita fullnægjandi endingartíma - fræðilegar hringrásir til bilunar fara yfir 10⁷ og þreytulífið er ekki takmarkandi þátturinn.
Fyrir hærri úthljóðstyrk (yfir 30 W/L) eða breiðari stuðningsbil (yfir 300 mm), eykst álagsmagnið. Við 1,5-2,0% álag verður lengra þreytulíf MFA hagkvæmt. Val á milli efnanna fer eftir sérstökum úthljóðsaðstæðum og ásættanlegri hættu á þreytubilun.
Leiðbeiningar um hagnýt val
Fyrir úthljóðshreinsunarböð sem starfa við venjulegt iðnaðarstyrk (5-15 W/L) með 200-250 mm rörstuðningsbili, veitir PTFE fullnægjandi þreytulíf með lægri efniskostnaði. Fyrir hástyrktar ultrasonic forrit (yfir 20 W/L) eða þar sem stuðningsbil er takmarkað af geymi rúmfræði, yfirburða þreytuþol MFA réttlætir hærri kostnað. Fyrir mikilvæg forrit þar sem þreytubilun myndi valda óviðunandi framleiðslutapi, veitir MFA viðbótaröryggisbil.
Samantekt
MFA varmaskiptarör bjóða upp á 2-5 sinnum lengri beygjuþreyta en PTFE undir samsvarandi hringlaga álagi frá úthljóðshræringu. Við venjulegt úthljóðsstyrk, veita bæði efnin nægjanlegt líf. Við mikla styrkleika eða breitt stuðningsbil verður þreytukostur MFA verulegur. Efnisval er byggt á sérstökum úthljóðsaðstæðum og ásættanlegri hættu á þreytubilun.
Verkfræðiaðstoð fyrir PTFE vs. MFA efnisval í ultrasonic forritum er fáanlegt við framlagningu úthljóðstíðni og aflþéttleika, rörvíddar og stuðningsbils og vinnsluvökvaskilyrða.
