Með því að nota PFA-dýfahitara sem vélrænan stuðning-til dæmis, að halda á plötu, styðja við hitaskynjara eða virka sem burðarvirki- veldur viðvarandi stöðuálagi á fjölliðahlífina og uppsetningarflansinn. Við nægilegt álag breytist PFA úr línulegu seigjuteygjuskriði (endurheimtanlegt, tíma-óháð toghraði) yfir í ó-línulegt skrið (hraðandi tognun sem leiðir til rofs). Upphaf ó-línulegrar skriðs á sér stað þegar beitt streita fer yfir um það bil 20–30% af skammtíma-flæðistyrk fjölliðunnar við vinnuhitastig. Fyrir PFA við 100 gráður (flæðistyrkur um það bil 12–15 MPa) er mikilvægi streituþröskuldurinn 2,5–4,5 MPa. Hitari sem notaður er sem stuðningur með beygjuálag sem er yfir 3 MPa fer í ólínulega skrið innan 500–2.000 klukkustunda, sem leiðir til varanlegrar aflögunar, veggþynningar á stuðningsstöðum og að lokum rofs slíðunnar. Til að spá fyrir um upphaf krefst þess að reikna út hámarks viðvarandi streitu frá beittu vélrænu álagi og bera það saman við -hitaháðan skriðþröskuld.
Línuleg vs. ó-línuleg skríða í PFA
Í línulegu seigjuteygjukerfinu (álag undir viðmiðunarmörkum) afmyndast PFA með jöfnum skriðhraða: ε=σ × J(t), þar sem J(t) er skriðsamræmi (tíma-háð en streitu-óháð). Aflögunin er enn endurheimtanleg við affermingu og efnið safnast ekki fyrir varanlegar skemmdir. Fyrir PFA hitara sem styður 2 kg massa (20 N kraft) dreift yfir 10 cm lengd, er beygjuspennan í 25 mm þvermál rör með 2 mm vegg u.þ.b. σ=M × y / I. Fyrir einfaldlega studdan bjálka með miðjuálagi, hámarks beygjukraftur M=F{}·L/{{1}×m Hlutastuðull Z=π × (D⁴ - d⁴)/(32×D) ≈ 1,5e-6 m³. Streita σ=M/Z=0.5 / 1,5e-6=0.33 MPa-vel undir viðmiðunarmörkum. Slík hitari mun styðja álagið endalaust án ólínulegrar skríða.
Í ó-línulegu skriðkerfi (spenna yfir þröskuldi) verður skriðhraði-háð streitu og hraðar með tímanum: ε=A × σ^n × t^m, þar sem n > 3 og m > 1. Efnið fer inn í skrið á háskólastigi, þar sem tóm myndast, veggþykktin minnkar staðbundið og álagið minnkar staðbundið. þversnið, hröðun bilun. Fyrir PFA hitara sem styður 20 kg massa (200 N), beygjuspenna=3.3 MPa-við þröskuldinn fyrir 100 gráður. Við þetta álag byrjar ólínulegt skrið eftir 1.000–2.000 klukkustundir. Rörið beygir sig sýnilega (5–10 mm sveigjan) og heldur áfram að síga með tímanum. Veggþynning við ytri radíus bogans dregur úr staðbundinni þykkt úr 2,0 mm í 1,5–1,7 mm innan 5.000 klukkustunda og skapar þannig gegndræpi.
Hitastig-háð skriðþröskuldar
| Rekstrarhiti (gráða) | PFA ávöxtunarstyrkur (MPa, 0,2% á móti) | Ó-línulegur skriðþröskuldur (20–30% af uppskeru) | Mikilvæg streita fyrir 1.000 klukkustunda skriðrof | Dæmigert álag á 25 mm rör (N) til að ná þröskuldi* |
|---|---|---|---|---|
| 20 gráður (herbergi) | 25–28 | 5,0–8,5 MPa | 12–15 MPa | 300–500 N (30–50 kg) |
| 50 gráður | 18–22 | 3,5–6,5 MPa | 8–10 MPa | 200–350 N (20–35 kg) |
| 80 gráður | 14–17 | 3,0–5,0 MPa | 6–8 MPa | 150–250 N (15–25 kg) |
| 100 gráður | 12–15 | 2,5–4,5 MPa | 5–7 MPa | 120–200 N (12–20 kg) |
| 120 gráður | 9–12 | 2,0–3,5 MPa | 4–5 MPa | 80–150 N (8–15 kg) |
| 140 gráður | 7–10 | 1,5–3,0 MPa | 3–4 MPa | 60–100 N (6–10 kg) |
| 150 gráður | 6–8 | 1,2–2,5 MPa | 2–3 MPa | 40–80 N (4–8 kg) |
*Fyrir einfaldlega studdan bjálka (L=200 mm) með miðjuálagi á 25 mm OD × 2 mm veggrör.
Að spá fyrir um upphaf með því að nota tímann-Meginreglan um hitastig
Fyrir tiltekið álag fylgir tíminn þar til ó-línuleg skrið hefst Arrhenius sambandi: t_onset=t_ref × exp[E_a/R × (1/T - 1/T_ref)], þar sem E_a er virkjunarorka fyrir skrið (u.þ.b. 80–100 kJ) og viðmiðun við upphaf fyrir _ PFA kJ. streitu. Fyrir streitu við 20% ávöxtunarmörk er t_ref við 100 gráður um það bil 1.500 klukkustundir. Við 120 gráður, með sömu algeru streitu (ekki prósentu af ávöxtun), t_onset=1,500 × exp[-90.000/8.314 × (1/393 - 1/373)]=1,500 × exp[{{482}}}0=1,500 × exp[-10,825 × (-0,00014)]=1,500 × exp(1,52)=1,500 × 4.57=6,850 klukkustundum lengur vegna þess að afrakstursstyrkur lækkar með hitastigi, þannig að sama hlutfall af algerum streitu er y. Þessi gagnstæða niðurstaða þýðir að ólínuleg upphaf skriðs ræðst af algeru streitu miðað við hitaháð afrakstur, ekki af hitastigi eingöngu.
Hagnýt spáaðferð: Mældu eða reiknaðu út hámarks viðvarandi togspennu í PFA slíðrinu á stuðningsstaðnum (venjulega ytri trefjar rörsins við stuðningsfestinguna). Deilið þessu álagi með flæðistyrknum við vinnuhitastig til að fá álagshlutfallið R=σ_applied / σ_yield(T). Ef R < 0,2 mun ólínuleg skrið ekki eiga sér stað innan 10.000 klukkustunda. Ef R=0.2–0,3, byrjar það eftir 1.000–5.000 klst. Ef R=0.3–0,4 byrjar við 100–1.000 klst. Ef R > 0,4, tafarlaust ólínulegt skrið og bilun innan 100 klukkustunda.
Sannprófun á vettvangi og mótvægisaðgerðir
For an existing heater used as a mechanical support, measure deflection (bow) annually. A deflection increasing at an accelerating rate indicates non-linear creep. For a 1 m long heater, an initial bow of 2–3 mm that grows to 8–10 mm within 12 months signals onset. Replace the heater and redesign the support to reduce load. Mitigation strategies include: adding a separate support rod (metal) to bear the mechanical load while the heater only provides heat; using a larger diameter heater (32 mm vs. 25 mm increases section modulus by 60–80%, reducing stress); installing the heater vertically (axial load, not bending) where PFA has much higher creep resistance (compressive creep threshold >10 MPa við 100 gráður); eða með því að nota málm-erma hitara (PFA yfir málmkjarna) þar sem málmurinn ber vélræna álagið. Í öllum tilvikum ætti að vera síðasta úrræði að nota PFA hitara sem vélrænan stuðning. Ó-línuleg skriðhegðun fjölliðunnar gerir hana óáreiðanlega fyrir viðvarandi burðarvirki, sérstaklega yfir 80 gráður.
Ályktun: Haltu viðvarandi streitu undir 20% af ávöxtunarstyrk
Upphaf ó-línulegs skriðs í PFA-hitara sem notaðir eru sem vélrænir stoðir á sér stað þegar viðvarandi togspenna fer yfir 20–30% af hitastigi fjölliðunnar-háð uppskeruþoli. Fyrir dæmigerðan 25 mm þvermál, 2 mm vegghitara við 100 gráður, er þessi þröskuldur 2,5–4,5 MPa, sem samsvarar vélrænu álagi 120–200 N (12–20 kg) í einfaldri beygjustillingu. Undir þessum þröskuldi sýnir hitarinn línulega seigfljótandi skrið með lágmarks varanlegri aflögun yfir margra ára þjónustu. Yfir þessum þröskuldi hefst ólínuleg skrið innan 100–5.000 klukkustunda, sem leiðir til sífelldrar hneigðar, veggþynningar og að lokum rofs slíður. Verkfræðingar sem þurfa hitara til að þjóna sem burðarvirki ættu annaðhvort: (1) að halda beitt álagi undir 20% ávöxtunarmörkum í gegnum stærri þvermál eða styttri breidd; (2) notaðu lóðrétta (axial) hleðslu frekar en að beygja; eða (3) útvega sérstakar málmstoðir sem bera vélræna álagið, sem gerir hitaranum kleift að þjóna aðeins aðalhitunarhlutverki sínu. Algengasta sviðsbilunin vegna ó-línulegrar skríðs á sér stað þegar hitari er notaður sem stoðstuðningur eða blöndunarstöng-þar sem vélrænt álag er ómælt og fer oft yfir þröskuldinn. Mældu álagið áður en þú hannar uppsetninguna. Einföld mælikvarði á þyngd studda íhlutarins og útreikningur á beygjuálagi tekur 10 mínútur og kemur í veg fyrir bilun sem gæti kostað þúsundir í stöðvun og endurnýjun.
