Dilema Interference Fit
Trubka z PTFE vložená do otvoru v trubkovnici a zajištěná expanzí musí sevřít stěnu otvoru dostatečně pevně, aby těsnila proti vnitřnímu tlaku páry, ale ne tak pevně, aby obručové napětí v roztažené trubici překročilo práh praskání materiálu napětím. Rozdíl mezi dostatečnou přilnavostí a škodlivým zásahem se měří v desetinách milimetru.
PTFE představuje zvláštní výzvu pro spoje trubek-k-trubkových plechů, protože materiál teče za studena-při trvalém stlačení. Uložení s přesahem, které je při instalaci těsné a netěsní-, se může při provozní teplotě po dobu týdnů uvolnit, protože PTFE odchází z kontaktního tlaku. Spoj začne prosakovat. Pokušením je zvýšit počáteční interferenci, aby se umožnilo uvolnění,-ale to riskuje okamžité prasknutí napětím z nadměrné-expanze.
Maximální přípustná interference je míra diametrálního předimenzování, která namáhá PTFE těsně pod jeho mez praskání napětím při maximální očekávané provozní teplotě.
Mechanismus prolomení stresu
K praskání PTFE napětím dochází, když je materiál vystaven tahové deformaci přesahující přibližně 2-3 % při zvýšené teplotě. Kmen otevírá mikroskopické dutiny mezi krystalickými doménami. Tyto dutiny v průběhu času při trvalém namáhání rostou a nakonec se spojí do viditelných trhlin.
V dilatačním spoji mezi trubkou-na-vrstvu trubek je primárním napětím obručové napětí ve stěně trubky v rozšířené části. Vnitřní průměr trubky je vytlačen přes větší průměr (rozpínací nástroj nebo otvor trubkovnice s vložkou). Vnější vlákna stěny trubky se natahují. Napětí obruče je: ε=(rozbaleno - doriginální) / doriginální.
Pro 10mm vnější průměr PTFE trubice rozšířené do 10,8mm vnitřního otvoru pro trubici v plechu je průměrová expanze 0,8 mm. Napnutí obruče je 0,8/10=8%. To daleko překračuje bezpečný limit 2-}3% a trubka praskne – pokud ne okamžitě, pak během týdnů při provozní teplotě.
Tabulka 1: Maximální přípustné interferenční přizpůsobení pro spoje PTFE trubek-k-trubkovým plechům
| Vnější průměr trubky (mm) | Stěna trubky (mm) | ID otvoru v plechu trubky (mm) | Interference průměru (mm) | Obručové napětí (%) | Riziko vzniku stresových trhlin | Doporučená služba |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 | 1.0 | 8.0 (nulová vůle) | 0 | 0 | Žádný | Vyžaduje sekundární těsnění |
| 8 | 1.0 | 8.1 | 0.1 | 1.25 | Žádný | Nízký-tlak (< 2 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.2 | 0.2 | 2.5 | Nízká (limit pro nepřetržitou službu) | Obecná služba (až 4 barg) |
| 8 | 1.0 | 8.3 | 0.3 | 3.75 | Střední (nedoporučuje se) | Nedoporučuje se |
| 10 | 1.0 | 10.0 | 0 | 0 | Žádný | Vyžaduje sekundární těsnění |
| 10 | 1.0 | 10.15 | 0.15 | 1.5 | Žádný | Nízký-tlak |
| 10 | 1.0 | 10.25 | 0.25 | 2.5 | Nízká (limit pro nepřetržitou službu) | Obecná služba (až 4 barg) |
| 12 | 1.2 | 12.3 | 0.3 | 2.5 | Nízká (limit pro nepřetržitou službu) | Obecný servis |
Požadavek na sekundární těsnění
Vzhledem k tomu, že maximální bezpečná interference pro PTFE je omezena na přibližně 2,5% napnutí obruče, je uchopovací síla způsobená samotnou expanzí mírná. Při provozní teplotě relaxace tečení tuto sílu dále snižuje. Pro spolehlivou dlouhodobou-těsnost-propustnosti je vyžadován sekundární těsnící mechanismus.
Nejběžnějším sekundárním těsněním je kompresní šroubení: trubka prochází trubkovnicí a matice stlačuje PTFE objímku na vnější průměr trubky. Objímka zajišťuje těsnění; trubkovnice zajišťuje mechanické ukotvení. Interference mezi trubkou a otvorem trubkovnice je pak nastavena na nulu (vůle lícování) nebo minimální, čímž se zcela eliminuje riziko praskání napětím.
Alternativní sekundární těsnění zahrnují rozšířené konce trubek, které dosedají na kónické čelo trubkovnice, a těsnění O-kroužků v drážkách v otvoru trubkovnice. Oba přístupy oddělují funkci těsnění od funkce expanze trubky.
Tepelný cyklický efekt
Každý tepelný cyklus z teploty okolí do provozní teploty přidává do expandované trubkové části cyklus deformace. Trubka z PTFE se roztahuje radiálně více než trubkovnice (pokud je deska kovová nebo z jiného polymeru), čímž se mění lícování s přesahem. Spoj, který je volný při pokojové teplotě, se může při teplotě stát s přesahem nebo naopak.
Návrh spoje se musí přizpůsobit této cyklické změně rozměrů bez překročení 2,5% meze deformace v kterémkoli bodě tepelného cyklu. U PTFE trubek v PTFE trubkovnicích se materiály roztahují stejnou rychlostí a interference je stabilní. U PTFE trubek v kovových nebo PVDF deskách je třeba vypočítat rozdílovou roztažnost.
Shrnutí
Maximální přípustná průměrová interference pro spoje trubek z PTFE-k-trubičce je 2,5 % průměru trubky, což odpovídá přibližně 0,2 mm pro trubku o vnějším průměru 8 mm a 0,25 mm pro trubku o vnějším průměru 10 mm. Tento limit zabraňuje praskání napětím z nadměrného namáhání obruče při zvýšené teplotě.
Spolehlivé utěsnění vyžaduje sekundární mechanismus-kompresní objímku, rozšířený spoj nebo O-kroužek-, protože omezený přesah poskytuje pouze mírnou uchopovací sílu, která se postupem času při teplotě dále uvolňuje. Konstrukce spoje se musí přizpůsobit rozdílné tepelné roztažnosti, pokud jsou trubka a trubkovnice z různých materiálů.
Technické specifikace pro návrh spoje trubek -k{1}} z PTFE jsou k dispozici po předložení rozměrů trubky, materiálu a tloušťky trubkovnice, provozní teploty a tlaku a požadované životnosti.
