Specjalistyczny zakład chemiczny zgłosił nietypowy objaw: grzałka zanurzeniowa z PTFE w lepkim roztworze polimeru emitowała ostre trzaski lub trzaski podczas pierwszej godziny-nagrzewania każdego ranka. Hałas ustał, gdy kąpiel osiągnęła wartość zadaną. Grzejnik nie był w widoczny sposób uszkodzony, a pobór prądu był normalny. Jednak hałas był sygnałem ostrzegawczym,-w fazie-nagrzewania na powierzchni grzejnika występowało miejscowe wrzenie.
Hałas pary podczas-nagrzewania jest objawem wrzenia filmu na powierzchni PTFE. Temperatura powierzchni grzejnika jest wystarczająco wysoka, aby odparować stykający się z nią płyn, ale para nie może szybko uciec, ponieważ płyn jest lepki. Pęcherzyki pary gwałtownie zapadają się po odłączeniu, tworząc trzaskający dźwięk.
Dlaczego lepkie kąpiele wytwarzają hałas parowy
W płynie o niskiej-lepkości, takim jak woda, pęcherzyki pary łatwo oddzielają się i unoszą na powierzchnię. Zapadają się cicho w chłodniejszym płynie masowym. Proces przebiega płynnie i nie jest generowany żaden hałas.
W lepkim płynie warstwa graniczna na powierzchni grzejnika jest gruba. Pęcherzyki pary tworzące się na powierzchni nie mogą się łatwo oderwać, ponieważ lepki płyn stawia opór ich ruchowi. Pęcherzyki rosną, zanim się uwolnią. Kiedy w końcu się odłączą, szybko się zapadają, a zapadnięcie generuje falę ciśnienia, którą można usłyszeć w postaci trzaskania lub trzaskania.
| Lepkość płynu | Oderwanie się od bąbelków | Rozmiar bąbelka po oderwaniu | Upadek Energii | Poziom hałasu |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Łatwy | Mały | Niski | Nic |
| 10–100 mPa·s | Umiarkowany | Umiarkowany | Umiarkowany | Mdleć |
| 100–1 000 mPa·s | Trudny | Duży | Wysoki | Słyszalny |
| >1000 mPa·s | Bardzo trudne | Bardzo duży | Bardzo wysoki | Głośny |
Lepkość i jej wpływ na oddzielanie się pęcherzyków i generowanie hałasu
Dlaczego nagrzewanie się-jest najbardziej narażoną fazą
Podczas-nagrzewania grzejnik działa z pełną mocą. Temperatura powierzchni jest wyższa niż podczas pracy w stanie ustalonym-, ponieważ płyn w masie jest chłodniejszy, a różnica temperatur pomiędzy podgrzewaczem a płynem jest większa. Wyższa temperatura powierzchni zwiększa szybkość tworzenia się pary.
Płyn jest również bardziej lepki podczas-nagrzewania. Lepkość większości płynów maleje wraz ze wzrostem temperatury. Roztwór polimeru o ciśnieniu 15 000 mPa·s w temperaturze 25 stopni może mieć 5000 mPa·s w temperaturze 60 stopni. Podczas-nagrzewania płyn w pobliżu grzejnika jest chłodniejszy i bardziej lepki niż w temperaturze zadanej. Lepki płyn zatrzymuje pęcherzyki pary, a hałas jest głośniejszy.
Dlaczego hałas pary ma znaczenie
Hałas pary to nie tylko irytacja. Wskazuje, że na powierzchni grzejnika występuje miejscowe wrzenie. Wrzenie tworzy warstwę pary, która izoluje powierzchnię. Temperatura powierzchni gwałtownie rośnie, a PTFE ulega degradacji szybciej niż w normalnych warunkach pracy.
Powtarzające się zapadanie się pęcherzyków pary powoduje również naprężenia mechaniczne PTFE. Fale ciśnienia powstałe w wyniku zapadnięcia się uderzają w powierzchnię polimeru. Z biegiem czasu naprężenia mogą powodować pęknięcia zmęczeniowe i powstawanie pęcherzy.
Zapobieganie hałasowi pary w kąpielach lepkich
Najbardziej skuteczną profilaktyką jest obniżenie temperatury powierzchni grzejnika poniżej temperatury wrzenia płynu. Wymaga to zmniejszenia gęstości watów i poprawy przepływu na powierzchni grzejnika.
Niższa gęstość watów-0,5–0,8 W/cm² — obniża temperaturę powierzchni o 15–25 stopni w porównaniu z 1,0–1,2 W/cm². Niższa temperatura utrzymuje powierzchnię poniżej temperatury wrzenia w większości lepkich płynów.
Poprawiony przepływ na powierzchni grzejnika-z eduktora, pompy recyrkulacyjnej lub mieszadła mechanicznego-zmniejsza grubość warstwy granicznej i obniża temperaturę powierzchni. Lokalna prędkość 0,3–0,5 m/s jest wystarczająca, aby zapobiec hałasowi pary w większości lepkich płynów.
| Środek zapobiegawczy | Wpływ na temperaturę powierzchni | Realizacja |
|---|---|---|
| Niższa gęstość watów, 0,5–0,8 W/cm² | 15–25 stopni niżej | Projekt grzejnika |
| Edukator przy grzejniku | 20–30 stopni niżej | Mała pompa lub sprężone powietrze |
| Pętla recyrkulacyjna | 25–35 stopni niżej | Pompa i rurociągi |
| Mieszanie mechaniczne | 15–25 stopni niżej | Mieszadło lub mieszadło |
Środki zapobiegawcze w przypadku hałasu parowego w kąpielach lepkich
Kiedy hałas pary wskazuje na problem projektowy
Grzejnik emitujący hałas pary pomimo małej gęstości watów i lepszego przepływu wskazuje, że konstrukcja podgrzewacza nie jest dostosowana do lepkiego płynu. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o bardzo niskiej gęstości watów, dużej powierzchni i położeniu zoptymalizowanym pod kątem przepływu- eliminuje pierwotną przyczynę miejscowego wrzenia. Proces specyfikacji wymaga lepkości płynu w temperaturze roboczej, temperatury wrzenia, położenia grzejnika, warunków przepływu i wymaganej mocy. W przypadku obiektów z lepkimi płynami procesowymi to specyficzne-zastosowanie podejście zmniejsza hałas pary i wydłuża żywotność grzejnika.
