コールドエンドの疲労破壊を防ぐために、50 kW 撹拌機 (通常は 100 ～ 300 RPM で動作) の隣のタンク壁に取り付けられた PFA ヒーターの最大許容振動速度 (二乗平均平方根、RMS) は 2.0 ～ 3.0 mm/s RMS です。ヒーターは、2 mm/s RMS 未満の振動速度ではほぼ無期限の寿命があります。 1 ～ 3 年以内に、低温端（フランジ-から-シースへの移行部分）の疲労亀裂が 3 ～ 5 mm/s RMS で発生します。 RMS が 5 mm/s を超える場合、数か月以内に故障が発生します。曲げ応力が集中し、片持ち梁の根元として機能するため、コールドエンドは最も影響を受けやすい場所です。振動速度は、常に撹拌タンクのヒーター取り付け位置で測定する必要があります。振動が 3 mm/s RMS を超える場合は、振動絶縁装置 (スプリング マウントまたはフレキシブル ホース デカップリング) を取り付けて、伝わる振動を軽減します。振動速度と疲労寿命の関係 PFA ヒーターのコールドエンドには、振動速度に比例した周期的な曲げ応力がかかります。正弦波振動の曲げ応力振幅 σ_b ≈ ρ × v × f × L²。ここで、ρ は密度、v は速度 (m/s)、f は周波数 (Hz)、L はヒーターの長さです。標準的な 1.5 m、外径 25 mm の PFA ヒーターでは、速度 3 mm/s (0.003 m/s) の曲げ応力が f=20 Hz (1,200 RPM 撹拌機) で約 2 ～ 3 MPa になります。これは、PFA の疲労限界 (約 4 ～ 5 MPa) を下回ります。応力は 5 mm/s で 4 ～ 5 MPa まで増加しますが、これが疲労限界です。応力は 10 mm/s で 8 ～ 10 MPa を超え、降伏強度を超え、すぐに破損します。 PFA ヒーター コールドエンド許容振動速度 (mm/s RMS) 故障までのサイクル数 (20 Hz 時) コールドエンドでのピーク曲げ応力 (MPa) 予想寿命 (連続運転年数) 故障モード<1.0 1.0–1.5 >10 >50 疲労なし 1.0 ～ 2.0。 1.5〜2.5; 10–10; 10 ～ 50 リスクは最小限。 2.0～3.0; 2.5〜3.5; 10–10; 1–10 低リスク 3.0–5.0 3.5–5.0 10–10 0.1–1 ひび割れの可能性 5.0–8.0 5.0–7.0 10–10 1–12 か月の故障率が高い 8.0–12.0 7.0–10.0 10–10 週間素早い故障 12.0 > 10.0 < 10 日から数週間故障監視と測定 RMS 速度出力 (mm/s) のある加速度計またはポータブル振動計を使用します。センサーをヒーター取り付けフランジのタンク壁のヒ​​ーター軸 (半径方向) に対して垂直に配置します。撹拌機が正常に動作している間に 10 分間測定します。 RMS 速度平均に注目してください。さらに、ピーク (最高) 速度にも注意してください。インペラのブレードが通過する頻度により、速度は 2 ～ 3 倍になる可能性があります。過度の振動の低減 検出された振動速度が 3 mm/s RMS を超える場合、3 つの方法でヒーターに供給される振動を軽減します。 解決策 振動低減係数の実装に必要な費用 ダウンタイム スプリングアイソレーターの 4 つの取り付け 60 ～ 80% $200 – 500 2-4 時間 フレキシブル編組ホースの切り離し (記事 #21 を参照) 80 ～ 95% $300 – 800 4 – 8 時間フランジ下のゴムパッド (厚さ 20 mm) 30 ～ 50% $50 ～ 1001 時間 (一時的) 補強ブラケット (中間-ヒーターサポートを提供)50 ～ 70% $150 ～ 300 2 ～ 3 時間 現場での例 50 kW 撹拌機 (180 RPM、3 Hz、ブレード通過周波数 18 Hz) が化学プラントで使用されました。 PFA ヒーター取り付け位置の振動速度は 6.5 mm/s RMS でした。 5 ～ 7 か月以内に、コールド エンド フランジの亀裂により 2 つのヒーターが故障しました。工場では、タンク壁とヒーターフランジの間に、フレキシブル編組ホースデカップリング (長さ 300 mm、内径 1 インチ) が取り付けられました。ヒーターでは、振動速度は 1.2 mm/s RMS に減少しました。交換用ヒーターは 4 年間稼働しましたが、コールドエンドの亀裂はありませんでした。 500ドルのホースを取り付けるのに6時間かかりました。原因が振動ではない場合 低温端で亀裂が発生しても振動速度が 2 mm/s 未満である場合は、別の理由を探します。 RMS: 熱サイクルによる応力 (記事 #12 を参照) 製造上の残留応力 (アニールされていない PFA) 接触部、腐食 (化学的攻撃) 締めすぎた取り付けボルト (応力集中) 結論: 2 ～ 3 mm/s RMS が最大許容振動速度です。低温端疲労破壊を防ぐために、50 kW 撹拌機の近くに配置された PFA ヒーターの最大許容振動速度は 2.0 ～ 3.0 mm/s RMS です。この点を下回ると、ヒーターは無制限の疲労寿命に達します。亀裂は 1 ～ 3 年で 3 ～ 5 mm/s RMS の速度で発生します。 RMS が 5 mm/s を超える場合、数か月以内に故障が発生する可能性があります。撹拌機が作動しているときの振動速度を測定します。 RMS が 3 mm/s を超える場合は、防振装置またはフレキシブル デカップリング ホースを取り付けてください。弱点はコールドエンドです。振動から守ります。 1 秒あたり数ミリメートルという数字は大したことではないように思えるかもしれませんが、ヒーターは数百万回のサイクルで寿命を迎えます。寿命を測定し、軽減し、延長します。ヒーターはきっと喜んでくれるでしょう。たとえタンクが揺れたとしても、ヒーターも撹拌機と一緒に揺れてはいけません。切り離し、隔離し、リラックスしてください。