Pystysuora PFA-lämmitin voi kehittää lämpötilaeron ylä- ja alaosaan luonnollisen konvektion (ylhäällä kuumempi) tai epätasaisen käämin vuoksi. Kun yläosa on huomattavasti kuumempi kuin alaosa, lämpölaajenemishäiriö aiheuttaa puristusjännitystä kuumemmalla alueella. Jos puristusjännitys ylittää PFA-putken kriittisen lommahduskuormituksen, vaippa nurjahtaa -muodostaen aallon tai mutkan, joka koskettaa säiliön seinämää tai viereisiä lämmittimiä. 1,2 m pitkälle PFA-lämmittimelle, jonka ulkohalkaisija on 25 mm ja seinämä 2 mm, suurin sallittu aksiaalinen lämpötilagradientti (ΔT ylhäältä ja alhaalta) on 25–35 astetta vapaasti{10}}seisovassa pystysuorassa lämmittimessä. Yli 40 asteen gradientissa nurjahdus tapahtuu 100–500 lämpösyklissä. Tukikannattimilla rajoitettujen lämmittimien sallittu kaltevuus on pienempi (15–25 astetta). Kriittinen gradientti riippuu putken hoikkuussuhteesta (pituus/halkaisija) ja seinämän paksuudesta.
Nurjahdusmekaniikka ja kriittinen stressi
Kun putkea kuumennetaan epätasaisesti, kuumempi osa laajenee enemmän kuin viileämpi. Jos päät ovat rajoittuneet (asennuslaippa ylhäällä ja vapaa kärki alhaalla), kuumempi osa puristuu. Ohutseinäisen putken kriittinen nurjahdusjännitys on σ_crit=(π² × E × I) / (L² × A), missä E on PFA:n kimmokerroin (500–700 MPa 100 asteessa), I on hitausmomentti, L on kuumemman poikkileikkauksen pituus{{, ja A.} on poikkileikkauksen pituus{{, ja}}. 25 mm:n ulkohalkaisijalla, 2 mm:n seinäputkella, I=π/64 × (OD⁴ - ID⁴)=0.049 × (25⁴ - 21⁴)=0.049 × (390, 625 - 194, 481) {190, 625 - 194, 481) {19}, {{1} mm⁴, A=144.5 mm². Kuumamman osan pituuden ollessa 0,6 m (puolet lämmittimestä), σ_crit=(π² × 600 × 9 611) / (600² × 144,5)=(9 870 × 9 611) / (360 000) × 144. 52,0e6=1.82 MPa. Puristusjännitys lämpölaajenemisesta on σ_thermal=E × × ΔT, missä=110 ppm/aste . Asetus σ_thermal=σ_crit: ΔT_crit=σ_crit / (E × )=1.82 / (600 × 110e-6)=1.82 / 0.066=27.6 aste . Tämä vastaa empiiristä aluetta 25–35 astetta.
Jos koko lämmittimen pituus (1,2 m) on kuumempi osa, L kasvaa, σ_crit laskee arvoon 0,45 MPa ja ΔT_crit putoaa 6,8 asteeseen -epäkäytännöllistä. Tämä tarkoittaa, että nurjahdus on todennäköisimpää, kun kuuma vyöhyke on toisessa päässä (ylhäällä tai alhaalla) sen sijaan, että se levittäisi tasaisesti. Kiukaan, joka on ylhäältä kuumempi (tyypillinen luonnollinen konvektioprofiili), kuumavyöhykkeen pituus on usein 30–50 % kokonaispituudesta, jolloin ΔT_crit on 25–35 astetta.
Sallittu lämpögradientti lämmittimen geometrian mukaan
| Lämmittimen pituus (m) | Ulkohalkaisija (mm) | Seinä (mm) | Kuuman alueen pituus (m) | σ_crit (MPa) | ΔT_crit ( aste ) | Suositeltu Max ΔT turvallisen toiminnan takaamiseksi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 | 25 | 2.0 | 0,4 (yli 50 %) | 4.2 | 64 | 40 astetta |
| 1.0 | 25 | 2.0 | 0.5 | 2.7 | 41 | 30 astetta |
| 1.2 | 25 | 2.0 | 0.6 | 1.8 | 27 | 20 astetta |
| 1.5 | 25 | 2.0 | 0.75 | 1.2 | 18 | 15 astetta |
| 1.2 | 25 | 1.5 | 0.6 | 1.2 | 18 | 15 astetta (heikompi seinä) |
| 1.2 | 32 | 2.5 | 0.6 | 2.5 | 38 | 25 astetta (jäykempi putki) |
| 1.2 | 25 | 2.5 | 0.6 | 2.2 | 33 | 25 astetta (paksumpi seinä) |
| 1.2 keskipitkän -span tuella | 25 | 2.0 | 0,6 (kaksi 0,3 m osaa) | 7.3 kukin | 110 | 60 astetta (tuet estävät nurjahduksen) |
Nurjahduksen estäminen käytännössä
Rajoita 1,2 metrin PFA-lämmittimen pystysuora lämpötilagradientti enintään 20 asteeseen turvallisen,-pitkäaikaisen toiminnan varmistamiseksi. Jos luonnollinen konvektioprofiili luo 15 asteen gradientin (ala 80 astetta, yläkulma 95 astetta), lämmitin on turvallinen. Jos gradientti saavuttaa 25 astetta, lommahdusta voi esiintyä useiden syklien jälkeen. Jos kaltevuus saavuttaa 35 astetta, nurjahdus on todennäköistä viikkojen kuluessa.
Lämpögradientin vähentäminen:
Käytä säädettävää-korkeutta (enemmän tehoa alhaalla, vähemmän ylhäällä) sovittaaksesi lämmöntuotannon paikalliseen lämmönhukkaan.
Lisää kierrätyspumppu poistaaksesi luonnollisen konvektiokerrostumisen.
Asenna metalliholkki tai ohjausrengas lämmittimen ympärille keski{0}}korkeudelle (500–600 mm laipasta). Ohjausrengas estää sivuttaisliikkeen ja nostaa kriittistä nurjahduskuormaa 4x (tehollinen pituus puolitettu, σ_crit nelinkertaistettu). Ohjausrengas ei saa puristaa tiukasti; Jätä 2–3 mm välys lämpölaajenemiselle.
Vähennä wattitiheyttä ylävyöhykkeellä alentamalla kokonaistehoa tai lisäämällä lämmittimen pinta-alaa.
Nurjahduksen havaitseminen
Nurjahdus näkyy pysyvänä taivutuksena tai aaltoina PFA-vaipassa. Varhaiset merkit: lämmitin ei enää roikku pystysuorassa; se koskettaa säiliön seinää tai viereisiä lämmittimiä. Kosketus säiliön seinämään aiheuttaa paikallista ylikuumenemista (PFA metallia vastaan), mikä johtaa rakkuloihin. Jos havaitset nurjahduksen, -katkaise lämmittimestä välittömästi virta. Nurjattu muoto ei suoristu jäähtyessään; PFA on antanut periksi pysyvästi. Vaihda lämmitin. Ennen vaihtamista vähennä lämpögradienttia säätämällä tehonjakoa tai lisäämällä virtausta.
Esimerkki kentästä
1,2 m:n PFA-lämmittimessä 90-asteisessa pinnoituskylvyssä, jossa oli huono kierto, mitattiin lämpötilaero ylhäältä-alhaalta 28 astetta (alhaalla 76 astetta, yläosassa 104 astetta). Kolmen kuukauden kuluttua käyttäjät huomasivat lämmittimen koskettavan säiliön seinää. Tarkastuksessa havaittiin 15 mm:n keula keskikorkeudessa. Lämmitin vaihdettiin. Kierrätyspumpun asennuksen jälkeen gradientti putosi 8 asteeseen. Vaihtolämmitin pysyi pystyssä 3+ vuotta. Pumpun hinta (500) oli pienempi kuin kustannusfonivaihtolämmitin (500) oli pienempi kuin kustannusfonivaihtolämmitin (800) plus seisokit.
Johtopäätös: 20 asteen enimmäiskaltevuus 1,2 metrin lämmittimelle
1,2 m pitkälle PFA-lämmittimelle, jonka ulkohalkaisija on 25 mm, seinä 2 mm, suurin sallittu lämpögradientti ylä- ja alaosan välillä nurjahduksen välttämiseksi on 20–25 astetta turvallisen jatkuvan toiminnan takaamiseksi. Yli 35 astetta aiheuttaa nurjahduksen muutamassa viikossa. Kriittinen gradientti on pienempi pidemmillä lämmittimillä (1,5 m: 15 astetta) ja ohuemmilla seinillä (1,5 mm: 15 astetta). Estä nurjahdus mittaamalla pystysuora lämpötilaprofiili, vähentämällä gradienttia kierrätyksen tai{13}}muuttuvan nousun lämmittimien avulla ja lisäämällä keskivälin ohjausrenkaita, jos gradienttia ei voida välttää. Nurjahdus ei ole asteittainen vika{16}}se on äkillinen geometrinen epävakaus, joka muuttaa lämmittimen pysyvästi muotoaan. Kunnioita kaltevuutta, tue lämmitintä tai molempia. Suora lämmitin on iloinen lämmitin. Pidä se suorana, pidä se turvassa.
