Kā 316 nerūsējošā tērauda apvalka sienas biezums ietekmē magnija oksīda izolācijas dielektrisko stiprību pēc ievilkšanas elektriskajos sildelementos?

Kvalitātes inženieriem un sildelementu ražotājiem saikne starp apvalka sieniņu biezumu un elektriskās izolācijas veiktspēju ne vienmēr ir acīmredzama. Magnija oksīda pulveris ap pretestības vadu tiek saspiests līdz blīvumam, kas nodrošina augstu siltumvadītspēju un augstu dielektrisko izturību -parasti virs 2,8 g/cm³, lai nodrošinātu izolācijas pretestību, kas ir lielāka par 100 megaohiem istabas temperatūrā. Galvenais MgO sablīvēšanas mehānisms ir slaucīšanas process, kas samazina 316 nerūsējošā tērauda apvalka ārējo diametru. Bet radiālais spiediens, kas caur apvalka sienu tiek iedarbināts uz MgO, ir atkarīgs no sienas biezuma. Biezākas sienas absorbē vairāk šūšanas spēka. MgO var būt nepietiekami sablīvēts. Plānākas sienas pārraida lielāku spēku, taču pastāv risks sabrukt vai sabojāt pretestības vadu. Šajā rakstā analizēta 316 apvalka sieniņu biezuma ietekme uz iespējamo MgO blīvumu un dielektrisko izturību. Tas nodrošina pamatu minimālā sienas biezuma noteikšanai, kas līdzsvaro mehānisko integritāti un elektrisko veiktspēju.

MgO saspiešanas izturēšanās apvalka tīrīšanas laikā
Ražojot sildītāju, 316 nerūsējošā tērauda caurule ir piepildīta ar MgO pulvera irdenu maisījumu un centrāli novietotu pretestības stiepli. Pēc tam komplektu izlaiž cauri griešanas mašīnai, kurā vērpšanas presformas āmuru cauruli radiāli uz iekšu un samazina ārējo diametru par 10–30%. Šis process sablīvē MgO pulveri no sākotnējā tilpuma blīvuma ~ 1,5–1,8 g/cm3 līdz galīgajam blīvumam 2,8–3,2 g/cm3. Tīrais radiālais spēks no griešanas presformām, atņemot spēku, kas izmantots 316 apvalka sienas elastīgajā un plastiskajā deformācijā, ir MgO piegādātais blīvēšanas spiediens. Konkrētam griešanas samazinājumam un presēšanas spēkam plānāka apvalka siena rada mazāku kopējo deformācijas darbu, un lielāks pielietotā spēka procents tiek pārnests uz MgO. Svīšanas procesa galīgo elementu modelēšana parāda, ka 0, 8 mm 316 apvalks pārnes apmēram 85% no presformas spiediena uz MgO, bet 1, 6 mm apvalks vienlīdzīgos pārvietošanas apstākļos pārnes tikai 65%. Mazāk nekā 50% no pielietotā spēka tiek pārnesti caur 2,5 mm apvalku, pārējais tiek saglabāts kā elastīga deformācijas enerģija biezā tērauda sienā vai atbrīvota kā siltums plastiskās deformācijas laikā. Šī atšķirība tieši ietekmē iespējamo MgO blīvumu.

Kvantitatīvā saistība starp sieniņu biezumu un MgO blīvumu
Kontrolētie izmēģinājumi, kuros izmantotas līdzīgas izsmidzināšanas iekārtas, presformu komplekti un samazināšanas koeficienti, parāda noteiktu apgrieztu saistību starp 316 apvalka sieniņu biezumu un galīgo MgO blīvumu. Tipiski MgO blīvumi, kas tiek sasniegti, lai samazinātu mērķi par 20% (piemēram, . 12.0 mm līdz 9,6 mm ārējam diametram), ir: Galīgais MgO blīvums 3,1-3,2 g/cm3 ar 0,8 mm sieniņu biezumu ievērojami pārsniedz minimālo standartu. Sienas biezums ir 1,2 mm, blīvums ir 2,9–3,0 g/cm 3, kas joprojām ir pieņemams lielākajai daļai mērķu. Blīvums samazinās līdz 2,7–2,8 g/cm3, kas ir minimālajā pieļaujamajā līmenī vai zem tā, ar sieniņu biezumu 1,6 mm. Materiāla blīvums ar sieniņu biezumu 2,0 mm ir 2,5–2,6 g/cm3, kas nav pietiekami uzticamai elektroizolācijai paaugstinātā temperatūrā. Pie mazāk nekā 2,7 g/cm 3 MgO ir savstarpēji savienota porainība, kas nodrošina mitruma absorbciju un elektriskās strāvas noplūdes kanālus. Izolācijas pretestība pie 500 grādu MgO, kas sablīvēta līdz 2,5 g/cm3, bieži ir 10 līdz 100 reizes zemāka nekā MgO, kas sablīvēta līdz 3,1 g/cm3 . Dielektriskā izturība (elektriskā lauka augšējā robeža, ko izolācija var izturēt bez pārrāvuma) samazinās no aptuveni 15 kV/mm pie k³ 5,2 mm. g/cm³. Elektriskais lauks virs MgO slāņa 240 V sildītājam ar pretestības stieples diametru 1,0 mm pie darba sprieguma ir aptuveni 2-3 kV/mm. Tas nodrošina ērtu rezervi pie augsta MgO blīvuma, bet ir nenozīmīga pie zema blīvuma, kur nelieli defekti var izraisīt dielektrisku sadalījumu.

Biezu{0}}sienu apvalku "dielektriskās integritātes" praktiskie ierobežojumi
The typical swaging procedure may not provide the required MgO density for applications that require thick 316 sheaths (>1,6 mm) mehāniskām vai korozijas prasībām. Ir trīs ražošanas pielāgojumi, kas var mazināt biezu sienu spēka absorbciju. Pirmā un tipiskākā procedūra ir palielināt slāņa samazinājuma koeficientu . 30% samazinājums no 12,0 mm līdz 8,4 mm ārējais diametrs pārraida spēcīgākus radiālos spriegumus uz MgO, panākot blīvumu, kas līdzīgs plānākām sienām ar mazāku samazinājumu, nevis 20% samazinājumu. Sods ir palielināta pretestības vada bojājuma iespēja un lielāks atlikušais spriegums apvalkā. Otrā izmaiņa ir vairāku izgriešanas gājienu izmantošana ar pagaidu atkausēšanu. Samazinājums par 15%, pēc tam veicot atkvēlināšanu, lai mazinātu apvalka spriegumus, kam seko otrs samazinājums par 15%, var nodrošināt augstu MgO blīvumu biezu -sienu apvalkos, nepārsniedzot 316 caurules formējamības robežas. Trešā izmaiņa ir modificēt MgO pulvera specifikāciju: rupjās, leņķiskās MgO daļiņas ir vieglāk sablīvētas nekā smalkie, sfēriskie pulveri. Augsta blīvuma MgO klase ar regulētu daļiņu izmēru sadalījumu var palielināt galīgo blīvumu par 0,1–0,2 g/cm3 tādos pašos slaucīšanas apstākļos. Katrs no šiem pielāgojumiem palielina ražošanas izmaksas. Bet izmaksas ir pamatotas situācijās, kad biezas sienas ir obligātas.

Sienas biezuma un MgO blīvuma izvēles matrica uzticamai dielektriskajai veiktspējai
Nākamajā tabulā parādītas piemērotas 316 apvalka sieniņu biezuma un ražošanas prasību kombinācijas, lai istabas temperatūrā iegūtu minimālo pieļaujamo MgO blīvumu 2,8 g/cm 3 un dielektrisko izturību virs 10 kV/mm.

Nepieciešamais slaucīšanas sienas biezums 316 Ieteicamais slaucīšanas samazinājums Ieteicamais slaucīšanas reižu skaits Sasniedzamais MgO blīvums Īpaši apsvērumi
0,8–1,0 mm 15–20% Vienreizēja caurlaide 3,0–3,2 g/cm³ Standarta metode, zemas izmaksas
1,0 – 1,2 mm 18 – 22% Viena caurlaide 2,9 – 3,1 g/cm³ Standarta procedūra piemērota 1,2 – 1,4 mm 20 – 25%Vienreizēja vai dubultā gaismas caurlaide 2,8 – 3,0 g/cm³ Apstiprināt ar parauga pārbaudi 1,4 – 1,6 % 25 – 25 % ieteicama . g/cm³ Nepieciešama augsta blīvuma MgO pakāpe
1,6–1,8 mm 28–32% Nepieciešama dubultā caurlaide 2,6–2,8 g/cm3 Robeža, nepieciešama kvalifikācijas pārbaude
1,8–2,0 mm 30–35% Vidējā atlaidināšana dubultā caurlaide 2,5–2,7 g/cm³ Nav ieteicams spriegumam virs 120 V > 2,0 mm Nav iespējams Nav iespējams Zem 2,5 g/cm³ Izmantojiet mazāku diametru vai citu sakausējumu
Ikvienam sildītājam, kura darba spriegums ir lielāks par 250 VAC, minimālais pieļaujamais MgO blīvums jāpalielina līdz 3,0 g/cm3, kas efektīvi ierobežo maksimālo 316 apvalka sieniņu biezumu līdz 1,2 mm, ja vien netiek piemērotas īpašas tīrīšanas procedūras. Augstsprieguma lietojumos, kas pārsniedz 600 V maiņstrāvu (bieži redzams dažās rūpnieciskās un kalnrūpniecības iekārtās), apvalka sieniņu biezumam jābūt mazākam par 1,0 mm, lai saglabātu pieņemamu dielektrisko izturību, vai arī sildītājam jābūt konstruētam ar metāla vairogu, iezemētu un atdalītu no MgO izolācijas.

Ražošanas kvalitātes nodrošināšanas testēšanas un apstiprināšanas metodes
Uz teorētiskajām sakarībām vien nevar paļauties, jo pastāv atšķirības, ko rada pārvietošanas aprīkojums, operatora tehnika un ienākošo cauruļu pielaides. Ja norādāt sildītājus, kuru sieniņu biezums ir lielāks par 1,4 mm, inženieriem jāpieprasa ražotājam sniegt MgO blīvuma mērījumus no ražošanas paraugiem. Parasti to dara, nogriežot sildītāja daļu un izmērot saspiestā pulvera masu un tilpumu. Minimālais blīvums ir jāmin kā kvalitātes prasība 2,8 g/cm3, nevis kā mērķis. Gatavie sildītāji jāpārbauda arī attiecībā uz dielektrisko izturību. Parastā pārbaude ir 1500 V maiņstrāva plus divreiz lielāks darba spriegums, kas tiek pielikts vienu minūti starp pretestības vadu un apvalku. Tas ir 1,500 + 480=1, 980 VAC 240 V sildītājam. Biezas -sienu apvalki ar nelielu MgO blīvumu parasti iztur šo testu apkārtējās vides temperatūrā, bet ne, kad tie tiek uzkarsēti līdz darba temperatūrai, jo MgO dielektriskā izturība samazinās līdz ar temperatūru. Tādējādi vislabāko apstiprinājumu iegūst, uzdodot karstās izolācijas pretestības testus 500 grādu leņķī. Rūpniecisko sildītāju karstās izolācijas pretestība parasti nav mazāka par 1 megaohm, lai gan 10 megohmi ir vēlami, lai nodrošinātu ilgāku kalpošanas laiku. Dielektriskā sadalījuma lauka atteices ir dārgas un bieži vien bīstamas. Papildu izdevumi, kas saistīti ar plānāka apvalka noteikšanu vai enerģiskāku smērēšanu, lai sasniegtu MgO blīvumu, ir niecīgi salīdzinājumā ar garantijas prasības izmaksām vai, vēl ļaunāk, elektriskās strāvas triecienu.