Kāpēc PFA sildītājam ar metāla serdi dažreiz iekšējā vadu atbalsta punktos ir redzami "karstā gredzena" artefakti?

Dažreiz PFA sildītāji ar iekšējiem metāla serdeņiem (Incoloy, titāna vai nerūsējošā tērauda) rada "karstu gredzenu" artefaktus -apkārtnes joslās uz PFA virsmas, kas ir nepārprotami karstākas, mainījušas krāsu vai mērogotas. Tiek parādīta šo gredzenu klātbūtne vietās, kur iekšējo sildīšanas vadu atbalsta keramikas starplikas, vizlas paplāksnes vai metāla kronšteini serdes iekšienē. Katrā atbalsta punktā tiek mainīts siltumvadītspējas ceļš no apkures stieples līdz ārējam apvalkam. Atbalsta materiālam varētu būt mazāka siltumvadītspēja nekā apkārtējai magnija oksīda (MgO) izolācijai, radot lokālu karsto punktu. Alternatīvi, balsts var ietvert MgO, tādējādi samazinot tā izolācijas efektivitāti. Sekas ir palielinātas siltuma plūsmas gredzens, kas paaugstina PFA virsmas temperatūru par 10–30 grādiem šajā aksiālajā vietā. Laika gaitā sakarsētie gredzeni lokāli noārda PFA, izraisot zvīņošanos un plaisāšanu. Artefakti ir īpaši izteikti sildītājos ar biežu ieslēgšanas/izslēgšanas ciklu (termiskais nogurums) un katlakmens veidojošos šķidrumos.

Siltuma plūsmas pārtraukums atbalsta punktos
Standarta PFA sildītāja pretestības stieple ir iestrādāta magnija oksīda (MgO) pulverī metāla serdenī. MgO ir elektrisks izolators, un tam ir laba siltumvadītspēja (≈ 2–5 W/m·K). Keramikas starplikas vai vizlas paplāksnes ar intervāliem (ik pēc 50-200 mm) centrē vadu un neļauj tam atsist pret serdes sienu. Šiem atbalsta materiāliem siltumvadītspēja ir sliktāka nekā MgO par 1-2 W/m·K (keramika) vai 0,2-0,5 W/m·K (vizla). Pazeminātā siltumvadītspēja atbalsta punktā rada sastrēgumu: siltums no stieples lēnāk pārvietojas caur balstu, un stieples temperatūra lokāli paaugstinās. Paaugstināta stieples temperatūra palielina pakārtoto siltuma plūsmu un rada augstākas temperatūras gredzenu uz ārējā apvalka. Darba PFA sildītāju infrasarkanie attēli parāda temperatūras maksimumus atbalsta punktos, kas ir 5–15 °C virs fona.

Dažās konstrukcijās atbalsta punkts saspiež MgO pulveri, samazinot tā porainību un mainot tā termiskās īpašības. Saspiešana var palielināt MgO vadītspēju (laba). Bet saspiešana rada mehānisku stresu kodolam un var izkropļot PFA apvalku.

Karstā gredzena paraksti un atklāšana
Sildītāja veids Atbalsts Materiāls Atbalsta Atstatums (mm) Tipisks ΔT pie gredzena ( grāds ) Redzams artefakts Laiks līdz redzamai krāsas maiņai (stundas pie 90 grādu ūdens)
Standarta rūpnieciskā keramikas starplikas 100 8-15 Gaiši dzeltens, vājš gredzens 2000-4000
Standarta rūpnieciskā vizlas mazgātāja 150 5–104 000–6 000 Nedaudz redzama
High power density (>5 W/cm 2 ) Keramikas 80 15-30 Izteikts tumšs gredzens 500-1500
Zems jaudas blīvums (<2.5 W/cm2) Mica 200 2–5Invisible >10,000
slikti uzbūvēts balsts (neatbilstošs balsts) Keramikas v ar 20-40Gredzens, pūšļi Smags 100-500
Thermal equaliser (copper sleeve)Any Any 2-8 Minimal >10,000
Ciets ūdens (ūdens lielā mērogā) Keramika 100 ΔT palielinās līdz ar skalas nogulsnēšanos 500–1000 (skala paātrinās) Balts gredzens pie skalas atrašanās vietas
Kāpēc karstie gredzeni neizdodas
Karstais gredzens pats par sevi nav kļūme, bet tas paātrina trīs atteices mehānismus:

Lokalizēta zvīņošanās: katlakmens galvenokārt nogulsnējas uz sakarsētā gredzena cietā ūdenī. Kaļķakmens slānis (balts, krītains) izolē sildītāju un vēl vairāk paaugstina temperatūru. Gredzens ir balta mēroga josla. Mēnešu laikā skala var būt 1-2 mm bieza, radot pašpietiekamu karsto punktu.

Termiskais nogurums: gredzena zonā ir lielāka slodze katrā ieslēgšanas/izslēgšanas ciklā nekā pārējā sildītāja daļā. Plaisas gredzenā sāk veidoties pēc 2000–5000 cikliem (salīdzinājumā ar . 10, 000+ cikliem citur).

iespiešanās paātrinājums: Gredzena temperatūras paaugstināšanās izraisa lielāku ūdens un skābju iekļūšanu caur PFA. Tas noved pie ātras metāla serdes korozijas zem gredzena, izraisot priekšlaicīgu zemes bojājumu.

Tipiskam bojātam sildītājam pie apsildāmā gredzena ir plaisa vai tulznas. Pārējā sildītāja daļa var izskatīties nebojāta, kas liecinātu par ražošanas defektu. Tomēr galvenais iemesls ir iekšējais atbalsta punkts.

Dizaina uzlabojumi un mazināšanas pasākumi
Karsto gredzenu artefaktu samazināšanai:

Izmantojiet vizlas balstus, nevis keramiku: vizlai ir mazāka siltuma vadītspējas neatbilstība MgO un samazina ΔT par 50%. Vizla ir arī plānāka (0,5–1 mm pret . 3–5 mm keramikai), kas samazina traucējumu aksiālo garumu.

Palieliniet atbalsta attālumu Palielinot atbalsta telpu (150–200 mm pret 50–100 mm), tiek samazināts gredzenu skaits vienam sildītājam. Mazāk gredzenu, mazāk neveiksmju punktu.

Pievienojiet termisko ekvalaizeru: plāna vara vai alumīnija uzmava (0,5 mm) virs metāla serdes (zem PFA) izplata siltumu aksiālā virzienā, izlīdzinot temperatūras atšķirības. Uzmava ir par 10-20% vairāk, bet noņem karstos gredzenus.

Zemāks vatu blīvums: ja ir mazāks par vai vienāds ar 3 W/cm 2 jums būs mazāks absolūtās temperatūras pieaugums jebkurā vietā un karstie gredzeni būs mazāk izteikti.

Spirāli savīti vads bez skaidriem balstiem: dažu sildītāju stieples spole ir pašnesoša ({0}}pieskaroties serdenim visā tā garumā). Šiem dizainparaugiem nav atbalsta punktu, un tāpēc nav karstu gredzenu. Taču vadu-galvenais kontakts rada papildu termiskās problēmas (kontakta vietās var veidoties karstie punkti).

Lauka piemērs
PFA sildītāji ar keramikas balstiem tika izmantoti cietā ūdens pārklājuma tvertnē (300 ppm CaCO₃, 80 grādi) ar 75 mm atstarpi. Pēc 6 mēnešiem sildītāji atklāja skaidrus baltus skalas gredzenus ar 75 mm atstarpi. Atkaļķojot, skala tika izdzēsta, bet gredzeni atgriezās mazāk nekā 2 mēnešu laikā. Sildītāja kalpošanas laiks 12-18 mēneši. Iekārta tika pārveidota par sildītājiem ar vizlas balstiem ar 150 mm atstarpi un vara termiskajiem ekvalaizeriem. Atkaļķošanas laiks tika samazināts no 3 mēnešiem līdz 12 mēnešiem, sildītāja kalpošanas laiks palielinājās līdz 5+ gadiem, un netika novēroti atkaļķošanas gredzeni.

Secinājums: Karstie gredzeni ir iekšējo atbalsta punktu artefakti. "Karsto gredzenu" artefaktus uz PFA sildītājiem rada iekšējie atbalsta punkti (keramikas starplikas, vizlas paplāksnes), kas traucē siltuma pārnesi no pretestības stieples. Zemāka atbalsta materiāla siltumvadītspēja rada lokālu karstu zonu (ΔT=5-30 grāds), kas izraisa ātrāku zvīņošanos, termisko nogurumu un iespiešanos. Karstie gredzeni parādās kā krāsas maiņas vai mērogošanas joslas apkārtmērā. Lai mazinātu, norādiet vizlas balstus, palieliniet atstarpi starp balstiem, pievienojiet termiskā ekvalaizera uzmavu vai izmantojiet pašnesošu vadu konstrukciju. Karstā gredzena efekts ir īpaši slikts šķidrumiem, kas veido zvīņas. Ja sildītājā redzat gredzenus, problēma ir ar iekšējiem balstiem. "Pārveidojiet- vai mirstiet jaunāki." Jūs varat izvēlēties.