Miksi PFA-lämmitin, jossa on kierretty lankaelementti, kestää paremmin lämpöshokkia kuin suunniteltu{0}}valettu?

Lämpöshokki, kuten kuuman lämmittimen nopea upottaminen kylmään nesteeseen tai nopea tehon kierto, aiheuttaa suuria lämpötilagradientteja PFA-vaippaan. Kierreelementin mekaaninen yhteensopivuus ja hajallaan oleva lämmöntuotto antavat kierretyn lankaelementin lämmittimelle (vastuslanka kierretty karan ympärille, kapseloitu PFA:han) lämpöshokkisuorituskyvyn suhteen valettu -rakenne (suoraan PFA-lohkoon valettu metallilämmityselementti). Lanka on kierretty kelaan ja se voi taipua ja laajentua PFA-vaipasta riippumatta absorboidakseen differentiaaliset laajenemiskuormat. Valussa on kovametallielementti, joka on kiinnitetty suoraan PFA:han. Metallin ja PFA:n lämpölaajenemiskertoimet vaihtelevat suuresti (CTE: metalli 14-17 ppm/aste, PFA 110-120 ppm/aste). Jäykkä kontakti luo jännitystä yhteen kohtaan, kun lämpötila muuttuu nopeasti. Delaminaatiota tai halkeilua tapahtuu. Lämpökiertotestien kenttätulokset osoittavat, että lankakelaiset lämmittimet kestävät 5–10 enemmän lämpöshokkijaksoa kuin vastaavan tehoiset sisäänvalatut laitteet.

Kuinka se kestää lämpöshokkia?
Kierteisessä lankalämmittimessä vastuslanka ei ole sidottu PFA:han. Se on upotettu keraamiseen tai metalliseen ytimeen, joka on PFA-pinnoitettu. Kela voi vapaasti laajentua ja supistua säteittäisesti ja aksiaalisesti lämpötilan vaihteluiden mukaan. Langan CTE on 6x pienempi kuin vaippa, joten PFA-vaippa laajenee enemmän kuin lanka, mutta langan kelat avautuvat jonkin verran (jako kasvaa) käsitelläkseen eroa. Langan ja PFA:n välinen kosketus kohtaa hyvin vähän leikkausjännitystä, ja PFA voi taipua langan ympärillä ilman rajoituksia.

Valettu -rakenne kapseloi metallisen lämmityselementin (yleensä suora sauva tai U-muotoinen putki) kokonaan PFA:han. Metalli on sidottu PFA:han. Nopeassa lämpötilanmuutoksessa PFA laajenee 6 kertaa nopeammin kuin metalli. Koska metalli on kovaa ja yhdistetty, PFA ei voi laajeta vapaasti-se venyy metallin ympärille. Metalli-PFA-koskettimesta aiheutuva vetojännitys voi olla jopa 5-10 MPa 100 asteen lämpöiskussa. PFA:n vetolujuus on 12-15 MPa, mutta sitoutumislujuus metalliin on 2-5 MPa. Se erottaa käyttöliittymän aukon luomiseksi. Kosteutta pääsee rakoon ja siihen liittyvät lämpöshokit aiheuttavat PFA:n särkymisen.

Lämpösokkisyklit: kvantitatiivinen vertailu
Lämmittimen tyyppinen rakenne Lämpöisku (ΔT) -jaksot delaminaatio-/säröilyvirhetilaan Kierrelanka, 2 mm PFA Keraamisen ytimen päälle kierretty lanka 100 astetta (150 - 50 astetta) 5 000–10 000 Asteittainen väsyminen (lanka saattaa katketa ​​ensin)
Wire, PFA, 2 mm, coiled Same 50°C >20 000 Pienin vahinko
Suora sauva, valettu-PFA valettu metallitanko 100 astetta 500–2000Metal-PFA-delaminointi rajapinnassa
Valettu sisään
Liimakerros valettu -metalliin + pohjamaali + PFA 100 astetta 1 000–3 000 Liimahäiriö (pohjamaalien kuoriutuminen)
Kierrelanka, paksu vaippa (3 mm PFA) Paksu PFA kelattu lanka 100 astetta 8 000–15 000 A parempi ohut vaippa
Metalliytimen laajennuspaikka Valettu{0}}metalliytimeen, rako 100 astetta 2 000–4 000 Parannettu, mutta silti vähemmän kuin kierretty
Miksi Cast{0}}In Designs epäonnistuu lämpöshokin alla
Valettu{0}}muotoilu on herkkä metallin ja PFA:n välisen valtavan sidosalueen vuoksi. 1 m:n pituiselle, halkaisijaltaan 10 mm:n PFA:han valetulle metallitangolle liimattu pinta-ala on π x 10 x 1,000=31,400 mm2. Koko laajenemisero 100 asteen kohdalla on ΔL=( _PFA – _metalli) × L × ΔT=(110e-6) × 1000 × 100=11 mm. PFA haluaa ulottua 11 mm enemmän kuin metalli. Koska ne ovat yhteydessä toisiinsa, PFA venyy elastisesti ja lisää stressiä. Leikkausjännitys rajapinnassa on τ=G × ΔL / t, missä G on leikkausmoduuli ja t on PFA:n paksuus. t=5 mm G≈200 MPa τ=200 × 11 / 5=440 MPa mahdotonta. Todellisessa tapauksessa PFA johtaa delaminaatioon rajapinnassa. Jännitys keskittyy metallitangon päihin (missä epäsuhta on suurin), ja halkeamia muodostuu ja kasvaa sisäänpäin.

Kierrelangalämmittimillä ei ole niin suurta sidottua liitäntää. Lanka koskettaa PFA:ta vain paikallisissa kohdissa (käämien ulkohalkaisija). Kokonaiskontaktialue on minimaalinen (10-20 % heitto-alueesta). Koskettimet ovat kiinnittymättömiä (johto voi luistaa). Langan liike, ei PFA-venytys, ottaa huomioon laajenemisvirheen.

Käytännön vaikutukset valintaan
Sovelluksissa, joissa lämpökierto on toistuvaa (päivittäinen käynnistys/pysäytys, eräprosessit tai lämpöshokkipuhdistusjaksot), tulee määrittää kierretty PFA-lämmitin. Valettavat lämmittimet ovat sopivia ja tyypillisesti halvempia vakaan -tilan sovelluksissa (jatkuva toiminta, ei pyöräilyä).

Ihanteellinen: panosreaktoreihin, päivittäin sammuviin pinnoituslinjoihin, pakastus-sulatusjaksoihin, lämpöshokkipuhdistukseen (lämmittimen upottaminen kylmään nesteeseen), kannettavat lämmittimet.

Soveltuu: Jatkuvaan kemialliseen käsittelyyn, 24/7 vedenlämmitykseen, valmiustilan lämmittimiin, ei--pyöräilysovelluksiin.

Kierretyt lankalämmittimet ovat yleensä 20-40 % kalliimpia kuin valetut-mutkaisemman käämityksen ja rakenteen vuoksi. Premium on perusteltua pidennetyllä käyttöiällä lämpösyklissä. Valettu lämmitin, joka rikkoutuu 500 jakson jälkeen (6 kuukautta päivittäistä pyöräilyä), voidaan vaihtaa 5 kertaa 2,5 vuodessa; kierretty lankalämmitin voi kestää koko ajan yhdellä vaihdolla.

Kenttätesti
The cast-in PFA heaters were utilised in a batch plating process with 10 cycles per day (heat up from 25°C to 85°C, then cool down to 25°C). Heaters delaminated after 3-4 months (ca. 1000 cycles) The plant was converted over to coil wire heaters. The same heaters lasted over 3 years (>10 000 sykliä). Ylimääräiset etukäteiskustannukset (30 %:n palkkio) maksetaan takaisin 6 kuukaudessa pienemmän korvaustyön ja seisokkien ansiosta.

Johtopäätös: Kierretty lanka kestää 5-10 kertaa paremmin lämpöshokkia
PFA-lämmitin, jossa on lankakelaelementti, kestää lämpöshokkia paljon paremmin kuin valettu{0}}rakenne, koska kierretty lanka voi taipua ja laajentua PFA-vaipasta riippumatta, jotta se mukautuu differentiaaliseen lämpölaajenemiseen aiheuttamatta merkittäviä rajapintojen jännitteitä. Valettu -rakenne saa metallielementin kiinnittymään jäykästi PFA:han, mikä johtaa delaminaatioon ja murtumiseen nopeiden lämpötilanvaihteluiden myötä. Määritä kierretty lanka sovelluksissa, joissa lämpötila vaihtelee säännöllisesti (päivittäin tai useita jaksoja päivässä). Cast in -on OK ja alhaisemmat kustannukset jatkuvasta, vakaasta toiminnasta. Lämmittimet kuolevat-lämpöshokkiin. Lankakela säilyy. Ja jos et ole varma, kääri se. Se on kestävämpi.