Tepelná expanzia – Technická výzva dlhých ohrievačov

Každý technik údržby sa nakoniec naučí, akým spôsobom sa kov pohybuje, keď sa zahrieva. Toto je základný fakt mechaniky. Keď ultra{2}}dlhá jednohlavová-elektrická vykurovacia trubica s dĺžkou 1200 mm dosiahne svoju prevádzkovú teplotu, môže sa značne roztiahnuť. Ak sa táto expanzia neberie do úvahy pri návrhu a inštalácii, výsledky môžu byť zlé: ohrievače, ktoré sú zaseknuté a takmer nemožné ich odstrániť, zlomené časti formy, ohnuté plášte ohrievača alebo rozbité vnútorné spojenia. Takže každý, kto má na starosti špecifikáciu, inštaláciu alebo údržbu ohrievačov s dlhými kazetami, musí vedieť, ako porozumieť tepelnej rozťažnosti a ako sa s ňou vysporiadať.

Aritmetika tepelnej rozťažnosti je jednoduchá, ale ľudia jej často nevenujú dostatok pozornosti. Koeficient rozťažnosti pre plášte z nehrdzavejúcej ocele a Incoloy je zvyčajne približne 0,000017 m/m/stupeň (17 µm/m/stupeň). Celková pozdĺžna rozťažnosť 1200 mm (1,2 m) ultra-dlhého-hlavového ohrievača, ktorý pracuje pri procesnej teplote 400 stupňov (so zvýšením teploty o približne 380 stupňov od okolia), môže byť viac ako 8 mm. Tento rast môže byť viac ako 10 mm pri vyšších prevádzkových teplotách 500–600 stupňov. Keď je zima, ohrievač, ktorý perfektne sedí, môže v horúcom stave veľmi vyčnievať. Alebo, čo je ešte horšie, ak je nasadený príliš tesne na dno slepej diery, nebude sa mať kam vyvíjať a namiesto toho sa môže ohnúť, vyduť alebo spôsobiť zničujúce axiálne napätie na kov okolo neho.

To je dôvod, prečo skúsení dizajnéri a technici vždy ponechajú na konci slepých otvorov priestor pre tepelnú rozťažnosť. Pre kratšie ohrievače kaziet môže stačiť malá medzera 2–3 mm, ale pre 1200 mm ultra-dlhú jednotku je odporúčaná vzdialenosť oveľa väčšia-zvyčajne **5 mm až 10 mm** na uzavretom konci dutiny. Ak nie je dostatok miesta, ohrievač bude pri rozširovaní tlačiť na spodok otvoru. To vytvára tlakové tlaky, ktoré môžu rozbiť slabé steny formy, zmeniť tvar plášťa ohrievača alebo nerovnomerne zhutniť vnútornú izoláciu oxidu horečnatého (MgO). Za veľmi zlých okolností sa plášť môže zrútiť alebo sa ohrievač môže navždy zaseknúť, čo znamená použitie drahých metód, ako je vŕtanie alebo EDM, aby ste ho dostali von.

Koniec vedenia (ukončenie) má svoje vlastné problémy s expanziou. Studený segment sa pohybuje vo vzťahu k káblovému priestoru alebo montážnej doske, keď sa 1200 mm ohrievač zahrieva. Ak sú zvodové drôty dobre pripevnené, takže sa nemôžu pohybovať, tento axiálny rast môže ťahať priamo za vnútorné koncové body, čo môže pomaly uvoľňovať spojenia, namáhať spoj odporového drôtu alebo dokonca zlomiť vnútorné vodiče počas mnohých tepelných cyklov. Na vyriešenie tohto problému sa veľa-kvalitných dlhých ohrievačov dodáva s flexibilnými konfiguráciami vodičov, pružinovými{5}}končeniami alebo dodatočnou voľnosťou vodiča integrovanými do zostavy. Niektoré dizajny majú plávajúcu chladiacu časť alebo prvky na odľahčenie-ťahu, ktoré zaisťujú pohyb bez toho, aby zaťažovali elektrické spoje.

Pridanie radiálnej (priemerovej) expanzie robí veci ešte komplikovanejšími. Plášť sa pri zahrievaní rozširuje smerom von, zvyčajne o 0,05 až 0,15 mm v priemere, v závislosti od látky a teploty. Ak je otvor príliš úzky, toto radiálne rozšírenie spôsobí, že ohrievač sa zaviaže po celej dĺžke. Problém je horší s 1200 mm ultra-dlhým ohrievačom, pretože väčšia plocha znamená viac bodov kontaktu, ktoré spôsobujú trenie. Viazanie kladie väčší tlak na mechaniku, zastavuje voľnú expanziu a môže spôsobiť lokalizované horúce miesta alebo deformáciu plášťa. Odpoveďou je nastavenie montážnej vôle, ktorá bude fungovať pre studenú aj horúcu prevádzku. Pre väčšinu priemerov do 20 mm vám vôľa priemeru **0,05 mm až 0,10 mm** (o niečo väčšia ako pri krátkych ohrievačoch) poskytuje priestor, ktorý potrebujete, a zároveň si zachováva dobrý tepelný kontakt. Na dosiahnutie tejto tolerancie sa dôrazne odporúča použiť presné vystružovanie alebo honovanie.

Tu je niekoľko ďalších odporúčaných postupov na riešenie tepelnej rozťažnosti v 1200 mm ohrievačoch:
- Vloženie ohrievača do otvoru tak, aby sa jemne dotkol dna, potom ho pred umiestnením na konečné miesto trochu potiahnite späť (aby sa zhodovalo s vypočítanou dilatačnou medzerou). - Vloženie vysoko-nevodivej{3}}nevodivej zmesi proti{4}}zachyteniu na plášť, aby sa znížilo trenie a zastavilo sa rozťahovanie a kontrakcia materiálov, ako sú 5 cykly{5} Incoloy, ktoré zostávajú pevnejšie a menej sa usadzujú pri vysokých teplotách, čo znižuje možnosť zaseknutia. - Sledujte včasné signály problémov spojených s expanziou vrátane ťažko odstrániteľných ohrievačov alebo zmien v aktuálnom odbere, ktoré sa nepredvídali.

Tepelná rozťažnosť nie je problémom v dizajne ani vo výrobnom procese. Je to len prirodzená vlastnosť kovov. Vysokokvalitný -kvalitný 1200 mm ultra{4}}jednohlavový ohrievač s jednou hlavicou{5}} môže fungovať roky bez toho, aby sa pokazil alebo predčasne zlyhal, ak je správne nainštalovaný so správnymi dilatačnými medzerami, vzdialenosťami medzi priemermi, správou vedenia a procesmi inštalácie. Aj ten najlepšie-navrhnutý ohrievač sa nakoniec pokazí, ak sa oň nebudete starať. To vás bude stáť veľa peňazí za prestoje a výmeny.

Dodržiavaním pravidiel tepelnej rozťažnosti od začiatku procesu návrhu a inštalácie sa inžinieri a tímy údržby ubezpečia, že ich dlhé ohrievače zostanú spoľahlivými súčasťami tepelného systému namiesto toho, aby neustále spôsobovali problémy s mechanikou.