Aký je vplyv tesného ohybu na vnútorný odporový drôt a jeho elektrický výkon?

Plášť z PTFE môže zvonku vyzerať dobre, ale ak bol odporový drôt vo vnútri pri ohýbaní nadmerne namáhaný, vo vnútri sa vytvára horúce miesto. Ohyb je častým miestom skorého vyhorenia a základnou príčinou je často mechanické poškodenie drôtu, poškodenie, ktoré nie je možné odhaliť žiadnou vonkajšou kontrolou. Pochopenie efektu fungovania ohrievača PTFE s vnútorným odporom drôtu s tesným ohybom je základom pre každého, kto špecifikuje alebo inštaluje tvarované ponorné ohrievače v náročných priemyselných prevádzkach.

Reakcia vnútorného odporového drôtu na ohyb
Vo vnútri každého PTFE ponorného ohrievača je kovový odporový drôt. Zvyčajne sa používa zliatina NiCr (nikel chróm) zliatina (Nichrom). Drôt je pracovným srdcom ohrievača; keď ním prechádza elektrický prúd, dochádza k odporovému ohrevu. Vo väčšine návrhov je drôt skrútený do dokonalej špirálovej cievky alebo je položený ako rovný, homogénny prameň po celej dĺžke PTFE plášťa.

Potom je ohrievač ohnutý do určitého tvaru. Odporový drôt je potom ohnutý v rovnakej krivke. Mechanická odozva drôtu je funkciou polohy vzhľadom na ohyb:

Na vonkajšej strane ohybu - Drôt je napnutý. Ak je polomer ohybu dostatočne veľký, drôt je elasticky natiahnutý a po uvoľnení ohybovej sily sa vráti do pôvodnej dĺžky. Ak je však ohyb príliš ostrý, drôt prekročí svoju medzu pružnosti a získa trvalé plastické skreslenie, ktoré ho robí lokálne tenším.

Drôt je vo vnútri ohybu pod tlakom. Ak ho prudko ohnete, vnútorný kruh drôtu sa stlačí a drôt sa skrúti/zalomí/zbalí. V konštrukcii špirálového drôtu sa po sebe idúce otáčky môžu navzájom dotýkať alebo byť nerovnomerne rozmiestnené.

Elektrické dôsledky: horúce miesto a natiahnutý drôt
Elektrické poruchy rôznych typov vznikajú z tesných ohybov odporového drôtu ohrievača PTFE, čo vedie k zníženiu výkonu a kratšej životnosti.

Lokalizované zvýšenie odporu
Keď je drôt natiahnutý a ohnutý smerom von, odporový drôt sa stenčuje a plocha prierezu sa zmenšuje. Elektrický odpor je nepriamo úmerný ploche prierezu-, takže tenšia časť má väčší odpor na jednotku dĺžky. Toto lokálne zvýšenie odporu znamená, že pri rovnakom prúde, ktorý prechádza celým ohrievačom, produkuje ohnutý kus nepomerne väčšie množstvo tepla (výkon=I2R). Toto tvorí horúce miesto, malú časť ohrievača, kde je teplota oveľa vyššia ako vo zvyšku ohrievača.

Dôsledky horúcich miest
Horúci bod je zodpovedný za množstvo mechanizmov zlyhania:

Oxidácia odporového drôtu - Čím rýchlejšia oxidácia zliatiny NiCr, tým vyššia je teplota. Oxidácia ešte viac zvyšuje odpor a vytvára pozitívnu spätnú väzbu, ktorá nakoniec povedie k pretaveniu-alebo prerušeniu okruhu.

Degradácia okolitého PTFE puzdra - PTFE môže byť nepretržite prevádzkovaný pri 110 stupňoch , hoci horúca škvrna môže byť lokálne vyššia ako 200 stupňov alebo viac. Pri týchto teplotách sa PTFE začína zhoršovať, strácať dielektrickú pevnosť a pravdepodobne vypúšťa korozívne vedľajšie produkty. Pri príliš namáhanom ohybe môže plášť zmäknúť, zdeformovať sa alebo prasknúť.

Zníženie životnosti drôtu-spôsobené únavou
Keď plastická deformácia neporuší natiahnutý drôt ani pri ohýbaní, vznikajú koncentrácie napätia. Drôt napučí a zmršťuje sa po opakovanom tepelnom cyklovaní (zahriatie na prevádzkovú teplotu a ochladenie späť na okolitú teplotu). Oblasť ohybu pod napätím je vystavená cyklickému mechanickému namáhaniu, ktoré spôsobuje únavové zlyhanie. Drôt, ktorý by v priamom prevedení mohol prežiť roky, môže v tesnom ohybe zlyhať za niekoľko mesiacov.

Problém zhlukov a kontaktu medzi zákrutami
Vo vyhrievacích prvkoch stočeného drôtu môže tesný ohyb na vnútornej strane krivky stlačiť cievku a spôsobiť kontakt susedných závitov. Ak sa závity dotknú, elektrický prúd môže preskočiť zamýšľanú špirálu, čím sa zníži aktívna dĺžka drôtu v tejto oblasti. To znižuje lokálny odpor (proti efektu natiahnutého-drôtu) – ale spôsobuje ďalší problém – preťaženie prúdu a nerovnomerné rozloženie tepla. Kontaktný bod sa môže lokálne zapáliť alebo zahriať, čím sa opäť vytvorí horúce miesto.

V skutočnosti môžu merania elektrického odporu na svorkách ohrievača najskôr indikovať normálne hodnoty. V multimetri je odpor celého drôtu v rámci špecifikácie, takže malé horúce miesto nie je možné zistiť. V mnohých prípadoch k poruche dôjde po určitom čase prevádzky, niekedy po stovkách hodín, niekedy len po niekoľkých dňoch, keď sa horúce miesto nakoniec roztaví cez drôt alebo ohrozený PTFE umožní skrat na uzemnenie.

Integrita vnútorného drôtu po testovaní ohybom
Plášť z PTFE nie je priehľadný, takže vnútorný drôt nie je možné vizuálne skontrolovať. Výrobcovia, -ktorí si uvedomujú kvalitu, využívajú röntgenovú kontrolu na analýzu rozloženia drôtov v hotovom ohnutom ohrievači. Röntgenová snímka odhaľuje:

Rovnomerné rozstupy závitov cievky (žiadne zhlukovanie alebo oddelenie)

Žiadne zalomenia, silné ohyby alebo stenčenie drôtu

Opakovateľnosť polohy drôtu vzhľadom na stredovú líniu plášťa

Dobre tvarovaný ohyb zachoval pôvodnú geometriu drôtu prostredníctvom ohýbania vyhrievaného tŕňa a žíhania po ohybe-. Drôt na vonkajšej strane ohybu nie je namáhaný nad medzu pružnosti a drôt na vnútornej strane sa neláme. Rozostup drôtov je rovnomerný, čo pomáha podporovať rovnomerné teplo po celej dĺžke ohrievača.

Ako tepelné cyklovanie zhoršuje malé poškodenie ohybom
Mierne utiahnutý ohnutý ohrievač môže vydržať počiatočné{0}}zapnutie a dokonca aj niekoľko dní nepretržitej prevádzky. Tepelné cyklovanie (ohrievanie a chladenie) však zvyšuje poškodenie dvoma spôsobmi:

Diferenciálna rozťažnosť - Drôt a PTFE plášť majú odlišné koeficienty tepelnej rozťažnosti. Každý cyklus generuje šmykové napätia v kontakte-plášťa drôtu, lokalizované v ohybe, kde je už drôt namáhaný.

Progresívna oxidácia - Keď každé horúce miesto dosiahne vysokú teplotu, na drôte sa vytvorí malý povlak oxidu. Táto vrstva oxidu je menej vodivá a krehkejšia. Nakoniec sa drôt stane tak tenkým a zoxidovaným, že sa pretrhne.

Z praxe v teréne sme zistili, že ak ohnete ohrievač na menej ako 5 až 6-násobok vonkajšieho polomeru, zvyčajne zlyhá do 3 až 12 mesiacov za normálnych podmienok cyklu, zatiaľ čo rovnaký ohrievač s primeranými ohybmi vydrží 5 alebo viac rokov.

Záver: Elektrická spoľahlivosť je mechanická presnosť
Dlhodobá elektrická spoľahlivosť je založená na ochrane vnútorného odporového drôtu pred nadmerným namáhaním počas ohýbania. Pevný ohyb spôsobí skrútenie alebo zhluk drôtu, čo spôsobí lokalizované horúce miesta, ktoré podporujú oxidáciu, poškodzujú PTFE plášť a vedú k predčasnému vyhoreniu. Počiatočné elektrické testy môžu prejsť, ale skryté poškodenie sa vždy prejaví v prevádzke.

Toto pochopenie vedie k všeobecnejšiemu záveru, že kvalita ohrievača je kombináciou mechanickej presnosti a elektrického výkonu. Ohýbanie-vyhrievaného tŕňa, dodatočné-žíhanie ohybom a röntgenové overenie-bez stresu-a používajú rovnaké výrobné postupy, ktoré zachovávajú integritu drôtu vnútorného odporu. Určenie minimálneho polomeru ohybu nestačí na ochranu drôtu, zabránenie vzniku horúcich miest a na zabezpečenie dlhej životnosti, ktorú si vyžadujú priemyselné aplikácie.