Tepelné cyklovanie, presná inštalácia a životnosť ohrievačov kaziet Incoloy600

Tepelné cyklovanie, presná inštalácia a životnosť ohrievačov kaziet Incoloy600

Ohrievač kaziet baliaceho stroja sa zapína a vypína desaťkrát za minútu alebo 600-krát za hodinu alebo takmer 15 000-krát počas 24-hodinovej zmeny. Ohrievač valca vstrekovania môže bežať nepretržite niekoľko dní bez jediného cyklu napájania. Skúsenosti ukázali, že aj keď oba používajú rovnaké ohrievače kaziet Incoloy600 a získajú rovnaký celkový počet prevádzkových hodín, baliaci stroj prejde ohrievačmi niekoľkonásobne rýchlejšie ako formovací valec. Ohrievač takto nie je chybný. Je to fyzika tepelných cyklov.


Ohrievač s jednou hlavicou prechádza niekoľkými fyzickými zmenami pri každom prechode z izbovej teploty na prevádzkovú teplotu a späť. Pri zahrievaní sa nikl-chrómový odporový drôt, izolácia z oxidu horečnatého a plášť Incoloy600 rozťahujú rôznou rýchlosťou. Plášť rastie smerom von, odporový drôt sa predlžuje a MgO zažíva miernu kompresiu. Všetko sa zmršťuje, keď sa ohrievač ochladí. Každé rozhranie v ohrievači je vystavené mechanickému namáhaniu počas každého cyklu.

Existuje výrazný kumulatívny účinok. Vnútorné napätie spôsobené každým tepelným cyklom sa rovná 30 až 60 minútam prevádzky pri konštantnej teplote. Okrem skutočnej doby chodu vydrží ohrievač, ktorý sa zacyklí 100-krát denne, ďalších 50 – 100 ekvivalentných hodín používania. To znamená, že ohrievač, ktorý by mal vydržať roky, možno bude potrebné každých pár mesiacov vymeniť za vysokorýchlostný-tesniaci prvok.

Ďalším fenoménom spojeným s cyklistikou je oxidácia. Nové kovové povrchy sú vystavené kyslíku pri každom zahriatí ohrievača. Počas stoviek alebo tisícok cyklov táto nahromadená oxidácia postupne eroduje odporový drôt, čím sa zmenšuje jeho prierez{2}} a zvyšuje sa jeho elektrický odpor. Vnútorný drôt sa nakoniec poškodí napriek ochrane plášťa incoloy600 proti vonkajšej oxidácii.

Schopnosť ohrievača tolerovať tepelné cykly do značnej miery závisí od kvality jeho výroby. Rúrka incoloy600 je naplnená -čistým práškom oxidu horečnatého po navinutí odporového drôtu okolo tŕňa počas výroby. MgO sa potom stlačí na pevnú hustú hmotu, ktorá optimalizuje tepelnú vodivosť a elektrickú izoláciu pôsobením extrémneho tlaku na rúrku, čo je technika známa ako stláčanie alebo stláčanie hrdla. MgO má dutiny v dôsledku zlého zhutnenia. Tieto priestory sa môžu počas tepelného cyklovania pohybovať alebo rozširovať, čo vedie k vzniku horúcich miest, kde sa odporový drôt prehrieva a prehorí. Ak MgO nie je primerane zhutnené, dokonca aj jednohlavý elektrický rúrkový ohrievač Incoloy600 predčasne zlyhá.

Presnosť inštalácie je podobne dôležitá, najmä pri cyklistických aplikáciách. Účinnosť prenosu tepla z plášťa závisí od toho, ako dobre zapadne ohrievač do opracovaného otvoru. Voľným uložením sa vytvorí izolačná vzduchová medzera. Všetky typy tepelnej degradácie sú urýchlené reakciou ohrievača, ktorá spočíva v zahrievaní, aby sa dosiahla rovnaká nastavená hodnota teploty. Odporúčaný priemer otvoru pre jednohlavý elektrický rúrkový ohrievač Incoloy600 v cyklickej aplikácii by mal byť o 0,001 – 0,002 palca menší ako menovitý priemer ohrievača, aby sa vytvorilo mierne presahujúce uloženie, ktoré zaručuje maximálny povrchový kontakt.

Jeden malý, ale dôležitý bod: prevádzková teplota určuje toleranciu uloženia potrebnú pre najlepší prenos tepla. Nerezová oceľ sa rozpína ​​približne dvakrát rýchlejšie ako hliník. Pretože sa hliníkový otvor rozťahuje rýchlejšie pri 400 stupňoch, ohrievač Incoloy600, ktorý dobre sedí pri normálnej teplote, sa môže uvoľniť. Táto rozdielna expanzia výrazne znižuje účinnosť prenosu tepla vytvorením vzduchovej medzery, ktorá počas inštalácie neexistovala. Na druhej strane, spoj sa pri teplote stiahne a zvýši mechanické namáhanie, ak sa hostiteľský materiál-ako napríklad niektoré nástrojové ocele- rozťahuje menej ako ohrievač.

Konštrukcia montážneho otvoru je tiež ovplyvnená tepelnou rozťažnosťou. Ohrievač potrebuje priestor na to, aby sa pozdĺžne roztiahol v slepom otvore, čo je otvor s iba jedným otvoreným koncom. Všeobecne povedané, medzi dnom otvoru a dĺžkou ohrievača by ste mali ponechať 0,5–1,0 mm priestoru. Pri absencii dostatočnej vôle sa ohrievač stlačí proti uzavretému koncu otvoru a počas ohrievacích cyklov vypadne. Následná tlaková sila má potenciál zdeformovať vnútornú cievku, rozdrviť plášť a vytvoriť horúce miesta, ktoré spôsobujú rýchle zlyhanie.

Ďalšou oblasťou, kde sa sústreďuje napätie, je oblasť výstupu olova, kde sa elektrické káble pripájajú k ohrievaču. Na ochranu elektrických spojov pred nadmerným teplom má väčšina ohrievačov kaziet chladnú zónu, čo je nevyhrievaná dĺžka 15–30 mm na konci vodiča. Na hranici medzi horúcimi a studenými oblasťami táto studená zóna zažíva periodickú tepelnú expanziu a kontrakciu v aplikáciách cyklu. Prechodová zóna je často miestom zlyhania a je vystavená najvyššiemu mechanickému namáhaniu. Pri aplikáciách s vysokým-cyklom sa životnosť zvyšuje rozšírením studenej zóny alebo navrhnutím zosilneného vývodu elektródy.

Rozsah tepelného napätia, ktorému ohrievač čelí, je tiež ovplyvnený prístupom riadenia teploty. Najtvrdší cyklistický profil vytvárajú základné-vypnuté termostaty. Ohrievač pracuje pri maximálnom výkone, kým nedosiahne nastavenú hodnotu, v tomto bode sa úplne vypne. Veľké teplotné výkyvy sú spôsobené prekmitmi a podkmitmi teploty. Výrazne mäkší profil ponúka PID (proporcionálne-integrované-derivačné) riadenie, ktoré minimalizuje prekmit a postupne znižuje výkon, keď sa približuje nastavená hodnota. Ovládače s mäkkým{8}}štartom znižujú tepelný šok na začiatku každého cyklu ohrevu postupným zvyšovaním napätia, namiesto toho, aby naraz použili plný výkon.

Udržiavanie nižšej udržiavacej teploty medzi výrobnými cyklami namiesto toho, aby sa ohrievač úplne ochladil na izbovú teplotu, je alternatívou pre operácie, ktoré nie sú schopné znížiť frekvenciu cyklovania. Výsledkom je, že amplitúda každého tepelného cyklu sa zníži, čím sa potenciálne zníži teplotný rozdiel zo 400 stupňov na 200 stupňov. Menší delta T znamená menšiu mechanickú únavu v každom cykle, pretože tepelné namáhanie je približne úmerné zmene teploty.

Pracovníci údržby by mali zaznamenávať počet cyklov a prevádzkové hodiny každého vykurovacieho miesta. Poruchová charakteristika ohrievača, ktorý zlyhá po 50 000 cykloch, sa líši od charakteristiky ohrievača, ktorý sa pokazí po 5 000 cykloch s 500 celkovými prevádzkovými hodinami. Preskúmanie zlyhaných ohrievačov na spálené drôty, rozdrvené plášte alebo náznaky vniknutia vlhkosti môže pomôcť určiť základný dôvod a zabrániť tomu, aby sa to opakovalo. Pretože opotrebenie v priebehu času môže zvýšiť vôľu a znížiť prenos tepla, odporúča sa pravidelne kontrolovať veľkosť otvoru.

Hoci to nie je všeliek, ohrievač kaziet Incoloy600 je tou najlepšou voľbou pre aplikácie pri vysokých{1}}teplotných cykloch. Vynikajúcu odolnosť proti oxidácii a tepelnú stabilitu zabezpečuje zloženie zliatiny niklu-chrómu. Vďaka vysokému obsahu niklu (asi 72 %) je plášť odolný voči tepelnej únave a zabraňuje poškodeniu hraníc zŕn, ku ktorému dochádza pri bežných nehrdzavejúcich oceliach za cyklických podmienok. Inteligentné riadenie teploty, dobrá inštalácia, vhodný výber hustoty wattov a dostatočná vzdialenosť tepelnej rozťažnosti sú však stále kľúčové. Rôzne použitia ohrievačov majú rôzne tepelné potreby, ako napríklad laboratórne vybavenie, tesnenia obalov a systémy horúcich kanálov. Aby sa zabezpečil spoľahlivý výkon počas celého životného cyklu výroby, kvalifikovaná technická pomoc pomáha pri prevode týchto potrieb do príslušných špecifikácií.