ИЗБОР НА МАТЕРИАЛ ЗА ВИСОКО{0}}НАПРЕЖЕНИЕ Патронни нагреватели: ПРАКТИЧЕСКО РЪКОВОДСТВО
Разхождайки се през което и да е промишлено съоръжение, е изненадващо колко често се повтаря една и съща грешка: избор на нагревателен елемент въз основа единствено на номинална мощност и размери, като същевременно напълно игнорира състава на материала на обвивката и вътрешните компоненти. Този пропуск става особено критичен, когато се работи с-нагреватели на касети за захранване с високо напрежение, където изборът на материали пряко влияе върху безопасността, надеждността и експлоатационния живот.
A патронен нагревателразчита на три основни материала, за да функционира правилно: метална обвивка, съпротивителна жица и изолация от магнезиев оксид. Всеки от тези компоненти се предлага в различни степени и сплави и всяко решение за избор носи последствия, които може да не станат очевидни, докато нагревателят не се повреди при експлоатационен стрес.
Материалът на обвивката е това, което влиза в пряк контакт с приложението - независимо дали това е стоманен формовъчен блок, течна баня или камера за нагряване на въздух. За стандартни приложения при умерени температури често е достатъчна неръждаема стомана 304. Въпреки това, когато температурите се покачват или се срещат корозивни среди, този материал може да се окисли бързо, което води до почерняване на повърхността на обвивката и евентуална структурна повреда. При високи температури обикновените или ниско{5}}качествени нагреватели на касети бързо се окисляват, което често се наблюдава като почерняване или обезцветяване на обвивката. Това окисляване ускорява разграждането и скъсява експлоатационния живот.
От практическа гледна точка, изборът на материал за обвивка се ръководи от повърхностното натоварване или плътността на ватовете, които нагревателят ще изпита. За повърхностни натоварвания под 5 W/cm² обикновено са достатъчни обвивките от неръждаема стомана 304. Когато повърхностното натоварване падне между 5 W/cm² и 12 W/cm², се препоръчват обвивки от неръждаема стомана 321. За взискателни приложения с повърхностни натоварвания между 12 и 20 W/cm² са необходими обвивки от сплав Incoloy като Incoloy 800 или 840. Тези сплави осигуряват превъзходна устойчивост на окисление и запазват структурната си цялост при повишени температури.
Опитът показва, че Incoloy 800 е особено надежден избор за приложения при високи-температури. Тази сплав образува стабилен защитен оксиден слой, който се противопоставя на образуването на котлен камък, обикновено наблюдавано при неръждаема стомана при повишени температури. При високи -температурни среди, достигащи 760 градуса (1400 градуса F) или повече, изборът на материали се измества допълнително към Incoloy 600 или титанови сплави за специализирани приложения.
Корозионните среди представляват собствен набор от материални предизвикателства. За приложения, включващи химическа обработка, морска среда или приготвяне на храна, където се използват почистващи химикали, стандартната неръждаема стомана 304 може да ръждясва, когато е изложена на киселини, основи и морска вода, което води до течове и електрически къси съединения. Силно се препоръчват титаниеви обвивки за корозивни условия, тъй като титанът предлага отлична устойчивост на повечето химикали и морска вода, което го прави много-подходящ за химически и морски приложения. За по-малко корозивни среди обвивките от неръждаема стомана 316 осигуряват по-добра устойчивост на корозия от неръждаемата стомана 304 и могат да бъдат разход-ефективна алтернатива.
Един практичен съвет, който често се пренебрегва: за приложения с хранителен-клас, където се изисква устойчивост на корозия, но титанът е -забранително скъп, нанасянето на защитно покритие като PTFE върху обвивката може значително да подобри устойчивостта на корозия. Този подход предлага баланс между производителност и бюджетни ограничения.
Вътре в нагревателния елемент материалът на съпротивителния проводник е също толкова важен. Никел-хромните сплави са стандартният избор за повечето приложения, осигурявайки добра устойчивост на окисляване и стабилни електрически свойства в широк температурен диапазон. За изключително високи-температурни приложения, надвишаващи 900 градуса, може да се посочат желязо-хром-алуминиеви сплави, въпреки че те са по-крехки и изискват внимателно боравене по време на монтажа.
Изолацията от магнезиев оксид - материалът, който запълва пространството между съпротивителния проводник и обвивката - е от решаващо значение както за електрическата изолация, така и за топлопроводимостта. За стандартни приложения стандартният-клас MgO работи адекватно. Въпреки това, за приложения с висока-температура или високо-напрежение MgO с висока-чистота е от съществено значение. MgO с по-висока-чистота проявява по-добра топлопроводимост и запазва своите диелектрични свойства при повишени температури. Разликата между MgO със стандартна-чистота и MgO с висока{11}}чистота става очевидна при продължителна работа при-висока температура, където последният значително удължава живота на нагревателя.
Какво ще кажете за видовете клеми и изолацията на оловния проводник? За-нагреватели на патрони за захранване с високо напрежение, водещите проводници и клемните връзки трябва да бъдат номинални за пълно работно напрежение. Стандартните изолирани от фибростъкло-проводници са подходящи за много приложения до приблизително 300 градуса околни температури в точката на заключване. За по-високи температури или по-взискателни среди се предлагат кабели със силиконова-изолация с по-високи температурни оценки. При приложения, изложени на влага, уплътненията от силиконова смола предпазват от замърсяване с влага и обикновено се оценяват на около 105 градуса. За наистина тежки среди, изследвайте запечатани модули с напълно херметична конструкция.
Критична точка за разбиране: връзката между плътността на ватовете и избора на материал не е линейна. Дори най-добрият материал за обвивка ще се повреди преждевременно, ако плътността на вата надвишава способността на материала да разсейва топлината ефективно. За апатронен нагревател (патронен нагревател)работещ във въздух (лош термичен проводник), максималната препоръчителна плътност във ватове е значително по-ниска, отколкото за същия нагревател, вграден в метален блок. Пренебрегването на тази връзка е една от най-честите причини за преждевременен отказ във всички приложения.
Приложенията с потапяне във течност изискват допълнителни съображения за материалите. За отопление на вода неръждаемата стомана 304 или 316 обикновено е подходяща. За отопление с масло, плътността на ватовете трябва да се поддържа достатъчно ниска, за да се предотврати локализирано прегряване и карбонизация на маслото върху повърхността на обвивката, което действа като изолатор и ускорява повредата. По-вискозните или по-гъсти течности изискват по-ниски максимални ватови плътности. По-високата плътност на вата може да доведе до карбонизиране и натрупване на течността върху обвивката на нагревателя, което ще причини преждевременна повреда на нагревателя.
За нагряване на агресивни химикали като киселини или основи, Incoloy или титаниеви обвивки са практически задължителни. Опитът да се спестят пари чрез използване на неръждаема стомана в тези среди неизбежно води до корозия, пробиване на обвивката и електрически къси съединения. Разликата в цената между неръждаема стомана и устойчиви-на корозия сплави се възстановява бързо чрез удължен експлоатационен живот и намалено време на престой.
Друго практическо съображение, произтичащо от полевия опит: При приложения с високо-напрежение качеството на запълването с MgO става още по-критично. Несъвършенствата в плътността или еднородността на MgO създават слаби точки, където може да започне разрушаване на диелектрика. Поради тази причина патронните нагреватели с високо{3}}напрежение често се подлагат на по-строго уплътняване по време на производството, което гарантира, че MgO постига максимална плътност и елиминира въздушните джобове, които биха могли да компрометират електрическата изолация.
Изборът на aпатронен нагревателне е просто съвпадение на мощност и размери. Съвместимостта на материалите в целия работен температурен диапазон, химическата среда и конфигурацията на инсталацията играят съществена роля при определянето на дългосрочната -надеждност. Няма универсален „най-добър“ материал - само материали, които са подходящи за специфични работни условия. Различните промишлени процеси, вариращи от формоване на пластмаса през химическа обработка до производство на храни, изискват внимателно обмислен избор на материали, а професионалният дизайн на схемата гарантира, че всяко приложение получава оптимизираното решение за отопление.
