Напрежение, мощност и плътност на ватовете – правилните числа
Получи се обаждане от фабрика, където на новите патронни нагреватели им отнема два пъти повече време, за да достигнат температура от старите. Замените имаха една и съща мощност, същия диаметър и същата дължина. На хартия те бяха идентични. Но нещо явно не беше наред.
Отговорът беше намерен в спецификацията на напрежението. Старите нагреватели бяха проектирани за 240 волта, но работеха на захранване от 208 волта. Новите нагреватели също бяха проектирани за 240 волта, но заводът наскоро беше коригирал захранването им до истински 240 волта. Нагревателите сега получаваха напрежението, за което бяха проектирани, но оборудването първоначално беше проектирано за по-ниско напрежение. Резултатът беше несъответствие между очакванията и реалността.
Три числа, една връзка
Разбирането на електрическа нагревателна тръба с една глава изисква разбиране на три взаимосвързани числа: напрежение, мощност и плътност на ватовете. Промяната на едно променя другите по предвидими начини, които често се пренебрегват.
Напрежението е електрическото налягане, подадено към нагревателя. Мощността е изходната мощност при това напрежение. Плътността на ватовете е мощността, разделена на нагрятата повърхност.
Връзката следва закона на Ом. Ако нагревател, номинален за 240 волта и 500 вата, работи на 120 волта, той произвежда само 125 вата. Времето-за загряване се увеличава драстично. Ако същият нагревател работи на 277 волта, той произвежда приблизително 665 вата и ще прегрее бързо.
Най-опасната грешка
Пускането на-нагревател с ниско напрежение към захранване с високо-напрежение е изключително опасно и изненадващо често срещано. 120-волтов нагревател, свързан към 240 волта, ще черпи четири пъти повече от номиналната мощност. Вътрешната температура ще надхвърли безопасните граници за секунди. Съпротивителният проводник ще се стопи, изолацията от магнезиев оксид ще се спука и нагревателят ще се разруши.
Понякога щетите са видими. Обвивката може да се издуе, да се спука или да покаже признаци на силно прегряване. Друг път нагревателят просто спира да работи без външни признаци. Така или иначе, нагревателят е трайно повреден и трябва да бъде сменен.
Винаги проверявайте напрежението на табелката преди монтаж. Ако табелката е нечетлива, измерете студеното съпротивление с омметър и изчислете очакваното напрежение по формулата: напрежението е равно на корен квадратен от мощността по съпротивлението. Когато се съмнявате, не монтирайте нагревателя.
Мощност и време за загряване-
По-високата мощност означава по-бързо загряване-, но само до определена точка. Връзката между мощността и времето-за загряване е приблизително линейна. Удвояването на мощността намалява наполовина-времето за загряване, ако приемем, че всички други фактори остават постоянни.
Но има една уловка. Електрическа нагревателна тръба с една глава с висока мощност и много висока мощност може да превиши целевата температура, ако системата за управление не може да реагира достатъчно бързо. Топлинната маса на околния материал също има значение. Една масивна форма ще се нагрява бавно, независимо от мощността на нагревателя, защото е необходимо определено количество обща енергия, за да се повиши температурата на толкова много метал.
Изборът на правилната мощност изисква изчисляване на необходимата енергия. Формулата е: ватове са равни на масата, умножена по специфичната топлина, по повишаването на температурата, разделено на времето в секунди. За повечето индустриални приложения опитен доставчик на нагреватели може да предостави насоки въз основа на подобни приложения.
Плътността на ватовете е обяснена просто
Плътността на ватовете е изходната мощност на единица нагрята повърхност. Измерва се във ватове на квадратен инч или ватове на квадратен сантиметър. Това число определя колко силно работи нагревателят.
Стандартен патронен нагревател може да има плътност на вата от 20 до 40 вата на квадратен инч. Електрическа нагревателна тръба с една глава с висока мощност може да има 60 до 100 вата на квадратен инч или дори повече.
Нагревателите с ниска плътност на вата работят по-хладно вътрешно и издържат по-дълго, но изискват повече повърхност, за да осигурят дадена мощност. Нагревателите с висока плътност на вата са по-компактни, но поставят по-големи изисквания към преноса на топлина и качеството на монтажа.
Изчисляване на ватовата плътност
За да изчислите плътността на вата, измерете нагрятата дължина на патронния нагревател. Това е дължината, на която присъства вътрешната нагревателна намотка, без да се включват неотопляемите крайни секции. Диаметърът се измерва през обвивката. Площта на повърхността е pi, умножена по диаметъра, умножена по нагрята дължина.
Например, нагревател с диаметър от 0,375 инча, нагрята дължина от 4 инча и мощност от 400 вата има повърхностна площ от приблизително 4,71 квадратни инча. Плътността на ватовете е 400, разделено на 4,71, което се равнява на около 85 вата на квадратен инч.
Този нагревател би бил класифициран като електрическа нагревателна тръба с една глава с висока мощност. Изисква отлично прилягане на отвора, добри условия за пренос на топлина и внимателен контрол на температурата, за да се постигне разумен експлоатационен живот.
Безопасни граници на плътност на ватовете
Максималната безопасна плътност на вата зависи от нагрявания материал и работната температура. За нагряване на стоманени форми при умерени температури под 400 градуса F, ватови плътности до 100 вата на квадратен инч могат да работят добре при правилен монтаж.
При по-високи температури безопасната ватова плътност намалява значително. При 1000 градуса F, дори 40 вата на квадратен инч може да бъде предизвикателство. При 1500 градуса F, плътност на вата над 20 вата на квадратен инч изисква специални материали и внимателен дизайн.
За пластмаси и други лоши термични проводници плътността на вата над 20 вата на квадратен инч е рискована. Пластмасата не може да абсорбира топлината достатъчно бързо, така че обвивката на нагревателя прегрява дори ако температурата на формата е относително ниска.
Избягване на капана с по-висока-мощност
Когато даден нагревател се повреди, естествената реакция е той да бъде заменен с версия с по-висока мощност. Със сигурност повече мощност ще реши проблема. Но в много случаи по-високата мощност влошава нещата.
Ако оригиналният нагревател се повреди поради лош пренос на топлина, добавянето на повече мощност просто увеличава топлинния стрес. Новата електрическа нагревателна тръба с една глава с висока мощност ще работи още по-горещо вътрешно и ще се повреди още по-бързо.
Преди да увеличите мощността, разберете защо оригиналният нагревател се провали. Измерете пасването на отвора. Проверете системата за управление. Оценете топлинното натоварване. Добавянето на мощност рядко е правилният отговор на проблем с преждевременна повреда.
Подходящ нагревател към захранването
Индустриалните захранвания се различават по света. Обичайните напрежения включват 120V, 208V, 220V, 230V, 240V, 277V, 380V, 400V, 415V и 480V. Еднофазните и трифазните конфигурации добавят още едно ниво на сложност.
Винаги поръчвайте патронни нагреватели с номинално напрежение, което съответства на действителното захранване. Ако захранващото напрежение варира, помислете за поръчка на нагреватели, предназначени за най-високото очаквано напрежение. Работата на 240V нагревател на 230V захранване е добре, но работата на 230V нагревател на 240V захранване намалява живота.
За три{0}}фазни приложения обърнете внимание на конфигурациите делта срещу звезда. Напрежението между фазите се различава от напрежението от фаза към нула. Получаването на грешка чрез поръчване на грешно напрежение на нагревателя е често срещана и скъпа грешка.
Практическият извод
Напрежението, мощността и плътността на вата не са абстрактни инженерни понятия. Те са практически спецификации, които пряко влияят върху работата и живота на нагревателя. Поставянето им правилно изисква внимание към действителните условия на работа, а не само към числата върху износената-табелка с данни.
Преди да поръчате какъвто и да е резервен патронен нагревател, измерете захранващото напрежение, изчислете необходимата мощност въз основа на изискванията за време за нагряване-и проверете плътността на ватовете спрямо възможностите на нагрявания материал. Тези три стъпки предотвратяват повечето грешки в спецификацията.
Различните конфигурации на захранването и изискванията за термично натоварване изискват различни спецификации на нагревателя. Консултирането с технически специалисти гарантира, че напрежението, мощността и плътността на ватовете са правилно съобразени с всяко уникално приложение.
