การหมุนเวียนความร้อน การติดตั้งที่แม่นยำ และความทนทานของเครื่องทำความร้อนแบบตลับ Incoloy600

การหมุนเวียนความร้อน การติดตั้งที่แม่นยำ และความทนทานของเครื่องทำความร้อนแบบตลับ Incoloy600

เครื่องทำความร้อนแบบตลับของเครื่องซีลบรรจุภัณฑ์จะเปิดและปิดสิบครั้งต่อนาทีหรือ 600 ครั้งต่อชั่วโมงหรือเกือบ 15,000 ครั้งในระหว่างกะงาน 24 ชั่วโมง เครื่องทำความร้อนของกระบอกฉีดขึ้นรูปอาจทำงานไม่หยุดเป็นเวลาหลายวันโดยไม่มีวงจรไฟฟ้าแม้แต่ครั้งเดียว ประสบการณ์ได้แสดงให้เห็นว่าแม้ว่าทั้งคู่จะใช้เครื่องทำความร้อนแบบตลับ Incoloy600 ที่เหมือนกันและมีชั่วโมงการทำงานรวมเท่ากัน เครื่องบรรจุจะผ่านเครื่องทำความร้อนได้เร็วกว่ากระบอกขึ้นรูปหลายเท่า เครื่องทำความร้อนไม่ได้ชำรุดในลักษณะนี้ มันเป็นฟิสิกส์การปั่นจักรยานด้วยความร้อน


เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์แบบหัวเดียวต้องผ่านการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหลายครั้งในแต่ละครั้งที่เปลี่ยนจากอุณหภูมิห้องไปเป็นอุณหภูมิการทำงานและกลับมาอีกครั้ง เมื่อถูกความร้อน ลวดต้านทานนิกเกิล-โครเมียม ฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ และปลอก Incoloy600 ทั้งหมดจะขยายตัวด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ปลอกจะขยายออกไปด้านนอก ลวดต้านทานจะยาวขึ้น และ MgO จะได้รับแรงอัดเล็กน้อย ทุกอย่างหดตัวลงเมื่อเครื่องทำความร้อนเย็นลง ทุกส่วนต่อประสานในฮีตเตอร์จะต้องได้รับความเค้นทางกลตลอดแต่ละรอบ

มีผลสะสมมากมาย ความเครียดภายในที่เกิดจากรอบความร้อนแต่ละครั้งจะเท่ากับ 30 ถึง 60 นาทีของการทำงานของอุณหภูมิคงที่ นอกเหนือจากเวลาการทำงานจริงแล้ว เครื่องทำความร้อนที่หมุน 100 ครั้งต่อวันยังทนทานต่อการสึกหรอเพิ่มขึ้นอีก 50–100 ชั่วโมงเทียบเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าเครื่องทำความร้อนที่มีอายุการใช้งานหลายปีอาจต้องเปลี่ยนทุกๆ สองสามเดือนสำหรับเครื่องปิดผนึกบรรจุภัณฑ์ความเร็วสูง-

อีกปรากฏการณ์หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการปั่นจักรยานคือการเกิดออกซิเดชัน พื้นผิวโลหะใหม่จะถูกสัมผัสกับออกซิเจนทุกครั้งที่เครื่องทำความร้อนร้อนขึ้น กว่าร้อยหรือหลายพันรอบ การเกิดออกซิเดชันที่สะสมนี้จะค่อยๆ กัดกร่อนลวดต้านทาน ส่งผลให้พื้นที่หน้าตัด-ลดลงและเพิ่มความต้านทานไฟฟ้า สายไฟภายในจะเสื่อมสภาพในที่สุด แม้ว่าปลอก incoloy600 จะป้องกันการเกิดออกซิเดชันภายนอกก็ตาม

ความสามารถของเครื่องทำความร้อนในการทนต่อการหมุนเวียนของความร้อนขึ้นอยู่กับคุณภาพการผลิตเป็นส่วนใหญ่ หลอด incoloy600 เต็มไปด้วยผงแมกนีเซียมออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง-หลังจากที่ขดลวดต้านทานพันรอบแกนระหว่างการผลิต จากนั้น MgO จะถูกบีบอัดให้เป็นมวลแข็งและหนาแน่น ซึ่งจะช่วยปรับการนำความร้อนและฉนวนไฟฟ้าให้เหมาะสมโดยการใช้แรงดันสุดขีดกับท่อ ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าการบีบรัดหรือการบีบคอ MgO มีฟันผุเนื่องจากการบดอัดไม่ดี ช่องว่างเหล่านี้อาจเคลื่อนที่หรือขยายตัวในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน ส่งผลให้เกิดจุดร้อนที่ลวดต้านทานร้อนเกินไปและไหม้ทะลุ หาก MgO ไม่ได้รับการอัดแน่นเพียงพอ แม้แต่เครื่องทำความร้อนแบบท่อไฟฟ้าหัวเดียว Incoloy600 ก็อาจทำงานล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

ความแม่นยำในการติดตั้งก็มีความสำคัญเช่นเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานแบบปั่นจักรยาน ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนออกจากปลอกขึ้นอยู่กับว่าตัวทำความร้อนพอดีกับรูที่กลึงได้ดีเพียงใด ช่องว่างอากาศที่เป็นฉนวนเกิดขึ้นจากการหย่อนพอดี การย่อยสลายเนื่องจากความร้อนทุกประเภทจะถูกเร่งโดยการตอบสนองของเครื่องทำความร้อน ซึ่งก็คือการทำงานให้ร้อนขึ้นเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่ตั้งไว้เท่ากัน เส้นผ่านศูนย์กลางรูที่แนะนำสำหรับเครื่องทำความร้อนหลอดไฟฟ้าหัวเดียว Incoloy600 ในการใช้งานแบบหมุนเวียนควรมีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุของเครื่องทำความร้อน 0.001–0.002 นิ้ว เพื่อสร้างการรบกวนที่พอดีเล็กน้อยซึ่งรับประกันการสัมผัสพื้นผิวสูงสุด

จุดเล็กๆ แต่สำคัญจุดหนึ่ง: อุณหภูมิในการทำงานจะกำหนดพิกัดความเผื่อที่จำเป็นสำหรับการส่งผ่านความร้อนที่ดีที่สุด สแตนเลสจะขยายตัวเร็วกว่าอลูมิเนียมประมาณสองเท่า เนื่องจากรูอลูมิเนียมจะขยายเร็วขึ้นที่ 400 องศา เครื่องทำความร้อน Incoloy600 ที่เข้ากันได้ดีในอุณหภูมิปกติจึงอาจหลุดออกมา การขยายตัวส่วนต่างนี้ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลงอย่างมากโดยการสร้างช่องว่างอากาศที่ไม่มีอยู่ระหว่างการติดตั้ง ในทางกลับกัน ความพอดีจะแน่นขึ้นที่อุณหภูมิและเพิ่มความเค้นเชิงกลหากวัสดุโฮสต์-เช่น เหล็กกล้าเครื่องมือบางชนิด-ขยายตัวน้อยกว่าเครื่องทำความร้อน

การออกแบบรูยึดยังได้รับผลกระทบจากการขยายตัวจากความร้อนอีกด้วย เครื่องทำความร้อนต้องการพื้นที่เพื่อขยายตามยาวในรูตัน ซึ่งเป็นรูที่มีปลายเปิดเพียงด้านเดียว โดยทั่วไป คุณควรเว้นระยะห่าง 0.5–1.0 มม. ระหว่างด้านล่างของรูกับความยาวของตัวทำความร้อน ในกรณีที่ไม่มีช่องว่างเพียงพอ เครื่องทำความร้อนจะบีบอัดกับปลายปิดของรูและด้านล่างออกในระหว่างรอบการทำความร้อน แรงอัดที่ตามมามีศักยภาพที่จะทำให้ขดลวดภายในเสียรูป บดขยี้เปลือก และทำให้เกิดจุดร้อนที่ทำให้เกิดความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว

อีกพื้นที่หนึ่งที่มีความเครียดกระจุกตัวคือบริเวณทางออกของตะกั่ว ซึ่งเป็นจุดที่สายไฟฟ้าเชื่อมต่อกับเครื่องทำความร้อน เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจากความร้อนที่มากเกินไป เครื่องทำความร้อนแบบตลับส่วนใหญ่จะมีโซนเย็น ซึ่งมีความยาวที่ไม่ได้รับความร้อน 15–30 มม. ที่ปลายสายไฟฟ้า ที่ชายแดนระหว่างภูมิภาคที่ร้อนและเย็น เขตเย็นนี้จะพบกับการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อนเป็นระยะในการใช้งานวงจร เขตเปลี่ยนผ่านมักเป็นจุดที่เกิดความล้มเหลวและอยู่ภายใต้ความเค้นทางกลสูงสุด อายุการใช้งานยาวนานเพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานรอบสูง-โดยการขยายเขตเย็นหรือการออกแบบช่องจ่ายตะกั่วให้แข็งแกร่งขึ้น

ปริมาณความเครียดจากความร้อนที่เครื่องทำความร้อนเผชิญยังได้รับอิทธิพลจากแนวทางการจัดการอุณหภูมิด้วย โปรไฟล์การปั่นจักรยานที่ยากที่สุดเกิดจากการเปิด-เทอร์โมสตัทพื้นฐาน เครื่องทำความร้อนจะทำงานโดยใช้กำลังไฟสูงสุดจนกว่าจะถึงจุดที่ตั้งไว้ และจะปิดเครื่องทั้งหมดเมื่อถึงจุดนั้น ความผันผวนของความร้อนในวงกว้างมีสาเหตุมาจากอุณหภูมิที่เกินและอุณหภูมิที่ต่ำกว่า โปรไฟล์ที่นุ่มนวลกว่ามากนำเสนอโดยการควบคุม PID (Proportional-Integral-Derivative) ซึ่งจะลดการโอเวอร์ชูตให้เหลือน้อยที่สุด และค่อยๆ ลดพลังงานลงเมื่อค่าที่ตั้งไว้เข้าใกล้มากขึ้น ตัวควบคุม-สตาร์ทแบบนุ่มนวลจะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันเมื่อเริ่มต้นรอบการทำความร้อนแต่ละครั้ง โดยการค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าแทนที่จะจ่ายไฟเต็มทั้งหมดในคราวเดียว

การรักษาอุณหภูมิกักเก็บให้ต่ำลงระหว่างรอบการผลิต แทนที่จะปล่อยให้เครื่องทำความร้อนเย็นลงจนสุดจนถึงอุณหภูมิห้องเป็นอีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการทำงานที่ไม่สามารถลดความถี่ในการปั่นจักรยานได้ เป็นผลให้แอมพลิจูดของวัฏจักรความร้อนแต่ละรอบลดลง ซึ่งอาจลดความแตกต่างของอุณหภูมิจาก 400 องศาเป็น 200 องศา เดลต้า T ที่น้อยกว่าบ่งชี้ความล้าทางกลน้อยลงทุกรอบ เนื่องจากความเครียดจากความร้อนเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

จำนวนรอบและชั่วโมงการทำงานของสถานที่ทำความร้อนแต่ละแห่งควรได้รับการบันทึกโดยเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง ลักษณะความล้มเหลวของฮีตเตอร์ที่เสียหายหลังจาก 50,000 รอบ แตกต่างจากฮีตเตอร์ที่พังหลังจาก 5,000 รอบ โดยมีชั่วโมงการทำงานรวม 500 ชั่วโมง การตรวจสอบเครื่องทำความร้อนที่ล้มเหลวสำหรับสายไฟที่ถูกไฟไหม้ ปลอกขาด หรือข้อบ่งชี้ว่ามีความชื้นเข้ามา สามารถช่วยในการระบุสาเหตุที่แท้จริงและป้องกันไม่ให้เกิดขึ้นอีก เนื่องจากการสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไปอาจเพิ่มระยะห่างและลดการถ่ายเทความร้อนได้ ดังนั้นจึงแนะนำให้ตรวจสอบขนาดรูเจาะเป็นประจำ

แม้ว่าจะไม่ใช่ยาครอบจักรวาล แต่เครื่องทำความร้อนแบบตลับ Incoloy600 ก็เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานแบบหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง- ส่วนประกอบของโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม เนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลสูง (ประมาณ 72%) ปลอกจึงทนทานต่อความล้าจากความร้อน และหลีกเลี่ยงความเสียหายของขอบเขตเกรนซึ่งเกิดขึ้นในสเตนเลสสตีลทั่วไปภายใต้สถานการณ์แบบวนรอบ อย่างไรก็ตาม การควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ การติดตั้งที่ดี การเลือกความหนาแน่นของวัตต์ที่เหมาะสม และระยะห่างจากการขยายตัวทางความร้อนที่เพียงพอยังคงมีความสำคัญ การใช้เครื่องทำความร้อนที่แตกต่างกันมีความต้องการด้านความร้อนที่แตกต่างกัน เช่น อุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ เครื่องปิดผนึกบรรจุภัณฑ์ และระบบทางวิ่งร้อน เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ตลอดวงจรการผลิตทั้งหมด ความช่วยเหลือด้านเทคนิคที่มีทักษะจะช่วยในการแปลความต้องการเหล่านั้นให้เป็นข้อกำหนดเฉพาะที่เหมาะสม