สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-: ก้าวข้ามขีดจำกัดของเครื่องทำความร้อนแบบตลับขนาด 28 มม

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานสูงกว่า 500 องศา และวิธีการรักษาเครื่องทำความร้อนแบบตลับให้ทำงาน


งานทำความร้อนทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำงานได้ดีระหว่าง 100 องศาถึง 400 องศา เมื่อติดตั้งอย่างถูกต้อง เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์หัวเดียวสเตนเลสสตีลพื้นฐานจะทำงานได้ดีเป็นเวลาหลายปีที่อุณหภูมิเหล่านี้

แต่การใช้งานบางอย่างจำเป็นต้องมีมากกว่านี้ การหล่อ- การขึ้นรูปแก้ว กระบวนการทางเคมีบางอย่าง และพลาสติกที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก ล้วนแต่ต้องทำงานที่อุณหภูมิ 500 องศา 600 องศา หรือสูงกว่านั้นเป็นเวลานาน เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์มาตรฐานจะพังอย่างรวดเร็วที่สภาวะสุดขั้วเหล่านี้

ใครก็ตามที่ทำงานด้วยกระบวนการระบายความร้อนที่ยากลำบากจะต้องรู้ว่าเครื่องทำความร้อนแบบหัวเดียวเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ 28 มม. สามารถทำอะไรได้บ้างในการตั้งค่าอุณหภูมิสูง-

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น?
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ทุกส่วนของเครื่องทำความร้อนแบบตลับจะต้องทำงานหนักขึ้น

วัสดุสำหรับฝัก เหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน (304, 316) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเริ่มสูญเสียความแข็งแรงและความสามารถในการต้านทานการเกิดออกซิเดชัน เปลือกอาจเปราะและอาจเกิดการปรับขนาดพื้นผิวได้ การย่อยสลายอย่างรวดเร็วจะเกิดขึ้นเมื่อคุณใช้งานเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 600 องศา ปลอก Incoloy® (เกรด 800 และ 840) คงความแข็งแกร่งและไม่เป็นสนิมสูงถึงประมาณ 800 องศา โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมหรือซูเปอร์อัลลอยด์เฉพาะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุณหภูมิที่ร้อนที่สุด

ฉนวนทำจาก MgO ฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ค่อนข้างเสถียรและไม่ละลายจนถึงอุณหภูมิ 2800 องศา แต่เมื่ออุณหภูมิสูง MgO จะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้เล็กน้อย ซึ่งจะทำให้ความต้านทานของฉนวนลดลง ผลกระทบนี้จะหายไปเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดกราวด์สะดุดที่น่ารำคาญในระบบควบคุมที่มีความละเอียดอ่อน MgO ที่มีปริมาณความชื้นที่ควบคุมได้ทำงานได้ดีขึ้นที่อุณหภูมิสูง

ลวดที่ต้านทาน ลวดที่ทนความร้อนเป็นส่วนที่ไวต่ออุณหภูมิมากที่สุด ลวด NiCr มาตรฐาน (80/20 นิกเกิล-โครเมียม) ที่สูงกว่า 600 องศาจะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว เพื่อให้ทำงานเหนือจุดนี้ต่อไปได้ คุณต้องใช้โลหะผสมพิเศษ เช่น NiCrFe หรือเกรดอุณหภูมิสูง-แบบกำหนดเอง

การสิ้นสุด จุดที่สายไฟฟ้าเชื่อมต่อกับสายต้านทานมีจุดอ่อน ที่อุณหภูมิสูง การเชื่อมต่อแบบบัดกรีหรือแบบจีบมาตรฐานอาจอ่อนลงหรือแตกหักได้ คุณต้องมีขั้วต่อแบบเชื่อมหรือขั้วต่อที่มีอุณหภูมิสูง-ซึ่งทำขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้โดยเฉพาะ

ข้อได้เปรียบ 28 มม. ในสภาพอากาศร้อน
ในสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูง- เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ 28 มม. จะดีกว่าเนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ลวดต้านทานสามารถขดได้ที่ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำกว่าเพื่อให้ได้กำลังไฟรวมเท่ากัน เนื่องจากมีเนื้อที่ภายในมากกว่า แม้ว่าปลอกจะถูกให้ความร้อน ความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่าก็เท่ากับอุณหภูมิภายในสายไฟที่ต่ำกว่า

เครื่องทำความร้อนแบบตลับหัวเดียวขนาด 28 มม. ที่มีอุณหภูมิปลอก 600 องศา และความหนาแน่นของวัตต์ 5 วัตต์/ซม.² อาจมีอุณหภูมิสายไฟภายในอยู่ที่ 750 องศา เครื่องทำความร้อนขนาด 12 มม. ที่มีกำลังไฟเท่ากันอาจทำให้อุณหภูมิของสายไฟด้านในสูงขึ้นมากกว่า 900 องศา ซึ่งสูงเกินกว่าที่โลหะผสมที่ทนทานจะจัดการได้

ความแตกต่างนี้คือสาเหตุที่เครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่มักจะทำงานในสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูง- ในขณะที่เครื่องทำความร้อนขนาดเล็กไม่ทำงาน

การเลือกวัสดุเปลือกสำหรับอุณหภูมิสูง
การเลือกวัสดุเปลือกที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบตลับที่ทำงานที่อุณหภูมิ 500 องศา

Incoloy 800 สามารถใช้งานได้ต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงถึง 760 องศา ความแข็งแรงทางกลที่ดีและทนต่อการเกิดออกซิเดชัน ตัวเลือกทั่วไปที่สุดสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ต้องทำงานที่อุณหภูมิสูง

Incoloy 840 มีค่าเท่ากับ 800 ยกเว้นว่าจะมีโครเมียมมากกว่า ซึ่งทำให้ต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดีขึ้น ทำงานได้ดีสูงถึง 800 องศา

โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม เช่น 80/20 เรียกว่านิกโครม (NiCr) สามารถใช้เป็นวัสดุเปลือกหุ้มที่อุณหภูมิสูงมาก (สูงถึง 1,000 องศา) แต่มีราคาสูงกว่าและไม่ทนทานต่อการกัดกร่อนและอินคอลอยย์

สแตนเลส 310 เป็นเกรดออสเทนนิติกที่มีโครเมียมและนิกเกิลมากกว่า 304/316 เหมาะสำหรับช่วงเวลาสั้นๆ ที่อุณหภูมิสูงถึง 1000 องศา แต่จะออกซิไดซ์ได้เร็วกว่า Incoloy เมื่อใช้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูง

เมื่อทำงานกับก๊าซหรือสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง คุณอาจต้องใช้ไทเทเนียมหรือสารเคลือบพิเศษ อย่างไรก็ตาม โซลูชันเหล่านี้มีราคาแพงกว่ามาก

สิ่งที่ควรคำนึงถึงเมื่อติดตั้งในบริเวณที่มีความร้อนสูง
การขยายตัวทางความร้อนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อได้รับความร้อนถึง 600 องศา เครื่องทำความร้อนแบบตลับขนาด 28 มม. ที่อุณหภูมิห้องอยู่แล้วอาจขยายตัวได้ประมาณ 0.1% ของความยาว (ประมาณ 0.2 มม. สำหรับเครื่องทำความร้อนขนาด 200 มม.) หากรูยึดขยายตัวมากกว่าตัวทำความร้อน ก็อาจทำให้ตัวทำความร้อนติดอยู่ในรูแคบ ๆ หรือทำให้เกิดช่องว่างได้

สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง- ระยะห่างเส้นผ่านศูนย์กลางที่ด้านบนสุดของช่วงที่แนะนำ (0.04–0.05 มม.) จะดีที่สุดเนื่องจากช่วยให้สามารถขยายส่วนต่างได้ รูยึดควรตรงและเรียบเพื่อให้ฮีตเตอร์สามารถขยายได้โดยไม่งอ

คุณต้องคิดถึงอุณหภูมิใกล้ทางออกตะกั่วด้วย แม้ว่าปลายตะกั่วจะไม่ได้รับความร้อน แต่ความร้อนยังสามารถเคลื่อนตัวไปตามฝักจนถึงปลายได้ หากอุณหภูมิของตะกั่วเกิน 200 องศา ลวดตะกั่วและซีลปกติจะแตกหัก คุณอาจต้องใช้บล็อกระบายความร้อนที่มีความยาวและไม่ได้รับความร้อน หรือวัสดุตะกั่วที่มีอุณหภูมิสูง- เช่น เคเบิลหุ้มเซรามิกไฟเบอร์หรือโลหะ-

วิธีที่พบบ่อยที่สุดที่สิ่งต่างๆ ผิดพลาดที่อุณหภูมิสูง
เมื่อเครื่องทำความร้อนแบบตลับหยุดทำงานที่การตั้งค่าอุณหภูมิสูง- มักเกิดจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่งต่อไปนี้:

การเกิดออกซิเดชันของฝัก: การปรับขนาดจะทำให้ผนังของฝักบางลง ซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การแตกหักที่ทำให้โลกภายนอกมองเห็นส่วนภายในได้

ความต้านทานของฉนวนลดลง: MgO กลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอที่อุณหภูมิสูงเพื่อป้องกันความผิดพลาดของกราวด์ตัดการทำงาน แม้ว่าเครื่องทำความร้อนยังคงทำงานอยู่ก็ตาม

การเกิดออกซิเดชันของลวดต้านทาน: ลวดจะสูญเสียหน้าตัดอย่างช้าๆ- ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานและสร้างจุดร้อนที่เร่งให้เกิดความล้มเหลว

ความล้มเหลวของซีลตะกั่ว: ซีลระหว่างปลอกและสายไฟขาด ปล่อยให้ความชื้นหรือสิ่งสกปรกเข้าไปในเครื่องทำความร้อนเมื่อเย็นลง

เคล็ดลับที่เป็นประโยชน์เพื่อความสำเร็จที่อุณหภูมิสูง
เมื่อเลือกเครื่องทำความร้อนแบบตลับสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง- ให้คำนึงถึงสิ่งเหล่านี้ ขนาด 28 มม. มักเป็นขนาดที่ดีที่สุดเพราะเป็นขนาดที่ใหญ่ที่สุดที่อาจใช้ได้ เลือกวัสดุเปลือกและลวดที่สามารถรองรับอุณหภูมิที่คุณต้องการได้ บวกกับความปลอดภัยสำหรับการใช้งานเป็นเวลานาน สำหรับการใช้งานระยะยาว-ที่อุณหภูมิสูง ควรรักษาความหนาแน่นของวัตต์ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งถ้าจะให้ดีควรต่ำกว่า 5 วัตต์/ซม.² ที่ปลายสายตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความยาวที่ไม่มีการทำความร้อนเพียงพอเพื่อป้องกันจุดสิ้นสุด หากจำเป็น ให้คิดถึงการใช้การทำความเย็นแบบแอคทีฟ (อากาศหรือน้ำ) เพื่อทางออกของตะกั่ว

ความคิดสุดท้าย
เมื่อใช้ที่อุณหภูมิสูง ทุกส่วนของฮีตเตอร์แบบหัวเดียวจะถูกดันจนถึงขีดจำกัด เพื่อให้ประสบความสำเร็จ คุณต้องเลือกวัสดุอย่างระมัดระวัง รักษาความหนาแน่นของวัตต์ให้ต่ำ และใส่ใจกับการขยายตัวทางความร้อนและอุณหภูมิทางออกของตะกั่ว เครื่องทำความร้อนแบบตลับหัวเดียวเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ 28 มม. เหมาะกว่าสำหรับสภาวะที่ยากลำบากเหล่านี้ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูงกว่าและมีปริมาตรภายในมากกว่าขนาดที่เล็กกว่า

กระบวนการทางความร้อนที่แตกต่างกันต้องการปริมาณความร้อนที่แตกต่างกัน เครื่องทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์ที่ทำงานใน-การหล่อแบบตายตัวที่ 550 องศา อาจทำงานได้ไม่ดีนักในกระบวนการขึ้นรูปแก้ว-ที่ 700 องศา เพื่อให้เครื่องทำความร้อนทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ จะต้องตั้งอุณหภูมิให้เหมาะสมกับงาน