เหตุใดเครื่องทำความร้อน PFA ที่มีแกนโลหะบางครั้งจึงแสดงสิ่งประดิษฐ์ 'วงแหวนร้อน' ที่จุดรองรับสายไฟภายใน

บางครั้ง เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีแกนโลหะภายใน (อินคอลอยย์ ไทเทเนียม หรือสแตนเลส) จะสร้างแถบเส้นรอบวง "วงแหวนร้อน"- บนพื้นผิว PFA ที่ร้อนกว่า เปลี่ยนสี หรือเป็นเกล็ดอย่างเห็นได้ชัด แสดงให้เห็นการมีอยู่ของวงแหวนเหล่านี้ในตำแหน่งที่ลวดทำความร้อนภายในรองรับด้วยตัวเว้นระยะเซรามิก แหวนรองไมก้า หรือฉากยึดโลหะภายในแกน ที่จุดรองรับแต่ละจุด เส้นทางการนำความร้อนจากลวดทำความร้อนไปยังเปลือกด้านนอกจะเปลี่ยนไป วัสดุรองรับอาจมีค่าการนำความร้อนน้อยกว่าฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) ที่อยู่รอบๆ ทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ อีกทางหนึ่ง ส่วนรองรับสามารถรวม MgO เข้าด้วยกัน ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนลดลง ผลที่ตามมาคือวงแหวนของฟลักซ์ความร้อนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิพื้นผิว PFA เพิ่มขึ้น 10–30 องศาที่ตำแหน่งตามแนวแกนนั้น เมื่อเวลาผ่านไป วงแหวนที่ให้ความร้อนจะทำให้ PFA เสื่อมลงเฉพาะที่ ทำให้เกิดตะกรันและการแตกร้าว สิ่งประดิษฐ์จะเด่นชัดเป็นพิเศษในเครื่องทำความร้อนที่มีการเปิด/ปิดบ่อยครั้ง (ความล้าจากความร้อน) และใน-ของเหลวที่ก่อตัวเป็นตะกรัน

การหยุดชะงักของการไหลของความร้อนที่จุดรองรับ
ลวดต้านทานในเครื่องทำความร้อน PFA มาตรฐานฝังอยู่ในผงแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) ภายในแกนโลหะ MgO เป็นฉนวนไฟฟ้าและมีค่าการนำความร้อนที่ดี (2–5 W/m·K) ตัวเว้นระยะเซรามิกหรือแหวนรองไมกาเป็นระยะ (ทุกๆ 50-200 มม.) จัดกึ่งกลางเส้นลวดและป้องกันไม่ให้กระทบกับผนังแกนกลาง วัสดุรองรับเหล่านี้มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า MgO 1-2 W/m·K (เซรามิก) หรือ 0.2-0.5 W/m·K (ไมกา) ค่าการนำความร้อนที่ลดลงที่จุดรองรับทำให้เกิดปัญหาคอขวด: ความร้อนจากเส้นลวดจะเคลื่อนที่ช้าลงผ่านจุดรองรับ และอุณหภูมิของเส้นลวดจะเพิ่มขึ้นเฉพาะที่ อุณหภูมิของสายไฟที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มฟลักซ์ความร้อนด้านปลายน้ำ และสร้างวงแหวนที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นที่เปลือกด้านนอก ภาพอินฟราเรดของเครื่องทำความร้อน PFA ที่ทำงานแสดงอุณหภูมิสูงสุดที่จุดรองรับที่อยู่เหนือพื้นหลัง 5-15 องศาเซลเซียส

ในการออกแบบบางอย่าง จุดรองรับจะบีบอัดผง MgO เพื่อลดความพรุนและเปลี่ยนคุณลักษณะทางความร้อน การบีบอัดสามารถเพิ่มการนำไฟฟ้าของ MgO (ดี) แต่แรงอัดทำให้เกิดความเครียดเชิงกลที่แกนกลาง และอาจบิดเบือนเปลือก PFA ได้

ลายเซ็นและการค้นพบแหวนร้อน
ประเภทเครื่องทำความร้อน วัสดุรองรับ ระยะห่างระหว่างวัสดุรองรับ (มม.) โดยทั่วไป ΔT ที่วงแหวน ( องศา ) สิ่งแปลกปลอมที่มองเห็นได้ เวลาในการเปลี่ยนสีที่มองเห็นได้ (ชม. @ น้ำ 90 องศา)
Standard industrial Ceramic spacer 100 8-15 สีเหลืองอ่อน แหวนจางๆ 2,000-4,000
เครื่องซักผ้าไมก้ามาตรฐานอุตสาหกรรม 150 5–104,000–6,000 มองเห็นได้เล็กน้อย
High power density (>5 W/cm 2 ) เซรามิก 80 15-30 แหวนสีเข้มโดดเด่น 500-1,500
ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ (<2.5 W/cm2) Mica 200 2–5Invisible >10,000
ส่วนรองรับที่สร้างขึ้นไม่ดี (ส่วนรองรับไม่ตรงแนว) เซรามิก v ar 20-40 แหวนพอง รุนแรง 100–500
Thermal equaliser (copper sleeve)Any Any 2-8 Minimal >10,000
น้ำกระด้าง (น้ำบนเครื่องชั่งขนาดใหญ่) เซรามิก 100 ΔT เพิ่มขึ้นเมื่อมีการสะสมของตะกรัน500–1,000 (เร่งด้วยตะกรัน) วงแหวนสีขาว @ ตำแหน่งสเกล
เหตุใด Hot Rings จึงล้มเหลว
ตัววงแหวนร้อนนั้นไม่ใช่ความล้มเหลว แต่จะเร่งกลไกความล้มเหลวสามประการ:

มาตราส่วนเฉพาะที่: ตะกรันจะตกตะกอนบนวงแหวนที่ให้ความร้อนในน้ำกระด้างเป็นพิเศษ ชั้นสเกล (สีขาว สีชอล์ก) ทำหน้าที่ป้องกันเครื่องทำความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิอีก วงแหวนเป็นแถบสีขาวขนาด เครื่องชั่งสามารถมีความหนา 1-2 มม. ในเวลาหลายเดือน ทำให้เกิดฮอตสปอตที่สามารถพึ่งพาตนเองได้

ความล้าจากความร้อน: บริเวณวงแหวนจะมองเห็นความเค้นในแต่ละรอบการเปิด/ปิดสูงกว่าส่วนอื่นๆ ของเครื่องทำความร้อน รอยแตกเริ่มก่อตัวในวงแหวนหลังจาก 2,000–5,000 รอบ (เทียบกับ. 10,000+ รอบที่อื่น)

การเร่งความเร็วในการเจาะ: การเพิ่มอุณหภูมิของวงแหวนทำให้น้ำและกรดซึมผ่าน PFA ได้มากขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การกัดกร่อนอย่างรวดเร็วของแกนโลหะใต้วงแหวน ทำให้เกิดความผิดปกติของกราวด์ก่อนเวลาอันควร

เครื่องทำความร้อนที่เสียโดยทั่วไปจะมีรอยแตกหรือตุ่มเส้นรอบวงที่วงแหวนที่ให้ความร้อน ส่วนที่เหลือของเครื่องทำความร้อนอาจไม่เสียหายซึ่งอาจบ่งบอกถึงข้อบกพร่องในการผลิต อย่างไรก็ตาม เหตุผลพื้นฐานคือจุดสนับสนุนภายใน

การปรับปรุงการออกแบบและการบรรเทาผลกระทบ
สำหรับการลดสิ่งประดิษฐ์ของวงแหวนร้อน:

ใช้ตัวรองรับไมกาแทนการใช้เซรามิก: ไมกามีค่าการนำความร้อนไม่ตรงกันกับ MgO ต่ำกว่า และลด ΔT ลง 50% ไมกายังบางกว่าอีกด้วย (0.5–1 มม. เทียบกับ. 3–5 มม. สำหรับเซรามิก) ซึ่งจะช่วยลดความยาวตามแนวแกนของการรบกวน

เพิ่มระยะการรองรับ การเพิ่มพื้นที่รองรับ (150–200 มม. กับ 50–100 มม.) จะช่วยลดจำนวนวงแหวนต่อเครื่องทำความร้อน แหวนน้อยลง จุดเสียหายน้อยลง

เพิ่มอีควอไลเซอร์ความร้อน: ปลอกทองแดงหรืออะลูมิเนียมบาง (0.5 มม.) เหนือแกนโลหะ (ใต้ PFA) กระจายความร้อนในทิศทางตามแนวแกน ช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิ ปลอกหุ้มเพิ่มขึ้น 10-20% แต่ถอดวงแหวนที่ร้อนออกได้

ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำกว่า: ที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 3 วัตต์/ซม.2 คุณจะมีอุณหภูมิสัมบูรณ์ลดลง ณ ตำแหน่งใดๆ และวงแหวนร้อนจะเด่นชัดน้อยลง

ลวดบิดเป็นเกลียวโดยไม่มีส่วนรองรับที่ชัดเจน: ขดลวดของเครื่องทำความร้อนบางชนิดนั้นรองรับตัวเอง- (สัมผัสกับแกนตามความยาว) การออกแบบเหล่านี้ไม่มีจุดรองรับ ดังนั้นจึงไม่มีวงแหวนร้อน แต่หน้าสัมผัสแกนสายไฟ-ทำให้เกิดปัญหาด้านความร้อนเพิ่มเติม (จุดร้อนอาจเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่สัมผัสกัน)

ตัวอย่างภาคสนาม
เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีการรองรับเซรามิกถูกนำมาใช้ในถังชุบน้ำกระด้าง (300 ppm CaCO₃, 80 องศา ) โดยมีระยะห่าง 75 มม. หลังจากผ่านไป 6 เดือน เครื่องทำความร้อนเผยวงแหวนสีขาวใสที่ระยะห่าง 75 มม. ตะกรันถูกลบโดยการขจัดตะกรัน แต่วงแหวนก็กลับมาได้ในเวลาไม่ถึง 2 เดือน อายุการใช้งานเครื่องทำความร้อน 12-18 เดือน โรงงานถูกแปลงเป็นเครื่องทำความร้อนที่รองรับไมก้าที่ระยะห่าง 150 มม. และอีควอไลเซอร์ความร้อนทองแดง การขจัดตะกรันลดลงจาก 3 เดือนเหลือ 12 เดือน อายุการใช้งานเครื่องทำความร้อนเพิ่มขึ้นเป็น 5+ ปี และไม่พบวงแหวนขจัดตะกรัน

สรุป: วงแหวนร้อนเป็นส่วนสำคัญของจุดรองรับภายใน ส่วน "วงแหวนร้อน" บนเครื่องทำความร้อน PFA ถูกสร้างขึ้นโดยจุดรองรับภายใน (ตัวเว้นระยะเซรามิก แหวนรองไมกา) ที่รบกวนการถ่ายเทความร้อนจากลวดต้านทาน ค่าการนำความร้อนที่ต่ำกว่าของวัสดุรองรับส่งผลให้เกิดพื้นที่ร้อนเฉพาะจุด (ΔT=5-30 องศา ) ซึ่งทำให้ปรับขนาดเร็วขึ้น ความล้าจากความร้อน และการทะลุผ่าน วงแหวนร้อนจะปรากฏเป็นแถบเส้นรอบวงของการเปลี่ยนสีหรือเป็นสะเก็ด หากต้องการบรรเทา ให้ระบุส่วนรองรับไมกา เพิ่มระยะห่างส่วนรองรับ เพิ่มปลอกอีควอไลเซอร์ความร้อน หรือใช้การออกแบบลวดรองรับในตัว- เอฟเฟกต์วงแหวนร้อนส่งผลเสียต่อของเหลวที่ก่อตัวเป็นเกล็ดโดยเฉพาะ หากคุณเห็นวงแหวนในฮีตเตอร์ ปัญหาอยู่ที่ส่วนรองรับภายใน "ออกแบบใหม่หรือตายน้อยลง" คุณสามารถเลือกได้