Kaip 316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelės storis įtakoja magnio oksido izoliacijos dielektrinį stiprumą po to, kai buvo įdėta į elektrinius šildymo elementus?

Kokybės inžinieriams ir šildymo elementų gamintojams ryšys tarp apvalkalo sienelės storio ir elektros izoliacijos charakteristikų retai būna akivaizdus. Magnio oksido milteliai, supantys varžos laidą, turi būti sutankinti iki tokio tankio, kad būtų užtikrintas didelis šilumos laidumas ir didelis dielektrinis stiprumas -paprastai didesnis nei 2,8 g/cm³, kad izoliacijos varža kambario temperatūroje viršytų 100 megaomų. Purškimo procesas, kuris sumažina 316 nerūdijančio plieno apvalkalo išorinį skersmenį, yra pagrindinis MgO sutankinimo mechanizmas. Tačiau radialinis slėgis, perduodamas per apvalkalo sienelę į MgO, priklauso nuo sienelės storio. Storesnės sienos sugeria daugiau siurbimo jėgos, todėl MgO gali būti nepakankamai suspaustas. Plonesnės sienos perduoda daugiau jėgos, tačiau gali sugriūti arba pažeisti varžos laidą. Šiame straipsnyje kiekybiškai įvertinama, kaip 316 apvalkalo sienelės storis įtakoja pasiekiamą MgO tankį ir dielektrinį stiprumą, suteikiant pagrindą nurodyti minimalų sienelės storį, kuris subalansuoja mechaninį vientisumą ir elektrines charakteristikas.

MgO sutankinimo mechanika apvalkalo plovimo metu

Gaminant šildytuvą, 316 nerūdijančio plieno vamzdis užpildomas biriu MgO miltelių mišiniu ir centre esančia varžos viela. Agregatas praeina per šveitimo mašiną, kuri naudoja besisukančius štampus, kad vamzdis įkalamas radialiai į vidų, sumažinant jo išorinį skersmenį 10–30%. Šis sumažinimas sutankina MgO miltelius nuo pradinio maždaug 1,5–1,8 g/cm³ tūrio iki galutinio 2,8–3,2 g/cm³ tankio. Sutankinimo slėgis, perduodamas MgO, priklauso nuo radialinės jėgos, kurią veikia štampavimo štampai, atėmus jėgą, sugeriamą dėl elastinės ir plastinės 316 apvalkalo sienelės deformacijos. Esant tam tikram susitraukimo sumažinimui ir štampavimo jėgai, plonesnė apvalkalo sienelė patiria mažiau bendros deformacijos ir perduoda didesnę naudojamos jėgos procentą MgO. Smulkinimo proceso baigtinių elementų modeliavimas rodo, kad 0,8 mm 316 apvalkalas perduoda maždaug 85% štampavimo slėgio MgO, o 1,6 mm apvalkalas identiškomis plovimo sąlygomis perduoda tik 65%. 2,5 mm apvalkalas praleidžia mažiau nei 50% taikomos jėgos, o likusi dalis kaupiama kaip elastinga deformacijos energija storoje plieninėje sienelėje arba išsklaido kaip šiluma plastinės deformacijos metu. Šis skirtumas tiesiogiai veikia pasiekiamą MgO tankį.

Kiekybinis sienelės storio ir MgO tankio santykis

Kontroliuojami eksperimentai, naudojant identišką šlifavimo įrangą, štampų rinkinius ir redukcijos koeficientus, rodo aiškų atvirkštinį ryšį tarp 316 apvalkalo sienelės storio ir galutinio MgO tankio. Norint sumažinti skalbimą 20 % (pvz., nuo 12,0 mm iki 9,6 mm išorinio skersmens), paprastai pasiekiami šie MgO tankiai. Kai sienelės storis 0,8 mm, galutinis MgO tankis siekia 3,1–3,2 g/cm³, gerokai viršijantis minimalią specifikaciją. Kai sienelės storis yra 1,2 mm, tankis siekia 2,9–3,0 g/cm³, vis dar priimtinas daugeliu atvejų. Kai sienelės storis 1,6 mm, tankis nukrenta iki 2,7–2,8 g/cm³, esant minimaliai priimtinai slenksčiui arba žemiau. Kai sienelės storis 2,0 mm, tankis nukrenta iki 2,5–2,6 g/cm³, o to nepakanka patikimai elektros izoliacijai aukštesnėje temperatūroje. Mažiau nei 2,7 g/cm³ MgO yra tarpusavyje sujungto poringumo, kuris leidžia sugerti drėgmę ir užtikrina elektros srovės nuotėkio kelius. Izoliacijos varža esant 500 laipsnių MgO, sutankinto iki 2,5 g/cm³, paprastai yra 10–100 kartų mažesnė nei MgO, sutankinto iki 3,1 g/cm³. Dielektrinis stipris-didžiausias elektrinis laukas, kurį izoliacija gali atlaikyti be gedimo{33}}nukrenta nuo maždaug 15 kV/mm esant 3,1 g/cm³ iki 5 kV/mm esant 2,5 g/cm³. 240 V šildytuvui, kurio varžos laido skersmuo yra 1,0 mm, elektrinis laukas per MgO sluoksnį yra maždaug 2–3 kV/mm esant darbinei įtampai. Tai suteikia patogią ribą esant dideliam MgO tankiui, bet tampa nereikšminga esant mažam tankiui, kai lokalizuoti defektai gali sukelti dielektrinį skilimą.

Praktinės storų{0}}sienių apvalkalų, skirtų dielektriniam vientisumui išlaikyti, ribos

Tais atvejais, kai reikalingi stori 316 apvalkalai -daugiau nei 1,6 mm-, kad atitiktų mechaninius arba korozijos reikalavimus, standartiniais plovimo procesais gali nepasiekti pakankamo MgO tankio. Trys gamybos modifikacijos gali kompensuoti storų sienų jėgą{5}}. Pirmasis ir labiausiai paplitęs yra padidinti skalbimo mažinimo koeficientą. Vietoj 20 % sumažinimo, 30 % sumažinus išorinį skersmenį nuo 12,0 mm iki 8,4 mm, MgO perduoda didesnes radialines jėgas, todėl mažesnio sumažinimo metu pasiekiamas tankis, panašus į plonesnes sienas. Kompromisas-yra padidėjusi atsparumo laido pažeidimo rizika ir didesnis liekamasis apvalkalo įtempis. Antroji modifikacija – naudoti kelis skalbimo praėjimus su tarpiniu atkaitinimu. Pirmą kartą sumažinus 15 %, po to atkaitinus, kad būtų sumažintas apvalkalo įtempis, o po to antrą kartą sumažinus 15 %, galima pasiekti aukštą MgO tankį storų -sienelių apvalkaluose, neviršijant 316 vamzdžių formavimo ribų. Trečia modifikacija – pakeisti MgO miltelių specifikaciją. Šiurkštesnės, kampinės MgO dalelės sutankinamos lengviau nei smulkūs sferiniai milteliai. Nurodant didelio -tankio MgO rūšį su kontroliuojamu dalelių dydžio pasiskirstymu, galutinis tankis gali padidėti 0,1–0,2 g/cm³ tomis pačiomis skalbimo sąlygomis. Kiekvienas iš šių pakeitimų padidina gamybos sąnaudas, tačiau išlaidos yra pateisinamos tais atvejais, kai storos sienos yra neišvengiamos.

Sienelės storio ir MgO tankio pasirinkimo matrica, užtikrinanti patikimą dielektrinį veikimą

Šioje lentelėje pateikiami rekomenduojami 316 apvalkalo sienelių storio ir gamybos specifikacijų deriniai, kad būtų pasiektas minimalus priimtinas MgO tankis 2,8 g/cm³ ir dielektrinis stipris didesnis nei 10 kV/mm kambario temperatūroje.

Bet kurio šildytuvo, kurio darbinė įtampa viršija 250 VAC, mažiausias leistinas MgO tankis turėtų būti padidintas iki 3,0 g/cm³, o tai veiksmingai apriboja maksimalų 316 apvalkalo sienelės storį iki 1,2 mm, nebent būtų naudojami specialūs keitimo procesai. Aukštos -įtampos, viršijančios 600 VAC-kai tam tikroje pramoninėje ir kasybos įrangoje, -apvalkalo sienelių storis turi būti mažesnis nei 1,0 mm, kad būtų užtikrintas tinkamas dielektrinis stiprumas, arba šildytuvas turi būti suprojektuotas su įžemintu metaliniu ekranu, atskirtu nuo MgO izoliacijos.

Gamybos kokybės užtikrinimo testavimo ir patvirtinimo metodai

Atsižvelgiant į kintamumą, atsirandantį dėl keitimo įrangos, operatoriaus technikos ir įeinančių vamzdžių tolerancijos, pasikliauti vien teoriniais ryšiais nepakanka. Inžinieriai, nurodantys šildytuvus, kurių sienelių storis didesnis nei 1,4 mm, turėtų reikalauti, kad gamintojas pateiktų MgO tankio matavimus iš gamybinių mėginių, paprastai gaunamų pjaunant šildytuvo sekciją ir išmatavus sutankintų miltelių masę bei tūrį. Minimalus 2,8 g/cm³ tankis turėtų būti nurodytas kaip kokybės reikalavimas, o ne tik tikslas. Be to, reikia atlikti gatavų šildytuvų dielektrinio stiprumo bandymą. Atliekant standartinį bandymą, tarp varžos laido ir apvalkalo vieną minutę taikoma 1500 VAC ir dvigubai didesnė darbo įtampa. 240 V šildytuvui tai reiškia 1,500 + 480=1, 980 VAC. Storų -sienelių apvalkalai, kurių MgO tankis yra ribinis, dažnai išlaiko šį testą kambario temperatūroje, bet nepavyksta, kai kaitinama iki darbinės temperatūros, nes MgO dielektrinė stipris mažėja didėjant temperatūrai. Todėl prašymas atlikti šilumos izoliacijos varžos matavimus 500 laipsnių kampu suteikia patikimiausią patvirtinimą. Pramoniniams šildytuvams būdinga minimali 1 megohmo šilumos izoliacijos varža, tačiau norint užtikrinti ilgą tarnavimo laiką, pageidautina 10 megaomų. Lauko gedimai dėl dielektriko gedimo yra brangūs ir dažnai pavojingi. Papildomos išlaidos nurodant plonesnį apvalkalą arba agresyvesnį skalbimą, siekiant užtikrinti MgO tankį, yra nereikšmingos, palyginti su pretenzijos dėl garantijos arba, dar blogiau, elektros smūgio išlaidomis.