Vertikalus PFA šildytuvas gali sukelti temperatūros skirtumą tarp viršutinės ir apatinės dalies dėl natūralios konvekcijos (viršuje karštesnė) arba nevienodos apvijos. Kai viršutinė dalis yra žymiai karštesnė nei apatinė, šiluminio plėtimosi neatitikimas sukuria gniuždymo įtempį karštesnėje srityje. Jei gniuždymo įtempis viršija kritinę PFA vamzdžio lenkimo apkrovą, apvalkalas susisuka -sudarydamas bangą arba lenkimą, kuris liečiasi su rezervuaro sienele arba gretimais šildytuvais. 1,2 m ilgio PFA šildytuvui su 25 mm OD ir 2 mm sienele didžiausias leistinas ašinis temperatūros gradientas (ΔT tarp viršaus ir apačios) yra 25–35 laipsniai laisvai stovinčiam vertikaliam šildytuvui. Kai nuolydis viršija 40 laipsnių, sulinkimas įvyksta per 100–500 terminių ciklų. Šildytuvų, suvaržytų atraminiais laikikliais, leistinas nuolydis yra mažesnis (15–25 laipsniai). Kritinis gradientas priklauso nuo vamzdžio plonumo santykio (ilgio/skersmens) ir sienelės storio.
Sulenkimo mechanika ir kritinis stresas
Kai vamzdis šildomas ne-vienodai, karštesnė dalis išsiplečia labiau nei vėsesnė. Jei galai yra suvaržyti (tvirtinimo flanšo viršuje ir laisvo antgalio apačioje), karštesnė dalis suspaudžiama. Kritinis plonasienio vamzdžio lenkimo įtempis yra σ_crit=(π² × E × I) / (L² × A), kur E yra PFA tamprumo modulis (500–700 MPa esant 100 laipsnių kampui), I yra inercijos momentas, L yra karštesnio skerspjūvio ilgis{{, o A.} - sekcijos plotas. 25 mm OD, 2 mm sieniniam vamzdžiui, I=π/64 × (OD⁴ - ID⁴)=0.049 × (25⁴ - 21⁴)=0.049 × (390, 625 - 194, 481) {{16}, {{1} mm⁴, A=144.5 mm². Jei sekcijos ilgis yra didesnis nei 0,6 m (pusė šildytuvo), σ_crit=(π² × 600 × 9 611) / (600 × 144,5)=(9 870 × 9 611) / (360 000) × 9 611 / (360 000)} e /54. 52,0e6=1.82 MPa. Gniuždymo įtempis dėl šiluminio plėtimosi yra σ_terminis=E × × ΔT, kur=110 ppm/laipsnis . σ_thermal=σ_crit nustatymas: ΔT_crit=σ_crit / (E × )=1.82 / (600 × 110e-6)=1.82 / 0.066=27.6 laipsnis . Tai atitinka empirinį 25–35 laipsnių diapazoną.
Jei visas šildytuvo ilgis (1,2 m) yra karštesnė dalis, L padidėja, σ_crit sumažėja iki 0,45 MPa, o ΔT_crit sumažėja iki 6,8 laipsnio -nepraktiška. Tai reiškia, kad sulinkimas greičiausiai yra tada, kai karšta zona yra viename gale (viršuje arba apačioje), o ne tolygiai. Šildytuvo, kuris yra karštesnis viršuje (tipiškas natūralios konvekcijos profilis), karštosios zonos ilgis dažnai yra 30–50 % viso ilgio, todėl ΔT_crit yra 25–35 laipsnių diapazone.
Leidžiamas terminis gradientas pagal šildytuvo geometriją
| Šildytuvo ilgis (m) | OD (mm) | Siena (mm) | Karštos zonos ilgis (m) | σ_kritas (MPa) | ΔT_kritas ( laipsnis ) | Rekomenduojamas maksimalus ΔT saugiam darbui |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 | 25 | 2.0 | 0,4 (50 %) | 4.2 | 64 | 40 laipsnių |
| 1.0 | 25 | 2.0 | 0.5 | 2.7 | 41 | 30 laipsnių |
| 1.2 | 25 | 2.0 | 0.6 | 1.8 | 27 | 20 laipsnių |
| 1.5 | 25 | 2.0 | 0.75 | 1.2 | 18 | 15 laipsnių |
| 1.2 | 25 | 1.5 | 0.6 | 1.2 | 18 | 15 laipsnių (silpnesnė siena) |
| 1.2 | 32 | 2.5 | 0.6 | 2.5 | 38 | 25 laipsnių (kietesnis vamzdis) |
| 1.2 | 25 | 2.5 | 0.6 | 2.2 | 33 | 25 laipsniai (storesnė siena) |
| 1.2 su vidutiniu-span palaikymu | 25 | 2.0 | 0,6 (dvi 0,3 m sekcijos) | po 7.3 | 110 | 60 laipsnių (atramos neleidžia sulinkti) |
Sulenkimo prevencija praktikoje
Jei naudojate 1,2 m PFA šildytuvą, apribokite vertikalų temperatūros gradientą iki maksimalaus 20 laipsnių, kad veiktų saugiai ir ilgai. Jei natūralios konvekcijos profilis sukuria 15 laipsnių gradientą (apačioje 80 laipsnių, viršuje 95 laipsnių), šildytuvas yra saugus. Jei nuolydis pasiekia 25 laipsnius, po daugelio ciklų gali atsirasti sulinkimas. Jei nuolydis pasiekia 35 laipsnius, sulinkimas gali būti per kelias savaites.
Norėdami sumažinti šiluminį gradientą:
Naudokite kintamo{0}}žygio šildytuvą (daugiau galios apačioje, mažiau viršuje), kad šilumos generavimas būtų suderintas su vietiniais šilumos nuostoliais.
Pridėkite recirkuliacinį siurblį, kad pašalintumėte natūralią konvekcinę stratifikaciją.
Vidutiniame{0}}aukštyje (500–600 mm nuo flanšo) aplink šildytuvą sumontuokite metalinę įvorę arba kreipiamąjį žiedą. Kreipiamasis žiedas apsaugo nuo šoninio judėjimo, padidindamas kritinę lenkimo apkrovą 4 kartus (efektyvus ilgis sumažintas per pusę, σ_crit keturis kartus). Kreipiamasis žiedas neturi tvirtai užsispausti; palikite 2–3 mm tarpą šiluminiam plėtimuisi.
Sumažinkite vatų tankį viršutinėje zonoje sumažindami bendrą galią arba padidindami šildytuvo paviršiaus plotą.
Sulenkimo aptikimas
Sulenkimas matomas kaip nuolatinis PFA apvalkalo lenkimas arba banga. Ankstyvieji požymiai: šildytuvas nebekabo vertikaliai; jis liečia bako sienelę arba gretimus šildytuvus. Susilietus su bako sienele, atsiranda vietinis perkaitimas (PFA nuo metalo), dėl kurio susidaro pūslės. Jei aptinkamas sulenkimas, nedelsdami išjunkite šildytuvą-. Susegta forma vėsinant neištiesins; PFA pasidavė visam laikui. Pakeiskite šildytuvą. Prieš keisdami, sumažinkite šiluminį gradientą reguliuodami galios paskirstymą arba padidindami srautą.
Lauko pavyzdys
1,2 m PFA šildytuvo 90 laipsnių dengimo vonioje su bloga cirkuliacija išmatuotas viršutinės -to-apačios temperatūros skirtumas buvo 28 laipsniai (apačioje 76 laipsniai, viršuje 104 laipsniai). Po 3 mėnesių operatoriai pastebėjo, kad šildytuvas lietė bako sienelę. Patikrinus aptiktas 15 mm lankas vidutiniame{11}}aukštyje. Šildytuvas buvo pakeistas. Sumontavus recirkuliacinį siurblį, nuolydis nukrito iki 8 laipsnių. Pakaitinis šildytuvas išliko tvarkingas 3+ metus. Siurblio kaina (500) buvo mažesnė už šildytuvą (500) už šildytuvą (800) ir prastovos laiką.
Išvada: 20 laipsnių maksimalus gradientas 1,2 m šildytuvui
1,2 m ilgio PFA šildytuvui su 25 mm OD ir 2 mm sienele didžiausias leistinas šiluminis gradientas tarp viršaus ir apačios, kad būtų išvengta sulinkimo, yra 20–25 laipsniai, kad būtų galima saugiai veikti. Viršijus 35 laipsnius, per kelias savaites jis sulinksta. Kritinis gradientas yra mažesnis ilgesniems šildytuvams (1,5 m: 15 laipsnių) ir plonesnėms sienoms (1,5 mm: 15 laipsnių). Kad išvengtumėte sulenkimo, išmatuokite vertikalų temperatūros profilį, sumažinkite gradientą naudodami recirkuliaciją arba kintamo nuolydžio šildytuvus ir pridėkite vidutinio{14}}tarpatramio kreipiamuosius žiedus, jei nuolydžių neišvengiate. Sulenkimas nėra laipsniškas gedimas{16}}tai staigus geometrinis nestabilumas, visam laikui deformuojantis šildytuvą. Gerbkite gradientą, palaikykite šildytuvą arba abu. Tiesus šildytuvas yra laimingas šildytuvas. Laikykite tiesiai, saugokite.
