म्यान की बकलिंग से बचने के लिए 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​हीटर के साथ अधिकतम स्वीकार्य थर्मल ग्रेडिएंट क्या है?

एक ऊर्ध्वाधर पीएफए ​​हीटर प्राकृतिक संवहन (ऊपर गर्म) या गैर-समान वाइंडिंग के कारण इसके ऊपर और नीचे के बीच तापमान में अंतर पैदा कर सकता है। जब शीर्ष भाग नीचे की तुलना में काफी गर्म होता है, तो थर्मल विस्तार बेमेल गर्म क्षेत्र में संपीड़न तनाव पैदा करता है। यदि संपीड़न तनाव पीएफए ​​ट्यूब के महत्वपूर्ण बकलिंग लोड से अधिक हो जाता है, तो शीथ एक लहर या मोड़ बनाती है जो टैंक की दीवार या आसन्न हीटर से संपर्क करती है। 25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार के साथ 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​हीटर के लिए, अधिकतम स्वीकार्य अक्षीय तापमान ढाल (ऊपर और नीचे के बीच ΔT) एक मुक्त खड़े ऊर्ध्वाधर हीटर के लिए 25-35 डिग्री है। 40 डिग्री ग्रेडिएंट से ऊपर, 100-500 थर्मल चक्रों के भीतर बकलिंग होती है। समर्थन ब्रैकेट द्वारा बाधित हीटरों के लिए, स्वीकार्य ढाल कम (15-25 डिग्री) है। महत्वपूर्ण ढाल ट्यूब के पतलापन अनुपात (लंबाई/व्यास) और दीवार की मोटाई पर निर्भर करती है।

बकलिंग मैकेनिक्स और गंभीर तनाव

जब किसी ट्यूब को गैर-समान रूप से गर्म किया जाता है, तो गर्म भाग ठंडे भाग की तुलना में अधिक फैलता है। यदि सिरों को बाधित किया जाता है (शीर्ष पर बढ़ते निकला हुआ किनारा और नीचे की ओर मुक्त टिप द्वारा), तो गर्म खंड संपीड़न में चला जाता है। एक पतली दीवार वाली ट्यूब के लिए महत्वपूर्ण बकलिंग तनाव σ_crit=(π² × E × I) / (L² × A) है, जहां E पीएफए ​​का लोचदार मापांक है (100 डिग्री पर 500-700 MPa), I जड़ता का क्षण है, L गर्म खंड की लंबाई है, और A क्रॉस{9}}अनुभागीय क्षेत्र है। 25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार ट्यूब के लिए, I=π/64 × (OD⁴ - ID⁴) {{16} mm². 0.6 मीटर (हीटर का आधा) के अधिक गर्म खंड की लंबाई के लिए, σ_crit=(π² × 600 × 9,611) / (600² × 144.5)=(9,870 × 9,611) / (360,000 × 144.5)=94.8e6 / 52.0e6=1.82 एमपीए. थर्मल विस्तार से संपीड़न तनाव σ_थर्मल=ई × × ΔT है, जहां=110 पीपीएम/डिग्री है। सेटिंग σ_थर्मल=σ_crit: ΔT_crit=σ_crit / (ई × )=1.82 / (600 × 110e-6)=1.82 / 0.066=27.6 डिग्री। यह 25-35 डिग्री की अनुभवजन्य सीमा से मेल खाता है।

यदि संपूर्ण हीटर की लंबाई (1.2 मीटर) गर्म खंड है, तो एल बढ़ता है, σ_crit घटकर 0.45 MPa हो जाता है, और ΔT_crit गिरकर 6.8 डिग्री - हो जाता है, यह अव्यावहारिक है। इसका मतलब यह है कि बकलिंग की सबसे अधिक संभावना तब होती है जब गर्म क्षेत्र समान रूप से फैलने के बजाय एक छोर (ऊपर या नीचे) पर होता है। एक हीटर के लिए जो शीर्ष पर अधिक गर्म होता है (सामान्य प्राकृतिक संवहन प्रोफ़ाइल), गर्म क्षेत्र की लंबाई अक्सर कुल लंबाई का 30-50% होती है, जो 25-35 डिग्री रेंज में ΔT_crit देती है।

हीटर ज्यामिति द्वारा स्वीकार्य थर्मल ग्रेडिएंट

अभ्यास में बकलिंग को रोकना

1.2 मीटर पीएफए ​​हीटर के लिए, सुरक्षित, दीर्घकालिक संचालन के लिए ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता को अधिकतम 20 डिग्री तक सीमित करें। यदि प्राकृतिक संवहन प्रोफ़ाइल 15 डिग्री ढाल (नीचे 80 डिग्री, शीर्ष 95 डिग्री) बनाती है, तो हीटर सुरक्षित है। यदि ढाल 25 डिग्री तक पहुंच जाती है, तो कई चक्रों के बाद बकलिंग हो सकती है। यदि ढाल 35 डिग्री तक पहुंच जाती है, तो कुछ हफ्तों के भीतर झुकने की संभावना है।

तापीय प्रवणता को कम करने के लिए:

गर्मी उत्पादन को स्थानीय गर्मी हानि से मेल करने के लिए एक वैरिएबल -पिच हीटर (नीचे अधिक शक्ति, ऊपर कम) का उपयोग करें।

प्राकृतिक संवहन स्तरीकरण को खत्म करने के लिए एक रीसर्क्युलेशन पंप जोड़ें।

हीटर के चारों ओर मध्य -ऊंचाई (फ्लैंज से 500-600 मिमी) पर एक धातु आस्तीन या गाइड रिंग स्थापित करें। गाइड रिंग पार्श्व गति को रोकती है, जिससे महत्वपूर्ण बकलिंग भार 4× बढ़ जाता है (प्रभावी लंबाई आधी हो जाती है, σ_crit चौगुनी हो जाती है)। गाइड रिंग को कसकर नहीं दबाना चाहिए; थर्मल विस्तार के लिए 2-3 मिमी निकासी की अनुमति दें।

कुल बिजली कम करके या हीटर सतह क्षेत्र बढ़ाकर शीर्ष क्षेत्र में वाट घनत्व कम करें।

बकलिंग का पता लगाना

पीएफए ​​आवरण में बकलिंग एक स्थायी मोड़ या लहर के रूप में दिखाई देती है। प्रारंभिक संकेत: हीटर अब लंबवत रूप से नहीं लटकता; यह टैंक की दीवार या आसन्न हीटर को छूता है। टैंक की दीवार के संपर्क में आने से स्थानीयकृत ओवरहीटिंग (धातु के विरुद्ध पीएफए) पैदा होती है, जिससे फफोले पड़ जाते हैं। यदि बकलिंग का पता चलता है, तो हीटर को तुरंत सक्रिय करें। ठंडा होने पर मुड़ी हुई आकृति सीधी नहीं होगी; पीएफए ​​स्थायी रूप से झुक गया है। हीटर बदलें. प्रतिस्थापन से पहले, बिजली वितरण को समायोजित करके या प्रवाह जोड़कर थर्मल ग्रेडिएंट को कम करें।

फ़ील्ड उदाहरण

खराब सर्कुलेशन वाले 90 डिग्री प्लेटिंग बाथ में 1.2 मीटर पीएफए ​​हीटर में शीर्ष से {{3} नीचे के तापमान में 28 डिग्री (नीचे 76 डिग्री, शीर्ष 104 डिग्री) का अंतर था। 3 महीने के बाद, ऑपरेटरों ने देखा कि हीटर टैंक की दीवार को छू रहा है। निरीक्षण से पता चला कि मध्य ऊंचाई पर 15 मिमी का धनुष है। हीटर बदल दिया गया. रीसर्क्युलेशन पंप स्थापित करने के बाद, ग्रेडिएंट 8 डिग्री तक गिर गया। प्रतिस्थापन हीटर 3+ वर्षों तक सीधा रहा। पंप की लागत (500) प्लस डाउनटाइम की तुलना में कम थी।

निष्कर्ष: 1.2 मीटर हीटर के लिए 20 डिग्री अधिकतम ग्रेडिएंट

25 मिमी ओडी, 2 मिमी दीवार के साथ 1.2 मीटर लंबे पीएफए ​​हीटर के लिए, सुरक्षित निरंतर संचालन के लिए बकलिंग से बचने के लिए ऊपर और नीचे के बीच अधिकतम स्वीकार्य थर्मल ग्रेडिएंट 20-25 डिग्री है। 35 डिग्री से अधिक होने पर कुछ ही हफ्तों में झुकना शुरू हो जाता है। लंबे हीटरों (1.5 मीटर: 15 डिग्री) और पतली दीवारों (1.5 मिमी: 15 डिग्री) के लिए क्रांतिक ढाल कम है। बकलिंग को रोकने के लिए, ऊर्ध्वाधर तापमान प्रोफ़ाइल को मापें, रीसर्क्युलेशन या वेरिएबल पिच हीटर के माध्यम से ग्रेडिएंट को कम करें, और यदि ग्रेडिएंट अपरिहार्य हैं तो मध्य स्पैन गाइड रिंग जोड़ें। बकलिंग धीरे-धीरे होने वाली विफलता नहीं है-यह एक अचानक ज्यामितीय अस्थिरता है जो हीटर को स्थायी रूप से विकृत कर देती है। ढाल का सम्मान करें, हीटर का समर्थन करें, या दोनों। एक सीधा हीटर एक सुखी हीटर है। इसे सीधा रखें, सुरक्षित रखें.