Који је максимални дозвољени термички градијент дуж 1,2 м дугог ПФА грејача да би се избегло извијање омотача?

Вертикални ПФА грејач може да има температурни градијент од врха до дна због природне конвекције (горе топлије) или не-неједнаког намотаја. Када је горња област много топлија од доњег дела, неусклађеност термичког ширења изазива притисак на притисак у топлијој области. Када је притисак на притисак већи од критичног оптерећења ПФА цеви извијањем, омотач ће се извијати и производити талас или се савијати да додирне зид резервоара или оближње грејаче. За самостојећи вертикални грејач дужине 1,2 м ПФА 25 мм ОД, 2 мм зида, максимални дозвољени аксијални температурни градијент (ΔТ од врха до дна) је 25-35 степени. Извијање се примећује након 100-500 топлотних циклуса за градијент преко 40 °Ц. За грејаче ограничене потпорним конзолама дозвољени нагиб је мањи (15 до 25 степени). Градијент у критичном стању зависи од односа виткости цеви (дужина/пречник) и дебљине зида.

Механика извијања и критичног напрезања
Ако цев загревате неравномерно, врућа страна се шири више од хладне стране. Ако су крајеви спутани (прирубницом за монтажу на врху и слободним врхом на дну), топлији део иде под компресију. Критични напон извијања за цев са танким-зидовима је дат са σ_црит=(π^2 * Е * И) / (Л^2 * А) где је Е модул еластичности ПФА (500-700 МПа на 100 степени), И је момент инерције, а Л је попречни пресек дужине топлотног пресека. И=π/64 к (ОД4- ИД4)=0.049 к (25 4-21 4)=0.049 к (390 625-194 481)=0.049 к 196 144=9 611 мм4 за зидну цев од 25 мм ОД, 2 мм. А=144.5 мм2. Са дужином топлијег дела од 0,6 м (пола грејача), σ_црит=(π² × 600 × 9,611) / (600² × 144,5)=(9,870 × 9,611) / (360,000} × 144. 52.0е6=1.82 МПа. Напон притиска услед термичког ширења је σ_термални=Е* *ΔТ где је=110 ппм/ степен За σ_термални=σ_црит, ΔТ_црит=σ_црит/(Е ) {{57})}/(06060=1.82/0.066=27.6 степен. Ово се слаже са посматраним опсегом од 25-35 степени Ц.

Ако је комплетна дужина грејача (1,2 м) топли део, Л расте, σ_црит се спушта на 0,45 МПа и ΔТ_црит је 6,8 степени – непрактична вредност. извијање је најприкладније да се деси ако се врућа зона налази на једном крају (било на врху или на дну), а не равномерно распоређена. За типичан природни конвекцијски профил са топлијим врхом (грејач), дужина топле зоне је често 30-50% укупне дужине, што даје ΔТ_црит у опсегу од 25-35 степени.

Геометрија грејача Термални градијент Дозвољен
Дужина грејача (м) ОД (мм) Зид (мм) Дужина вруће зоне (м) σ критична (МПа) ΔТ критична (степен) Препоручени максимални ΔТ за безбедан рад 0.8 25 2.0 0.4 (горњих 50%) 4.2 64 40 степен 1.0 25 2.0 0.5 2.7 41 30 степен 1.2 25 2.0 0.6 1.8 27 20 степен 1.5 25 2.0 0.75 1.2 18 15 степен (ве {6кер) степен
1.2 32 2.5 0.6 2.5 38 25 степен (чвршћа цев)
1.2 25 2.5 0.6 2.2 33 25 степен (дебљи зид)
1.2 са подршком средњег-распона 25 2.0 0.6 (две секције од 0,3 м) 7,3 сваки 110 60 степен (ослонци спречавају извијање)
Превенција извијања у пракси
Максимална вертикална температурна разлика од 20 степени је дозвољена за сигуран дуготрајан рад 1,2 м ПФА грејача. Ако профил природне конвекције даје градијент од 15 степени Ц (доњи 80, горњи 95 степени Ц), онда је грејач сигуран. Ако се градијент приближи 25 степени, може да се извија након бројних циклуса. Ако градијент достигне 35 степени, извијање је вероватно у року од неколико недеља.

Да бисте смањили топлотни градијент:

Користите грејач са променљивим кораком да прилагодите производњу топлоте локалном губитку топлоте (више снаге на дну мање снаге на врху).

Инсталирајте рециркулацијску пумпу да бисте уклонили слојевитост природном конвекцијом.

Поставите металну навлаку или прстен за вођење око грејача на средњу-висину (500-600 мм од прирубнице). Водећи прстен зауставља бочно кретање и повећава критични напон извијања за 4× (ефективна дужина преполовљена, сигма_црит повећан 4×). Водећи прстен не би требало да чврсто држи. Оставите 2-3 мм простора за термичко ширење.

Смањите густину у ватима у горњој зони било смањењем укупне снаге или повећањем површине грејача.

Детекција извијања
Извијање се посматра као упорно савијање или талас у омотачу ПФА. Први знаци: грејач више не виси вертикално, додирује зид резервоара или други грејач(е). До настанка пликова долази због локализованог прегревања где је зид резервоара у контакту (ПФА против метала). Ако видите извијање, одмах искључите грејач. Неће се исправити када се охлади, ПФА је трајно попустио. Промени грејач. Смањите температурни градијент пре замене (промените дистрибуцију снаге или додајте проток).

Теренски{0}}тест
1,2 м ПФА грејач у купатилу од 90 степени са ограниченом циркулацијом дао је температурни градијент од врха до дна од 28 степени (доњи 76 степени, горњи 104 степена). После 3 месеца радници су пронашли грејач у контакту са зидом резервоара. Инспекција је показала 15 мм лука на средњој{9}}висини. Промењен је грејач. Градијент је смањен на 8 степени након уградње рециркулацијске пумпе. Заменски грејач је био исправан 3+ година. Цена пумпе (500) је била мања од цене замена грејача (500) била је мања од цене замена грејача (800) са застојима.

ЗАКЉУЧАК МАКС 20 степени ГРАДИЈЕНТА ЗА 1.2м ГРЕЈАЊЕ
За 1,2 м дуг ПФА грејач са 25 мм спољашњим делом, 2 мм зидом, максимални дозвољени температурни градијент између врха и дна да би се избегло извијање је 20–25 степени за безбедан континуирани рад. Ако температура пређе 35 степени, закопчајте се у року од неколико недеља. Критични градијент је мањи за дуже грејаче (1,5 м: 15 степени) и тање зидове (1,5 мм: 15 степени). Да бисте избегли извијање, пратите вертикални температурни профил, смањите градијент помоћу рециркулације или грејача са променљивим кораком и обезбедите прстенове за вођење средњег распона -ако су градијенти неизбежни. То није прогресивни слом. То је изненадна геометријска нестабилност која трајно деформише грејач. Поштујте градијент, потпорни грејач или обоје. Срећан грејач је прави грејач. Држите то право. Чувајте га на сигурном.