Beheer van thermische expansie in patroonverwarmers van 10.000 mm – een praktische gids
Laat een bericht achter
Wanneer je een metalen buis van kamertemperatuur naar 600 graden verwarmt, wordt deze groter. Voor een patroonverwarmer van 10.000 mm lang kan die groei aanzienlijk zijn. Als u geen rekening houdt met thermische uitzetting, zullen uw omhulsels knikken, vastlopen, breken en zullen uw montagegaten kapot gaan. Weten hoe je met deze groei om moet gaan, zorgt ervoor dat sommige installaties werken en andere falen, tegen hoge kosten.
Het is gemakkelijk om de wiskunde uit te voeren. Roestvast staal en koolstofstaal hebben thermische uitzettingscoëfficiënten van ongeveer 12 tot 17 × 10⁻⁶ per graad. Een heater van 10.000 mm lang warmt op van 20 graden naar 600 graden, wat neerkomt op een sprong van 580 graden. Om de voorspelde uitzetting te vinden, vermenigvuldigt u de lengte met de coëfficiënt en de temperatuurverandering. De groei is ongeveer 87 mm, of bijna 3,5 inch, als je 15 × 10⁻⁶ gebruikt. Dat is een groot lengteverschil voor een gadget dat precies in een gat past.
Wat gebeurt er met de 87 mm groei? Wanneer de verwarmer aan beide uiteinden volledig wordt beperkt, bouwt deze interne spanningen op. De schede kan in het midden groter worden. U kunt de magnesiumoxide-isolator en de interne weerstandsdraad verpletteren. De verwarmer kan zich uitstrekken tot in het gesloten uiteinde van een blind gat, waardoor de mantel kan breken of het oppervlak waarop deze is gemonteerd kan worden beschadigd. Als de verwarmer daarentegen vrij kan bewegen, kan hij van positie veranderen, waardoor er aan de geleidingsdraden kan worden getrokken of de uitlijning van de verwarmde zone kan veranderen.
Er zijn een aantal goede manieren om met deze groei om te gaan. De meeste mensen bouwen het montagegat iets langer dan de koude lengte van de verwarming. Bij conventionele verwarmers moet de gatdiepte doorgaans 5 tot 10 mm dieper zijn dan de lengte van het verwarmer. Bij verwarmingselementen van 10.000 mm die bij hoge temperaturen werken, zorgt een opening van 15 tot 20 mm aan het gesloten uiteinde er echter voor dat de verwarmer uitzet zonder vast te lopen. Door deze afstand kan de verwarmer zich in de lege ruimte uitstrekken in plaats van tegen de bodem van het gat te duwen.
Een andere methode is het gebruik van glijdende steunen. Wanneer u ultra-lange verwarmingstoestellen horizontaal installeert, moet de bevestiging ervoor zorgen dat de verwarmer vrij in het gat kan schuiven naarmate deze groter wordt. Hiervoor zijn gladde gatoppervlakken nodig en misschien smeermiddelen voor hoge- temperaturen of anti-vastloopadditieven. Smeermiddelen op basis van grafiet- functioneren goed bij temperaturen tot 500 graden Celsius, terwijl molybdeendisulfideformuleringen zelfs hogere temperaturen kunnen verdragen.
De uitdaging bij groei is anders voor verticale installaties. Als je een verticale heater van 10.000 mm van bovenaf plaatst, groeit deze naar beneden. Als je hem vanaf de onderkant monteert, groeit hij omhoog. Het uiteinde dat vrij is, moet zonder problemen kunnen bewegen. Als de verwarmer van bovenaf in een blind gat zit, moet de onderkant van het gat vrij zijn. De bovenruimte is belangrijk als de verwarming van onderaf naar binnen gaat. Het kan zijn dat het gewicht van de kachel al op de bodem drukt, dus je moet extra ruimte maken.
De ervaring heeft geleerd dat montagebeugels en klemmen nooit beide uiteinden van een lange verwarmingspatroon stevig op hun plaats mogen houden. Eén uiteinde moet altijd axiaal kunnen bewegen. Zelfs klemmen die eruit zien alsof ze kunnen buigen, kunnen stijf worden na een thermische cyclus vanwege oxidatie of vuil. Je hebt vrijheid nodig, die je kunt krijgen door montagegaten met sleuven of zwevende beugels te gebruiken.
De manier waarop de 10.000 mm enkele kopverwarmer aan de binnenkant is gebouwd, heeft ook invloed op de manier waarop deze uitzet. Verwarmingselementen met een weerstandsdraad met meerdere- secties tolereren doorgaans beter uitzetting dan verwarmingstoestellen met een enkele doorlopende draad. De stukken kunnen een beetje bewegen ten opzichte van elkaar, wat de algehele spanning verlaagt. Ook moeten de koude pinverlengingen aan het uiteinde van de aansluiting lang genoeg zijn om de interne verbindingen uit de buurt van het warmste gebied te houden.
Mensen denken vaak dat als een verwarming goed werkt op 200 mm, deze ook op 10.000 mm net zo goed zal functioneren. Nee, dat is niet zo. De cumulatieve expansiedrukken nemen recht evenredig toe met de lengte. Veel voortijdige uitval van ultra-lange verwarmingstoestellen houden volgens veldrapporten rechtstreeks verband met het ontbreken van voldoende ruimte voor groei.
Ingenieurs moeten een eenvoudige berekening maken van de voorspelde thermische groei voordat ze de installatie van een patroonverwarmer van 10.000 mm voltooien. Voeg 20% toe aan de veiligheidsbuffer. Zorg ervoor dat de diepte van het montagegat minstens zoveel dieper is dan de koude lengte van de kachel. Als je het gat niet dieper kunt maken, denk er dan over na om een kortere kachel met een langer onverwarmd oppervlak te gebruiken, of de installatie opnieuw te ontwerpen zodat de kachel iets uit het gat steekt als het koud is.
Verschillende manieren om dingen te monteren en verschillende temperatuurprofielen vereisen verschillende manieren om de uitzetting te beheren. Professioneel systeemontwerp houdt rekening met de specifieke geometrie, gebruikscyclus en materiaallimieten van elke toepassing.
