Тщательное согласование параметров патронного нагревателя с областью применения поможет продлить срок службы ТЭНа. Время работы патронного нагревателя зависит от факторов, связанных с эксплуатацией и способом использования нагревателя.
Патронные ТЭНы от разных производителей по всему миру могут производятся в разнообразных стилях, включая высокомощные, обычные с керамическими сердечниками, с разъемной оболочкой и многоячеечные. Производители используют множество материалов и технологий производства для производства патронных нагревателей разного уровня качества, производительности, потенциала и цены.
Примеры этих различных факторов видны и невидимы для пользователя. Например, если конструкция нагревателя зависит от давления катушки на контактный штифт для поддержания контакта, в нагревателе будет образовываться соединение с высоким сопротивлением намного быстрее, чем при точечной сварке. В качестве другого примера, если в конструкции патронного ТЭНа используется гофрированный переход к защите оплетки, нагреватель с большей вероятностью выйдет из строя в приложениях с повторяющимся изгибом намного быстрее, чем в конструкции нагревателя, в которой используется сварной переход.
Различные области применения предъявляют разные требования к патронным ТЭНам. Например, количество места, доступного для нагревателей в технологическом процессе, варьируется от просторного до тесного. Оба условия и диапазон между ними влияют на способность проектировщика системы нагрева эффективно удовлетворять технологические потребности. Наличие подходящего места в оборудовании позволит иметь достаточное количество патронных нагревателей для удовлетворения требований к удельной мощности (мощность, рассеиваемая на квадратный сантиметр нагретой поверхности оболочки). На уплотняющей плите можно разместить несколько нагревателей, а на уплотняющей планке - только один. Снижение удельной мощности патронного ТЭНа обычно продлевает его срок службы.
Количество необходимого тепла существенно повлияет на срок службы и производительность патронного нагревателя. Применение при более низких температурах, таких как формование пластика и герметизация упаковки, обычно не вызывает затруднений с нагревателем, и большинство ТЭНов справятся с этой задачей. Для применения при более высоких температурах, таких как литье металлов под давлением и производство фрикционных колодок, потребуются нагреватели с более высокой плотностью мощности и передовые технологии производства.
Самые высокие требования к температуре, из научно - исследовательских приложений по обработке металлопластика, требуют очень мощных нагревателей и особых конструктивных особеностей. Достижение самых высоких температур и поддержание мощности в процессе такого рода требует использования нескольких нагревателей, работающих с меньшей удельной мощностью, чем у одного нагревателя, чтобы максимально продлить срок службы нагревателя.
При экстремальных температурах выход из строя патронного нагревателя обычно происходит из-за наклепа резистора. В течение срока службы нагревателя хром в катушке сопротивления из нихрома NiCr будет диффундировать к поверхности провода, где он окисляется. Более высокая концентрация никеля в проволоке вызовет охрупчивание катушки, и она выйдет из строя под действием напряжения, создаваемого циклическим изменением температуры нагревателя. Очень высокие температуры ускоряют этот процесс, поэтому для производителя нагревателя особенно важно максимально улучшить конструкцию спирали и её технические характеристики.
Другие технологические требования, влияющие на срок службы нагревателя, связаны с применением. Постоянное переключение нагревателя может привести к преждевременному выходу из строя. В приложениях, в которых используются нагреватели с гофрированной (а не сварной или паяной) проволокой, оплеткой или соединением шлангов, которые также многократно сгибают или растягивают провода, может возникнуть преждевременный отказ. Или, если нагреватель подвергается многократным вибрациям, качество изготовления становится особенно важным.
Загрязнение
Загрязнение - главный враг патронного ТЭНа. Конечная зона нагревателя особенно чувствительна к каплям масла, машинной стирке и загрязнениям, связанным с технологическим процессом. Производитель нагревателя должен быть осведомлен об окружающей среде, в которой будет работать патронник, чтобы эффективно защитить его от загрязнения. Методы защиты включают заливку RTV резиной, керамическую заливку, обжимные заглушки высокой плотности, сварную защиту коллектора и даже герметичный конец клеммы с жесткими трубками над проводами.
С точки зрения термодинамики, кондуктивная теплопередача является оптимальной для производительности и срока службы патронного нагревателя. Инфракрасная теплопередача может вызвать появление горячих пятен на оболочке нагревателя и ограничить способность ТЭНа передавать свое тепло. Горячие точки на оболочке также будут создавать области внутри нагревателя, где происходит ускоренная диффузия хрома на катушке сопротивления, как обсуждалось ранее.
Проблема посадки в отверстии становится общим фактором для наилучшего достижения заданной температуры. Посадка - это просто разница между внешним диаметром нагревателя и внутренним диаметром отверстия. Посадка с натягом между патроном и отверстием в условиях роста зерна нагретой оболочки приведет к полному заклиниванию нагревателя в заготовке. Во всех случаях размер нагревателя будет немного уменьшен по сравнению с размером, указанным в спецификации, на 0,2–0,4 мм. Это позволяет свободно вставлять нагреватель в отверстие.
Многие производители включают в свои брошюры график, на котором показана рекомендуемая максимальная удельная мощность в ваттах при различных рабочих температурах и размерах. При правильном использовании эта таблица может оказаться полезной при попытке понять влияние установки на нагреватель. При конкретной установке и температуре может быть определена максимально допустимая (или гарантированная) удельная мощность. По мере затягивания фитинга при данной температуре приложение может выдерживать более высокую удельную мощность.
Единственная опасность этой диаграммы - обратная экстраполяция; то есть пользователь берет удельную мощность в ваттах при заданной температуре и определяет, что нагреватель выдержит посадку в отверстии существенно увеличенного размера. Необходимо понимать, что диаграмма настроена на определение максимальной удельной мощности, а не максимально допустимой подгонки.
Увеличенное отверстие вызовет проблемы с нагревателем со сплошной оболочкой. Область нагревателя, открытая для зазора, будет перегреваться из-за неэффективности лучистой теплопередачи по сравнению с теплопроводностью от оболочки к стенке отверстия. Это приводит к снижению качества изоляции в точке перегрева. В конце концов, ток в резистивной катушке пройдет через изоляцию на землю на оболочке. Когда это происходит, происходит катастрофа, когда в оболочке нагревателя пробивается отверстие и нагреватель приваривается к отверстию.
Производители твердой оболочки часто рекомендуют использовать теплопроводящие составы на основе оксида магния (MgO) или металла. Примером такого состава является высокотемпературная монтажная паста. При нанесении термопасты необходимо соблюдать осторожность, чтобы она не попала на провода нагревателя и клеммы. Некоторые производители патронников наносят на ТЭН антипригарное покрытие.
Патронные нагреватели с разъемной оболочкой обладают явными преимуществами в отношении подгонки и исключения заедания в отверстии. Независимые половины нагревателя расширяются с обеих сторон, чтобы обеспечить контакт стенки с отверстием. Это влияет на максимальную теплопередачу к радиатору, поэтому спираль нагревателя будет работать с меньшей температурой, что приведет к увеличению срока службы нагревателя. И наоборот, когда патронник с разъемной оболочкой обесточен, он сжимается, облегчая извлечение из канала отверстия. С помощью этого типа нагревателя можно наиболее эффективно решить проблему с отверстиями слишком большого и непостоянного диаметра.
Подогреватели патронного типа с несколькими ячейками подходят к посадке по разному отверстию. Их изготавливают путем объединения от двух до шести трубчатых нагревателей с низкой плотностью мощности и их обжатия в сплошной трубной оболочке. Они производятся с диаметрами 1,5 мм ниже диаметра отверстия и зависят от высокой излучательной способности окисленной оболочки для обеспечения инфракрасной теплопередачи. Плотность мощности необходимо тщательно контролировать. Еще одним преимуществом патронника с несколькими элементами является то, что он может быть спроектирован с независимо контролируемыми зонами для большего контроля над отдельными участками большой плиты, в которую они вставляются.
Контроль температуры
Система, выбранная для управления нагревателем, может сыграть важную роль в продлении срока службы патронника. Аналоговый контроллер, который подает полную мощность на нагреватель, ограничит его срок службы. К нагревателю относятся регуляторы линейного изменения и цифровые контроллеры. Запитывая нагреватель небольшими битами тока, цифровые контроллеры регулируют подаваемую мощность, корректируя реакцию системы и превышение / снижение температуры, с возможностью самодиагностики. Самый удобный элемент управления для патронного ТЭНа - это простая переменная, которая подает постоянное напряжение на нагреватель, эффективная схема нагрева, пока технологическая нагрузка остается довольно постоянной.
Наконец, размещение термопары имеет решающее значение для срока службы нагревателя. Термопара, расположенная в радиаторе, должна быть расположена рядом с нагревателем, чтобы уменьшить реакцию на изменения температуры, создаваемые нагревателем. Нагреватели с твердой оболочкой могут поставляться с внутренними встроенными термопарами, которые измеряют внутреннюю температуру спирали нагревателя. К сожалению, выход из строя термопары требует замены всего узла.
В нагревателях с разъемной оболочкой размещаются термопары уникальным способом. По шву разъема протыкается паз, в который можно вставить игольчатую термопару. Температура контролируется на оболочке, что обеспечивает точную индикацию передаваемого тепла. Термопара может быть вставлена в отверстие на любую глубину, и она может быть заменена независимо от нагревателя, что позволяет экономить на стоимости нагревателя при каждой замене.
Итак, если вас беспокоят не патронные нагреватели в вашем оборудовании, а, скорее, срок службы патронного ТЭНа, при выборе примите во внимание определенные соображения - требования вашего процесса, предлагаемую среду нагревателя и предполагаемую систему контроля температуры утеплитель для вашего приложения. При правильной подгонке к области применения срок службы патронного нагревателя непременно будет увеличен.
Рекомендации по выбору патронного ТЭНа
Когда дело доходит до выбора патронного ТЭНа, его стоимость почти так же важна, как и другие соображения, например, как он будет работать в определенных процессах и окружающей среде. И это может быть непростым фактором для определения, потому что цена нагревателя по сравнению со стоимостью обогрева оборудования может сильно различаться.
Покупная цена одного патронного нагревателя может быть намного более привлекательной, чем цена другого, но покупатель может не знать, что происходит с менеджером по техническому обслуживанию. И покупатель может не понимать, сколько он платит за использование не того ТЭНа.
Эффективная теплопередача снизит эксплуатационные расходы на нагрев производственного процесса. Если цена одного ТЭНа в три четверти меньше другого, а этого другого хватает в два раза дольше, это существенно сократит эксплуатационные расходы. Увеличение срока службы означает снижение затрат на техническое обслуживание и время простоя оборудования. Затраты на замену нагревателя могут намного превышать первоначальную стоимость самого патронного ТЭНа.
Если патронный нагреватель застревает в отверстии, инструмент, валик или матрицу необходимо вытащить и отправить в механический цех, как правило, для высверливания нагревателя, а это трудоемкая и дорогостоящая процедура. Если используется патронный нагреватель с разъемной оболочкой, эта проблема будет устранена, или, если обычный нагреватель имеет надлежащие размеры и при установке использовалась высокотемпературная монтажная паста, этой проблемы можно избежать.
Чтобы максимально снизить затраты на нагрев, грамотный покупатель патронных нагревателей должен знать о качестве нагревателя, его использовании и сроке службы, а также о последствиях отказа при замене и обслуживании.
Компания Хитл производит патронные ТЭНы в широком ассортименте от стандартных моделей мини-пальчиковых нагревателей до индивидуальных патронных ТЭНов под заказ. Ознакомиться с ассортиментом нашей продукции вы можете в нашем разделе с патронными нагревателями.
