Kaip pasikartojantis terminis ciklas veikia sulenkto PTFE šildytuvo struktūrinį vientisumą?

Sulenktas PTFE šildytuvas, kuris gerai veikia mėnesius, gali staiga atsirasti nuotėkio arba įžeminimo gedimo. Esminė problema dažnai yra susikaupęs šimtų šildymo ir vėsinimo ciklų nuovargis, dėl kurio įtampa atsiranda būtent posūkyje. Reikia suprasti pakartotinio terminio ciklo poveikį šiluminio ciklo sulenktam PTFE šildytuvo vientisumui, kad būtų galima nurodyti patikimus panardinamuosius šildytuvus, skirtus tais atvejais, kai maitinimas dažnai įjungiamas ir išjungiamas, pvz., paketinis apdorojimas, kontroliuojamos temperatūros vonios arba pertraukiamos cheminės reakcijos.

Mechanizmas: diferencinis plėtimasis lenkimo vietoje PTFE ir vidinė metalinė šerdis (dažnai nikelio -chromo atsparumo viela arba vario -nikelio lydinys) turi labai skirtingą šiluminio plėtimosi koeficientą (CTE). PTFE linijinis CTE yra maždaug 120 x 10^-6/laipsnis, o nerūdijančio plieno arba metalinės varžos vielos yra maždaug 17 x 10^-6/laipsnis. PTFE plečiasi maždaug 7 kartus daugiau nei metalas, kai padidėja temperatūra.

Įkaitimo{0}}ciklo metu PTFE apvalkalas siekia augti labiau nei metalinė šerdis. Tiesiame šildytuvo ruože šis diferencinis išsiplėtimas yra labai tolygiai per visą ilgį. Tačiau posūkyje geometrija riboja mobilumą. PTFE jau yra įtemptas dėl lenkimo proceso kreivės išorėje ir yra suspaudžiamas viduje. Šios dalys patiria didesnį mechaninį įtempį, kai dėl šiluminio plėtimosi jas atsiranda papildoma apkrova, o tai nevyksta tiesiose atkarpose.

Aušinimo metu PTFE susitraukia labiau nei metalas, todėl posūkyje vėl atsiranda ciklinė deformacija. Poveikis kaupiasi laikui bėgant; Kiekvienas šildymo ir vėsinimo ciklas padidina nuovargio pažeidimą tiek metalinei šerdies, tiek PTFE apvalkalei. Dėl šios sukauptos žalos po šimtų ciklų gali atsirasti įtrūkimų, atsiskyrimo arba visiško elektros gedimo.

Metalinės šerdies nuovargio ciklinis įtrūkimas
Metalinė varžos viela PTFE šildytuve skirta srovei pravesti ir šilumai gaminti. > Metalai yra plastiški, tačiau turi ribotą nuovargio ribą. Metalas palaipsniui formuoja mikro-įtrūkimus, kai pasikartoja tempimo ir gniuždymo deformacijos -, būtent tokios, kokios atsiranda stambaus posūkio terminio ciklo metu. Įtrūkimai atsiranda esant įtempių koncentracijoms, pvz., vidiniame lenkimo paviršiuje arba ten, kur keičiasi vielos storis.

Laikui bėgant mikro-įtrūkimai išplito išilgai laido skerspjūvio. Tai sukelia:

Padidėjusi elektrinė varža sugedusioje zonoje, dėl to vietinis šildymas.

Atviros grandinės gedimas, jei įtrūkimas plinta per visą laidą.

Lankas, jei pertrauka atveria erdvę, kurioje srovė šokinėja ir perdega per PTFE apvalkalą.

Lauko patirtis parodė, kad PTFE šildytuvas, sulenktas iki minimalaus rekomenduojamo lenkimo spindulio (dažnai 5 OD), gali atlaikyti retkarčiais terminį ciklą, tačiau šildytuvas, sulenktas stipriau nei šis,-arba tas, kuris yra labai dažnai važiuojamas-, suges daug greičiau. Gedimas dažniausiai įvyksta šalia kreivės viršūnės, kur deformacijos amplitudė yra didžiausia.

PTFE apvalkalo atrišimas ir mikrokrekingas
PTFE apvalkalas nėra elastingas, visiškai neatsistato po tempimo ar suspaudimo. Posūkyje rodomi du skirtingi nusidėvėjimo mechanizmai su pasikartojančiais temperatūros ciklais:

Išorinio spindulio tempimo nuovargis Išorinis PTFE lenkimo paviršius pailgėja šiek tiek daugiau nei paskutinio ciklo likutinė deformacija per kiekvieną įkaitinimo ciklą{0}}. Po daugelio ciklų fluoropolimeras sukuria mikroskopines tuštumas ir įtrūkimus. Šie trūkumai mažina dielektrinį stiprumą ir sudaro kanalus skysčiui prasiskverbti.

Gniuždomasis susiraukšlėjimas ir šlyties įtempis ant vidinio spindulio: lenkimo ir šiluminio plėtimosi metu vidinis lenkimo paviršius yra suspaudžiamas. Dėl pakartotinio suspaudimo PTFE susiraukšlėja arba atsiskiria nuo metalinės šerdies arba dielektrinio užpildo. Atskyrimas sukuria oro tarpą, kuris sumažina šilumos perdavimo efektyvumą ir leidžia korozinėms medžiagoms šliaužti metaliniu paviršiumi.

Cheminis barjeras sutrinka, kai PTFE apvalkalas atsiskiria nuo šerdies arba susidaro mikro{0}}įtrūkimai. Proceso skysčiai-rūgštys, tirpikliai ar šarmai- patenka į metalą ir sukelia koroziją, elektros nuotėkį arba įžeminimo gedimą. Šis gedimo scenarijus yra apgaulingas, nes išdžiūvęs šildytuvas gali išlaikyti aukšto -puodo (hipot) testą, bet nepavyks, kai panardinamas į laidus skystį.

Temperatūros svyravimų dydžio įtaka
Kiekvieno ciklo žala nėra pastovi, bet skiriasi priklausomai nuo temperatūros pokyčių dydžio. Pavyzdžiui, šildytuvas, perjungiantis iš aplinkos (20 laipsnių) į maksimalią 110 laipsnių darbinę temperatūrą, svyruoja 90 laipsnių kampu. Tai lemia didžiulį skirtumą tarp PTFE ir metalo ir didelę ciklinę deformaciją. Sūpynės yra trumpesnės, o nuovargio žala per ciklą mažesnė, kai šildytuvas veikia tik 60–90 laipsnių kampu.

Tiesą sakant, programos, kurios dažnai įjungiamos ir išjungiamos (pvz., vonia, kuri maitinama tik darbo valandomis ir kuriai leidžiama atvėsti per naktį), kelia žymiai aukštesnius terminio ciklo sulenkto PTFE šildytuvo vientisumo reikalavimus nei šildytuvui, kuris nuolat veikia 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę. Pastarasis turi mažiau temperatūros ciklų veikimo laiko vienetui, tačiau bendras šildomų valandų skaičius gali būti didesnis.

Sušvelninimo metodai taikomoms programoms, kurios linkusios važiuoti dviračiu
Pakartotinis PTFE šildytuvo terminis ciklas, ypač kreivėje, gali sukelti daugybę projektavimo ir specifikacijų žingsnių, kurie gali labai pailginti tarnavimo laiką.

Didesnis lenkimo spindulys
Padidintas lenkimo spindulys yra pats naudingiausias žingsnis. 6–7 kartus didesnis už šildytuvo OD spindulys sumažina didžiausią metalinės šerdies ir PTFE apvalkalo įtempimą. 70 mm vidurio linijos spindulys (7x) 10 mm OD šildytuvui sukelia daug mažesnį nuovargio įtempį kiekvieną ciklą nei 50 mm spindulys (5x). Gamintojai gali turėti dviračių -įvertintų konstrukcijų, kuriose numatytas didesnis minimalus dažnio įjungimo{11}}išjungimo spindulys.

Mažesnis vatų tankis
Dėl mažesnio vatų tankio sumažėja didžiausia temperatūra, kurią pasiekia PTFE apvalkalas kiekvieno šildymo ciklo metu. 5 W cm-2 šildytuvas gali pasiekti 110 laipsnių apvalkalo paviršiuje, o panašus šildytuvas esant 3 W cm-2 gali pasiekti tik 90 laipsnių. Mažesnis temperatūros pokytis sumažina diferencinę plėtimosi deformaciją kiekviename cikle, todėl pailgėja nuovargio eksploatavimo laikas.

Stresą mažinanti konstrukcija
Kai kurie PTFE šildytuvų gamintojai siūlo specialiai šiluminiam ciklui skirtus dizainus. Tai gali būti:

Atkaitintos metalinės šerdys, kurios buvo termiškai{0}}apdorotos, kad būtų pašalintos likusios lenkimo deformacijos.

Storesnės PTFE sienos, kad sugertų daugiau medžiagos į ciklinę deformaciją be įtrūkimų.

Lanksčios pereinamosios zonos posūkyje su suderintu lipniu sluoksniu, skirtu PTFE suklijuoti su šerdimi, kad būtų užtikrintas skirtingas mobilumas.

Neformuokite lenkimo šalto
Šildytuvai, kurie yra sulenkti vietoje naudojant instaliaciją (šaltasis formavimas), dažnai įgyja likutinių deformacijų, kurios pagreitina nuovargio gedimą. Važiuojant dviračiu pirmenybė teikiama gamykloje{1}}suformuotiems posūkiams su tinkamais įrankiais ir įtempių mažinimu.

Ankstyvas terminio dviračio padarytos žalos aptikimas
Įprasti elektros bandymai gali nustatyti prasidedančias nuovargio problemas, kol jos nesukelia katastrofiško nuotėkio ar įžeminimo gedimo. Naudingos diagnostinės priemonės yra šios:

Izoliacijos varžos (IR) matavimas prieš kiekvieną naudojimą: laipsniškas IR mažėjimas nuo pradinės vertės (pvz., . 1000 MΩ iki 10 MΩ) rodo mikro-įtrūkimus arba drėgmės patekimą.

Nepertraukiamumo bandymas naudojant didelės raiškos omometrą: svyruojantis arba lėtai didėjantis pasipriešinimas gali reikšti didėjantį metalinės šerdies įtrūkimą.

Šildytuvo paviršiaus šiluminis vaizdas eksploatacijos metu: lokalizuotas karštas pleistras kreivėje rodo didesnį atsparumą dėl nutrūkusio laido arba prasto terminio kontakto, kurį sukelia apvalkalo atskyrimas.

Išvada:
Pakartotinis terminis ciklas yra tipiška, bet kartais neįvertinta priešlaikinio gedimo priežastis PTFE panardinamojo šildytuvo posūkyje. Skirtingas išsiplėtimas tarp PTFE (didelis CTE) ir metalinis šerdies (mažas CTE) sukelia ciklinius tempimo, gniuždymo ir šlyties įtempius, sutelktus ties kreive. Per šimtus ciklų šis slėgis sukelia metalo nuovargio įtrūkimus ir apvalkalo atsiskyrimą, todėl sumažėja elektros sauga ir cheminis atsparumas. Ryšys su šiluminiu ciklu išlenkto ptfe šildytuvo vientisumu yra tiesioginis. Daugiau ciklų, griežtesni posūkiai, greitesnis degradavimas.

Sušvelninti reikia visapusiško požiūrio,{0}}nurodant didesnį lenkimo spindulį (6-7 × OD), sumažinant vatų tankį, kad būtų sumažinti temperatūros svyravimai, ir parenkant cikliniam naudojimui tinkamą šildytuvo struktūrą. Kad šildytuvas būtų patikimas, taip pat reikia nurodyti veikimo ciklą (įjungimo -išjungimo dažnis). Pertraukiamo periodinio veikimo šildytuvas turi būti tvirtesnis nei tas, kuris naudojamas nuolatiniam darbui. Jei kyla abejonių, gamintojas gali pasiūlyti pritaikytą sprendimą, pagrįstą išsamiais ciklų skaičiavimo ir temperatūros svyravimų duomenimis, balansavimo forma, sąnaudomis ir ilgalaike patvarumu.