Kaip magnio oksido tankio tankis 316 nerūdijančio plieno apvalkalo šildytuvo viduje koreliuoja su dielektriniu stiprumu ir šilumos perdavimo vienodumu

Dviejų{0}}funkcijų našumo kintamasis: vidinis keraminis įpakavimas

Magnio oksido (MgO) milteliai, užpildantys žiedinę erdvę tarp varžos laido ir 316 nerūdijančio plieno apvalkalo elektrinio šildymo vamzdžių vidinės apvalkalo sienelės, yra ne tik elektrinis izoliatorius, bet ir svarbus funkcinis elementas, kurio tankinimo tankis tuo pačiu metu valdo dvi priešingas veikimo charakteristikas. Didėjant tankinimo tankiui, elektros izoliacijos varža (megaomais) didėja. Naudojant sutankintus MgO kristalus, nėra oro tarpų jonizacijos nuotėkio srovėms. Šilumos laidumas per MgO sluoksnį taip pat didėja didėjant tankinimo tankiui, nes kietas -–- gretimų kristalų kontaktas šilumą praleidžia daug efektyviau nei laidumas per oro tarpus. Tačiau per didelis sutankinimo tankis kelia grėsmę mechaniniam atsparumo laido ar apvalkalo pažeidimui skalbimo procese. Šiame darbe vertinamas ryšys tarp MgO įpakavimo tankio ir šildytuvo veikimo ir pateikiama specifikacijų sistema, užtikrinanti tiek elektros saugą, tiek šiluminį efektyvumą 316 šildytuvams su apvalkalu, kai naudojamas sudėtingas darbas.

Fizinis tankio tankio ir jo matavimo pagrindas

The magnesium oxide powder, which is first put into a straight or coiled sheath assembly, has a bulk density of around 1.6-1.8 g/cm 3 , filling about 50-55 % of the annular volume, the balance being interstitial air. The MgO crystals are mechanically compressed to a final density of 2.8‐3.2 g/cm3, i.e. 85‐95 % of the theoretical crystal density of 3.58 g/cm3, in a swaging or rolling process reducing the sheath outer diameter by 10‐25 %. The basic quality parameter is the compaction density ratio – actual density to theoretical density. At compaction densities below 2.6 g/cm3 (around 73% of theoretical) the MgO matrix possesses interconnecting gaps which allow for the absorption of moisture from the atmosphere. Absorbed water causes a substantial reduction in electrical resistivity, from >1000 megaomų esant aplinkos temperatūrai iki<1 megohm, triggering ground fault circuit disruption or nuisance tripping. Crushing force applied to MgO crystals surpasses their fracture strength at compaction densities above 3.2 g/cm3 (89 % of theoretical) and microcracks are generated that increase the void volume and impair long-term insulating stability. For 316 sheathed heaters, the best compaction density range is 2.9-3.1 g/cm3, achieved by a controlled swaging reduction of 15-18 % and verified by density measurement on randomly chosen heaters (usually by weighing a known volume of MgO taken from a destructively tested unit).

Elektros izoliacijos varža kaip tankinimo būklės funkcija

Ryšys tarp MgO tankinimo tankio ir elektros izoliacijos varžos yra eksponentinė kreivė. Įprasta šalto (25 laipsnių) 316 apvalkalo izoliacinė varža yra 50–200 megaomų esant 2,6 g/cm^3, sunkiai pakenčiama daugeliui pramoninių reikmių, tačiau labai jautri drėgmei. Šalčio izoliacijos varža pakyla iki 500–2000 megaomų esant 2,9 g/cm3, o tai yra geras buferis esant drėgnoms situacijoms. Izoliacijos varža paprastai yra didesnė nei 5000 megaomų esant 3,1 g/cm3, o tai yra labai gera gamybos kokybė. Ne mažiau svarbi ir priklausomybė nuo temperatūros: kai šildytuvas dirba 400–600 laipsnių temperatūroje (vidinė MgO temperatūra), izoliacijos varža sumažėja 3–4 dydžiais. Gerai sutankintas šildytuvas (3,0 g/cm³) turi 5–10 megaomų 500 laipsnių kampu, to pakanka, kad nuotėkio srovė neviršytų 0,5 mA esant 240 VAC. Silpnai sutankintas šildytuvas (2,7 g/cm3) gali nukristi žemiau 0,1 megohm esant tokiai pačiai temperatūrai, esant kelių miliamperų nuotėkio srovei, o tai suveiks įžeminimo gedimų prevencijos įrenginius arba neįžemintose sistemose sukels elektros smūgio pavojų. Taip pat svarbus jautrumas drėgmei. Šildytuvas, sutankintas iki 2,8 g/cm3 ir veikiamas 80 procentų santykinės drėgmės 48 valandas, gali priimti nuo 0,5 iki 1,0 procento drėgmės pagal svorį, o tai sumažina izoliacijos varžą iki mažiau nei 10 megaomų. Tas pats šildytuvas esant 3,0 g/cm^3 sugeria tik 0,1-0,2 % drėgmės ir turi > 100 megaomų. 316 šildytuvams su apvalkalu, skirtu naudoti lauke arba plauti, reikalingas sandarus galas, kurio mažiausias tankinimo tankis yra 3,0 g/cm 3.

Šilumos laidumas per sutankintą MgO sluoksnį

Efektyvus sutankintų MgO miltelių šilumos laidumas yra svarbi tankio ir temperatūros funkcija. Šilumos laidumas 400 laipsnių kampu yra apie 2,5-3,0 W/m·K esant 2,6 g/cm³ – daug mažesnis nei kieto MgO (apie 40 W/m·K), nes oro erdvės (šilumos laidumas 0,03 W/m·K) veikia kaip šilumos izoliatoriai . 2.9 K: g/4,5 mm3. g/cm3 laidumas: 6,5–7,5 W/m·K Šis skirtumas tiesiogiai atsispindi temperatūros sumažėjimo skirtume virš MgO sluoksnio. Įprasto 316 apvalkalo su vidinės varžos viela 750 laipsnių kampu temperatūros kritimas per 2 mm storio MgO sluoksnį, esant 2,6 g/cm^3 tankiui, yra ~180-220 laipsnių, vidinės apvalkalo sienelės temperatūra yra 530-570 laipsnių. Tas pats šilumos srautas, esant 3,1 g/cm 3, lemia vidinės apvalkalo sienelės temperatūros skirtumą tik 80–100 laipsnių (650–670 laipsnių), esant tokiai pačiai vielos temperatūrai. Aušintuvo apvalkalo sienelė sulėtina oksidacijos greitį ir prailgina šildytuvo tarnavimo laiką. Arba esant tam tikrai leistinai apvalkalo temperatūrai (pvz., maksimaliai 550 laipsnių, kad būtų išvengta nuosėdų susidarymo tam tikrame skystyje), didesnis sutankinimo tankis leidžia gauti didesnę galią arba mažesnį šildytuvo gaubtą. Toliau pateiktoje lentelėje kiekybiškai parodytas ryšys tarp MgO sutankinto tankio, iš to kylančių šiluminių savybių ir elektrinio patikimumo.

Sutankinimo tankis (g/cm3) % teorinio tankio MgOI izoliacijos varža (šaltas) (megohms, sausas) Šilumos laidumas esant 400 C (W/mK) Drėgmės sugėrimo greitis (masės % po 48 val., 80 % RH) Rekomenduojamas naudojimas<2.6 <73 10-50 2.0-2.8 >1.5 Netinka bet kokiam drėgnam arba drėgnam aptarnavimui
2,6-2.8 73-78 50-200 2.8-3.8 0.8-1,5 Naudojimas sausoje aplinkoje, žemoje drėgmėje
2,8-2.9 78-81 200-500 3.8-4.5 0.4-0,8 Bendroji pramonė; priimtina su sandariais gnybtais
2,9-3.0 81-84 500-2000 4.5-5.5 0.2-0,4 Rekomenduojama naudoti vandens ir lauko sąlygomis daugumoje
3.0-3.1 84-86 2000-5000 5.5-6.5 0.1-0.2 Labai patikimas; plovimas, jūros arba didelė drėgmė
3.1-3.2 86-89 >5000 6.5-7.5 <0.1 Premium quality Maximum life duration and electrical safety3.2 >89 Kintamasis (gali sumažėti dėl įtrūkimų)7.0–8.0 Nenuspėjamas Per-suglaudintas; laidų pažeidimo pavojus; vengti gamybos proceso kontrolės ir tikrinimo metodų

Nuoseklus MgO tankinimo tankis pasiekiamas tiksliai kontroliuojant tris gamybos parametrus: pradedant MgO dalelių dydžio pasiskirstymą, sumažinimo procentą skalbimo metu ir plovimo važiavimų skaičių. Dėl bimodalinio dalelių dydžio pasiskirstymo (70–80 % stambių 200–400 µm kristalų ir 20–30 % smulkių 20–50 µm kristalų) gaunamas didesnis -supakuotas tankis prieš skalbimą ir jį reikia mažiau sumažinti, kad būtų pasiektas tikslo tankis. Smulkinimo sumažėjimas yra (pradinis OD atėmus galutinį OD) / pradinis OD. 12 mm OD apvalkalo sumažinimas iki 10,2 mm yra 15%, paprastai padidinant MgO tankį nuo 1,7 iki 2,9-3,0 g/cm3. Naudojant du ar tris keitimo eigas su tarppakopiniu atkaitinimu, gaunamas vienodesnis tankis per visą apvalkalo ilgį nei vienas didelis sumažinimas. Tikrinimo procedūros apima neardomąjį talpos bandymą (sutankinto MgO dielektrinė konstanta esant 1 kHz koreliuoja tiesiškai su tankiu) ir naikinamąjį kiekvienos gamybos partijos mėginių šildytuvų atskyrimą. Pirkėjams, nurodantiems 316 apvalkalų šildytuvus, skirtus kritinėms reikmėms, gali prireikti sertifikuotos MgO tankio bandymo ataskaitos pagal ASTM E12 (ar panašią), kurios priimtinas diapazonas yra 2,90–3,10 g/cm³, kad būtų užtikrinta veiksminga kokybė. Gnybtų sandarinimo būdas taip pat sąveikauja su tankinimo tankiu, nes atviras arba blogai sandarus gnybtas leidžia patekti į drėgmę, kuri įveikia net ir gerai sutankintą MgO, o gerai sandarus gnybtas (epoksidinis, silikonas ar stiklas) išlaiko pradinį sausos izoliacijos atsparumą visam laikui.

Veikiantys šildytuvai ir blogo sutankinimo požymiai + gedimų analizė

Yra trys lauko -pastebimi nepakankamo MgO tankio tankio jau naudojamuose šildytuvuose simptomai. 1. Protarpinis žemės gedimo išjungimas, kuris pablogėja esant dideliam drėgnumui arba kai šildytuvas buvo išjungtas per naktį (kad drėgmė kondensuotųsi MgO viduje), bet šildytuvui pasibaigus valandai išnyksta. Antrasis yra 316 apvalkalo gnybtų korozija arba žalia spalva šalia galo. Tai rodo, kad elektrolito nuotėkio srovė tekėjo drėgnu MgO keliu. Trečia, jame yra lokalizuotų karštų taškų, kurie gali būti vertinami kaip spalvos pakitimų juostose ant apvalkalo. Dėl netolygaus tankinimo tankio susidaro nevienodas šilumos laidumas, dėl kurio varžos viela gali įkaisti mažo tankio vietose, o didelio tankio vietose išlieka vėsi. Destruktyvus neveikiančio šildytuvo tyrimas, pašalinant MgO įvairiuose taškuose ir matuojant tankį, patvirtina pagrindinę priežastį. Didesnis nei ±0,15 g/cm3 tankio pokytis išilgai ilgio rodo prastą gamybos kontrolę. Tokiomis aplinkybėmis atsakymas yra ne pritvirtinti šildytuvą lauke, o pakeisti jį tiekėjo, kuris nurodo ir patvirtina tankinimo tankį kaip kontroliuojamą proceso parametrą.

Išvada: MgO sutankinimo tankis kaip pagrindinis kokybės požymis

Vidinių MgO miltelių tankinimo tankis nėra maža 316 nerūdijančio plieno dengtų elektrinių šildymo vamzdžių gamybos ypatybė – tai pagrindinis elektros saugos ir šiluminių savybių veiksnys. Po-sutankintas MgO sugeria drėgmę, sumažėja izoliacijos varža ir kyla problemų dėl elektros nuotėkio. Dėl to nepakankamai-sutankinamas ir prastas šilumos laidumas, dėl to laidas įkaista, kai gaunama tokia pati šiluminė galia, o tai lemia greitesnę oksidaciją ir trumpesnį šildytuvo tarnavimo laiką. Optimalus tankinimo tankis 2,9-3,1 g/cm 3 yra kompromisas tarp didžiausio elektros patikimumo ir efektyvaus šilumos perdavimo. Inžinieriai, pasirenkantys šildytuvus bet kokiai paskirčiai, kuriai reikia drėgmės, panardinimo į vandenį arba lauko poveikio, turėtų nurodyti minimalų tankio reikalavimą (pvz., 3,0 g/cm³, patvirtintą ardomuoju vieno vieneto siuntoje bandymu) ir gnybtų sandarinimo reikalavimus. Čia aprašyta paradigma gali susieti MgO sutankinimo tankį su išmatuojamais eksploatacinių savybių rezultatais, todėl pirkėjai gali atpažinti tuos šildytuvus, sukurtus atlaikyti atšiauriomis sąlygomis, ir tuos, kurie greitai suges dėl vidinės izoliacijos irimo.