Bộ sưởi PFA thẳng đứng có thể tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới do sự đối lưu tự nhiên (nóng hơn ở mặt trên) hoặc cuộn dây không{0}}đồng đều. Khi phần trên nóng hơn đáng kể so với phần dưới, sự giãn nở nhiệt không khớp sẽ tạo ra ứng suất nén ở vùng nóng hơn. Nếu ứng suất nén vượt quá tải trọng uốn tới hạn của ống PFA thì vỏ bọc bị khóa-tạo thành một làn sóng hoặc uốn cong tiếp xúc với thành bể hoặc các bộ sưởi lân cận. Đối với bộ sưởi PFA dài 1,2 m có đường kính ngoài 25 mm, thành 2 mm, độ dốc nhiệt độ dọc trục tối đa cho phép (ΔT giữa trên và dưới) là 25–35 độ đối với bộ sưởi thẳng đứng{10}}tự do. Độ dốc trên 40 độ, hiện tượng mất ổn định xảy ra trong vòng 100–500 chu kỳ nhiệt. Đối với máy sưởi bị ràng buộc bởi giá đỡ, độ dốc cho phép thấp hơn (15–25 độ). Độ dốc tới hạn phụ thuộc vào tỷ lệ độ mảnh của ống (chiều dài/đường kính) và độ dày thành ống.
Cơ chế uốn cong và ứng suất tới hạn
Khi một ống được làm nóng không-đồng đều, phần nóng hơn sẽ giãn nở nhiều hơn phần nguội hơn. Nếu các đầu bị hạn chế (bởi mặt bích lắp ở trên và đầu tự do ở dưới), phần nóng hơn sẽ bị nén. Ứng suất uốn tới hạn đối với ống có thành-mỏng là σ_crit=(π² × E × I) / (L² × A), trong đó E là mô đun đàn hồi của PFA (500–700 MPa ở 100 độ ), I là mômen quán tính, L là chiều dài của phần nóng hơn và A là diện tích mặt cắt ngang. Đối với ống thành 25 mm OD, 2 mm, I=π/64 × (OD⁴ - ID⁴)=0.049 × (25⁴ - 21⁴)=0.049 × (390,625 - 194,481)=0.049 × 196,144=9,611 mm⁴, A=144.5 mm². Đối với đoạn nóng hơn có chiều dài 0,6 m (nửa lò sưởi), σ_crit=(π² × 600 × 9,611) / (600² × 144,5)=(9,870 × 9,611) / (360.000 × 144,5)=94.8e6 / 52,0e6=1.82 MPa. Ứng suất nén do giãn nở nhiệt là σ_thermal=E × × ΔT, trong đó=110 ppm/ độ . Cài đặt σ_thermal=σ_crit: ΔT_crit=σ_crit / (E × )=1.82 / (600 × 110e-6)=1.82 / 0.066=27.6 độ . Điều này phù hợp với phạm vi thực nghiệm là 25–35 độ.
Nếu toàn bộ chiều dài bộ sưởi (1,2 m) là phần nóng hơn thì L tăng, σ_crit giảm xuống 0,45 MPa và ΔT_crit giảm xuống 6,8 độ -không thực tế. Điều này có nghĩa là rất có thể xảy ra hiện tượng vênh khi vùng nóng nằm ở một đầu (trên hoặc dưới) thay vì trải đều. Đối với lò sưởi nóng hơn ở phía trên (cấu hình đối lưu tự nhiên điển hình), chiều dài vùng nóng thường bằng 30–50% tổng chiều dài, tạo ra ΔT_crit trong phạm vi 25–35 độ.
Độ dốc nhiệt cho phép theo hình học lò sưởi
| Chiều dài lò sưởi (m) | Đường kính ngoài (mm) | Tường (mm) | Chiều dài vùng nóng (m) | σ_crit (MPa) | ΔT_crit ( độ ) | Khuyến nghị ΔT tối đa để vận hành an toàn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 | 25 | 2.0 | 0,4 (50% cao nhất) | 4.2 | 64 | 40 độ |
| 1.0 | 25 | 2.0 | 0.5 | 2.7 | 41 | 30 độ |
| 1.2 | 25 | 2.0 | 0.6 | 1.8 | 27 | 20 độ |
| 1.5 | 25 | 2.0 | 0.75 | 1.2 | 18 | 15 độ |
| 1.2 | 25 | 1.5 | 0.6 | 1.2 | 18 | 15 độ (tường yếu hơn) |
| 1.2 | 32 | 2.5 | 0.6 | 2.5 | 38 | 25 độ (ống cứng hơn) |
| 1.2 | 25 | 2.5 | 0.6 | 2.2 | 33 | 25 độ (tường dày hơn) |
| 1.2 có hỗ trợ-giữa nhịp | 25 | 2.0 | 0,6 (hai đoạn 0,3 m) | 7,3 mỗi cái | 110 | 60 độ (hỗ trợ chống vênh) |
Ngăn chặn sự oằn trong thực tế
Đối với máy sưởi PFA dài 1,2 m, hãy giới hạn độ dốc nhiệt độ theo chiều dọc ở mức tối đa 20 độ để vận hành an toàn, lâu dài-. Nếu cấu hình đối lưu tự nhiên tạo ra độ dốc 15 độ (80 độ dưới, 95 độ trên) thì máy sưởi sẽ an toàn. Nếu độ dốc đạt tới 25 độ, hiện tượng mất ổn định có thể xảy ra sau nhiều chu kỳ. Nếu độ dốc đạt tới 35 độ, khả năng bị vênh sẽ xảy ra trong vòng vài tuần.
Để giảm gradient nhiệt:
Sử dụng-bộ gia nhiệt có thể thay đổi (nhiều năng lượng hơn ở phía dưới, ít năng lượng hơn ở phía trên) để điều chỉnh việc sinh nhiệt phù hợp với sự mất nhiệt cục bộ.
Thêm một máy bơm tuần hoàn để loại bỏ sự phân tầng đối lưu tự nhiên.
Lắp ống bọc kim loại hoặc vòng dẫn hướng xung quanh lò sưởi ở-độ cao trung bình (500–600 mm tính từ mặt bích). Vòng dẫn hướng ngăn chặn chuyển động ngang, tăng tải trọng uốn tới hạn lên 4× (chiều dài hiệu dụng giảm một nửa, σ_crit tăng gấp bốn lần). Vòng dẫn hướng không được kẹp chặt; cho phép khe hở 2–3 mm để giãn nở nhiệt.
Giảm mật độ watt ở vùng trên cùng bằng cách giảm tổng công suất hoặc tăng diện tích bề mặt lò sưởi.
Phát hiện vênh
Độ vênh có thể nhìn thấy dưới dạng uốn cong hoặc sóng vĩnh viễn trong vỏ bọc PFA. Dấu hiệu ban đầu: máy sưởi không còn treo thẳng đứng nữa; nó chạm vào thành bể hoặc lò sưởi liền kề. Tiếp xúc với thành bể tạo ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ (PFA đối với kim loại), dẫn đến phồng rộp. Nếu phát hiện thấy hiện tượng mất ổn định, hãy-tắt nguồn máy sưởi ngay lập tức. Hình dạng vênh sẽ không thẳng khi nguội; PFA đã mang lại kết quả vĩnh viễn. Thay thế lò sưởi. Trước khi thay thế, hãy giảm độ dốc nhiệt bằng cách điều chỉnh phân phối điện hoặc thêm lưu lượng.
Ví dụ trường
Một lò sưởi PFA dài 1,2 m trong bể mạ 90 độ có độ tuần hoàn kém có chênh lệch nhiệt độ từ trên{2}}đến- đáy đo được là 28 độ (76 độ dưới cùng, 104 độ trên cùng). Sau 3 tháng, người vận hành nhận thấy lò sưởi chạm vào thành bể. Kiểm tra cho thấy một cánh cung 15 mm ở độ cao{11}trung bình. Máy sưởi đã được thay thế. Sau khi lắp đặt bơm tuần hoàn, độ dốc giảm xuống còn 8 độ. Máy sưởi thay thế vẫn hoạt động bình thường trong 3+ năm. Chi phí của máy bơm (500) nhỏ hơn chi phí của bộ sưởi thay thế (500) nhỏ hơn chi phí của bộ sưởi thay thế (800) cộng với thời gian ngừng hoạt động.
Kết luận: Độ dốc tối đa 20 độ cho máy sưởi 1,2m
Đối với lò sưởi PFA dài 1,2 m có đường kính ngoài 25 mm, thành 2 mm, độ dốc nhiệt tối đa cho phép giữa mặt trên và mặt dưới để tránh vênh là 20–25 độ để vận hành liên tục an toàn. Vượt quá 35 độ sẽ gây ra hiện tượng vênh trong vòng vài tuần. Độ dốc tới hạn thấp hơn đối với các lò sưởi dài hơn (1,5 m: 15 độ) và đối với các bức tường mỏng hơn (1,5 mm: 15 độ). Để ngăn ngừa hiện tượng vênh, hãy đo cấu hình nhiệt độ theo chiều dọc, giảm độ dốc thông qua bộ gia nhiệt tuần hoàn hoặc bước gia nhiệt có thể thay đổi, đồng thời thêm các vòng dẫn hướng giữa nhịp nếu không thể tránh khỏi độ dốc. Mất ổn định không phải là hư hỏng dần dần-mà là sự mất ổn định hình học đột ngột làm biến dạng lò sưởi vĩnh viễn. Tôn trọng độ dốc, đỡ máy sưởi hoặc cả hai. Một lò sưởi thẳng là một lò sưởi hạnh phúc. Giữ nó thẳng, giữ nó an toàn.
