Kuidas mõjutab roostevabast terasest 316 ümbrise seina paksus magneesiumoksiidi isolatsiooni dielektrilist tugevust pärast elektrilistes kütteelementides libistamist?

Kvaliteediinseneride ja kütteelementide tootjate jaoks ei ole seos ümbrise seina paksuse ja elektriisolatsiooni jõudluse vahel alati ilmne. Magneesiumoksiidi pulber takistustraadi ümber surutakse kokku tiheduseni, mis annab kõrge soojusjuhtivuse ja kõrge dielektrilise tugevuse -tavaliselt üle 2,8 g/cm³, et anda toatemperatuuril isolatsioonitakistus üle 100 megaoomi. MgO tihendamise peamine mehhanism on pügamisprotsess, mis vähendab 316 roostevabast terasest ümbrise välisläbimõõtu. Kuid läbi ümbrise seina MgO-le avaldatav radiaalne rõhk sõltub seina paksusest. Paksemad seinad neelavad rohkem löögijõudu. MgO võib olla alatihendatud. Õhemad seinad edastavad suuremat jõudu, kuid võivad kokku kukkuda või takistustraadi kahjustada. Selles artiklis analüüsitakse 316 ümbrise seina paksuse mõju võimalikule MgO tihedusele ja dielektrilisele tugevusele. See annab aluse minimaalse seinapaksuse määramiseks, mis tasakaalustab mehaanilise terviklikkuse ja elektrilise jõudluse.

MgO survekäitumine ümbrise puhastamise ajal
Küttekeha valmistamisel täidetakse 316 roostevabast terasest toru lahtise MgO pulbri segu ja tsentraalselt asetseva takistustraadiga. Seejärel juhitakse koost läbi pügamismasina, milles pöörlevad stantsid löövad toru radiaalselt sissepoole ja vähendavad välisläbimõõtu 10–30%. See protsess tihendab MgO pulbrit esialgselt puistetiheduselt ~1,5–1,8 g/cm3 lõpliku tiheduseni 2,8–3,2 g/cm3. Mõõtmisstantside netoradiaaljõud pärast 316 ümbrise seina elastses ja plastilises deformatsioonis kasutatud jõu lahutamist on MgO-le edastatav tihendusrõhk. Konkreetse löögi vähendamise ja stantsijõu saavutamiseks põhjustab õhem ümbrise sein vähem üldist deformatsioonitööd ja suurem protsent rakendatud jõust kantakse üle MgO-le. Lõikamisprotsessi lõplike elementide modelleerimine näitab, et 0,8 mm 316 kest kannab MgO-le üle umbes 85% stantsi rõhust, samas kui 1,6 mm kest edastab võrdsetes vahutamistingimustes ainult 65%. Vähem kui 50% rakendatavast jõust kandub läbi 2,5 mm kesta, ülejäänud osa säilib elastse deformatsioonienergiana paksus terasseinas või vabaneb plastilise deformatsiooni käigus soojusena. Sellel erinevusel on otsene mõju võimalikule MgO tihedusele.

Seina paksuse ja MgO tiheduse kvantitatiivne seos
Kontrollitud katsed, milles kasutati sarnaseid pügamisseadmeid, stantsikomplekte ja redutseerimissuhteid, näitavad kindlat pöördvõrdelist seost ümbrise seina paksuse 316 ja MgO lõpliku tiheduse vahel. Tüüpilised MgO tihedused, mis saavutatakse 20% (nt . 12.0 mm kuni 9,6 mm välisläbimõõduni) vähendamise eesmärgil, on järgmised: MgO lõpptihedus 3,1–3,2 g/cm3 0,8 mm seinapaksusega ületab oluliselt miinimumstandardit. Seina paksus on 1,2 mm, tihedus 2,9–3,0 g/cm 3, mis on enamikel eesmärkidel siiski vastuvõetav. Tihedus väheneb 2,7–2,8 g/cm3, mis on minimaalsel lubatud tasemel või alla selle, seinapaksusega 1,6 mm. 2,0 mm seinapaksusega materjali tihedus on 2,5–2,6 g/cm3, mis ei ole kõrgel temperatuuril töökindlaks elektriisolatsiooniks piisav. Vähem kui 2,7 g/cm 3 MgO-l on omavahel ühendatud poorsus, mis võimaldab niiskuse neeldumist ja elektrivoolu lekkekanaleid. Isolatsioonitakistus 500 kraadi juures, kui MgO on tihendatud kuni 2,5 g/cm3, on sageli 10 kuni 100 korda madalam kui MgO puhul, mis on tihendatud kuni 3,1 g/cm3 . Dielektriline tugevus (elektrivälja ülempiir, mida isolatsioon suudab taluda ilma purunemiseta) väheneb umbes 15 kV/mm juures 3,5 g/cm3 juures 5 kV/mm. g/cm³. 1,0 mm takistustraadi läbimõõduga 240 V kerise MgO kihi elektriväli on tööpingel ligikaudu 2-3 kV/mm. See annab mugava varu kõrge MgO tiheduse korral, kuid on marginaalne madala tiheduse korral, kus väikesed vead võivad põhjustada dielektrilise purunemise.

Paksude{0}}seinaga kestade "dielektrilise terviklikkuse" praktilised piirangud
The typical swaging procedure may not provide the required MgO density for applications that require thick 316 sheaths (>1,6 mm) mehaaniliste või korrosiooninõuete jaoks. Tootmises on kolm reguleerimist, mis võivad leevendada paksude seinte jõu neeldumist. Esimene ja kõige tüüpilisem protseduur on libisemise vähendamise suhte tõstmine . 30% välisläbimõõdu vähendamine 12,0 mm-lt 8,4 mm-le, mis edastab MgO-le tugevamad radiaalsed pinged, saavutades 20% vähendamise asemel õhemate seintega sarnase tiheduse väiksema vähendamise korral. Karistuseks on takistustraadi kahjustamise tõenäosus ja ümbrise suurem jääkpinge. Teine muudatus on mitme vahepealse lõõmutusega pügamiskäigu kasutamine. Vähendamine 15%, seejärel lõõmutamine, et leevendada mantli pingeid, millele järgneb teine ​​​​15% vähendamine, võib paksuseinalistes ümbristes tagada kõrge MgO tiheduse, ületamata 316 toru vormimispiire. Kolmas muudatus on MgO pulbri spetsifikatsiooni muutmine: jämedad, nurgelised MgO osakesed on kergemini tihendatavad kui peened sfäärilised pulbrid. Kõrge tihedusega MgO klass koos reguleeritud osakeste suuruse jaotusega võib suurendada lõpptihedust 0, 1–0, 2 g / cm3 võrra samade pügamistingimuste korral. Kõik need kohandused suurendavad tootmiskulusid. Kuid kulud on õigustatud olukordades, kus paksud seinad on kohustuslikud.

Seina paksuse ja MgO tiheduse valikmaatriks usaldusväärse dielektrilise jõudluse tagamiseks
Järgmises tabelis on näidatud sobivad kombinatsioonid 316 ümbrise seina paksusest ja tootmisnõuetest, et saada toatemperatuuril minimaalne vastuvõetav MgO tihedus 2,8 g/cm3 ja dielektriline tugevus üle 10 kV/mm.

Nõutav pühkimisseina paksus 316 Soovitatav pügamise vähendamine Soovitatav pühkimiskäikude arv Saavutatav MgO tihedus Erikaalutlused
0,8–1,0 mm 15–20% Ühekordne läbimine 3,0–3,2 g/cm³ Standardmeetod, madal hind
1,0 – 1,2 mm 18 – 22% Üks läbimine 2,9 – 3,1 g/cm³ Sobiv standardprotseduur 1,2 – 1,4 mm 20 – 25% Ühe- või kahekordne valgusläbilaskvus 2,8 – 3,0 g/cm³ Kinnitage proovitestiga 1,4 – 1,6 mm 25 – 25 % 25 – 2 g/cm³ Vajalik on kõrge tihedusega MgO klass
1,6 – 1,8 mm 28 – 32% Vajalik topeltläbivus 2,6 – 2,8 g/cm3 Piirväärtus, nõutav kvalifikatsioonitest
1,8–2,0 mm 30–35% Vahelõõmutuse topeltkäik 2,5–2,7 g/cm³Ei soovitata pingetele üle 120V > 2,0 mm Ei ole võimalik Pole võimalik Alla 2,5 g/cm³ Kasutage väiksemat läbimõõtu või teist sulamit
Iga küttekeha puhul, mille tööpinge on üle 250 VAC, tuleks minimaalne lubatud MgO tihedus suurendada 3,0 g/cm3-ni, mis piirab maksimaalse 316 ümbrise seina paksuse 1,2 mm-ni, välja arvatud juhul, kui rakendatakse spetsiaalseid pügamisprotseduure. Kõrgepingerakendustes, mille pinge on üle 600 V vahelduvvoolu (mida sageli nähakse mõnes tööstus- ja kaevandusseadmetes), tuleks vastuvõetava dielektrilise tugevuse säilitamiseks hoida ümbrise seina paksus alla 1,0 mm või kütteseade peaks olema valmistatud metallkilbiga, maandatud ja MgO isolatsioonist eraldi.

Tootmiskvaliteedi tagamise testimise ja valideerimise meetodid
Ainuüksi teoreetilistele seostele ei tugineta, kuna varieeruvad löögiseadmed, operaatori tehnika ja sissetulevate torude tolerantsid. Kui määrate küttekehad seinapaksusega üle 1,4 mm, peaksid insenerid nõudma tootjalt MgO tiheduse mõõtmist tootmisproovide põhjal. Tavaliselt tehakse selleks küttekeha osa lõikamine ning tihendatud pulbri massi ja mahu mõõtmine. Minimaalne tihedus tuleks mainida kvaliteedinõudena 2,8 g/cm3, mitte eesmärgina. Valmis küttekehasid tuleks testida ka dielektrilise tugevuse suhtes. Tavaline test on 1500 VAC pluss kahekordne tööpinge, mis rakendatakse ühe minuti jooksul takistusjuhtme ja ümbrise vahel. See on 1,500 + 480=1 980 VAC 240 V küttekeha jaoks. Paksu{16}}seinaga ümbrised, mille MgO piirtihedus on üldiselt läbivad, läbivad selle testi üldiselt ümbritseva õhu temperatuuril, kuid mitte töötemperatuurini kuumutamisel, kuna MgO dielektriline tugevus väheneb temperatuuri tõustes. Parima kinnituse annab seega kuumaisolatsioonitakistuse testimine 500 kraadi juures. Tööstuslike küttekehade kuumaisolatsioonitakistus ei ole tavaliselt väiksem kui 1 megaoomi, kuigi pikendatud eluea tagamiseks on soovitav 10 megaoomi. Dielektrilise rikkevälja tõrked on kallid ja sageli ohtlikud. MgO tiheduse saavutamiseks õhema ümbrise määramise või jõulisema pügamise lisakulud on väiksemad võrreldes garantiinõude kuludega või, mis veelgi hullem, elektrilöögiga.