Soojuspaisumine – pikkade küttekehade insenertehniline väljakutse

Iga hooldusinsener õpib lõpuks selgeks, kuidas metall kuumutamisel liigub. See on mehaanika põhitõde. Kuna üli-pikk ühepealine-elektriline küttetoru pikkusega 1200 mm saavutab oma töötemperatuuri, võib see palju laieneda. Kui seda laienemist projekteerimisel ja paigaldamisel arvesse ei võeta, võivad tulemused olla halvad: küttekehad, mis on kinni jäänud ja neid on peaaegu võimatu eemaldada, purunenud vormiosad, painutatud küttekeha ümbrised või katkised sisemised ühendused. Seega peavad kõik, kes vastutavad pikkade kassettkütteseadmete määramise, paigaldamise või hooldamise eest, teadma, kuidas soojuspaisumist mõista ja sellega toime tulla.

Soojuspaisumise aritmeetika on lihtne, kuid inimesed ei mõtle sellele sageli piisavalt. Roostevabast terasest ja Incoloy kestadest on paisumiskoefitsient tavaliselt umbes 0,000017 m/m/kraadi (17 µm/m/kraad). 1200 mm (1,2 m) üli-pika ühe-peaga padrunsoojendi, mis töötab 400-kraadisel protsessitemperatuuril (temperatuuri tõus ligikaudu 380 kraadi ümbritseva keskkonnaga võrreldes), kogu pikisuunaline paisumine võib olla üle 8 mm. Kõrgematel töötemperatuuridel 500–600 kraadi võib see kasv olla üle 10 mm. Külma ajal võib ideaalselt sobiv küttekeha kuumaga palju välja paistma. Või, mis veelgi hullem, kui see on liiga tihedalt vastu pimeaugu põhja asetatud, ei ole sellel kuhugi areneda ja see võib selle asemel painduda, punnitada või tekitada ümbritsevale metallile laastava aksiaalse pinge.

Seetõttu jätavad kogenud disainerid ja tehnikud alati pimedate aukude lõppu soojuspaisumisruumi. Lühemate kassettküttekehade jaoks võib piisata väikesest 2–3 mm vahest, kuid 1200 mm ülipika seadme puhul on soovitatav vahekaugus õõnsuse suletud otsas palju suurem-tavaliselt **5 mm kuni 10 mm**. Kui ruumi pole piisavalt, surub kütteseade paisudes vastu augu põhja. See tekitab survet, mis võib purustada nõrgad hallitusseened, muuta küttekeha kuju või ebaühtlaselt tihendada sisemist magneesiumoksiidi (MgO) isolatsiooni. Väga halbades tingimustes võib kest kokku kukkuda või küttekeha jäädavalt kinni jääda, mis tähendab, et selle eemaldamiseks tuleb kasutada kalleid meetodeid, nagu puurimine või elektromagnetiline deformatsioon.

Juhtimise lõpus (lõpetamisel) on laienemisega omad probleemid. Külm segment liigub juhtmestiku või paigaldusplaadi suhtes, kui 1200 mm küttekeha kuumeneb. Kui juhtjuhtmed on hästi kinnitatud, nii et nad ei saa liikuda, võib see aksiaalne kasv tõmmata otse sisemistest otspunktidest, mis võib aeglaselt ühendusi lõdvendada, pingestada takistustraadi ristmikku või isegi katkestada sisemised juhtmed paljude termiliste tsüklite jooksul. Selle parandamiseks on paljudel kvaliteetsetel-pikatel küttekehadel paindlikud juhtmekonfiguratsioonid, vedruga{5}}otsad või komplekti integreeritud lisajuhtme lõtk. Mõnel kujundusel on ujuv jahe osa või tõmbe{7}}leevendusfunktsioonid, mis võtavad liikumise kinni ilma elektriühendusi koormamata.

Radiaalse (läbimõõduga) laienemise lisamine muudab asja veelgi keerulisemaks. Kest laieneb kuumenedes väljapoole, tavaliselt 0,05–0,15 mm läbimõõduga, olenevalt ainest ja temperatuurist. Kui ava on liiga kitsas, paneb see radiaalne paisumine kerise kogu pikkuses kinni. Probleem on hullem 1200 mm ülipika küttekeha puhul, kuna suurem pindala tähendab rohkem kokkupuutepunkte, mis tekitavad hõõrdumist. Sidumine paneb mehaanikale rohkem pinget, peatab vaba paisumise ja võib põhjustada lokaalseid levialasid või ümbrise deformatsiooni. Vastus on seada paigaldusvahe, mis töötab nii külma sisestamise kui ka kuuma töö korral. Enamiku läbimõõtudega kuni 20 mm tagab diameetriline vahekaugus **0,05 mm kuni 0,10 mm** (veidi suurem kui lühikestel küttekehadel) vajalikku ruumi, säilitades samas hea soojuskontakti. Selle tolerantsi saavutamiseks on väga soovitatav kasutada täppishõõrimist või lihvimist.

Siin on veel mõned soovituslikud tavad 1200 mm küttekehade soojuspaisumisega tegelemiseks.
- Küttekeha asetamine auku nii, et see puudutaks õrnalt põhja, seejärel tõmmake seda veidi tagasi (et vastaks arvutatud paisumispilule) enne lõplikule kohale asetamist. - Kõrge-temperatuuri, mittejuhtiva anti-kesta asetamine hõõrdumise ja paisumise peatamiseks. kokkutõmbumine. - Selliste ümbrisematerjalide, nagu Incoloy, valimine, mis püsivad kõrgel temperatuuril tugevamad ja millel on vähem kihistumist, mis vähendab kinnikiilumise võimalust. - Jälgige varajaste märke laienemisega seotud probleemidest, sealhulgas soojendite raskemini eemaldamise või ettenägematute muutuste vooluhulgast.

Soojuspaisumine ei ole projekteerimisel ega tootmisprotsessis probleem. See on lihtsalt metallide loomulik omadus. Kvaliteetne-1200 mm ülipikk ühe-peaga kassettkütteseade võib töötada aastaid ilma rikki minemata või varakult rikki minemata, kui see on õigesti paigaldatud õigete paisumisvahede, diameetriliste vahekauguste, juhtmete haldamise ja paigaldusprotsessidega. Isegi kõige-parima disainiga küttekeha läheb lõpuks katki, kui te selle eest ei hoolitse. See maksab teile palju raha seisakuaegade ja asenduste tõttu.

Järgides soojuspaisumise reegleid projekteerimis- ja paigaldusprotsessi algusest peale, tagavad insenerid ja hooldusmeeskonnad, et nende pikad küttekehad jääksid soojussüsteemi usaldusväärseteks osadeks, selle asemel et tekitada mehaanikaga pidevalt probleeme.