Watt Density Revisited: kassetisoojendi sobitamine kuumutatava materjaliga
Jäta sõnum
Plastiprotsessor paneb sama kassettküttekeha kahte erinevasse vormi. Vormidel on sama läbimõõt, pinge, koguvõimsus ja kontrolleri seadistused. Küttekehad kestavad aastaid esimeses vormis (alumiiniumtööriistad madalal -temperatuuril PP jaoks) ja töötavad kogu aeg hästi. Teisel juhul (kõrg-temperatuuriline PEEK roostevabast-terasest tööriistades) lagunevad need mõne kuu pärast, paljastades kulumisjälgi, nagu värvimuutus, punnis kestad või avatud vooluringid. Küttekehad on samad, kuid tulemused on väga erinevad. Ainus, mis muutub, on vormitav materjal ja see, kui hästi tööriist suudab soojust neelata ja levitada. Seda juhtub ettevõttes iga päev ja see näitab põhitõde: vattide tihedus peab vastama mitte ainult küttekeha projekteerimispiiridele, vaid ka materjali võimele soojust edasi anda ja seda uputada.
Vattide tihedus, mis on koguvõimsus jagatud efektiivse kuumutatud pinnaga, näitab, kui kõvasti peab ümbrise pind töötama, et energiat ümbritsevasse keskkonda viia:
\\\\tekst{Watti tihedus (W/in²)}=\\frac{\\text{Koguvõimsus}}{\\pi \\times \\text{diameeter (in)} \\times \\text{soojendusega pikkus (in)}} \\]
(või W/cm² meetrilistes väärtustes). 500 W 6 tolli pikkusel küttekehal on umbes pool vattihedusest samasugune 3 tolli pikkune küttekeha. Lühem seade peab suruma kaks korda rohkem energiat läbi poole väiksema pindala, mis muudab ümbrise temperatuurid palju kõrgemaks, isegi kui vormi seadepunkt on sama.
mitmesugused materjalid suudavad soojust ümbrisest väga erineval viisil hoida ja eemale viia. Vasest (≈400 W/m·K) ja alumiiniumist (≈237 W/m·K) plaadid või plokid juhivad soojust kiiresti, mis tähendab, et nad taluvad suuremat ohutut vattihedust -tavaliselt 40–80 W/in² (62–124 W/cm²), kui juhtmete sisetemperatuur on alla 1000000. kraadi . Tööriistaterased (P20, H13), mis juhivad soojust 25–35 W/m·K, vajavad ettevaatlikumaid väärtusi, tavaliselt 20–40 W/in² (31–62 W/cm²). Et kallakud ei oleks liiga järsud, vajavad roostevabast terasest vormid (umbes 15–20 W/m·K) veelgi väiksemat tihedust. Plastidel, nagu PP, ABS ja suure jõudlusega{24}}vaikudel, nagu PEEK, on väga madal soojusjuhtivus (0,1–0,3 W/m·K), mistõttu on nendega kõige raskem töötada. Kohaliku põlemise, riknemise või süsiniku ladestumise peatamiseks küttekeha pinnal peab vattihedus langema 5–15 W/in² (8–23 W/cm²) otsekontaktis või õhukese seinaga{33}}rakendustes.
Vedelikukümblust kasutavatel rakendustel on sarnased kriteeriumid, kuid ainult seda tüüpi vedeliku jaoks. Vesi ja õhukesed õlid (madal viskoossus, kõrge erisoojus) liiguvad palju ja saavad mugavalt hakkama mõõduka kuni suure vattihedusega (40–100 W/in² või rohkem tsirkulatsiooniga). Rasked õlid, termosiirdeõlid, sulapolümeerid ja siirupid on näited viskoossetest vedelikest, mis loomulikult ei konveeru hästi ja loovad isoleerivaid piirkihte. Kui vedeliku maksimaalne temperatuur (tavaliselt vahemikus 250–350 kraadi) on saavutatud, võib see lõheneda, oksüdeeruda või polümeriseeruda, mis põhjustab koksimist. Koks on kõva süsinikusisaldusega ladestus, mis isoleerib kesta, hoiab soojust kinni ja kiirendab läbipõlemist. Kergete õlide puhul langevad soovitatavad piirid 10–30 W/in², raskete või lagunevate kandjate puhul aga 5–15 W/in².
Töötemperatuuri ja maksimaalse vattiheduse vahel on tugev negatiivne seos. Küttekeha eluea samaks jäämiseks vajavad kõrgemad sihttemperatuurid väiksemat vattihedust. Alumiiniumplaadil töötav kassettkütteseade, mis töötab temperatuuril 400 ° F (204 ° F), suudab pikka aega ohutult taluda võimsust 60 W/in². Sama küttekeha tuleks vähendada temperatuuril 800 kraadi F (427 kraadi) kuni umbes 30 W/in² või vähem, kuna traadi ja ümbrise vaheline temperatuuride erinevus väheneb ja traadi sisetemperatuur läheneb oksüdatsioonipiiridele kiiremini. Tootja vähendamiskõverad, mis on üldiselt näidatud kõrgeima W/in² võrreldes ümbrise või vormi temperatuuriga, ei ole soovituslikud. Need põhinevad füüsikal ja pärinevad paljudest elukatsetest.
Kõrge-700 V ühe-peaga kassettküttekehade puhul, mida kasutatakse suurtes seadmetes, kuna need kasutavad vähem voolu ja neid on lihtsam ühendada, jäävad vatt-tiheduse põhimõtted samaks, kuid vea tegemise tagajärjed on palju hullemad. Kui lagunemine algab, näitab kõrgem süsteemi pinge, et kaare, jälgimise või isolatsiooni purunemise jätkamiseks on saadaval rohkem energiat. Madala -isolatsioonitakistuse-seisund, mis võib 380 V juures põhjustada häirivat komistamist, võib 700 V juures põhjustada ümbrise purunemise või tulekahju. Üldreegel on see, et kui te pole kindel, jaotage võimsus pikemale kuumutatud pikkusele või suuremale läbimõõdule. Madalam vattihedus tähendab peaaegu üldiselt pikemat eluiga, väiksemat kuumade kohtade tekkimise võimalust ja andestavamat paigaldustolerantsust.
Mõned olulised reeglid vattiheduse ja kuumutatava aine vastavusse viimiseks on järgmised: - Suurema tiheduse saavutamiseks kasutage suure juhtivusega aluspinda, näiteks alumiiniumi või vaske.. - Roostevaba terase, polümeeride või paksude vedelike puhul vähendage tugevalt. - Kontrollige vedeliku tootja teavet kõrgeima temperatuuri kohta, mille juures kilet saab sukeldada. mm kliirens), et saavutada võimalikult suur kontakt. - Kasutage kasutuselevõtu ajal termopildistamist, et veenduda, et ümbrise temperatuurid on samad.
Vattide tihedus ei ole kunagi üks parameeter; see ühendab küttekeha väljundi materjali võimega seda väljundit võtta. Soojendades hoolikalt kassettküttekeha vattide tiheduse soojusjuhtivuse, soojusmahtuvuse ja vastuvõtva keskkonna kujuga, milleks võivad olla metalltööriistad, plastvaik või vedelikuvann, saavad protsessorid vältida varajasi tõrkeid, hoida protsessi temperatuuri ühtlasena ja kasutada nii kütteseadmest kui ka osast maksimumi. Küttekeha, mis kestab, on see, mis on projekteeritud ja kokku pandud töötama koos ümbritsevaga, mitte vastu.
