Ένα-θερμαντικό στοιχείο διπλής περιέλιξης-δύο ανεξάρτητα κυκλώματα αντίστασης τυλιγμένα παράλληλα στο ίδιο μήκος θερμαντήρα-μπορεί να παρέχει 50% ισχύ μετά από αστοχία ενός κυκλώματος. Ωστόσο, εάν αυτό συμβαίνει χωρίς τοπικά καυτά σημεία εξαρτάται αποκλειστικά από το σχέδιο περιέλιξης. Εάν και τα δύο κυκλώματα είναι συνυφασμένα ομοιόμορφα (εναλλασσόμενες στροφές), μια αστοχία ενός κυκλώματος αφήνει ενεργή κάθε άλλη στροφή, δημιουργώντας ένα περιοδικό ζεστό-μοτίβο κρύου: η θερμοκρασία της επιφάνειας του PFA ποικίλλει κατά ±15–30 μοίρες κατά μήκος, με θερμά σημεία στις ενεργές στροφές και ψυχρά σημεία στις αποτυχημένες στροφές. Αυτή η ανομοιόμορφη θέρμανση προκαλεί θερμική καταπόνηση και τοπική εναπόθεση αλάτων. Εάν τα δύο κυκλώματα τυλίγονται ως ξεχωριστές ζώνες (κύκλωμα Α στο κάτω μισό, κύκλωμα Β στο πάνω μισό), μια αστοχία ενός κυκλώματος αφήνει το μισό θερμαντήρα κρύο{11}}απαράδεκτο για ομοιόμορφη θερμοκρασία. Ο βέλτιστος σχεδιασμός για την ομοιομορφία λειτουργίας{13}}αστοχίας είναι ένας θερμαντήρας διπλού-τυλίγματος με και τα δύο κυκλώματα κατανεμημένα ομοιόμορφα αλλά με πλεονασμό στη σύνδεση: κάθε κύκλωμα τροφοδοτεί τις μισές στροφές, αλλά οι στροφές ζευγαρώνονται έτσι ώστε οι ενεργές και οι ανενεργές στροφές να είναι γειτονικές, όχι εναλλασσόμενες. Ακόμη και τότε, παραμένει μια απόκλιση 5-10 μοιρών. Για κρίσιμες εφαρμογές που απαιτούν πραγματικό πλεονασμό χωρίς καυτά σημεία, χρησιμοποιήστε δύο ξεχωριστούς θερμαντήρες μονού-κυκλώματος (βλ. άρθρο #36). Η διπλή-πληγή είναι ένας συμβιβασμός.
Κατανομή θερμοκρασίας μετά από βλάβη ενός κυκλώματος
| Μοτίβο περιέλιξης | Διανομή περιστροφής | Παραλλαγή μετά από αποτυχία ενός κυκλώματος | Hot Spot ΔT vs. Before Failure | Αποδεκτό για Διαδικασία; |
|---|---|---|---|---|
| Εναλλασσόμενο (A,B,A,B…) | Συνυφασμένα, 50% το καθένα | ±15–30 μοίρες κατά μήκος | +20–40 μοίρες στις ενεργές στροφές | Οριακός (κίνδυνος κλίμακας) |
| Σύζευξη (AA,BB,AA,BB…) | Δύο ενεργές στροφές μαζί, μετά δύο ανενεργές | ±10–20 μοίρες | +10–25 μοίρες | Αποδεκτό για χαμηλή ευαισθησία |
| Ζώνη (κάτω Α, επάνω Β) | Α στο κάτω μισό, Β στο πάνω | 0 μοίρες στο αποτυχημένο μισό, κανονικό στο άλλο | N/A (ψυχρή ζώνη) | Απαράδεκτος |
| Διανέμεται με θερμικό ισοσταθμιστή (χάλκινο μανίκι) | Εναλλασσόμενο + χάλκινο μανίκι | ±5–10 μοίρες | +5–15 μοίρες | Καλός |
| Δύο ξεχωριστές θερμάστρες | Ανεξάρτητες μονάδες | 0 μοίρες (ένας θερμαντήρας απενεργοποιημένος) | 0 βαθμός (άλλος θερμαντήρας αντισταθμίζει) | Best (βλ. άρθρο #85) |
Θερμική απεικόνιση αποτυχημένου θερμαντήρα διπλού-τραυμάτων
Ένας θερμαντήρας διπλής-περιέλιξης 6 kW (εναλλασσόμενες στροφές, κάθε κύκλωμα 3 kW) που λειτουργεί στα 3 kW μετά από μία βλάβη κυκλώματος δείχνει:
Ενεργές στροφές: θερμοκρασία επιφάνειας 120 μοίρες (σε 80 μοίρες νερό)
Ανενεργές στροφές: θερμοκρασία επιφάνειας 85 μοίρες (ίδια με το υγρό)
Περιοδικότητα: 5–10 mm μεταξύ ζεστών και κρύων ζωνών
Οι θερμές λωρίδες έχουν πλάτος μόνο 3–4 mm.
Στην κλίμακα-που σχηματίζει νερό, οι ζεστές λωρίδες γίνονται λευκές, ενώ οι ψυχρές λωρίδες παραμένουν καθαρές. Η ζυγαριά επιταχύνει την τοπική υπερθέρμανση, με αποτέλεσμα οι ενεργές στροφές να αποτυγχάνουν νωρίτερα. Στην πράξη, ένας θερμαντήρας που λειτουργεί με αποτυχία ενός κυκλώματος σπάνια διαρκεί περισσότερο από μερικούς μήνες πριν το υπόλοιπο κύκλωμα αποτύχει από τοπική υπερθέρμανση.
Κατανομή ισχύος και φορτίο στο υπόλοιπο κύκλωμα
Όταν ένα κύκλωμα αποτύχει (ανοιχτό κύκλωμα), το υπόλοιπο κύκλωμα πρέπει να φέρει την πλήρη τάση (αν είναι καλωδιωμένο παράλληλα). Η ισχύς του είναι P=V²/R. Εάν και τα δύο κυκλώματα έχουν ίση αντίσταση R, συνολική ισχύς πριν από τη βλάβη=2 × V²/R=2P_κύκλωμα. Μετά από αστοχία, τροφοδοσία=V²/R=P_circuit=50% του αρχικού συνόλου. Αυτό είναι σωστό. Ωστόσο, το υπόλοιπο κύκλωμα λειτουργεί τώρα με την ίδια πυκνότητα watt όπως πριν (ίδια τάση, ίδια αντίσταση, ίδια θερμότητα ανά στροφή), αλλά με μισές ενεργές στροφές. Οι ενεργές στροφές δεν βλέπουν καμία αλλαγή στην παραγωγή θερμότητας. Αλλά η θερμότητα που θα πήγαινε στις αποτυχημένες στροφές τώρα πρέπει να διαλυθεί από τις ενεργές στροφές; Όχι – οι αποτυχημένες στροφές είναι απλώς απενεργοποιημένες. Οι ενεργές στροφές παράγουν την ίδια θερμότητα όπως πριν, αλλά δεν υπάρχει θερμότητα από τις αποτυχημένες στροφές. Η συνολική απόδοση θερμότητας μειώνεται στο μισό. Οι ενεργές στροφές δεν υπερθερμαίνονται τοπικά από υπερβολική ισχύ. Ωστόσο, η θερμοκρασία των ενεργών στροφών μπορεί να αυξηθεί ελαφρώς επειδή οι παρακείμενες ψυχρές στροφές δεν συμβάλλουν πλέον στη θέρμανση του ρευστού ενδιάμεσα. Η ροή θερμότητας από τις ενεργές στροφές εξαπλώνεται πλευρικά, αλλά με λιγότερη θερμότητα από τους γείτονες, η θερμοκρασία ενεργού στροφής αυξάνεται κατά 5–15 βαθμούς. Αυτό είναι το τοπικό hot spot.
Πρακτική Αξιολόγηση για τη Διαδικασία σας
| Απαίτηση διαδικασίας | Αποδεκτή διακύμανση θερμοκρασίας μετά από αστοχία | Διπλό-Τραύμα κατάλληλο; | Καλύτερη Λύση |
|---|---|---|---|
| ±1 βαθμός (ημιαγωγός, φαρμακευτικός) | Οχι | Οχι | Δύο ξεχωριστές θερμάστρες + εφεδρική |
| ±3 βαθμοί (χημικό ακριβείας) | Οχι | Οχι | Δύο ξεχωριστές θερμάστρες |
| ±5 βαθμός (γενική βιομηχανική) | Οριακός | Ενδεχομένως (με χάλκινο μανίκι) | Δύο ξεχωριστές θερμάστρες |
| ±10 βαθμοί (επιμετάλλωση, πλύση) | Ναί | Ναι (εναλλασσόμενο, με μανίκι) | Δεκτός |
| Χωρίς έλεγχο θερμοκρασίας (μόνο κύκλος λειτουργίας) | Ναί | Ναι (οποιοδήποτε μοτίβο) | Δεκτός |
Παράδειγμα πεδίου
Μια γραμμή επιμετάλλωσης χρησιμοποιούσε θερμαντήρες PFA διπλής-περιέλιξης (εναλλασσόμενες στροφές) για να παρέχει 50% πλεονασμό ισχύος. Όταν ένα κύκλωμα απέτυχε, ο θερμαντήρας συνέχισε να λειτουργεί με ισχύ 50%. Ωστόσο, οι καυτές ζώνες (15 μοίρες πάνω από το μέσο όρο) προκάλεσαν δαχτυλίδια λευκής κλίμακας στις ενεργές στροφές. Οι δακτύλιοι ζυγαριάς επιδείνωσαν τη μεταφορά θερμότητας και το υπόλοιπο κύκλωμα απέτυχε μετά από 3 μήνες. Το εργοστάσιο άλλαξε σε δύο ξεχωριστούς θερμαντήρες 3 kW αντί για έναν διπλό{11}}6 kW. Μετά την αποτυχία ενός θερμαντήρα, η θερμοκρασία του μπάνιου έπεσε στους 85 βαθμούς από 90 βαθμούς, αλλά η ποιότητα της επιμετάλλωσης παρέμεινε αποδεκτή. Η αποτυχημένη θέρμανση αντικαταστάθηκε κατά την προγραμματισμένη συντήρηση. Δεν σημειώθηκε ζώνη θερμοκρασίας. Το εργοστάσιο κατέληξε στο συμπέρασμα ότι δύο ξεχωριστοί θερμαντήρες παρείχαν πραγματικό πλεονασμό χωρίς καυτά σημεία.
Συμπέρασμα: Η διπλή-πληγή παρέχει 50% ισχύ, αλλά δημιουργεί καυτά σημεία
Ένας θερμαντήρας PFA διπλής-περιέλιξης με δύο παράλληλα κυκλώματα μπορεί να παρέχει ισχύ 50% μετά από βλάβη ενός κυκλώματος. Ωστόσο, οι υπόλοιπες ενεργές στροφές δημιουργούν περιοδικές θερμές ζώνες (±15–30 μοίρες διακύμανση) εκτός εάν προστεθεί ένας θερμικός ισοσταθμιστής (χάλκινο χιτώνιο). Αυτή η ανομοιόμορφη θερμοκρασία προκαλεί εντοπισμένη κλίμακα, θερμική καταπόνηση και ενδεχόμενη αστοχία του εναπομείναντος κυκλώματος. Για διεργασίες που ανέχονται διακύμανση ±10 μοιρών, μπορεί να είναι αποδεκτό το διπλό-τραύμα. Για ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας, χρησιμοποιήστε δύο ξεχωριστές θερμάστρες ενός{10}}κυκλώματος. Η διπλή{12}}πληγή είναι ένας συμβιβασμός που εξοικονομεί χώρο, όχι μια πραγματική λύση πλεονασμού. Εάν ο χρόνος λειτουργίας είναι κρίσιμος, αφιερώστε τον επιπλέον χώρο σε δύο θερμάστρες. Η διαδικασία σας θα είναι πιο ομοιόμορφη και η συντήρησή σας θα είναι πιο απλή. Οι καυτές μπάντες δεν είναι αβλαβείς. Κλιμακώνονται, ραγίζουν, αποτυγχάνουν. Αποφύγετε τα με ξεχωριστές θερμάστρες.
