Οι μακριές θερμαντικές πλάκες που είναι εγκατεστημένες σε δεξαμενές χημικών μπορεί να παρουσιάσουν αλλαγές διαστάσεων κατά την επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη. Στα συστήματα επεξεργασίας PCB, ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και χημικής επεξεργασίας, αυτή η κίνηση μπορεί να επηρεάσει σταδιακά την ευθυγράμμιση τοποθέτησης, την κυκλοφορία του υγρού και τις ηλεκτρικές συνδέσεις.
Η κρίσιμη ισορροπία μηχανικής είναι μεταξύθερμική διαστολή και μηχανική σταθερότητα. Μια θερμαντική πλάκα πρέπει να παραμένει σταθερά τοποθετημένη ενώ διατηρεί αρκετή ελευθερία για να δέχεται τις αλλαγές διαστάσεων που σχετίζονται με τη θερμοκρασία-.
Η επέκταση PTFE είναι μεγαλύτερη από πολλά δομικά υλικά
Το PTFE έχει σχετικά υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής σε σύγκριση με τα μέταλλα.
Ένας απλοποιημένος υπολογισμός είναι:
ΔL = × L × ΔT
όπουΔLείναι αλλαγή διαστάσεων, είναι ο συντελεστής διαστολής,Lέχει αρχικό μήκος καιΔTείναι η αλλαγή θερμοκρασίας.
Για ένα εξάρτημα PTFE μήκους 1 m που παρουσιάζει αύξηση θερμοκρασίας 50 μοιρών, η κίνηση διαστάσεων μπορεί να φτάσει αρκετά χιλιοστά ανάλογα με την πραγματική ποιότητα υλικού και την κατασκευή.
Αυτό γίνεται πιο σημαντικό καθώς αυξάνεται το μήκος της πλάκας θέρμανσης.
Ένα σύστημα στερέωσης σχεδιασμένο χωρίς επαρκή επιτρεπόμενη διαστολή μπορεί επομένως να προκαλέσει μηχανική καταπόνηση κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων θερμικών κύκλων.
Η άκαμπτη στερέωση μπορεί να δημιουργήσει περιττό άγχος
Μια κοινή προσέγγιση εγκατάστασης είναι η άκαμπτη στερέωση και των δύο άκρων μιας μακριάς πλάκας θέρμανσης.
Σε θερμοκρασία δωματίου, το συγκρότημα μπορεί να φαίνεται εντελώς σταθερό. Κατά τη λειτουργία, η δομή PTFE επεκτείνεται. Εάν η κίνηση είναι περιορισμένη, η προκύπτουσα μηχανική καταπόνηση μπορεί να μεταφερθεί σε σημεία στερέωσης ή συνδεδεμένα εξαρτήματα.
Η επαναλαμβανόμενη ποδηλασία μπορεί να προκαλέσει σταδιακά παραμόρφωση, προβλήματα στερέωσης ή αλλαγές στη θέση της πλάκας.
Η λύση δεν είναι χαλαρή τοποθέτηση. Η ελεγχόμενη υποστήριξη με καθορισμένη ελευθερία επέκτασης είναι γενικά πιο κατάλληλη.
Η κατανομή της θερμοκρασίας επηρεάζει την επέκταση
Η θερμική διαστολή δεν είναι πάντα ομοιόμορφη.
Εάν ένα τμήμα της πλάκας θέρμανσης γίνει σημαντικά πιο ζεστό από ένα άλλο, διαφορετικές περιοχές μπορεί να διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς.
Αυτό μπορεί να προκαλέσει κάμψη ή παραμόρφωση παρά απλή γραμμική διαστολή.
Η άνιση κατανομή αντίστασης, η περιορισμένη κυκλοφορία υγρού ή οι τοπικές εναποθέσεις μπορούν να συμβάλουν σε διαφορές θερμοκρασίας σε όλη την πλάκα.
Επομένως, μια μηχανικά σταθερή εγκατάσταση εξαρτάται εν μέρει από την επίτευξη ενός σταθερού θερμικού προφίλ.
| Κατάσταση Εγκατάστασης | Συμπεριφορά επέκτασης | Πιθανή επίδραση | Προτιμώμενη προσέγγιση |
|---|---|---|---|
| Κοντή πλάκα, χαμηλή διακύμανση θερμοκρασίας | Περιορισμένη κίνηση | Χαμηλή μηχανική καταπόνηση | Τυπική υποστήριξη |
| Μακρύ πιάτο, ομοιόμορφη θέρμανση | Προβλεπόμενη επέκταση | Κυρίως διαστατική κίνηση | Επιτρέψτε την ελεγχόμενη ολίσθηση |
| Μακρύ πιάτο, ανομοιόμορφη θέρμανση | Διαφορική επέκταση | Πιθανή παραμόρφωση | Βελτιώστε τη θερμική κατανομή |
| Άκαμπτη τοποθέτηση και στα δύο άκρα | Περιορισμένη επέκταση | Υψηλότερη μηχανική καταπόνηση | Παροχή επιδόματος επέκτασης |
Ο πίνακας αντιπροσωπεύει τη γενική συμπεριφορά μηχανικής και όχι μια καθολική προδιαγραφή τοποθέτησης.
Το μήκος της πλάκας θέρμανσης αλλάζει την απαίτηση σχεδιασμού
Μια μικρή πλάκα θέρμανσης μπορεί να έχει μόνο περιορισμένη κίνηση διαστάσεων.
Μια μακρά θερμαντική πλάκα μπορεί να παρουσιάσει σημαντικά μεγαλύτερη απόλυτη διαστολή υπό την ίδια αλλαγή θερμοκρασίας.
Για παράδειγμα, εάν ο συντελεστής θερμικής διαστολής παραμένει σταθερός, ο διπλασιασμός του μήκους της πλάκας διπλασιάζει περίπου τη γραμμική διαστολή για την ίδια αύξηση θερμοκρασίας.
Αυτό καθιστά το μήκος σημαντικό στοιχείο κατά τη μηχανική σχεδίαση.
Οι οπές στερέωσης, οι βραχίονες, οι σφιγκτήρες, οι έξοδοι καλωδίων και οι παρακείμενες δομές δεξαμενής θα πρέπει να αξιολογούνται για θερμική κίνηση.
Η δρομολόγηση καλωδίων μπορεί να γίνει ένας κρυφός περιορισμός
Οι ηλεκτρικές συνδέσεις σχεδιάζονται συχνά γύρω από τις συνθήκες ψυχρής εγκατάστασης.
Όταν η θερμαντική πλάκα διαστέλλεται, μια άκαμπτη σύνδεση καλωδίου μπορεί να παρουσιάσει τάση ή κάμψη.
Η επαναλαμβανόμενη κίνηση μπορεί τελικά να επηρεάσει τους ακροδέκτες ή τη μόνωση των καλωδίων.
Η ευέλικτη δρομολόγηση καλωδίων και η κατάλληλη ανακούφιση καταπόνησης μπορούν να μειώσουν αυτόν τον κίνδυνο.
Επομένως, η ηλεκτρική σύνδεση θα πρέπει να θεωρείται μέρος του σχεδιασμού θερμικής-διαστολής αντί να αντιμετωπίζεται ως ανεξάρτητη λεπτομέρεια.
Το διάκενο του τοιχώματος της δεξαμενής αλλάζει επίσης με τη θερμοκρασία
Η σχέση μεταξύ της πλάκας θέρμανσης και του τοιχώματος της δεξαμενής μπορεί να αλλάξει κατά τη λειτουργία.
Μια πλάκα που έχει αρκετό διάκενο όταν είναι κρύο μπορεί να πλησιάσει τον τοίχο καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
Εάν το αρχικό διάκενο είναι ήδη ελάχιστο, η θερμική διαστολή μπορεί να περιορίσει την κυκλοφορία ή να δημιουργήσει μηχανική επαφή.
Αυτό μπορεί να δημιουργήσει ένα αλυσιδωτό αποτέλεσμα:
Θερμική διαστολή → μειωμένο διάκενο → ασθενέστερη κυκλοφορία → υψηλότερη τοπική θερμοκρασία
Η προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να αυξήσει περαιτέρω την κίνηση των διαστάσεων.
Η ανομοιόμορφη θέρμανση μπορεί να μεγεθύνει τη μηχανική κίνηση
Μια θερμαντική πλάκα με συγκεντρωμένες διαδρομές αντίστασης μπορεί να παράγει διαφορετικές θερμοκρασίες σε όλη την επιφάνειά της.
Η θερμότερη περιοχή επεκτείνεται περισσότερο από την ψυχρότερη περιοχή.
Αυτή η διαφορική διαστολή μπορεί να δημιουργήσει καμπυλότητα ή τοπική παραμόρφωση.
Η κατανεμημένη αντίσταση και η ισορροπημένη ροή θερμότητας μπορούν επομένως να προσφέρουν μηχανικά οφέλη καθώς και θερμικά οφέλη.
Για θερμαντήρες μακράς-χημικής επεξεργασίας, η ομοιομορφία θερμοκρασίας θα πρέπει να αξιολογείται παράλληλα με τη συνολική ισχύ θέρμανσης.
Η ανακύκλωση θερμοκρασίας έχει σημασία περισσότερο από μία-Επέκταση χρόνου
Μια θερμαντική πλάκα μπορεί να ανεχθεί μια συγκεκριμένη αλλαγή διαστάσεων κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος θέρμανσης.
Η μακροπρόθεσμη- αξιοπιστία επηρεάζεται πιο έντονα από επαναλαμβανόμενους κύκλους.
Η καθημερινή εκκίνηση και ο τερματισμός λειτουργίας, η επεξεργασία κατά παρτίδες ή η συχνή ανάκτηση θερμοκρασίας μπορούν να παράγουν χιλιάδες κύκλους διαστολής και συστολής κατά τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
Ως εκ τούτου, τα εξαρτήματα τοποθέτησης θα πρέπει να σχεδιάζονται γύρω από την αναμενόμενη συχνότητα κύκλου αντί για ένα μεμονωμένο συμβάν μέγιστης- θερμοκρασίας.
Πρακτική σχεδίαση για μακριές πλάκες θέρμανσης
Η θερμική διαστολή θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κάθε φορά που μια θερμαντική πλάκα έχει σημαντικό μήκος, επαναλαμβανόμενο κύκλο θερμοκρασίας ή άκαμπτες συνδέσεις με τις γύρω κατασκευές.
Ο σχεδιασμός θα πρέπει να παρέχει ασφαλή υποστήριξη, ενώ επιτρέπει προβλέψιμη κίνηση διαστάσεων. Η κατανομή της αντίστασης, η ροή θερμότητας, η απόσταση τοποθέτησης και η δρομολόγηση καλωδίων θα πρέπει να αξιολογούνται μαζί.
Για προσαρμοσμένες πλάκες θέρμανσης, το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας, οι διαστάσεις των πλακών, η μέθοδος τοποθέτησης, οι αναμενόμενοι θερμικοί κύκλοι, η γεωμετρία της δεξαμενής και οι θέσεις σύνδεσης παρέχουν τις βασικές μηχανολογικές πληροφορίες.
Ένας σχεδιασμός ελεγχόμενης διαστολής μπορεί να αποτρέψει την περιττή μηχανική καταπόνηση, διατηρώντας παράλληλα την θερμαντική-ευθυγράμμιση της πλάκας, την κυκλοφορία του υγρού και τη μακροπρόθεσμη-αξιοπιστία στον απαιτητικό εξοπλισμό χημικής-επεξεργασίας.
