Zakład chemiczny zainstalował cztery grzałki zanurzeniowe z PTFE w 2000-zbiorniku do trawienia, aby zapewnić moc grzewczą 16 kW. Grzejniki zamontowano na dwóch przeciwległych ścianach, po dwa grzejniki na każdej ścianie. Grzejniki na każdej ścianie rozmieszczone były w odległości 60 mm od siebie. W ciągu sześciu miesięcy na grzejnikach wewnętrznych-zwróconych do siebie w poprzek szczeliny pojawiły się pęcherze z PTFE na krawędziach, podczas gdy grzejniki zewnętrzne pozostały w dobrym stanie. Szczelina między grzejnikami była zbyt wąska, aby zapewnić odpowiedni przepływ.
Rozstaw elementów jest krytycznym parametrem projektowym, gdy w tym samym zbiorniku zainstalowanych jest wiele grzałek zanurzeniowych PTFE. Odstęp ten określa, czy płyn może swobodnie przepływać pomiędzy grzejnikami, czy też szczelina staje się strefą zastoju, w której gromadzi się ciepło i dochodzi do przegrzania grzejników.
Dlaczego odstępy między elementami mają znaczenie
Każda grzałka zanurzeniowa z PTFE wytwarza chmurę termiczną, która unosi się wzdłuż jej osłony. Kiedy dwa grzejniki są zamontowane blisko siebie, ich pióropusze oddziałują na siebie. Jeśli szczelina jest wystarczająco szeroka, smugi unoszą się niezależnie, zasysając chłodny płyn od dołu i utrzymując przepływ wzdłuż obu powierzchni. Jeżeli szczelina jest zbyt wąska, smugi łączą się i przepływ pomiędzy grzejnikami staje się ograniczony.
W wąskiej szczelinie płyn jest podgrzewany z obu stron. Unosi się szybciej niż płyn na zewnętrznych powierzchniach. Szczelina staje się kominem z silnym prądem wstępującym, ale przepływ na powierzchniach osłony może być nierówny. Dolna część szczeliny może być pozbawiona przepływu, podczas gdy górna część charakteryzuje się dużą prędkością. Nierówny przepływ powoduje powstawanie gorących punktów w dolnych częściach licowanych powierzchni.
| Rozstaw grzejników | Przepływ pomiędzy grzejnikami | Efekt komina | Ryzyko gorącego punktu | Zalecana aplikacja |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Słaby | Mocny | Bardzo wysoki | Niezalecane |
| 30–50 mm | Umiarkowany | Umiarkowany | Wysoki | Tylko niska gęstość watów |
| 50–80 mm | Dobry | Umiarkowany | Niski | Większość aplikacji |
| 80–120 mm | Doskonały | Słaby | Bardzo niski | Wysoka gęstość watów |
| >120 mm | Doskonały | Nic | Bardzo niski | Duże zbiorniki |
Rozstaw grzejników i jego wpływ na ryzyko przepływu i gorących punktów
Efekt komina
Kiedy dwie nagrzane osłony są zwrócone ku sobie, szczelina między nimi działa jak komin. Płyn w szczelinie jest podgrzewany z obu stron, staje się mniej gęsty i unosi się. Chłodniejszy płyn jest zasysany od dołu. Efekt komina może być korzystny, jeśli szczelina jest wystarczająco szeroka, aby umożliwić płynny przepływ, ale może być szkodliwy, jeśli szczelina jest zbyt wąska.
W wąskiej szczelinie efekt komina jest silny, ale przepływ jest nierówny. Płyn przyspiesza w miarę unoszenia się, a spadek ciśnienia na dnie szczeliny ogranicza dopływ chłodnego płynu. Dolna część szczeliny otrzymuje mniejszy przepływ, a grzejniki tam pracują cieplej.
Wytyczne dotyczące odstępów dla różnych konfiguracji grzejników
Zalecany odstęp zależy od orientacji grzejnika, gęstości watów i właściwości płynu.
W przypadku grzejników pionowych skierowanych ku sobie zalecany jest minimalny odstęp 50 mm dla niskiej gęstości watów (0,8–1,0 W/cm²) i 80 mm dla większej gęstości watów (1,2–1,5 W/cm²). Odstępy należy mierzyć pomiędzy powierzchniami osłon, a nie pomiędzy wspornikami montażowymi.
W przypadku grzejników montowanych na tej samej ścianie, obok siebie, odstępy mogą być mniejsze, gdyż grzejniki nie są zwrócone ku sobie. Aby zapobiec zakłóceniom termicznym pomiędzy sąsiadującymi grzejnikami na tej samej ścianie, wystarczy odstęp 30–40 mm.
W przypadku poziomych grzejników ułożonych pionowo, odstęp powinien wynosić co najmniej 100 mm, aby umożliwić ujście smugi ciepła z dolnego grzejnika bez uwięzienia przez górny grzejnik.
| Konfiguracja grzejnika | Zalecane odstępy | Minimalny odstęp | Notatki |
|---|---|---|---|
| Pionowo, naprzeciw siebie, niski WD | 50–80 mm | 40 mm | Pomiar między osłonami |
| Pionowe, skierowane do siebie, duże WD | 80–120 mm | 60 mm | Wyższe WD wymaga więcej miejsca |
| Pionowo, obok siebie, ta sama ściana | 30–50 mm | 25 mm | Grzejniki nie są zwrócone ku sobie |
| Poziome, ułożone | 100–150 mm | 80 mm | Pióropusz musi uciec |
| Pionowy, prostopadły | 40–60 mm | 30 mm | Pióropusze oddziałują mniej |
Wytyczne dotyczące odstępów dla wielu konfiguracji grzałki zanurzeniowej PTFE
Wpływ odstępów na jednorodność temperatury
Rozstaw elementów wpływa nie tylko na temperaturę powierzchni płaszcza, ale także na równomierność temperatury w zbiorniku. Grzejniki umieszczone zbyt blisko siebie tworzą pomiędzy nimi lokalną strefę gorącą. Płyn w tej strefie jest gorętszy niż masa, a elementy przechodzące przez tę strefę mogą zostać przegrzane-.
Grzejniki rozmieszczone w większych odstępach rozprowadzają ciepło bardziej równomiernie. Opary z każdego grzejnika unoszą się niezależnie i mieszają się z płynem. Temperatura w całym zbiorniku jest bardziej jednolita.
| Rozstaw | Lokalna gorąca strefa | Jednorodność temperatury masy | Wpływ na jakość przedmiotu obrabianego |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Mocny | Słaby (± 3–5 stopni) | Widoczna zmienność |
| 30–50 mm | Umiarkowany | Umiarkowany (±2–3 stopnie) | Drobne różnice |
| 50–80 mm | Słaby | Dobry (±1–2 stopnie) | Nieistotny |
| >80 mm | Nic | Znakomity (±0,5–1 stopień) | Nic |
Rozstaw elementów i jego wpływ na równomierność temperatury i jakość przedmiotu obrabianego
Kiedy nie można zwiększyć odstępów
Jeśli zbiornik nie jest w stanie pomieścić większych odstępów między grzejnikami, można zmniejszyć liczbę grzejników, zmniejszyć gęstość watów lub zastosować inną konfigurację grzejników. Pojedynczy duży grzejnik o dużej powierzchni może być lepszy niż wiele grzejników rozmieszczonych blisko siebie.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE z odstępami zoptymalizowanymi pod kątem zbiornika i procesu eliminuje pierwotną przyczynę ograniczenia przepływu pomiędzy grzejnikami. Proces specyfikacji wymaga wymiarów zbiornika, liczby grzejników, orientacji grzejników, gęstości watów i wymaganej mocy. W przypadku obiektów wyposażonych w wiele grzejników w jednym zbiorniku to-podejście specyficzne dla danego zastosowania poprawia przepływ między grzejnikami i wydłuża ich żywotność.
