Ķīmiskā rūpnīca pazaudēja PTFE iegremdējamo sildītāju niķeļa pārklājuma tvertnē tikai pēc septiņu mēnešu kalpošanas. Apvalkā bija redzams smalku, krustojošu plaisu raksts gar apakšējo apsildāmo sekciju. Plaisas nebija koncentrētas malās vai šķidruma līnijā. Tie tika sadalīti visā zonā, kas bija vērsta pret tvertnes recirkulācijas ieplūdi. Iekārtas cirkulācijas sūknis tika ieprogrammēts tā, lai tas ieslēgtos un izslēgtos ik pēc piecpadsmit minūtēm, lai taupītu enerģiju. Katrs sūkņa cikls uz sildītāja virsmu radīja termisku triecienu.
Termiskā trieciena plaisāšana rodas, ja PTFE iegremdējamā sildītāja virsma piedzīvo straujas temperatūras izmaiņas, kas pārsniedz polimēra spēju uzņemties radušos deformāciju. Plaisas veidojas tāpēc, ka virsma izplešas vai saraujas ātrāk nekā pamatā esošais materiāls. Laika gaitā cikliskais spriegums izraisa noguruma plaisāšanu.
Kā sūkņa riteņbraukšana rada termisko šoku
Kad cirkulācijas sūknis darbojas, šķidruma ātrums pie sildītāja virsmas ir augsts. Robežslānis ir plāns, un siltuma pārnese ir efektīva. Apvalka virsmas temperatūra saglabājas 10–15 grādu robežās no tilpuma šķidruma.
Kad sūknis apstājas, šķidruma ātrums pie sildītāja virsmas samazinās līdz nullei. Robežslānis sabiezē, un siltuma pārneses efektivitāte sabrūk. Apvalka virsmas temperatūra dažu minūšu laikā paaugstinās, dažkārt par 20–30 grādiem. PTFE termiskā izplešanās palielinās.
Kad sūknis tiek restartēts, liela{0}}ātruma plūsma ātri atdzesē virsmu. PTFE līgumi. Pamatā esošais metāls, kas nav tik ātri atdzisis, ierobežo kontrakciju. PTFE piedzīvo stiepes spriegumu. Atkārtoti sildīšanas un dzesēšanas cikli izraisa noguruma plaisāšanu.
| Sūkņa cikla periods | Virsma ΔT izslēgšanas cikla laikā | Virsma ΔT ieslēgšanas cikla laikā | Stresa amplitūda | Laiks saplaisāt |
|---|---|---|---|---|
| 30 minūtes ieslēgts/izslēgts | 15-20 grādi | 10-15 grādi | Mērens | 18-30 mēneši |
| 15 minūtes ieslēgts/izslēgts | 20-30 grādi | 15-20 grādi | Augsts | 8-16 mēneši |
| 10 minūtes ieslēgts/izslēgts | 25-35 grādi | 18-25 grādi | Ļoti augsts | 4-10 mēneši |
| 5 minūtes ieslēgts/izslēgts | 30-45 grādi | 20-30 grādi | Smags | 2-6 mēneši |
Sūkņa cikliskuma biežums un tā ietekme uz termiskā trieciena plaisāšanu
Kāpēc plaisas koncentrējas pie ieplūdes
Plaisas veidojas vietā, kur termiskais trieciens ir visnopietnākais{0}}zonā, kas ir vērsta pret recirkulācijas ieplūdi. Kad sūknis tiek restartēts, ieplūdes plūsma iedarbojas tieši uz šo zonu. Virsma tur atdziest ātrāk nekā pārējā sildītāja daļa. Termiskais gradients starp skarto zonu un apkārtējo virsmu rada vislielāko spriegumu.
Plaisas bojātajā sildītājā bija koncentrētas aptuveni 150 mm platā joslā, kuras centrā bija ieplūdes plūsmas ceļš. Pārējā sildītāja daļā bija tikai neliela virsmas krāsas maiņa.
Atšķirība starp termisko šoku un termisko nogurumu
Termiskais šoks un termiskais nogurums ir saistīti, bet atšķirīgi. Siltuma nogurums rodas, kad sildītājs ilgstoši ciklējas starp divām temperatūrām. Temperatūras izmaiņas ciklā ir mērenas, un stress ir zems. Plaisas attīstās lēni, bieži vien gadu gaitā.
Termiskais šoks rodas, ja temperatūras izmaiņas ciklā ir lielas un straujas. Spriegums ir augsts, un plaisas attīstās ātri. Plaisas bieži ir smagākas un izplatītākas nekā termiskā noguruma gadījumā.
Termiskā trieciena plaisāšanas novēršana
Visefektīvākā profilakse ir izvairīties no straujām plūsmas izmaiņām sildītāja virsmā. Nepārtraukti darbojošs sūknis novērš termiskā šoka ciklu. Ja ir nepieciešams ietaupīt enerģiju, mainīga ātruma sūknis, kas uztur minimālu plūsmu, ir labāks par ieslēgšanas/izslēgšanas sūkni.
Ja sūkņa cikliskums ir neizbēgams, cikla periodam jābūt pietiekami ilgam, lai ļautu sildītāja virsmas temperatūrai stabilizēties starp cikliem. 30 minūšu cikls rada mazāku stresu nekā 10 minūšu cikls. Minimālais cikla periods ir atkarīgs no sildītāja un tvertnes termiskās masas.
Sildītājam ar biezāku PTFE apvalku un mazāku vatu blīvumu ir lielāka termiskā masa un zemāka virsmas temperatūra. Tas lēnāk reaģē uz plūsmas izmaiņām un piedzīvo mazāku termiskā šoka stresu.
| Profilakses pasākums | Ietekme uz termisko šoku | Īstenošana | Izmaksas |
|---|---|---|---|
| Nepārtraukta sūkņa darbība | Novērš šoka ciklu | Darbības maiņa | Enerģijas izmaksas |
| Mainīga -ātruma sūknis | Uztur minimālu plūsmu | Sūkņa jauninājums | Mērens |
| Ilgāks cikla periods | Zemāka sprieguma amplitūda | Kontrolēt izmaiņas | Zems |
| Zemāks vatu blīvums | Zemāka virsmas temperatūra | Sildītāja dizains | Mērens |
| Biezāks apvalks | Vairāk termiskās masas | Sildītāja dizains | Mērens |
Termiskā trieciena plaisāšanas novēršanas pasākumi
Ja termiskā trieciena plaisāšana norāda uz dizaina problēmu
Sildītājs, kas rada termiskā trieciena plaisas, neskatoties uz nepārtrauktu sūkņa darbību, norāda, ka sildītāja konstrukcija vai tvertnes izkārtojums rada lokālu termisko spriegumu. Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar mazāku vatu blīvumu, biezāku apvalku un plūsmas optimizētu pozīciju novērš termiskā šoka galveno cēloni. Specifikācijas procesam ir nepieciešams sūkņa darbības grafiks, plūsmas ātrums pie sildītāja, vannas ķīmija un nepieciešamā jauda. Iekārtām ar periodisku cirkulāciju šī lietojumprogrammas -specifiskā pieeja samazina termiskā trieciena plaisāšanu un pagarina sildītāja kalpošanas laiku.
