Выбор плотности мощности для обеспечения надежной работы картриджного нагревателя

Выбор плотности мощности для обеспечения надежной работы картриджного нагревателя
Ранний выход из строя часто является результатом выбора нагревательного элемента только на основе общей мощности. В зависимости от того, как мощность распределяется по площади поверхности, картриджный нагреватель мощностью в несколько сотен ватт может либо эффективно работать, либо быстро перегореть. Разность температур между проводом внутреннего сопротивления и внешней оболочкой определяется плотностью ватт, которая рассчитывается путем деления мощности на нагретую поверхность. Даже если окружающий металл остается при правильной технологической температуре, проволока сильно нагревается, когда плотность превышает доступную-емкость теплоотвода.
В идеальных лабораторных условиях картриджные нагреватели-высокой плотности с почти идеальными фитингами и принудительным охлаждением могут достигать мощности 15–46 Вт/см². Однако для твердого-металлического нагрева форм, штампов и плит более осторожный диапазон 5–7 Вт/см² оказался надежным в повседневном промышленном использовании. Когда материал имеет низкую теплопроводность (например, некоторые нержавеющие стали) или когда длинные нагреватели должны работать с небольшим пространством для расширения, более низкая плотность продлевает срок службы еще больше. Если нет принудительного потока, приложения с погружением в воздух или жидкость обычно требуют гораздо более низких плотностей.
Плотность ватт можно рассчитать, просто разделив общее количество ватт на π, умноженное на диаметр, умноженное на длину нагрева. Холодные концы не следует включать в формулу; должна работать только активно нагреваемая часть картриджного нагревателя. Посадка отверстия становится решающей, как только становится известно число. Даже воздушный зазор в 0,1 мм может существенно увеличить нагрузку на элемент, повысив температуру оболочки на десятки градусов. Фактическая эксплуатационная плотность поддерживается вблизи расчетного значения за счет рассверливания отверстий с зазором 0,02–0,05 мм.
Проблемы с плотностью усугубляются перебоями в напряжении. Превышение напряжения на 10 %- приводит к увеличению мощности примерно на 21 % и, следовательно, к более высокой плотности, поскольку мощность изменяется в зависимости от квадрата напряжения. Контроллеры с регулированием SCR или полупроводниковым-переключением уменьшают колебания температуры и обеспечивают дополнительную защиту элементов. Быстрая-прожарка-при низкой мощности перед полной эксплуатацией удаляет остатки влаги из оксида магния и восстанавливает изоляционное сопротивление, хотя поглощение влаги по-прежнему вполне возможно.
Полевые наблюдения неоднократно показывают, что картриджные нагреватели, установленные в чистых расширенных отверстиях, защищенные от загрязнения и работающие в реалистичном диапазоне плотности, служат значительно дольше, чем те, которые доведены до теоретического максимума. Для различных требований процесса, таких как быстрое восстановление в тонких формах при устойчивой-температуре в больших плитах, требуются разные целевые значения плотности и, следовательно, разные варианты диаметра или длины. Вместо простого увеличения мощности согласование тепловой нагрузки с картриджным нагревателем подходящего-размера приводит к устойчивой работе и предсказуемым интервалам технического обслуживания.