Может ли нагревательный элемент с двойной-намоткой в ​​оболочке из PFA обеспечить 50% мощности после выхода из строя одной цепи без локальных горячих точек?

После разрыва одной цепи двойной-намоточный нагревательный элемент-две отдельные цепи сопротивления, намотанные параллельно на одной длине нагревателя-, могут обеспечить 50 % мощности. Однако схема намотки является единственным фактором, определяющим, произойдет ли это при отсутствии локальных горячих точек. При отказе одной цепи каждый второй виток остается активным, если обе цепи равномерно переплетены (чередующиеся витки). Это приводит к периодическому тепловому-холодному режиму, при котором температура поверхности PFA колеблется на ±15–30 градусов по длине, с горячими областями на активных поворотах и ​​холодными местами на неисправных поворотах. Неравномерный нагрев вызывает локальное отложение накипи и термическое напряжение. Выход из строя одной цепи оставляет половину нагревателя холодной, что неудовлетворительно для постоянной температуры, если две цепи намотаны как отдельные зоны (цепь A в нижней половине, цепь B в верхней половине). Нагреватель с двойной-обмоткой, в котором обе цепи распределены поровну и с резервированием в соединениях, является наилучшей конструкцией для обеспечения единообразия-режимов отказа. Каждая цепь питает половину витков, но витки спарены, так что активные и неактивные витки располагаются рядом друг с другом, а не чередуются. Тем не менее, разница все еще составляет 5–10 градусов. Используйте два независимых одноконтурных-нагревателя для важных приложений, где требуется подлинное резервирование без точек перегрева (см. Статью № 36). Компромисс — это двойная-рана.

Распределение температуры после отказа одной цепи
Приемлемо ли для процесса изменение распределения витков схемы обмотки после отказа одной цепи ΔT горячей точки по сравнению с тем, что было до отказа?
Переплетенные, чередующиеся (A, B, A, B...) по 50% ±15–30 градусов по длине. При активных поворотах +20–40 градусов Маргинальный (риск по шкале)
В парах (АА, ВВ, АА, ВВ) Допустимо при низкой чувствительности: два активных витка вместе, затем два неактивных витка при ±10–20 градусах + 10–25 градусах
Зона (нижняя А, верхняя B) A в нижней половине, B в верхней половине, 0 градусов на неисправной половине, нормальная на другой половине Н/Д (холодная зона) Неприемлемо
распределяется с помощью термоуравнителя с медной гильзойМедная гильза + переменное + ±5–10 град. + 5–15 град. Хорошо
Два независимых обогревателя 0 градусов (один обогреватель выключен) 0 градусов (другой обогреватель компенсирует) Лучшее (согласно статье №85)
Тепловизионное изображение неисправности двух-нагревателя раны
После отказа одной цепи нагреватель с двойной-обмоткой мощностью 6 кВт (попеременные витки, каждая цепь по 3 кВт), работающий при мощности 3 кВт, отображает:

Активные повороты: 120 градусов на поверхности (в воде 80 градусов)

Неактивные обороты: температура поверхности жидкости составляет 85 градусов.

Периодичность: Горячие и холодные полосы разделены 5–10 мм.

Ширина нагретых полос составляет всего 3–4 мм.

Холодные ленты остаются чистыми, а горячие белеют из-за накипи,-образующей воду. Из-за ускорения локального перегрева накипи активные витки выходят из строя раньше. В действительности обогреватель с одной неисправной цепью редко прослужит дольше нескольких месяцев, прежде чем локальный перегрев приведет к выходу из строя оставшейся цепи.

Распределение мощности и нагрузки на оставшуюся цепь
Если цепь подключена параллельно, в случае обрыва цепи она должна нести все напряжение. P=V²/R — его мощность. Общая мощность до сбоя=2 × В²/R=2P_circuit, если обе цепи имеют одинаковое сопротивление R. Мощность=V²/R=P_circuit=50 % от первоначального общего значения после сбоя. Это точно. Однако оставшаяся схема теперь имеет вдвое меньше активных витков при той же плотности ватт (то же напряжение, сопротивление и тепло на виток). Выделение тепла в активных витках не меняется. Однако активные витки теперь должны рассеивать тепло, которое могло бы уйти на неудачные витки. Нет, пропущенные повороты просто отключены. Неисправные витки не выделяют тепла, тогда как активные витки генерируют такое же количество тепла, как и раньше. Количество выделяемого тепла сокращается вдвое. Избыточная мощность не приводит к локальному перегреву активных витков. Однако, поскольку близлежащие холодные витки больше не нагревают жидкость между ними, температура активных витков может несколько повыситься. Температура активного витка повышается на 5–15 градусов в результате того, что тепловой поток от активных витков распространяется вбок и получает меньше тепла от соседей. Это самая горячая точка в этом районе.

Полезная оценка вашей процедуры
Допустимое изменение температуры в результате отказа. Требование процесса. Подходит ли двойная- рана? Лучший подход
±1 градус (фармацевтика, полупроводники)Нет, два независимых нагревателя плюс запасной ±3 градуса (точный химикат)Нет, два разных нагревателя
±5 градусов (промышленный стандарт)Предел Два независимых нагревателя, возможно с медной муфтой
±10 градусов (покрытие, промывка) Да (поочередно, с гильзой) Допустимо
Отсутствие регулирования температуры (только рабочий цикл) Да (любая схема) Приемлемо
Пример в полевых условиях
На линии гальванического покрытия были использованы нагреватели из PFA с двойной обмоткой- и поочередными витками, обеспечивающие 50 % резервирование мощности. Нагреватель продолжал работать на 50% мощности даже после отказа одной цепи. Однако на активных поворотах белые кольца были вызваны горячими полосами (на 15 градусов выше нормы). Через три месяца оставшийся контур разрушился из-за ухудшения теплоотдачи накипных колец. Вместо использования одного нагревателя с двойной-обмоткой мощностью 6 кВт установка перешла на два независимых нагревателя по 3 кВт. После выхода из строя одного нагревателя температура ванны упала с 90 до 85 градусов, но качество покрытия по-прежнему оставалось удовлетворительным. В ходе планового ТО неисправный отопитель был заменен. Никаких температурных диапазонов не было. На заводе пришли к выводу, что горячих точек нет и что два независимых нагревателя обеспечивают настоящее резервирование.

В заключение, Dual-Wound создает горячие точки, но обеспечивает 50 % мощности.
Двойная-обмотка. При разрыве одной цепи нагреватель PFA с двумя параллельными цепями все равно может обеспечивать 50 % своей мощности. Однако до тех пор, пока не будет установлен термокомпенсатор (медная втулка), оставшиеся активные витки создают периодические горячие полосы (колебания ±15–30 градусов). Локализованная накипь, термическое напряжение и, в конечном итоге, выход из строя оставшейся цепи вызваны этой неравномерностью температуры. Двойная-обмотка может подойти для процессов, выдерживающих колебания ±10 градусов. Используйте два разных одноконтурных-нагревателя для точного контроля температуры. Двойное-обмотка не является настоящим решением резервирования; скорее, это компромисс-экономии места. Инвестируйте дополнительное пространство в две обогреватели, если время безотказной работы имеет решающее значение. Ваше обслуживание станет проще, а процедура станет более последовательной. Горячие группы не безобидны. Они терпят неудачу, трескаются и масштабируются. Держите отдельные обогреватели подальше от них.