Как проверить устойчивость нагревателя из ПТФЭ к термоциклированию перед развертыванием на местах?

Специализированный дорогой нагреватель из ПТФЭ может быть продемонстрирован в ходе контролируемого ускоренного испытания на долговечность, например, на беговой дорожке при термическом напряжении, прежде чем передавать его на удаленную, необслуживаемую установку. В отсутствие такого испытания скрытые производственные дефекты или недостатки материалов могут стать очевидными только через несколько месяцев после начала эксплуатации, что приводит к дорогостоящим простоям и логистике замены. Проверка ПТФЭ-нагревателя с помощью хорошо спланированного испытания на выносливость при термическом цикле дает убедительные ответы перед его использованием.

Термический цикл – основная причина отказов
На практике нагреватели из ПТФЭ редко используются постоянно. Они нагреваются от температуры окружающей среды до температуры процесса, некоторое время выдерживают, а затем остывают. Часто несколько раз в день. В каждом цикле разница в тепловом расширении оболочки из ПТФЭ, внутреннего сопротивления провода и уплотнений клемм вызывает механическое напряжение. Микроскопические трещины могут развиваться и расти в течение сотен или тысяч циклов, внутрь может проникать влага, а сопротивление изоляции может медленно ухудшаться. Существует ускоренное лабораторное испытание, которое сжимает срок службы в полевых условиях до дней или недель.

Процедура лабораторных испытаний (шаг за шагом)
Выносливость нагревателя из ПТФЭ перед термическим циклом определяется с использованием следующей методики перед его развертыванием на месте.

Необходимое оборудование
Ванна с-регулируемой температурой (чистая деионизированная вода или соответствующий негорючий жидкий теплоноситель)-

Программируемый контроллер температуры с функциями линейного изменения/выдержки

Регистратор данных о потребляемом токе и сопротивлении изоляции

Мегомметр (тестер сопротивления изоляции) для периодических или непрерывных измерений

Источник переменного напряжения для напряжения нагревателя

Зажим или датчик переменного тока

Тестер Hipot (тестер диэлектрического пробоя)

Станция контроля с микроскопом или увеличителем

Тестовая установка
Нагреватель из ПТФЭ погружается в ванну с контролируемой температурой. Жидкость для ванны должна быть чистой и хорошо-перемешиваться, обычно с помощью циркуляционного насоса или мешалки, чтобы обеспечить равномерное распределение температуры и избежать изолированных горячих точек. Неравномерный нагрев может искусственно ускорить выход из строя в одном месте и сделать испытание недействительным.

Нагреватель подключен к номинальному источнику переменного тока через цепь контроля тока. Мегомметр, установленный между токоведущими проводниками нагревателя и землей (жидкостью ванны или специальным заземляющим электродом), измеряет сопротивление изоляции непрерывно или через периодические промежутки времени. В течение всего испытания регистратор данных регистрирует потребляемый ток нагревателя (амперы) и сопротивление изоляции (мегаом или гигаом).

Профиль велосипеда
Регулятор температуры настроен на циклическое переключение ванны между низкой температурой окружающей среды (обычно 20-25 градусов) и максимальной номинальной рабочей температурой нагревателя (около 100 градусов для обычных нагревателей из ПТФЭ). Каждый цикл состоит из:

Нарастание температуры окружающей среды до 100 градусов с контролируемой скоростью (например, . 5-10 градуса в минуту, в соответствии с ожидаемыми скоростями изменения температуры в полевых условиях).

Исправьте время выдержки при температуре 100 градусов (например, 15–30 минут).

Охладить до температуры окружающей среды (естественное или искусственное охлаждение) и выдержать такое же время выдержки.

Этот цикл повторяется сотни раз. Количество циклов определяется исходя из предполагаемого режима работы в полевых условиях. Пакетная обработка с быстрым циклом (например, несколько циклов нагрева в день) требует более агрессивного испытания в 500 или более циклов. Для медленной циклической обработки может потребоваться всего 100–200 циклов. Лабораторные испытания представляют собой ускоренную по времени версию будущего срока службы нагревателя, повышающую уровень нагрузки без изменения основных механизмов отказа.

На что следует обратить внимание во время езды на велосипеде
На протяжении всего испытания наблюдается сопротивление изоляции. Исправный ПТФЭ-нагреватель обычно при проверке должен показывать сопротивление более 1 ГОм (1000 МОм). Медленное падение в течение цикла указывает на постепенное проникновение влаги или разрушение диэлектрика. Испытание прекращается, когда сопротивление внезапно падает ниже 10 МОм.

Также видно потребление тока. Если ток устойчив и имеет прогнозируемое значение, внутренний нагревательный элемент не поврежден. Медленное увеличение тока может означать, что изоляция из ПТФЭ частично разрушилась. Резкое падение или разрыв цепи означает, что провод сопротивления был перерезан.

После велосипедного теста и теста Hipot
После заданного количества циклов нагреватель вынимают из ванны, осторожно просушивают и подвергают тщательному визуальному осмотру. Проверка включает в себя:

Трещины, трещины или поверхностные трещины в материале ПТФЭ, особенно вблизи изгибов или соединений.

Изменение цвета: пожелтение или потемнение ПТФЭ, что может свидетельствовать о локальном перегреве или химическом воздействии.

Утечка через клеммное уплотнение: попадание влаги или жидкости в месте входа электрических проводов в оболочку из ПТФЭ. Зафиксировано набухание, размягчение или видимые следы влаги.

Последний тест на скрытое повреждение называется тестом на диэлектрическую прочность, обычно называемым тестом на гипот. Высокое напряжение (обычно 1500 В переменного тока или 2200 В постоянного тока для нагревателя с номинальным напряжением 240 В или в соответствии с требованиями безопасности) подается на одну минуту между токоведущими проводниками нагревателя и землей. Проходной результат показывает отсутствие пробоя или высокий ток утечки. Любой пробой, искрение или утечка, превышающие установленные пределы, являются неисправностью.

Интерпретация результатов
Нагреватели, которые удовлетворяют всем трем критериям: стабильное сопротивление изоляции на протяжении всего цикла, правильное потребление тока, чистый визуальный осмотр и успешное испытание на повышенное напряжение, сертифицированы для прерывистой работы в полевых условиях. Если в какой-либо момент он выходит из строя, это означает, что неисправна конструкция или производство, и их необходимо исправить, прежде чем его можно будет развернуть.

Советы по тестированию ванны
Испытательную ванну необходимо энергично перемешивать, чтобы обеспечить равномерный нагрев и избежать появления горячих точек. Вода рядом с нагревателем может локально перегреваться без перемешивания, в то время как в более прохладных местах в других местах возникают температурные градиенты, не соответствующие реальным-ситуациям. Целесообразно использовать постоянно работающий циркуляционный насос или магнитную мешалку. Используется деионизированная вода, поскольку она не-реакционноспособна, хотя для испытаний при температуре выше 100 градусов можно использовать негорючий жидкий теплоноситель.

Вывод: лабораторная проверка для снижения-рисков при развертывании
Официальные испытания на устойчивость к термическому циклу дают эмпирические доказательства устойчивости ПТФЭ-нагревателя, снижают-риски при развертывании и подтверждают конструкцию поставщика. Испытание выявляет дефекты, которые, если их не выявить, могут привести к производственным потерям и проблемам с безопасностью уже в тот момент, когда нагреватель уже находится в эксплуатации. В конечном счете, единственный способ избежать отказа на месте — это сначала создать его в лаборатории-в контролируемых, поддающихся количественной оценке условиях-прежде чем нагреватель будет использоваться для критической автоматической установки.