Почему отказы термопар больше концентрируются в зонах сопел, чем в зонах коллектора?

Статистика технического обслуживания мастерских показывает, что более 70% неисправностей термопар приходится на зонды с горячими соплами, тогда как на коллекторные термопары приходится менее 30% общих отказов. Структурная среда, температурные свойства и условия износа сопел полностью отличаются от таковых для пластин коллектора, что приводит к множеству наложенных друг на друга причин повреждений, которые ускоряют старение и выход из строя термопар сопел.

Во-первых, зоны сопел имеют более высокие постоянные пиковые температуры и более высокие скорости изменения температуры. Горячие сопла расположены ближе всего к литейной форме, через которую расплав течет и непрерывно рассеивает тепло. Температура поверхности втулки нагрева сопла на 30-80 градусов выше температуры пластины коллектора. При длительной работе при сверхвысоких температурах проволоки из сплавов термопар и металл оболочки окисляются, а оксидные отложения приводят к дрейфу и хрупкости проволоки. При переключении цикла впрыска колебания потока расплава вызывают мгновенный скачок температуры на кончике сопла, что приводит к частым термическим ударам чувствительного зонда, в то время как пластина коллектора имеет большой стальной объем со стабильной тепловой массой и умеренными колебаниями температуры, что значительно снижает частоту повреждений от теплового удара.

Во-вторых, зонды-форсунки имеют серьезные углеродистые отложения и коррозионную газовую эрозию. Расположение сопла литника – это область застоя расплава, где пластик остается дольше и разлагается с образованием карбонизированных остатков и кислого летучего газа. Чувствительный наконечник термопары, вставленный в отверстие для нагрева сопла, немедленно соединяется с этой коррозионной средой, слои углерода окутывают поверхность зонда, образуя теплоизоляционный барьер, а коррозионный газ проникает в микроскопические зазоры оболочки, вызывая эрозию внутренних проводов из сплава. Внутреннее течение расплава манифольда является плавным, с коротким временем пребывания, меньшим отложением углерода и меньшей газовой коррозией, поэтому датчики манифольда сохраняют стабильную точность в течение более длительного времени.

В-третьих, узлы форсунок часто разбираются для технического обслуживания и неоднократно повреждаются механически. Каждые одну-четыре недели специалисты отделяют нагревательные втулки форсунок и встроенные термопары, чтобы очистить затвор от нагара-, заменить засоренные форсунки и починить иглы клапанов. Каждая разборка состоит из толкания, скручивания и изгиба кабеля термопары для создания усталостного напряжения в переходной зоне кабеля зонда-, которое в конечном итоге приводит к разрыву внутренних проводов. Пластины коллектора разбираются редко, за исключением ежегодной глубокой очистки, поэтому термопары коллектора защищены от регулярных механических напряжений и повреждений при изгибе.

В-четвертых, ограниченное внутреннее пространство сопла увеличивает трение и повреждение при экструзии. В гильзах для нагрева сопла предусмотрены небольшие отверстия для зондов с ограниченным зазором. Тепловое расширение стали сопла во время нагрева приведет к сильному трению между оболочкой и стенкой отверстия. Возвратно-поступательное расширение и сжатие создают коррозионные ямки, которые постоянно царапают поверхность оболочки. Напротив, стандартные плиты коллектора содержат более толстую сталь и больший зазор для монтажных отверстий. Таким образом, фрикционный износ датчиков коллектора вследствие теплового расширения незначителен. Сопла затвора клапана также представляют дополнительную опасность, поскольку иглы возвратно-поступательного клапана склонны тереться о смещенные кабели термопары, изнашиваясь через оболочку и замыкая их.

В-пятых, неравномерное рассеивание тепла приводит к увеличению помех при измерении зазора сопловых зондов. Сопла расположены рядом с охлаждающими пластинами формы и вставками литников, что обеспечивает быструю потерю тепла. Пружинные щупы слегка ослаблены, что приводит к образованию больших воздушных зазоров, а смещение происходит быстро. Теплоизоляционный хлопок полностью наматывается на коллекторную пластину, и потери тепла сбалансированы. Даже при наличии небольших зазоров между контактами разница температур незначительна.

Целенаправленные стратегии оптимизации для снижения частоты отказов термопар сопел: повсеместное внедрение более толстых байонетных датчиков с антикоррозийной-пружинной пружиной 316L/Hastelloy для всех сопел, добавление гибких -переходных секций для защиты от усталости на кабельных выводах, стандартизация операций разборки, чтобы избежать жесткого протягивания проводов, сокращение циклов очистки и калибровки датчиков сопел до двух недель, в то время как датчики коллектора следуют стандартному ежеквартальному графику технического обслуживания. Различные процедуры технического обслуживания термопар сопел и коллекторов снижают общую частоту отказов датчиков горячеканальных систем.