התרחבות תרמית - האתגר ההנדסי של מחממים ארוכים
השאר הודעה
כל מהנדס תחזוקה לומד בסופו של דבר בדרך הקשה שמתכת זזה כשהיא מתחממת. זוהי עובדה בסיסית של מכניקה. מכיוון שצינור חימום חשמלי -ארוך במיוחד- באורך של 1200 מ"מ משיג את הטמפרטורה התפעולית שלו, הוא יכול להתרחב הרבה. אם הרחבה זו לא נלקחת בחשבון במהלך התכנון וההתקנה, התוצאות עלולות להיות רעות: תנורי חימום תקועים וכמעט בלתי אפשריים להסרה, חלקי עובש שבור, כיסויי חימום מכופפים או חיבורים פנימיים שבורים. לכן, כל מי שאחראי על ציון, התקנה או תחזוקה של מחממי מחסניות ארוכים צריך לדעת להבין ולהתמודד עם התפשטות תרמית.
החשבון מאחורי ההתפשטות התרמית הוא פשוט, אבל אנשים לעתים קרובות לא מקדישים לזה מספיק מחשבה. מקדם ההתפשטות של נירוסטה וכיסויי Incoloy הוא בדרך כלל כ-0.000017 מ'/מ'/מעלה (17 מיקרומטר/מ'/מעלה). כל ההתרחבות האורכית של מחמם מחסנית ראש יחיד- באורך 1200 מ"מ (1.2 מ') אולטרה -ארוך שעובד בטמפרטורת תהליך של 400 מעלות (עם עליית טמפרטורה של כ-380 מעלות מהסביבה) יכולה להיות מעל 8 מ"מ. גידול זה יכול להיות יותר מ-10 מ"מ בטמפרטורות עבודה גבוהות יותר של 500-600 מעלות. כשקר, תנור חימום שמתאים בצורה מושלמת עלול לבלוט הרבה כשהוא חם. או, גרוע מכך, אם הוא מחובר חזק מדי לתחתית חור עיוור, לא יהיה לו לאן להתפתח ובמקום זאת עלול להתכופף, להתנפח או להפעיל לחץ צירי הרסני על המתכת שסביבו.
זו הסיבה שמעצבים וטכנאים מיומנים משאירים תמיד חלל התפשטות תרמית בקצה חורים עיוורים. מרווח זעיר של 2-3 מ"מ עשוי להספיק למחממי מחסנית קצרים יותר, אבל עבור יחידה ארוכה במיוחד של 1200 מ"מ, ההפרדה המומלצת היא הרבה יותר גדולה-בדרך כלל **5 מ"מ עד 10 מ"מ** בקצה הסגור של החלל. אם אין מספיק מקום, המחמם ידחוף לתחתית החור כשהוא מתרחב. זה יוצר לחצים דחיסה שיכולים לשבור קירות עובש חלשים, לשנות את צורת מעטפת המחמם, או לדחוס בצורה לא אחידה את בידוד מגנזיום אוקסיד (MgO) הפנימי. בנסיבות רעות מאוד, הנדן יכול לקרוס או שהמחמם יכול להיתקע לתמיד, כלומר שימוש בשיטות יקרות כמו קידוח או EDM כדי להוציא אותו.
לסוף ההובלה (סיום) יש בעיות משלו בהרחבה. הקטע הקר זז ביחס לתא החיווט או לצלחת ההרכבה ככל שהמחמם בגודל 1200 מ"מ מתחמם. אם חוטי ההובלה מהודקים היטב כך שהם לא יכולים לזוז, צמיחה צירית זו יכולה למשוך ישירות את נקודות הסיום הפנימיות, מה שעלול לשחרר לאט חיבורים, להלחיץ את צומת חוטי ההתנגדות, או אפילו לשבור מובילים פנימיים במהלך מחזורים תרמיים רבים. כדי לתקן זאת, תנורי חימום ארוכים רבים-באיכות גבוהה מגיעים עם תצורות עופרת גמישות, קפיצים קפיציים- או רפיון עופרת נוסף המשולבים במכלול. לחלק מהעיצובים יש קטע מגניב צף או תכונות -הפגת מתיחה שתופסים את התנועה מבלי להפעיל לחץ על החיבורים החשמליים.
הוספת הרחבה רדיאלית (קוטר) הופכת את הדברים למורכבים עוד יותר. הנדן מתרחב כלפי חוץ ככל שהוא מתחמם, לרוב בקוטר של 0.05 עד 0.15 מ"מ, תלוי בחומר ובטמפרטורה. אם הפתח צר מדי, ההתפשטות הרדיאלית הזו גורמת למחמם להיקשר לכל אורכו. הבעיה חמורה יותר עם תנור חימום אולטרה -ארוך 1200 מ"מ מאחר ששטח הפנים הגדול יותר פירושו יותר נקודות מגע שמייצרות חיכוך. כריכה מפעילה לחץ רב יותר על המכניקה, עוצרת התרחבות חופשית ויכולה לגרום לנקודות חמות מקומיות או עיוות נדן. התשובה היא להגדיר מרווח התקנה שעובד גם להכנסה קרה וגם להפעלה חמה. עבור רוב הקטרים של עד 20 מ"מ, מרווח קוטר של **0.05 מ"מ עד 0.10 מ"מ** (קצת יותר גדול מאשר עבור תנורים קצרים) נותן לך את המרחב הדרוש לך תוך שמירה על מגע תרמי טוב. מומלץ מאוד להשתמש בריצה או חידוד מדויק כדי לקבל סובלנות זו.
הנה עוד כמה שיטות מוצעות להתמודדות עם התרחבות תרמית בתנורי חימום של 1200 מ"מ:
- הכנס את התנור לחור כך שייגע בעדינות בתחתית, ואז מושך אותו מעט לאחור (כדי להתאים לפער ההתפשטות המחושב) לפני הצבתו במקומו הסופי. - הנחת תרכובת-בטמפרטורה גבוהה, לא-מוליכה אנטי-על הנדן כדי להפחית את מחזור החיכוך וההתפשטות של חומרים{5} כמו Incoloy שנשארים חזקים יותר ויש להם פחות קנה מידה בטמפרטורות גבוהות, מה שמוריד את הסיכוי להיתפס. - מעקב אחר איתותים מוקדמים של בעיות הקשורות להתרחבות, כולל תנורי חימום שקשים יותר להסרה או שינויים במשיכה הנוכחית שלא היו צפויים מראש.
התפשטות תרמית אינה מהווה בעיה בתכנון או בתהליך הייצור. זה רק תכונה טבעית של מתכות. מחמם מחסנית-איכותי במיוחד בגודל 1200 מ"מ אולטרה-ארוך עם ראש יחיד- יכול לעבוד במשך שנים מבלי להתקלקל או להיכשל מוקדם אם הוא מותקן בצורה נכונה עם פערי ההרחבה הנכונים, מרווחים קוטרליים, ניהול לידים ותהליכי התקנה. אפילו התנור המעוצב-הטוב ביותר יתקלקל בסופו של דבר אם לא תטפל בו. זה יעלה לך הרבה כסף בזמן השבתה והחלפות.
על ידי הקפדה על כללי ההתרחבות התרמית מתחילת תהליך התכנון וההתקנה, מהנדסים וצוותי תחזוקה מוודאים שתנורי החימום הארוכים שלהם יישארו חלקים אמינים של המערכת התרמית במקום לגרום לקשיים עם המכונאים כל הזמן.
