Цеху гальванического покрытия требовался сменный погружной нагреватель из ПТФЭ для никелирующей ванны глубиной 600 мм. Бак имел ширину 800 мм и длину 1200 мм, рабочий объем примерно 550 литров. Существующий нагреватель представлял собой стандартный элемент L--образной формы, который выступал на пути заготовки и вышел из строя через 14 месяцев. Группе технического обслуживания нужен был специальный нагреватель, который бы соответствовал доступному пространству резервуара, работал при низкой удельной мощности и не мешал заготовкам.
Настройка погружного нагревателя из ПТФЭ для определенной глубины резервуара требует баланса четырех ограничений: доступной глубины погружения, необходимой площади поверхности для низкой плотности мощности, геометрии резервуара и условий потока в месте расположения нагревателя.
Ограничение глубины погружения
Бак глубиной 600 мм не обеспечивает 600 мм полезной длины нагревателя. Уровень жидкости должен быть достаточно высоким, чтобы покрывать заготовки, а нагреватель должен оставаться полностью погруженным в воду при минимальном уровне жидкости. На практике полезная длина обогрева в резервуаре глубиной 600 мм составляет 350–450 мм в зависимости от надводного борта и колебания уровня.
Стандартный прямой нагреватель с длиной нагрева 400 мм обеспечивает площадь поверхности около 400 см² при диаметре 32 мм. Этого слишком мало для работы с низкой-ваттной-плотностью при типичной мощности покрытия. Для режима 4 кВт при 1,0 Вт/см² требуется площадь поверхности в 4000 см²-, в десять раз превышающая площадь одного прямого прохода.
| Глубина резервуара | Полезная длина с подогревом | Площадь поверхности при длине тубуса 32 мм | Площадь поверхности при оболочке толщиной 50 мм | Длина обогрева, необходимая для площади 4000 см² |
|---|---|---|---|---|
| 400 мм | 250–300 мм | 250–300 см² | 393–471 см² | 2000–2667 мм |
| 500 мм | 300–350 мм | 300–350 см² | 471–550 см² | 1429–1667 мм |
| 600 мм | 350–450 мм | 350–450 см² | 550–707 см² | 889–1143 мм |
| 700 мм | 450–550 мм | 450–550 см² | 707–864 см² | 727–909 мм |
Требования к длине обогрева и площади поверхности для режима работы 4 кВт при 1,0 Вт/см²
Многопроходное-решение
Решением для мелкого резервуара является многоходовой-нагреватель. Нагреваемый элемент изогнут в змеевидную или U--образную форму, которая вписывается в доступную глубину, обеспечивая при этом несколько проходов нагрева. Четырехходовой нагреватель-с проходами 400 мм обеспечивает длину нагрева 1600 мм при занимаемой площади примерно 400 × 200 мм.
При диаметре оболочки 50 мм длина нагрева 1600 мм обеспечивает площадь поверхности примерно 2513 см². Это все еще меньше 4000 см², необходимых для работы мощностью 4 кВт при 1,0 Вт/см². Требуется большее количество проходов или больший диаметр оболочки.
| Количество проходов | Длина прохода | Общая длина нагрева | След (прибл.) | Площадь поверхности (50 мм) | Максимальная мощность при 1,0 Вт/см² |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 400 мм | 800 мм | 400 × 100 мм | 1257 см² | 1,3 кВт |
| 4 | 400 мм | 1600 мм | 400 × 200 мм | 2513 см² | 2,5 кВт |
| 6 | 400 мм | 2400 мм | 400 × 300 мм | 3770 см² | 3,8 кВт |
| 8 | 400 мм | 3200 мм | 400 × 400 мм | 5027 см² | 5,0 кВт |
Многоходовые-конфигурации для резервуара глубиной 600 мм.
Установка нагревателя в бак
Нагреватель должен помещаться в доступное пространство, не загораживая детали и поток. В резервуаре размером 800×1200 мм нагреватель можно расположить вдоль одной стены, оставив центральный объем для стеллажа с заготовками. Многоходовой обогреватель размером 400 × 300 мм удобно размещается вдоль стены толщиной 1200 мм.
Фланец должен быть расположен так, чтобы обогреватель висел на нужной глубине. Резервуар глубиной 600 мм с уровнем жидкости 500 мм и надводным бортом 100 мм обеспечивает полезную глубину 400 мм. Нагреваемая секция нагревателя должна располагаться на глубине 350 мм ниже резервуара, при этом верхняя часть обогреваемой секции должна располагаться как минимум на 50 мм ниже минимального уровня жидкости.
Равномерность потока и температуры
Многоходовой-нагреватель в неглубоком резервуаре может создать затенение потока, если проходы расположены слишком близко друг к другу. Жидкость между проходами может застаиваться, что снижает теплопередачу и создает точки перегрева. Расстояние между проходами должно быть не менее 30–40 мм, чтобы обеспечить поток между ними.
Если в баке имеется циркуляционный насос, нагреватель следует расположить так, чтобы поток проходил через зазоры между проходами. Если в резервуаре используется естественная конвекция, нагреватель следует расположить так, чтобы восходящий тепловой шлейф мог выходить наружу, не задерживаясь между проходами.
| Расстояние между проходами | Поток между проходами | Риск горячих точек | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Бедный | Высокий | Не рекомендуется |
| 20–30 мм | Умеренный | Умеренный | Только низкая плотность ватт |
| 30–40 мм | Хороший | Низкий | Большинство приложений |
| >40 мм | Отличный | Очень низкий | Высокая плотность мощности или вязкие жидкости |
Расстояние между проходами и его влияние на поток и риск перегрева
Когда стандартный обогреватель не подходит для бака
Для резервуара глубиной 600 мм с мощностью 4 кВт и расходом 1,0 Вт/см² требуется многоходовой-нагреватель, который может отсутствовать в стандартных линейках продукции. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с шестью или восемью проходами, диаметром оболочки 50 мм и расстоянием между проходами 30–40 мм устраняет основную причину нехватки места. Для процесса спецификации требуются размеры резервуара, диапазон уровня жидкости, требуемая мощность, химический состав ванны и условия потока. Для объектов с неглубокими резервуарами этот-специфичный подход обеспечивает необходимую площадь поверхности в пределах доступного пространства.
