Нагревателен елемент с двойна{0}}намотка-две независими съпротивителни вериги, навити паралелно по една и съща дължина на нагревателя-може да осигури 50% мощност след повреда на една верига. Въпреки това, дали това се случва без локални горещи точки зависи изцяло от модела на навиване. Ако и двете вериги са преплетени равномерно (редуващи се завои), повреда на единична верига оставя всеки друг завой активен, създавайки периодичен горещ-студен модел: повърхностната температура на PFA варира с ±15–30 градуса по дължината, с горещи точки при активни завои и студени петна при неуспешни завои. Това неравномерно нагряване причинява термичен стрес и локално отлагане на котлен камък. Ако двете вериги са навити като отделни зони (верига A в долната половина, верига B в горната половина), повреда на една верига оставя половината нагревател студен-неприемлив за еднаква температура. Оптималният дизайн за унифициран-режим на неизправност е двоен-нагревател с двете вериги, разпределени равномерно, но с излишък при връзката: всяка верига захранва половината навивки, но навивките са сдвоени, така че активните и неактивните навивки да са съседни, а не да се редуват. Дори тогава остават вариации от 5-10 градуса. За критични приложения, изискващи истинско резервиране без горещи точки, използвайте два отделни едно-верижни нагревателя (вижте член #36). Двойната-рана е компромис.
Разпределение на температурата след повреда на една верига
| Навиващ се модел | Обърнете Разпределение | Вариация след повреда на една верига | Гореща точка ΔT спрямо преди повреда | Приемливо за процеса? |
|---|---|---|---|---|
| Редуващи се (A,B,A,B...) | Преплетени, 50% всеки | ±15–30 градуса по дължина | +20–40 градуса при активни завои | Маргинален (риск от мащаба) |
| Сдвоени (AA,BB,AA,BB…) | Два активни хода заедно, след това два неактивни | ±10–20 градуса | +10–25 градуса | Приемливо за ниска чувствителност |
| Зона (отдолу A, отгоре B) | A в долната половина, B в горната | 0 градуса на повредената половина, нормално на другата | N/A (студена зона) | Неприемливо |
| Разпределен с термичен еквалайзер (медна втулка) | Редуване + медна втулка | ±5–10 градуса | +5–15 градуса | добре |
| Два отделни нагревателя | Самостоятелни единици | 0 градуса (един нагревател изключен) | 0 градуса (друг нагревател компенсира) | Най-добър (вижте статия #85) |
Термично изображение на повреден двоен{0}}нагревател на рани
Нагревател с двойна{1}}намотка от 6 kW (редуващи се обороти, всяка верига 3 kW), работещ при 3 kW след повреда на една верига, показва:
Активни завои: повърхностна температура 120 градуса (във 80 градуса вода)
Неактивни завои: повърхностна температура 85 градуса (същата като течността)
Периодичност: 5–10 mm между горещи и студени ленти
Горещите ленти са широки само 3–4 mm.
Във вода,-образуваща котлен камък, горещите ивици стават бели, докато студените ивици остават чисти. Скалата ускорява локалното прегряване, което кара активните завои да се повредят по-рано. На практика нагревател, работещ с една повредена верига, рядко издържа повече от няколко месеца, преди останалата верига да се повреди поради локализирано прегряване.
Разпределение на мощността и натоварване на оставащата верига
Когато една верига се повреди (отворена верига), останалата верига трябва да носи пълното напрежение (ако е свързана паралелно). Мощността му е P=V²/R. Ако и двете вериги имат еднакво съпротивление R, обща мощност преди отказ=2 × V²/R=2P_верига. След повреда захранвайте=V²/R=P_circuit=50% от първоначалната сума. Това е правилно. Въпреки това, останалата верига сега работи при същата плътност на вата, както преди (същото напрежение, същото съпротивление, същата топлина на завъртане), но с половината по-малко активни завои. Активните завои не виждат промяна в генерирането на топлина. Но топлината, която би отишла към неуспешните завои сега, трябва да се разсее от активните завои? Не – неуспешните завои просто са изключени. Активните завои произвеждат същата топлина както преди, но няма топлина от неуспешните завои. Общата топлинна мощност е наполовина. Активните завои не прегряват локално от излишната мощност. Въпреки това, температурата на активните навивки може леко да се повиши, тъй като съседните студени навивки вече не допринасят за нагряване на течността между тях. Топлинният поток от активните завои се разпространява странично, но с по-малко топлина от съседите, температурата на активния завой се повишава с 5–15 градуса. Това е местната гореща точка.
Практическа оценка за вашия процес
| Изискване на процеса | Допустима температурна промяна след повреда | Подходяща ли е двойна-рана? | По-добро решение |
|---|---|---|---|
| ±1 градус (полупроводникови, фармацевтични) | не | не | Два отделни нагревателя + резервни |
| ±3 градуса (прецизен химикал) | не | не | Два отделни нагревателя |
| ±5 градуса (обща промишленост) | Маргинален | Евентуално (с медна втулка) | Два отделни нагревателя |
| ±10 градуса (покритие, измиване) | да | Да (редуващи се, с ръкав) | Приемливо |
| Без контрол на температурата (само работен цикъл) | да | Да (всеки модел) | Приемливо |
Пример за поле
Линията за нанасяне на покритие използва дву{0}}навити PFA нагреватели (редуващи се обороти), за да осигури 50% излишък на мощност. Когато една верига се повреди, нагревателят продължи да работи на 50% мощност. Въпреки това, горещите ленти (15 градуса над средното) причиняват бели пръстени от мащаб на активните завои. Пръстените с котлен камък влошиха преноса на топлина и останалата верига се повреди след 3 месеца. Заводът премина към два отделни 3 kW нагревателя вместо един 6 kW двойно-намотка. След повреда на един нагревател, температурата на ваната падна до 85 градуса от 90 градуса, но качеството на покритието остана приемливо. Повреденият нагревател беше сменен по време на плановата поддръжка. Не се появи температурна лента. Заводът заключи, че два отделни нагревателя осигуряват истинско резервиране без горещи точки.
Заключение: Двойната{0}}намотка осигурява 50% мощност, но създава горещи точки
Двойно{0}}нагревател PFA с две паралелни вериги може да осигури 50% мощност след повреда на една верига. Останалите активни завои обаче създават периодични горещи ленти (вариация ±15–30 градуса), освен ако не е добавен термичен еквалайзер (медна втулка). Тази неравномерна температура причинява локализиран мащаб, топлинен стрес и евентуална повреда на останалата верига. За процеси, които толерират отклонение от ±10 градуса, двойната-намотка може да е приемлива. За прецизен контрол на температурата използвайте два отделни еднокръгови-нагревателя. Двойната{12}}намотка е компромис за-спестяване на пространство, а не истинско решение за излишък. Ако времето за работа е критично, изразходвайте допълнителното пространство за два нагревателя. Вашият процес ще бъде по-равномерен и поддръжката ви ще бъде по-лесна. Горещите групи не са безобидни. Те се мащабират, напукват се, провалят се. Избягвайте ги с отделни нагреватели.
