316 ہیٹر شیتھ ٹیوبنگ کے اندرونی قطر پر کتنی زیادہ سے زیادہ قابل اجازت چوٹی کی کھردری (Rz) MgO موصلیت کی تہہ کے ساتھ رابطہ مزاحمت کی تبدیلی سے مقامی حد سے زیادہ گرم ہونے سے روکتی ہے

حرارت کی منتقلی کی یکسانیت میں بور کی سطح کی ساخت کا پوشیدہ تغیر

اندرونی قطر کی سطح کی تکمیل، یعنی، 316 سٹینلیس سٹیل لپیٹے ہوئے الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبوں کی چوٹی کی کھردری (Rz، سطح کی چوٹیوں کی اوسط زیادہ سے زیادہ اونچائی) میان اور کمپیکٹڈ میگنیشیم آکسائڈ (MgO) موصلیت کی تہہ کے درمیان رابطے کی مزاحمت کو کنٹرول کرنے کے لیے ایک اہم عنصر ہے۔ اونچی چوٹیوں (Rz > 10-15 µm) والی کھردری اندرونی سطح کے لیے، MgO پاؤڈر غیر یکساں طور پر کمپیکٹ ہوتا ہے: چوٹیوں پر زیادہ رابطے کے دباؤ کے نتیجے میں مقامی تھرمل چالکتا زیادہ ہوتی ہے، جب کہ وادیاں (کم رابطہ دباؤ یا ہوا کے خلاء کے ساتھ) زیادہ تھرمل مزاحمت کے علاقوں میں نتیجے میں ہوتی ہیں۔ فریم کے ارد گرد اور محور کے نیچے گرمی کی منتقلی میں آنے والا اتار چڑھاؤ چوٹیوں (جہاں گرمی نکالنے کا سب سے زیادہ موثر ہوتا ہے) یا وادیوں (جہاں گرمی جمع ہوتی ہے) پر مزاحمتی تار کی مقامی حد سے زیادہ گرمی کا باعث بن سکتی ہے۔ جب Rz 20 مائکرون سے زیادہ ہو تو، 50-100 ڈگری سینٹی گریڈ کے مقامی درجہ حرارت میں اتار چڑھاو پیدا ہو سکتا ہے، جس سے تار کی زندگی 2-5 گنا کم ہو جاتی ہے۔ اس مطالعہ میں، اندرونی قطر Rz، رابطہ مزاحمت کی یکسانیت اور ہیٹر کی زندگی کے باہمی تعلق کی مقدار درست ہے۔

سطح کی ساخت کے ساتھ رابطے کی مزاحمت کی تبدیلی کا طریقہ کار

کمپیکٹڈ MgO پاؤڈر کی تھرمل چالکتا مواد مستقل نہیں ہے لیکن MgO اور میان کے درمیان رابطے کے دباؤ پر مضبوطی سے منحصر ہے۔ ایسی جگہوں پر جہاں میان کی اندرونی سطح کی چوٹی ہوتی ہے، مقامی رابطے کا دباؤ کافی ہوتا ہے (سوجنگ کی وجہ سے) اور MgO کرسٹل کو دھات کے ساتھ گہرا رابطہ کرنے پر مجبور کرتا ہے۔ وادی میں، جہاں سطح کم سے کم کمپیکٹ ہوتی ہے، ہوا کے خلاء (تھرمل چالکتا=0.03 W/m·K) رہ جاتے ہیں جو تھرمل انسولیٹر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ اسی طرح کے گرمی کے بہاؤ کے لیے ہوا کے فرق پر درجہ حرارت کی گراوٹ 50-200 گنا زیادہ مضبوطی سے کمپیکٹ شدہ MgO خطے سے زیادہ ہے۔ ضروری پیرامیٹر چوٹی کی کھردری Rz (سب سے نچلی وادی سے بلند ترین چوٹی تک کی اونچائی) ہے کیونکہ گہری وادیاں سب سے زیادہ تھرمل مزاحمت پیدا کرتی ہیں۔ 10-15 µm سے زیادہ اندرونی قطر کی Rz قدریں نمایاں گرم مقامات کی طرف لے جائیں گی۔

اندرونی قطر Rz اور درجہ حرارت کی یکسانیت کے درمیان کوانٹیفائیڈ ارتباط

316 میانوں (10 ملی میٹر OD، 1.5 ملی میٹر دیوار، NiCr تار) پر تھرموکوپل پیمائش کے ذریعے تصدیق شدہ عنصر کے محدود تجزیہ نے، مختلف اندرونی قطر کی سطح کی تکمیل کے ساتھ، Rz، درجہ حرارت کے تغیر اور تار کی زندگی کے درمیان درج ذیل روابط قائم کیے ہیں۔

Rz (µm) of inner diameter (peak roughness) Surface texture (Ra equivalent, µm) Range of local contact pressure variation at MgO interface (MPa)Maximum Circumferential Sheath Temperature Variation at 6 W/cm² (°C) Maximum Wire Temperature Variation (°C) Time to Wire Burnout Relative to Rz=5 µm Baseline Recommended for Power Density >5 W/cm²<5 (electropolished bore) <0.4 <10 <5 <10 1.0× (baseline) Yes 5-8 (finish drawn) 0.4-0.6 10-20 5-10 10-20 0.9-1.0× Yes 8-10 (as-drawn, good) 0.6-0.8 15-30 8-15 15-30 0.8-0.9× Acceptable 10-12 (as-drawn, average) 0.8-1.0 20-40 12-25 25-45 0.6-0.8× Marginal 12-15 (rough drawn) 1.0-1.2 30-60 20-40 40-70 0.4-0.6× Not recommended 15-20 (very rough) 1.2-1.5 40-80 30-60 60-100 0.2-0.4× Unacceptable >20 (scored or galled) >1.5 >80 >60 >100 <0.2× Unacceptable
Rz حساسیت پر پاور ڈینسٹی کا اثر

ہائی Rz کا منفی اثر طاقت کی کثافت میں اضافے کے ساتھ بڑھتا ہے کیونکہ تھرمل مزاحمت کا ایک ہی تغیر درجہ حرارت میں مطلق اضافہ کرتا ہے۔

پاور ڈینسٹی (W/cm^2) 10,000 گھنٹے وائر لائف کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت Rz (um) 5,000 گھنٹے وائر لائف کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت Rz (um) معیاری سروس کے لیے تجویز کردہ اسپیک<3 15 20 Rz <12 3-4 12 15 Rz <10 4-5 10 12 Rz <10 5-6 9 11 Rz <8 6-8 7 9 Rz <7 8-10 6 7 Rz <6 (electropolish bore)10 5 6 Rz <5 (electropolish needed)
سطح ختم: اندرونی قطر کی عملی تفصیلات

316 شیتھڈ ہیٹر کی وضاحت کرنے والے خریداروں کے لیے معیاری ڈیٹا شیٹس میں اندرونی قطر کی سطح کی تکمیل کے لیے یہ نایاب ہے۔ ہائی پاور کثافت یا توسیع شدہ زندگی کی ایپلی کیشنز کے لیے تجویز کردہ تصریح کی زبان درج ذیل ہے:

Power Density >5 W/cm2 ٹارگٹ سروس LifeRz (µm) زیادہ سے زیادہ اندرونی قطر Ra (µm) زیادہ سے زیادہ اندرونی قطر Mfg عمل درکار تصدیقی طریقہ 20,000 گھنٹے<6 <0.5 Electropolished bore + final draw Surface profilometer on tube ID 10,000-20,000 hours <8 <0.6 Fine drawn (diamond or ceramic die) Sample sectioning + measurement 5,000-10,000 hours <10 <0.8 Standard polished mandrel drawn Manufacturer certification <5,000 hours <15 <1.2 As drawn (suitable for low power)Not applicable
Rz کی طرف سے حوصلہ افزائی گرم مقامات کی فیلڈ کی شناخت

If the heater burns out in the wire with no outward signs of scale or corrosion and the position of the burnout is not related to any obvious external feature, then inner diameter roughness should be questioned. Destructive examination of the failed heater (i.e. opening the sheath at the region of the burnout) shows a deep valley on the inner surface (visible to the naked eye or under low magnification) corresponding to the position of the burnout. The inner diameter at the failure location measured with a profilometer will show Rz >15-20 µm پڑوسی حصوں (بقیہ تار کے ساتھ) میں کم Rz ہے۔ ایسی ناکامیوں کا علاج یہ ہے کہ مستقبل کی خریداریوں کے لیے Rz کی کم حد مقرر کی جائے۔ ہیٹر قابل مرمت نہیں ہے۔

ایم جی او کمپیکشن پر اندرونی قطر ختم کا اثر

یہاں تک کہ اچھے اندرونی قطر کے ساتھ Rz (<10 µm) uneven MgO compaction can cause comparable hotspots. The amount of swage reduction (often 15 to 20 percent reduction in OD) must be enough to drive the MgO into the valleys. A decrease of <12% leads to undercompacted valleys, so Rz becomes more important. >18% کمی یقین دلاتی ہے یہاں تک کہ گہری گرتیں بھی MgO سے بھری ہوئی ہیں، لیکن مزاحمتی تار کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔ دیے گئے اندرونی قطر کی تکمیل کے لیے سب سے بہترین swage کمی ہے:

اندرونی قطر Rz (µm) تجویز کردہ کم از کم سویجنگ میں کمی (%) تجویز کردہ زیادہ سے زیادہ سویجنگ میں کمی (%)<6 12 20 6-10 14 20 10-12 16 20 12-15 18 22 >15 N/A کی سفارش نہیں کی گئی۔
نتیجہ: ہائی پاور ہیٹر کے لیے اندرونی قطر Rz کی تعریف

بجلی کی کثافت> 5 W/cm 2 پر 316 سٹینلیس سٹیل شیتھ والی الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبوں کے لیے، اندرونی قطر کی چوٹی کی کھردری (Rz) MgO انسولیٹنگ پرت کے ساتھ رابطے کی مزاحمت کی باقاعدگی کو متاثر کرتی ہے۔ 10 سے 12 µm سے اوپر کی Rz قدریں 25 سے 70 ڈگری درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے ساتھ مقامی گرم مقامات کا سبب بنتی ہیں اور ہموار نلیاں کے مقابلے میں تار کی زندگی کو 40 سے 60% تک کم کرتی ہے۔ ہائی-پاور یا لمبی-لائف ایپلی کیشنز کے لیے 316 شیتھس کا آرڈر دیتے وقت، انجینئرز کو زیادہ سے زیادہ اندرونی قطر Rz کا معیار بتانا چاہیے (جیسے،<8 µm) and a verification technique (sample profilometry). For the highest power densities (>8 W/cm 2) or longest life requirement (>15,000 گھنٹے)، الیکٹرو پولشڈ بور (Rz<6 µm) is recommended.