Hogyan változik a zsír{0}}alapú interfész anyagának hőállósága az idő és a hőmérséklet függvényében?

A patronos fűtőelem és a nyomólapban elhelyezett furat közötti hőzsír az első napon hős. Kitölti a kis légtereket, tökéletes alacsony ellenállású hidat képezve a hőnek. De ez a zsír egy szilikon vagy szénhidrogén olaj és egy hővezető kerámiapor finom keveréke. Ez egy metastabil, állandó szilárd anyag. A több ezer óra és a lemez élettartamának állandó hőciklusa során az olaj lassan elpárolog, a szorítónyomás hatására kiszorulhat, vagy oxidálódhat és megkeményedhet. A tökéletes híd pusztuló, szigetelő gáttá válik.

Termikus zsír: Várható öregedési mechanizmus
A zsír alapú termikus felületi anyagok (TIM) öregedési mechanizmusa jól ismert és megjósolható. A hőellenállás idővel és hőmérséklettel történő növekedése három fő folyamatnak köszönhető, az olajpárolgásnak, a mechanikus kiszivattyúzásnak-és az oxidatív keményedésnek.

Az olaj elpárologtatása
Az alapolaj (szilikon vagy szénhidrogén) gőznyomása korlátozott. A 150 és 250 fok közötti normál üzemi hőmérsékleten az olaj lassan elpárolog. Az olajfázis elveszik, és egy száraz, préselt kerámiapor marad vissza, amely nem képes megtapadni a fűtőtest vagy a furat felületének mikro-nagyságrendű érdességéhez. Ami korábban rugalmas, hézagkitöltő paszta volt,{6}}laza vagy szinterezett púderágy lesz, gyenge hőkontaktussal. Az érintkező hőállósága kétszeresére vagy háromszorosára nőhet a lemez élettartama során. Ez kevésbé hatékony hőátadáshoz és a fűtőberendezés magasabb üzemi hőmérsékletéhez vezet.

Differenciális hőtágulási mechanikus szivattyú-Ki
A patronos fűtőberendezésben felmelegítéskor a fűtőelem és a környező fémfurat ellentétes sebességgel tágul. A fém (acél, alumínium stb.) hőtágulási együtthatója eltér a fűtőburkolatétól (általában rozsdamentes acél vagy Incoloy). A fűtőelem és a furat közötti relatív mozgás minden egyes felfűtési ciklusban-olyan, mint egy kis szivattyúzás. Fokozatosan zsír extrudálódik a felületről-ezt a jelenséget pump-out néven ismerik. A rendszer lehűlése után a kiürített zsír nem jut be újra. Az eredeti zsírmennyiség több ezer hőciklus alatt leürül a felületről, és újra{10}}megjelennek a légrés.

Oxidációs keményedés
A szénhidrogén- vagy szilikonolaj magas hőmérsékleten oxidálódik, ha oxigénnek van kitéve (még a furatban rekedt kis mennyiség is). Az oxidáció a folyó olajat ragacsos, gumiszerű vagy törékeny szilárd anyaggá változtatja. Ennek a megszilárdult maradéknak nagyon alacsony a hővezető képessége, és nem tudja kitölteni az üregeket. Ez újabb szigetelési réteget ad hozzá." Az oxidációs sebesség az Arrhenius-egyenlet szerint a hőmérséklet exponenciális függvénye. Az üzemi hőmérséklet minden 10 fokos emelkedésével a károsodás mértéke megkétszereződhet vagy megháromszorozódhat.

Tünetek: A fűtési zóna teljesítményének romlása
A zsír TIM hőellenállás-lebontó lapja egy fűtőzóna lassú, gyakran észrevehetetlen leromlását ölti. Ez a tünet nem egy hirtelen meghibásodás, hanem az alapjel-hőmérséklet eléréséhez vagy az egyenletesség megőrzéséhez szükséges kapacitás fokozatos elvesztése. Előfordulhat, hogy a fűtőelem belső hőmérséklet-érzékelője (hőelem vagy RTD) még mindig a megfelelő hőmérsékletet olvassa, de a hőhíd károsodása miatt a lemez felületi hőmérséklete elmarad.

A fűtőelemnek magasabb hőmérsékleten kell működnie, hogy ugyanazt a hőáramot fecskendezze be a sérült érintkezőn keresztül. Ez a magasabb belső hőmérséklet elősegíti magának a fűtőelemnek az öregedését (a fűtőszál oxidációja, a szigetelés ridegsége), ami idő előtti kiégéshez vezet. Így a lebomló olaj a lemez teljesítményének és a fűtőelem élettartamának krónikus, láthatatlan rablójává válik.

A degradáció számszerűsítése: milyen gyorsan nő a hőellenállás?
A hőállóság növekedése nem lineáris. Egy tipikus görbének engedelmeskedik:

Korai szakasz (0-500 óra): Nem sok változás. A zsír új, az olajfázis sértetlen.

Közép-élettartam (500–2000 óra): Párolgás és kiszivattyúzás indítása. A hőellenállás növekedni kezd, általában az eredeti érték 20-50%-ával.

Late life (>2000 óra): gyorsított hanyatlás A zsír teljesen kiszárad, és csak por vagy megkeményedett maradék marad. A hőellenállás 100-200%-kal vagy többel is nőhet.

A pontos időzítés erősen hőmérsékletfüggő. Egy megfelelő minőségű szilikonzsír 5000-10 000 órát bír ki 150°C-on. Ugyanaz a zsír 250 fokon kevesebb 1000 óra alatt meghibásodhat. A lebomlás sebessége exponenciálisan függ a hőmérséklettől, így 10-15 fokos növekedés a felére csökkenti a zsírérintkező várható hasznos élettartamát.

Gyakorlati megoldások: megküzdeni a degradációval
Két módszer létezik a zsír{0}}alapú TIM-ek lebomlásának kezelésére.

Megelőző karbantartás újra{0}}kenéssel
A zsírt interfészként használó meglévő berendezéseknek proaktív karbantartási programra van szükségük. A tervnek tartalmaznia kell:

Időszakos hőteljesítmény-ellenőrzések. Meghatározott teljesítménybemenetnél mérje meg a hőmérséklet-különbséget a fűtőelem érzékelője és a lemez felülete között. Ennek a deltának a növekedése a hőállóság növekedését jelenti.

• Tervezett utánzsírozási A furatot megtisztítják a régi zsírtól és új adagolt mennyiségű magas hőmérsékletű, alacsony légtelenítésű zsírt adnak hozzá.

Prémium zsírok Nem minden termikus zsír egyforma. A szervizintervallumot drasztikusan megnövelheti magas hőmérsékleten stabil kenőzsír megadásával, például szintetikus olajokkal és alacsony illékonyságú zsírokkal.

Állandó alternatíva: Grafitfólia
Azokban a helyzetekben, amikor a hosszú távú megbízhatóság kulcsfontosságú, és a karbantartáshoz való hozzáférés korlátozott, a grafitfólia interfész használata javasolt. A grafitfólia tömörített expandált grafitból készült rugalmas lap. Nincs benne olajfázis, így nem tud azonos módon elpárologni, kiszivattyúzni vagy oxidálódni. A grafitfólia korlátlan ideig képes megőrizni hővezető képességét (általában 5-10 W/m·K, jóval magasabb, mint a zsír) magas hőmérsékleten és hőciklus mellett. Az egyetlen szerény hátránya, hogy egy kicsit kevésbé alkalmazkodik, mint a friss zsír az igazán kemény felületekhez. A grafitfólia azonban tartós, karbantartást nem{8}}nem igénylő hőhíd a legtöbb szabványos megmunkálási felülettel rendelkező (Ra 3,2 mikron vagy nagyobb) patronfűtő furathoz.

Következtetés: A lemezteljesítmény alattomos, krónikus tolvaj
A lemez teljesítményének rejtett krónikus tolvajja a hőzsír lassú előrejelzett halála. Ez egy olyan probléma, amely nem robbanásszerűen érkezik, hanem a fűtési hatásfok és a homogenitás lassú, finom romlásával. Ha nem ellenőrizzük, a bomló zsír hatására a fűtőtestek felmelegednek, és korábban meghibásodnak. A lapon a legfontosabb hőhíd gyakran az, amely csendben, rétegről rétegre esik szét, ahogy az olaj elpárolog és a zsír kiszárad. Ez a hibamód teljesen kiküszöbölhető, ha új telepítésekhez grafitfólia interfészt választunk. Meglévő kenőrendszerek esetén az állandó, hosszú távú hőteljesítmény biztosításának egyetlen módja az, ha proaktív karbantartási ütemtervet készítenek, rendszeres utánzsírozással vagy a fűtés cseréjével. A rendkívül megbízható fűtött lemezrendszer felépítésének első lépése a zsír TIM-ek várható lebomlásának megértése.