The Electroforming Cooling Challenge
Kontinuálnym galvanoplastikou vzniká niklová alebo medená fólia na rotujúcom bubne čiastočne ponorenom do elektrolytu. Proces nanášania generuje značné teplo-zvyčajne 30-50 kW v prípade produkčných bubnov. Regulácia teploty v rozmedzí ±1 stupeň je rozhodujúca pre rovnomernosť hrúbky návaru a mechanické vlastnosti.
Dvojstupňový{0}}chladiaci systém poskytuje presnosť aj kapacitu. Prvý stupeň zabezpečuje odvod tepla z recirkulujúceho elektrolytu pomocou vody z chladiacej veže s teplotou 25-30 stupňov. Druhý stupeň poskytuje ochladzovanie orezania pomocou chladenej vody pri 5-10 stupňoch na konečné nastavenie teploty predtým, ako sa elektrolyt vráti do pokovovacieho článku.
Navrhovanie PTFE výmenníka tepla pre túto službu vyžaduje špecifické technické údaje. Neúplné alebo nepresné údaje vedú k poddimenzovaným cievkam, nedostatočnému chladeniu a obmedzeniam výroby-. Pred začatím návrhu je potrebné zhromaždiť a overiť nasledujúce informácie.
Požadované kategórie údajov
Šesť kategórií informácií definuje dizajnovú obálku dvoj{0}}chladiacej cievky na elektrolytické tvarovanie. Každá kategória obsahuje parametre, ktoré priamo ovplyvňujú geometriu cievky, výber materiálu a predikciu výkonu.
Údaje o tepelnej záťaži definujú, koľko tepla sa musí odobrať. To zahŕňa výstup z usmerňovača (napätie a prúd), časť elektrickej energie premenenej na teplo v elektrolyte a akékoľvek dodatočné tepelné vstupy z čerpadiel alebo okolitých podmienok. Konštruktér to prepočíta na celkový výkon chladenia v kilowattoch pre každý stupeň.
Údaje o elektrolytoch definujú chemické a fyzikálne prostredie. Zloženie, koncentrácia, rozsah prevádzkových teplôt, špecifické teplo, hustota a viskozita ovplyvňujú výpočty prenosu tepla. Prítomnosť chloridov, síranov alebo organických prísad ovplyvňuje kompatibilitu materiálu.
Údaje priestorového obmedzenia definujú, kam sa musí cievka zmestiť. Pre valce na galvanoplastiku je priestor zvyčajne obmedzený na nádrž na recirkuláciu elektrolytu, nádrž bubna alebo vonkajší plášť výmenníka tepla. Dostupné rozmery, umiestnenie trysiek a prístupové vzdialenosti musia byť zdokumentované.
Tabuľka 1: Požiadavky na konštrukčné údaje pre dvojstupňovú-elektroformovaciu PTFE chladiacu cievku
| Kategória údajov | Požadované informácie | Vplyv dizajnu |
|---|---|---|
| Tepelné zaťaženie | Výkon usmerňovača v kW; zahriať-na-elektrolytovú frakciu; tepelný príkon čerpadla; zisk okolitého tepla | Určuje celkový výkon chladenia na stupeň |
| Teplota | Vstupná teplota elektrolytu do stupňa 1; cieľová teplota po 1. stupni; cieľová teplota po 2. stupni; prípustné kolísanie teploty | Určuje LMTD a približovaciu teplotu |
| Vlastnosti elektrolytu | Zloženie; koncentrácia; hustota; špecifické teplo; viskozita pri prevádzkovej teplote; tepelná vodivosť | Určuje koeficienty prestupu tepla a tlakovú stratu |
| Parametre chladiacej kvapaliny | Teplota prívodu vody 1. stupňa a maximálna teplota spiatočky; Teplota prívodu chladenej vody 2. stupeň; dostupné prietoky; maximálny povolený pokles tlaku | Určuje návrh-strany chladiacej kvapaliny a požiadavky na čerpadlo |
| Priestorové obmedzenia | Rozmery nádrže; dostupný objem cievky; umiestnenie trysiek; prekážky; prístup pre údržbu | Určuje geometriu a konfiguráciu cievky |
| Prevádzkový plán | Kontinuálne alebo dávkové; frekvencia čistenia-na-mieste; očakávaná miera znečistenia; životnosť dizajnu | Určuje dávku znečistenia a prístup na čistenie |
| Materiálová kompatibilita | Kompletná chemická analýza vrátane stopových kontaminantov; odchýlka maximálnej teploty | Potvrdzuje vhodnosť PTFE; identifikuje akékoľvek špeciálne požiadavky |
Príklad výpočtu tepelného zaťaženia
Pre sériový elektroformovací bubon pracujúci pri 8 000 A a 12 V dodáva usmerňovač elektrický výkon 96 kW. Približne 85 % sa premení na teplo v elektrolyte: 82 kW. Práca čerpadla pridáva 3 kW. Celkové teplo na elektrolyt: 85 kW.
Prvý chladiaci stupeň odoberá 75 kW pomocou chladiacej vody pri prívode 28 stupňov, pričom sa vracia pri 34 stupňoch. Elektrolyt vstupuje do tohto štádia pri 58 stupňoch a vystupuje pri 48 stupňoch.
Druhý stupeň odoberá zvyšných 10 kW pomocou chladenej vody s teplotou 7 stupňov, pričom sa vracia s teplotou 12 stupňov. Elektrolyt vstupuje pri teplote 48 stupňov a vystupuje pri nastavenej hodnote procesu 45±1 stupeň.
Tieto tepelné zaťaženie a teplotné rozdiely definujú požadovanú plochu povrchu pre každý stupeň prostredníctvom štandardnej rovnice prenosu tepla Q=U × A × LMTD s použitím PTFE U- hodnoty približne 280 W/m²·K pri nútenej konvekcii.
Dôsledky neúplných údajov
Chýbajúce alebo odhadované údaje spôsobujú chyby návrhu. Podcenenie tepelného zaťaženia vedie k cievke, ktorá nedokáže udržať teplotu pri plnej výrobnej rýchlosti, čo si vynúti zníženie výkonu usmerňovača. Precenenie dostupného priestoru vedie k cievke, ktorá sa nezmestí. Neúplná chémia elektrolytu môže vynechať agresívnu stopovú zložku, ktorá si vyžaduje upravenú špecifikáciu materiálu.
Zhromažďovanie údajov pred návrhom je investíciou do presnosti návrhu pri prvom{0}}prechode. V prípade vlastných výmenníkov tepla z PTFE s dodacími lehotami meranými v týždňoch je oprava konštrukčnej chyby zistenej počas inštalácie oveľa nákladnejšia ako čas strávený zhromažďovaním presných údajov vopred.
Zhrnutie
Návrh dvoj{0}}stupňovej chladiacej cievky z PTFE na kontinuálne galvanoplastiku vyžaduje komplexné údaje v šiestich kategóriách: tepelné zaťaženie, teploty, vlastnosti elektrolytu, parametre chladiacej kvapaliny, priestorové obmedzenia a prevádzkové podmienky. Každá kategória obsahuje parametre, ktoré priamo určujú povrch cievky, geometriu a konfiguráciu.
Presný zber údajov pred začatím návrhu je jediným najefektívnejším krokom na zabezpečenie toho, aby dodaný PTFE výmenník tepla spĺňal výkonnostné požiadavky pri prvej inštalácii bez nákladných úprav.
Šablóna zberu technických údajov pre dizajn chladiacej cievky z PTFE na elektrolytické tvarovanie je k dispozícii na požiadanie a poskytuje štruktúrované formuláre pre všetky požadované parametre s typickými rozsahmi hodnôt a návodom na meranie.
