Tech.info. - STARBAR

STARBAR – silitové topné elementy

( registrovaná ochranná známka I SQUARED R ELEMENT Co., Inc )

Typ RR

Všeobecný popis

RR Starbar je silitový topný element odporového typu. Starbar jsou tvarované tyče nebo trubice v závislosti na průměru. Mají středovou topnou část nazývanou horká zóna a dvě přípojné části nazývané chladné konce. Existují dva typy RR Starbars. (1) Chladné konce jsou nasyceny křemíkem – zvané jako jednotlivé, a (2) studené konce s nízkým odporem, které jsou v peci připraveny k horké zóně – zvané jako třídílné nebo LRE ( Low Resistence End ). Nízký elektrický odpor chladného konce způsobuje, že mohou pracovat při nižší teplotě. Konce elementů jsou pokoveny hliníkem, aby měly nízkoodporový kontaktní povrch, ke kterému jsou elektrická spojení realizována pomocí splétaného hliníkového pásku.

RR Starbars jsou popsány zadáním celkové délky, délky topné části a průměrem. Např.

• RR 43x24x1 je Starbar 43 palců celkové délky s 24 palcovou horkou zónou a průměrem 1 palec
• RR 1092x610x25,4 je Starbar 1092 mm celkové délky a 610 mm horkou zónou a průměrem 25,4 mm

Kvalitní provedení

Starbars Vám poskytnou vysoce kvalitní provedení v důsledku vysoké hustoty – přibližně 2,5g / cm3. To dává Starbaru vlastnosti, jako je velmi pomalé stárnutí a přídavná pevnost.

Zaměnitelnost

Starbars jsou zaměnitelné se všemi silitovými ( karbid křemíku ) topnými elementy vyráběnými v USA, stejně jako s topnými elementy s vyšším odporem vyráběným pro asijské a evropské trhy. Je důležité udat nominální elektrický odpor při objednávání Starbaru. Prosím kontaktujte nás, než se pokusíte nahradit RR Starbars místo SE Starbars spirálového typu.

Dostupné velikosti

Starbars mohou být vyráběny v jakékoliv délce do 3300 mm. Maximální délka horké zóny je 2500 mm, maximální průměr je 54 mm.

Provozní teploty

Na vzduchu nebo v interní atmosféře argonu nebo helia mohou být jednodílné Starbars provozovány při řízení teploty pece do 17000C, třídílné Starbars do 14250C. V redukční atmosféře je maximální provozní teplota 13700C, viz obr.1. Zde je ochranný plášť z oxidu křemíku na karbidu křemíku. Vodík redukuje tento plášť a způsobuje, že Starbars zhoršení kvality. Velmi suchý nebo velmi vlhký vodík je škodlivý pro dlouhotrvající životnost.

Watts Per Square Inch Starbar Loading

Použití v dusíkové atmosféře je omezeno do 13700C a 7,9W na cm2 maximálního povrchového zatížení ve W.
Překročení tohoto zatížení ve W povede k reakci nitridu křemíku. Kolem Starbar se vytváří tepelně izolační vrstva, která vede k velmi vysoké povrchové teplotě, která poškodí Starbar.

Elektrické vlastnosti

Starbar z karbidu křemíku je odporový topný element lineárního typu, který přeměňuje elektrickou energii podle Joulova zákona: W = I2 x R ( W je výkon ve W, I je proud v ampérech, R je odpor v ohmech ).

Horká zóna Starbars je samovazebného karbidu křemíku. Mřížková struktura nebo vazby, které drží zrna karbidu křemíku pohromadě jsou vytvářeny rekrystalizací karbidu křemíku při velmi vysoké teplotě. Starbars jsou vyráběny ze zeleného karbidu křemíku, který je řazen do typu polovodičů s přebytkem elektronů.

Surface Temperature Of Starbars
In Degrees Centigrade

Surface Temperature Of Starbars
In Degrees Fahrenheit
Starbars are test calibrated a nominal surface temperature of 19600F (10710C).

Obr. 2 Odporově – teplotní vlastnosti

Elektrický odpor Starbars je složité měřit při pokojové teplotě vzhledem k minoritním nečistotám, samoohřívání a odporu kontaktů. Zelený karbid křemíku má také zápornou odporově – teplotní charakteristiku od teploty pokojové do přibližně 6500C. Mění se na kladnou v tomto bodě a zůstává tak skrz jeho normální provozní rozsah teplot. Typická křivka odporově – tepelné charakteristiky Starbar je ukázána na obr. 2.

Nominální odpor Starbar je měřen při kalibrační teplotě 10710C. Nominální hodnoty odporu Starbars v ohmech na jednotku délky jsou ukázány v tabulce A.

Elektrické zatížení

Starbars nejsou rozděleny do skupin podle specifického výstupního výkonu jako metalické topné elementy. Množství energie, které jsou Starbars schopné přeměnit z elektrické na tepelnou energii závisí na okolní teplotě pece a atmosféře, ve které Starbar pracuje.

Když se počítají výkonové možnosti Starbaru ve wattech, je použita jednotka výstupního výkonu na jednotku vyzařujícího povrchu. Obr. 1 ukazuje doporučené výkonové zatížení na cm2 vyzařujícího povrchu jako funkci teploty pece.

K určení doporučených výkonových možností Starbars začíná na obr. 1 ze známé teploty pece a atmosféry, ve které budou Starbars pracovat. Sleduj teplotní linii až protneš tlustou černou čáru ( zvol vhodnou čáru podle atmosféry, ve které bude Starbar pracovat ). Přečti zatížení ve wattech na čtvereční jednotku vyzařujícího povrchu, které může být aplikováno na Starbar. Aby se ujistilo celkové množství energie, které může za těchto podmínek dodáno jednou Starbar, násobte tuto hodnotu vyzařující plochou Starbars. Vyzařující povrchová plocha je vypočítána násobením průměru krát délka horké zóny krát pi ( 3,14 ).

Příklad: Při teplotě 15000C může být Starbar zatížena do 6 W na cm2. Proto Starbar se 100 cm2 vyzařujícího povrchu může dodat 600 W, zatímco Starbar s 2000 cm2 vyzařujícího povrchu může dodat 120000 W.

Příklad vyzařující plochy:
RR1092x610x25 má délku horké zóny 610 mm a průměr 25 mm. Plocha vyzařujícího povrchu je 610x25x3,14 nebo 47885 mm2, převedeno na centimetry 478 cm2.

Zdroj energie

V předcházejících paragrafech jsme vysvětlili jak počítat doporučený výstupní výkon Starbar. Nyní vysvětlíme jak počítat elektrické požadavky k dosažení doporučené energie.

Známe-li výstupní výkon a odpor Starbar, máte dvě části rovnice se třemi neznámými. Tato rovnice je E= (WxR)1/2, ( E = nominální napětí pro plné zatížení, W= ocenění Starbaru ve W, R= odpor Starbaru v ohmech). Odpor Starbaru může být kalkulován použitím hodnot uvedených v tabulce A.

Řešíme-li ji pro E, dostanete napětí, vyžadované nominálním odporem Starbar, abyste dostali požadovaný výstupní výkon.

Příklad: Starbar RR 1092x610x25,4 má odpor 1,21 ohmů a 486 cm2 vyzařujícího povrchu. Zatížením 6,2W na cm2 bude Starbar dodávat cca 3000 W.
Najít nominální napětí řešíme pro E: E= ( WxR )1/2 - E = ( 3000x1,21 )1/2 - E= 60 V
Starbars mohou být zapojeny paralelně, sériově nebo v kombinaci obou. Paralelní zapojení je preferováno.

V paralelním uspořádání je napětí přes všechny Starbars stejné. V rovnici W = E2/R ( W = výkon, E = napětí, R = odpor ) může být vidět, že čím větší odpor, tím nižší je výstupní výkon. Starbars v paralelním okruhu s nižším odporem dodají více tepelné energie a proto pracují při vyšší teplotě. Tato vyšší teplota Starbar způsobí postupný nárůst odporu až všechny Starbars mají stejný odpor. V tomto okamžiku budou mít všechny Starbars přibližně stejnou hodnotu odporu a povrchové teploty a proto zůstávají v rovnováze.
Pro výpočet síťového odporu skupiny Starbars může být použita následující rovnice: Ra = RxS/P ( Ra = odpor sítě, R = odpor Starbar, S = počet Starbars zapojených sériově, P = počet paralelních okruhů ).

Příklad: Osm Starbars RR 1092x610x25,4 ( R = 1,21 ohm ) zapojených 2 v sérii ( S=2) a 4 paralelní skupiny ( P4 ): Ra = RxS/P - Ra = 1,21 x 2 / 4 - Ra = 0,5 ohm

K výpočtu nominálního napětí vyžadovaného k napájení sady Starbars můžeme použít kombinaci rovnic použitých ve dvou předchozích případech:

Ea = ( Wt x Ra )1/2 ( Ea = nominální napětí sítě, Ra = odpor sítě, Wt = celkový výstupní výkon )

Příklad:Osm Starbars RR 1092x610x25,4 ( R = 1,21 ohm ) zapojených 2 v sérii ( S=2 ) a 4 paralelní skupiny ( P=4 ). Každá Starbar dává 3000W. Wt = 8 x 3000 = 24000W. Ra = 0,6 ohm.
Ea = ( Wt x Ra)1/2 Ea = ( 240000 x 0,6 )1/2 Ea = 120 V.

Odpor Starbars se postupně zvyšuje během jejich používání. Proto to znamená udržet příkon do pece nebo sušárny na úrovni dostatečně vysoké k dosažení požadované teploty.

Historicky drahá zařízení měnící napětí jako např. transformátory s více odbočkami nebo nabité reaktory byly doporučovány pro všechny aplikace, ale s nízkou teplotou.

Starbars mohou být použity přímo v řadě ( fixní napětí ) při teplotě 13150C. pro kompenzování sníženého výstupu jak Starbars postupně stárnou nebo zvyšují odpor, pec nebo sušárna je na počátku přenapájena o 25% až 50%. Tento typ uspořádání eliminuje drahá zařízení s proměnným napětím a byl odzkoušen velmi úspěšně v mnoha aplikacích. Není doporučován tam, kde je vyžadováno přesné řízení teploty procesu.

Předpokládáme-li, že pec bude vyžadovat přibližně 24.000 W po uvážení všech ztrát tepla a zátěžových faktorů. Zvýšením těchto 24.000 W o 25% až 50% dává požadavek na 30.000 až 36.000 W.

Vezmeme-li předchozí příklady z jiného pohledu, lze vidět, že 10 Starbars RR 1092x610x25,4 spojených dvě do ssérie, pět paralelních skupin po 120 V dodá 30.000 W. je-li 12 Starbars stejné velikosti použito, výstup bude 36.000 W. 12 Starbars spojených 4 do série na fázi na 240 V vytvoří vyváženou třífázovou 240V síť.

Teplota sušárny nebo pece je řízena pomocí prvku vypnuto – zapnuto ( off-on ). Když jsou Starbars nové, jsou napájeny pouze 24/30 nebo 24/36 hodiny. Jak Starbars zvyšují svůj odpor budou zapnuty po delší dobu. Když zvýší svůj odpor po bodu, při kterém dodávají 24.000 W, jsou zapnuty 100% času. SCR nebo tyristor mohou být také použity.

Pro aplikace, kde je požadováno řízení teploty v úzkém rozsahu a/nebo pro teploty nad 13150C je vyžadováno zařízení, které může na Starbars zvyšovat napětí. Je několik metod jak vytvořit zdroj proměnného napětí:

• Transformátor s více odbočkami je nejužívanější, protože je nejméně nákladný. Sekundár transformátoru je proveden s odbočkami, jejichž počet se zpravidla mění od 10 do 36. Pečlivým výběrem napěťových odboček, správný napěťový výstup odpovídající odporu Starbar po dobu její celé využitelné životnosti může být nalezen.
• Nabitelné reaktory a indukční regulátory mohou být požity k vytvoření plynulého řízení napětí. Jsou někdy použity i s víceodbočkovými transformátory.
• Kondensátorové řízení se používá zřídka. Vede k vylepšení výkonového faktoru, což vede k požadavku na jeho použití v některých aplikacích.
• Křemíkové řízené usměrňovače ( SCR ) se stávají velmi populárními s výhodami v pevných zařízeních.

Ke kompenzování sníženého výstupu v důsledku zvyšujícího se odporu Starbars je vyžadován rozsah napětí, který bude kompenzovat 100% nárůst Odporu Starbars. Následující rovnice může být použita na vypočítání Emax

Emax = doporučené maximální napětí požadované pro kompenzování vzrůstajícího odporu vlivem stárnutí a tolerancí odporu
Wt = jmenovitá hodnota tranformátoru ve W
Ra = odpor sítě Starbars
1.5 = minimální pásmo pro zahrnutí dvojnásobného zvýšení odporu Starbars a 20% tolerance odporu. Vyšší hodnota nabízí mírně delší využitelnou životnost.

Příklad: Transformátor je určen pro hodnotu 24 kVA a má spočítáno nominální zatěžovací napětí 120 V. ( Ra = 0.6, Wt = 24000 ):

Emax = ( Wt x Ra )1/2 x 1.5 = ( 24000 x 0,6 )1/2 x 1.5 = 180 V

Nominální napětí pro plné zatížení a maximální napětí byly spočítány. Při specifikaci transformátoru je nominální napětí pro plné zatížení obvykle redukováno od 5% do 10%, aby se umožnila tolerance odporu Starbars minus 20%. Také odbočky s nižším napětím jsou obvykle pro chod naprázdno a pomalý náběh teploty.

Pro spočítání minimálního napětí vezměte 70% nominálního napětí. Pro periodické aplikace vezměte 30% nominálního napětí pro plné zatížení.

Auto transformátory mohou být použity, pokud primární napětí je 230 V nebo méně. Nemohou být použity ve třífázovém uspořádání. Přijatá zkušenost omezuje sekundární napětí na všech transformátorech na 330 V. Nad touto hodnotou napětí se stávají úniky problémem. Když se počítá velikost napěťových kroků mezi odbočkami, hodnota 5% je často použita. Když je na primáru použito řízení pomocí SCR nebo tyristoru, je vyžadováno méně odboček. Např. je-li použito 6 odboček, odbočka pro chod na prázdno může být 0,7 x nominální napětí a potom každá následující odbočka by byla o 14% vyšší. Pro 8 odboček by byla odbočka pro chod na prázdno opět 0,7 x nominální napětí, každá následující odbočka o 9,1% vyšší než předcházející.

Snadnost výměny

Starbars mohou být vyměněny i když je pec na provozní teplotě. Příkon do Starbars, které jsou měněny, musí být vypnut, pružné klipsy a hliníkové splétané vodiče uvolněny a Starbar vyjmuta. Nová Starbar může být vložena pohodlně přes horkou pec dostatečnou rychlostí, aby se zajistilo, že hliník se nerozteče vně připojovacích konců, ale ne tak rychle, aby se způsobil teplotní šok.

X = 2x průměr Starbar je minimum, 1,5x průměr Starbar je absolutní minimum a vyžaduje snížení povrchového zatížení Starbar ve W, je to vzdálenost od středové osy Starbar k jakémukoliv dalšímu odrážejícímu povrchu, jako je žárovzdorná stěna nebo výrobek
Z = S/1,41 minimální stacionární zatížení, S/1,73 minimum pro pohyblivé zatížení, jde o vzdálenost od osy Starbar k pohybujícímu se nebo stacionárnímu zatížení
S = 2x průměr Starbar minimálně, je to vzdálenost od osy Starbar k ose sousední Starbar
 

Doba použitelnosti

Starbars postupně zvyšují během používání odpor. Tato vlastnost zvyšování odporu se nazývá stárnutí. Stárnutí je funkcí následujícího:

• Provozní teploty
• Elektrického zatížení ( obvykle vyjádřeného ve W na čtvereční palec nebo ve W na čtvereční centimetr vyzařujícího povrchu tyče Starbar)
• Atmosféry
• Typu provozu ( kontinuální )
• Provozní a údržbářské techniky

Montáž

Nejsou zde žádná omezení na montážní polohy pro Starbars, ačkoliv horizontální a vertikální poloha je nejběžnější. Extrémní pozornost je nutno věnovat během montáže zajištění toho, aby Starbars nebyly namontovány pod napětím. Měla by zde být odpovídající volnost dovolující peci a tyčím Starbars se roztahovat a smršťovat nezávisle.

Když jsou Starbars montovány vertikálně, musí být podepřeny na dolním konci elektricky izolovanými podpěrami. Starbars by měly mít jejich topné zóny centrovány v komoře pece tak, aby žádná část topných zón se neroztahovala do stěn pece. Kónické nebo zkrácené kónicky tvarované zahloubení 1/2 palce ( 13 mm ) hluboké jsou někdy umístěny na každé vnitřní stěně, kterou Starbars procházejí. To umožňuje, aby horká zóna vyzařovala správně a pomáhá udržet konstantní teplotu v peci.

Topná komora pece

Rozměry ropné komory pece, které Starbar překlene mohou být stejné jako délka horké zóny Starbar, jak je ukázána na Starbars pod zatížením na obrázku 3. Jako alternativa mohou být rozměry topné komory pece, které Starbar překlene o jeden palec ( 25 mm ) menší než efektivní topná délka Starbar. V tomto případě musí být 45o kónické zapuštění do stěny pece jak je ukázáno na obrázku 3 pro Starbars nad zátěží. Doporučené průměry připojovacích otvorů pro stěny pece různé tloušťky a různé velikosti Starbar jsou v tabulce B.

Tabulka B
Doporučené minimální velikosti otvorů do pece

Starbars nesmí být umístěny blíž jedna k druhé než na vzdálenost dvou průměrů Starbar nebo 1 a půl průměru Starbar od stěny nebo jiného odrážejícího tělesa. Pokud Starbar není schopna rozptylovat energii rovnoměrně ve všech směrech, může se přehřát a tím zničit. Rovnice pro vypočítání doporučených vzdáleností tyčí Starbars k získání dokonce teplotního gradientu na zahřívaném výrobku je ukázána na obrázku 3.

Specifikace a přizpůsobení

Starbars mají výrobní toleranci plus nebo minus 20% jmenovitého odporu ( pro evropský trh plus minus 10% ). Všechny Starbars jsou kalibrovány nejméně dvakrát před odesláním, aby se zajistilo, že budou odpovídat specifikacím. Kalibrovaný proud každé Starbar je označen na kartonu a na pravé straně každé Starbar. Když je instalujete, uspořádejte Starbars s proudovou hodnotou velmi podobnou ostatním, jak jen to bude možné. Získáte delší životnost, jsou-li série zapojených Starbars přizpůsobeny odporově. Starbars jsou dodávány přizpůsobeny, jak jen to je možné.

Dostupnost

Starbars jsou dodávány ze skladu, nebo dva až tři týdny po obdržení objednávky ( pro evropský trh přibližně čtyři týdny ).

Konfigurace podle přání zákazníka

Speciální velikosti a tvary jsou možné. Studené konce mohou být různé délky. Ty by například byly použitelné do pece s klenutým stropem, který vyžaduje delší studené konce přes strop a kratší přes podlahu.

Další modifikace je horká zóna se dvěma teplotami. To je např. velmi užitečné, je-li potřeba dostat přídavnou tepelnou energii do nižší, hustěji zatížené části pece. Zatímco tato speciální modifikace horké zóny nevytvoří zvláštní teplotní diferenciál, může nabídnout vhodnou cestu jak dostat více energie do určité oblasti pece.

Pravý úhel ( RA ) zde ukázaný, má všechny elektrické vlastnosti tyče RR. Studené konce jsou připojeny kolmo k horké zóně. RA je normálně instalován s chladnými konci přes strop pece.