Jinwei Heater analyserar spänningskoncentration i värmarmutrar

Shengzhou Jinwei Electric Heating Appliance Co., Ltd. har utvecklat ett ramverk för finita elementanalyser (FEA) för att förbättra designen av rörformiga värmare. Företaget uppger att denna metod hjälper till att förutsäga ytbelastningsfördelningen och specifikt spänningskoncentrationerna i U-böjar, vilka är den vanligaste felplatsen i värmare.

En central slutsats från analysen är att förhållandet mellan böjradie och yttre diameter (R/D) är den mest betydande faktorn som påverkar felfrekvensen i böjarna. Enligt Jinwei, stöds branschpraxis och företagets egna FEA-data av att R/D bör vara minst 2,5–3,0 för mantlar av Incoloy och rostfritt stål.

Studien betonar att en sekventiell värme- och spänningsanalys är den korrekta FEA-metoden. Enbart en mekanisk FEA underskattar avsevärt spänningarna i böjen, eftersom temperaturfältet driver den termiska töjningen som i sin tur påverkar böjspänningen. Ytbelastningen, eller effekttätheten, är designvariabeln som driver temperaturen, inte direkt spänningen.

Företaget anger att typiska ytbelastningsintervall varierar från 2–6 W/cm² vid vätskeimmersion, 4–10 W/cm² vid forcerad luftkonvektion och 1–3 W/cm² i stillastående luft. Dessa gränser beror dock på mantelmaterialet och kylförhållandena vid installationen. Att jämföra FEA-resultaten med tillåten spänning för valt mantelmaterial vid maximal drifttemperatur är avgörande.