Kriogeninio aptarnavimo kasetinių šildytuvų apvalkalo medžiagos
Nerūdijančio plieno apvalkalas, puikiai veikiantis 200 laipsnių temperatūroje, gali įtrūkti esant -100 laipsnių. Metalų mechaninės savybės smarkiai pasikeičia kriogeninėje temperatūroje, todėl parenkant kasetės šildytuvo apvalkalų medžiagas reikia suprasti šiuos pokyčius.
Apvalkalas apsaugo vidinės varžos laidą ir magnio oksido izoliaciją, o šilumą perduoda tikslinei terpei. Kriogeninėje temperatūroje apvalkalas turi išlaikyti mechaninį vientisumą, atsispirti trapumui ir prisitaikyti prie medžiagų šiluminio plėtimosi skirtumų. Standartinis 304 nerūdijantis plienas, nors ir tinkamas daugeliui pramoninių pritaikymų, tampa mažiau lankstus žemesnėje nei -20 laipsnių temperatūroje. Dėl skysto azoto temperatūros ši medžiaga išstumiama už patikimo veikimo diapazono.
Nerūdijantis plienas 316 siūlo geresnes kriogenines paslaugas. Molibdeno priedas padidina atsparumą korozijai ir padeda išlaikyti mechanines savybes esant ekstremalioms temperatūroms. Šis lydinys aušinamas netampa toks trapus kaip kai kurie kiti nerūdijantys plienai. Naudojant iki maždaug -80 laipsnių, 316 nerūdijančio plieno apvalkalai yra ekonomiškas sprendimas.
Pačioms reikliausioms reikmėms-su skystu azotu -196 laipsnių temperatūroje arba dažnu terminiu ciklu tarp kriogeninės ir aukštesnės temperatūros-Inconel 600 arba 800 serijos lydiniai yra geriausias pasirinkimas. Šie nikelio ir chromo lydiniai išlaiko mechaninį vientisumą visame temperatūros diapazone nuo -196 laipsnių iki +500 laipsnių. Jie atlaiko terminį ciklą ir atšiaurias sąlygas geriau nei standartinis nerūdijantis plienas, nors ir kainuoja brangiau.
Inconel 625, nikelio-chromo-molibdeno superlydinys, pasižymi išskirtinėmis kriogeninių šildytuvų apvalkalų savybėmis. Lydinys išlaiko didelį stiprumą ir kietumą nuo kriogeninės temperatūros iki 980 laipsnių, o atsparumas nuovargiui išlieka išskirtinis net esant skysto azoto temperatūrai. Ši medžiaga pasižymi geriausiomis eksploatacinėmis savybėmis, kai naudojami pakartotiniai šiluminiai ciklai nuo didelio šalčio iki didelio karščio.
Šiluminio plėtimosi suderinimas tarp apvalkalo ir vidinių komponentų yra dar vienas svarbus aspektas. Kai kasetinis šildytuvas atvėsta nuo kambario temperatūros iki -100 laipsnių, apvalkalas susitraukia skirtingu greičiu nei varžos viela ir magnio oksido izoliacija. Šis diferencinis susitraukimas sukuria įtampą, kuri gali sukelti gedimą, jei medžiagos nėra tinkamai suderintos. Specializuoti nikelio ir geležies lydiniai pasižymi geresnėmis savybėmis, palyginti su standartiniu nerūdijančiu plienu, kai važiuojama tarp kriogeninės ir aukštesnės temperatūros.
Apvalkalo medžiagos pasirinkimas taip pat turi įtakos šilumos perdavimo charakteristikoms. Kriogeninėje temperatūroje lydinių šilumos laidumas labai skiriasi. Medžiagos, turinčios didesnį šilumos laidumą, efektyviau perduoda šilumą iš varžos laido į tikslinę terpę. Šis efektyvumas turi įtakos vatų tankiui, reikalingam norimai temperatūrai pasiekti.
Atsparumas korozijai kriogeninėje temperatūroje reikalauja ypatingos cheminės aplinkos. Deguonies kiekis, drėgmės poveikis ir chlorido buvimas įtakoja apvalkalo irimą. Inconel 625 arba titanas užtikrina atsparumą daugeliui korozinių medžiagų, sutinkamų kriogeninio apdorojimo metu. Oksiduojančioms sąlygoms esant aukštai temperatūrai aliuminio dangos arba Inconel 600 su dideliu chromo kiekiu sudaro apsaugines apnašas.
Gamybos procesas taip pat turi įtakos apvalkalo veikimui, kaip ir pati medžiaga. Besiūliai vamzdžiai užtikrina vienodesnį sienelės storį nei suvirinti, todėl užtikrinamas vienodas šilumos perdavimas. Paviršiaus apdorojimas, pvz., pasyvavimas, pašalina geležies užterštumą ir atkuria apsauginį chromo oksido sluoksnį. Elektropoliruojant sukuriamas lygus, ne-akytas paviršius, atsparus cheminiam poveikiui.
Norint pasirinkti tinkamą kriogeninių kasetinių šildytuvų apvalkalo medžiagą, reikia suderinti veikimo reikalavimus ir išlaidų apribojimus. Taikant vidutinį šalčio poveikį ir ribotą terminį ciklą, 316 nerūdijantis plienas dažnai užtikrina tinkamą aptarnavimą. Dėl skysto azoto temperatūros, dažno terminio ciklo ar korozinės aplinkos Inconel lydiniai pateisina didesnes kainas dėl ilgesnio tarnavimo laiko ir sumažintos gedimo rizikos.
