اختيار سخان الخرطوشة: كثافة الواط والتفاوت والتركيب

بنية سخان الخرطوشة

يتكون سخان الخرطوشة من سلك مقاومة من النيكل-كروم ملفوف على قلب سيراميكي، وحشو من أكسيد المغنيسيوم (MgO) المضغوط يعزل هذا السلك عن الجسم، وغلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ أو Alloy 800. ويضمن الضغط انتقال الحرارة بسرعة من السلك إلى الجسم، وهو الأساس الذي يمكّن العنصر من العمل بكثافة واط عالية.

في تطبيقات مثل القوالب والقنوات الساخنة وفكوك ماكينات التغليف وكتل المختبرات ووحدات الجرعات، يسخّن من داخل الكتلة المعدنية وبالقرب من النقطة التي تحتاج إلى الحرارة. ويشيع في تركيا اسم «fişek rezistans»، بينما يُعرف في المراجع الدولية باسم cartridge heater.

في أنظمة القنوات الساخنة تُستخدم إلى جانب الخرطوشة سخانات المشعب لكتلة المشعب، والسخانات اللولبية للفوهات. وتندرج هذه المنتجات ضمن عائلة سخانات القوالب والأسطوانات.

ما هي كثافة الواط وكيف تُحسب؟

كثافة الواط هي القدرة التي يعطيها السخان من وحدة مساحة سطحه، ويُعبَّر عنها بوحدة W/cm². ويُستخدم في الحساب سطح المنطقة المسخّنة:

كثافة الواط (W/cm²) = القدرة (W) ÷ (π × القطر (cm) × الطول المسخَّن (cm))

فعلى سبيل المثال، في خرطوشة قدرتها 500 W بقطر Ø10 mm وطول 100 mm وطول مسخَّن نحو 90 mm، تبلغ مساحة السطح π × 1.0 × 9.0 ≈ 28.3 cm²، وكثافة الواط نحو 17.7 W/cm².

إعطاء القدرة نفسها بكثافة واط أعلى يعني استخدام سخان أصغر؛ لكن العنصر يعمل عندئذ بحرارة أعلى. وتتحدد كثافة الواط المسموح بها وفق العوامل التالية:

• درجة حرارة الكتلة: كلما ارتفعت درجة الحرارة المستهدفة انخفضت كثافة الواط المسموح بها.
• خلوص التجويف: التركيب المحكم يسمح بكثافة واط عالية، والتركيب غير المحكم لا يسمح بذلك.
• مادة الكتلة: الألومنيوم والنحاس يُبعدان الحرارة أسرع من الفولاذ.
• نظام التشغيل: التطبيقات كثيرة التشغيل والإيقاف أو المعرّضة للاهتزاز تضيف حملًا على العنصر.

تُختار القيمة المناسبة بتقييم هذه المعاملات معًا؛ فلا يوجد رقم واحد يناسب كل تطبيق.

أما القدرة الإجمالية فتُحسب من كتلة القطعة والحرارة النوعية للمادة وزمن التسخين المطلوب والمفاقيد الحرارية أثناء التشغيل. وإذا لم تتسع خرطوشة واحدة للقدرة المطلوبة، تُقسَّم القدرة على أكثر من خرطوشة وتُوزَّع على الكتلة بتوازن؛ وهذا النهج يخفض كثافة الواط ويحسّن توزيع درجة الحرارة معًا.

تفاوت القطر وخلوص التجويف

أهم عامل يحدد أداء سخان الخرطوشة هو التلامس بين السخان وتجويفه. فالحرارة تنتقل بالتوصيل من جسم السخان إلى الكتلة المعدنية، وفجوة الهواء بينهما تتصرف كعازل. وكلما كبرت الفجوة عجز السخان عن نقل الحرارة التي يولّدها إلى الكتلة، فترتفع درجة حرارته الداخلية وينقطع سلك المقاومة مبكرًا.

لهذا تُصنَّع سخانات الخرطوشة بتفاوت قطر ضيق، ويجب أن يُشغَّل التجويف أيضًا بتفاوت دقيق. والممارسة الشائعة في القطاع هي تخويش (reaming) التجويف بعد الحفر، والإبقاء على الخلوص القطري بين السخان والتجويف أصغر ما يمكن. وتُحدَّد التفاوتات الدقيقة في مرحلة عرض السعر حسب قطر السخان والتطبيق.

عند تركيب سخان جديد في تجويف قديم أو متآكل يجب قياس قطر التجويف حتمًا. فإذا اتسع المقاس يبقى السخان ذو القطر الاسمي نفسه غير محكم؛ وفي هذه الحالة يجب تصحيح التجويف أو اختيار القطر المناسب.

الطول المسخَّن والمنطقة غير المسخّنة واللف الموزَّع

لا يسخن سخان الخرطوشة بكامل طوله. ففي جهة مخرج الكابل وعند الطرف توجد مناطق غير مسخّنة (مناطق باردة) لا يُلف فيها سلك المقاومة. وتمنع المنطقة الباردة عند مخرج الكابل السخونة المفرطة للتوصيل والكابل؛ ويمكن إطالة هذه المنطقة إذا كان السخان يبرز خارج الكتلة.

تفقد حواف الكتلة حرارة أكبر إلى الوسط المحيط، ولذلك قد يُبقي السخان ذو اللف المنتظم وسط الكتلة أسخن من حوافها. وفي اللف الموزَّع (المتدرّج) تُقلَّص خطوة السلك عند الطرفين لإعطاء قدرة أكبر للمناطق ذات المفاقيد العالية، فيُحصل على درجة حرارة أكثر توازنًا على طول الكتلة.

مخرج الكابل وخيارات التوصيل

الكابل والتوصيل هما أكثر أجزاء السخان تعرضًا للتلف. ويُجرى الاختيار حسب درجة حرارة الوسط المحيط، والحركة والاهتزاز، والتلامس مع السوائل أو الزيوت:

• عزل الكابل: كابل السيليكون حل مرن في درجات الحرارة المنخفضة والمتوسطة؛ أما الكابلات المعزولة بالألياف الزجاجية فتتحمل درجات حرارة أعلى.
• الحماية الميكانيكية: تُستخدم الجدائل المعدنية أو الخراطيم الحلزونية في المناطق المتحركة أو ذات الحواف الحادة.
• اتجاه المخرج: يُختار المخرج المحوري (المستقيم) أو القطري (90°) أو المائل حسب مساحة التركيب.
• عناصر التثبيت: تُثبَّت الخرطوشات ذات الوصلة الملولبة بوصلة لولبية، وتُربط الأنواع ذات الشفة بالبراغي على الكتلة.
• الحساس: الخرطوشات المزوّدة بمزدوج حراري من النوع J أو K تتيح مراقبة درجة حرارة السخان نفسه؛ ولدرجة حرارة الكتلة يُستخدم مزدوج حراري أو حساس PT100 منفصل. وللتفاصيل راجع دليل المزدوج الحراري وPT100.

من جهة الجهد يشيع 230 V و400 V؛ كما تُستخدم في تطبيقات الآلات والأتمتة خرطوشات منخفضة الجهد مثل 12 V أو 24 V. ولأن القدرة والجهد يحددان معًا قيمة المقاومة، يجب ذكرهما معًا عند الطلب.

التركيب والتشغيل الأول

• نظّف التجويف: الرايش والزيت والرواسب تعيق انتقال الحرارة.
• استخدم عند الحاجة معجون تركيب للحرارة العالية: فهو يقلل الالتصاق الناتج عن الأكسدة ويسهّل الفك.
• اجعل الثقب نافذًا إن أمكن: إمكانية دفع السخان من خلف التجويف تسهّل كثيرًا فك السخان العالق.
• لا تُجهد الكابل: يجب ألا يُثنى مخرج الكابل بحدة، وأن يُبعد عن الأجزاء المتحركة، وأن يُثبَّت عند الحاجة.
• افحص الرطوبة: قد يمتص حشو MgO الرطوبة مع الوقت. ويجب قياس مقاومة العزل للسخانات المخزنة طويلًا أو التي بقيت في وسط رطب قبل التشغيل، وتجفيفها بقدرة منخفضة عند الحاجة.
• استخدم التحكم في درجة الحرارة: التحكم بواسطة جهاز تحكم PID ومرحّل الحالة الصلبة (SSR) يقلل تذبذب درجة حرارة العنصر مقارنةً بالتحكم تشغيل/إيقاف.

المعلومات اللازمة للطلب

لتحديد سخان الخرطوشة المناسب يكفي أن ترسل المعلومات التالية:

1. القطر والطول الإجمالي (mm).
2. القدرة (W) والجهد (V).
3. نوع مخرج الكابل وطول الكابل وحمايته.
4. الحاجة إلى عنصر تثبيت (وصلة ملولبة، شفة) ونوع المزدوج الحراري المدمج إن وُجد.
5. مادة الكتلة ودرجة حرارة التشغيل ومقاس التجويف.
6. الكمية وتوقعات تكرار الطلب.

إذا كانت المعلومات ناقصة يمكن التقييم أيضًا عبر عينة أو صورة. ويمكنك إرفاق رسمك الفني عبر نموذج طلب عرض السعر.

الأسئلة الشائعة