لماذا تركز حالات فشل المزدوجات الحرارية على مناطق الفوهة أكثر من مناطق المتشعبة؟

تظهر إحصائيات صيانة ورشة العمل أن أكثر من 70% من أخطاء انهيار المزدوجات الحرارية تحدث في مجسات الفوهة الساخنة، بينما تمثل المزدوجات الحرارية المتعددة أقل من 30% من إجمالي الأعطال. تختلف البيئة الهيكلية وخصائص درجة الحرارة وظروف التآكل الخاصة بالفوهات تمامًا عن تلك الموجودة في الصفائح المتشعبة، مما يتسبب في العديد من أسباب الأضرار المتراكبة التي تسرع من تقادم المزدوجات الحرارية الفوهة وفشلها.

أولاً، تتمتع مناطق الفوهة بدرجات حرارة ذروة مستمرة أكبر ومعدلات تغير أسرع في درجة الحرارة. تكون الفوهات الساخنة هي الأقرب إلى بوابة القالب التي يتدفق من خلالها المنصهر ويبدد الحرارة باستمرار. تبلغ درجة حرارة سطح غلاف تسخين الفوهة 30-80 درجة أعلى من درجة حرارة لوحة المشعب. في التشغيل طويل المدى لدرجة الحرارة العالية جدًا، سوف تتأكسد أسلاك السبائك الحرارية ومعدن الغلاف، وستؤدي رواسب الأكسيد إلى الانجراف وهشاشة الأسلاك. عندما تتغير دورة الحقن، يؤدي تقلب تدفق الذوبان إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل فوري عند طرف الفوهة، مما يؤدي إلى صدمة حرارية متكررة لمسبار الاستشعار، في حين أن اللوحة المتشعبة تحتوي على حجم فولاذي كبير مع كتلة حرارية مستقرة وتقلب معتدل في درجة الحرارة، مما يقلل بشكل كبير من تكرار تلف الصدمة الحرارية.

ثانيًا، تحتوي مجسات الفوهة على رواسب كربون خطيرة وتآكل غازي مسبب للتآكل. موقع فوهة البوابة هو منطقة ركود الذوبان، حيث يبقى البلاستيك لفترة أطول ويتحلل لينتج بقايا متفحمة وغازات حمضية متطايرة. يتصل طرف الاستشعار المزدوج الحراري الذي يتم إدخاله في فتحة تسخين الفوهة على الفور بهذه البيئة المسببة للتآكل، وتغلف طبقات الكربون سطح المسبار لتشكيل حاجز عزل الحرارة، ويدخل الغاز المتآكل إلى فجوات غمد مجهرية لتآكل أسلاك السبائك الداخلية. إن تدفق الذوبان الداخلي للمشعب يكون سلسًا، مع فترة بقاء قصيرة، وترسب كربون أقل وتآكل غاز أقل، لذلك تحافظ مجسات المشعب على دقة مستقرة لفترة أطول.

ثالثًا، يتم تفكيك مجموعات الفوهات بشكل متكرر للصيانة وتتعرض للتلف الميكانيكي بشكل متكرر. يقوم المتخصصون كل أسبوع إلى أربعة أسابيع بفصل أكمام تسخين الفوهة والمزدوجات الحرارية المدمجة لإزالة تراكم الكربون في البوابة-وتغيير الفوهات المسدودة وإصلاح إبر الصمامات. تتكون كل عملية تفكيك من دفع الكابل المزدوج الحراري ولفه وثنيه لتوليد إجهاد الكلال في منطقة انتقال كابل المسبار-مما يؤدي في النهاية إلى قطع الأسلاك الداخلية. نادرًا ما يتم تفكيك ألواح المتشعبات باستثناء التنظيف العميق السنوي، وبالتالي يتم تجنيب المزدوجات الحرارية المتشعبة من التوتر الميكانيكي المنتظم وتلف الانحناء.

رابعا، المساحة الداخلية المحدودة للفوهة تزيد من الاحتكاك وتلف البثق. تشتمل أكمام تسخين الفوهة على فتحات صغيرة محجوزة للمسابير ذات الخلوص المحدود. سيؤدي التمدد الحراري لفولاذ الفوهة أثناء التسخين إلى احتكاك محكم بين الغلاف وجدار الثقب. يؤدي التمدد والانكماش الترددي إلى توليد حفر تآكل، والتي تعمل على كشط سطح الغلاف بشكل مستمر. في المقابل، تحتوي الألواح المتشعبة القياسية على فولاذ أكثر سمكًا ومساحة أكبر لتركيب الثقوب. لذلك، فإن تآكل الاحتكاك على المجسات المتعددة بعد التمدد الحراري يكون بسيطًا. تمثل فوهات بوابة الصمام أيضًا خطرًا إضافيًا، نظرًا لأن إبر الصمام الترددية تكون عرضة للاحتكاك بكابلات المزدوجات الحرارية، مما يؤدي إلى تآكل الغلاف وقصرها.

خامسًا، يؤدي تبديد الحرارة غير المتكافئ إلى زيادة تداخل فجوة القياس في مجسات الفوهة. توجد الفوهات بجوار ألواح تبريد القالب وإدراج البوابة، مع فقدان الحرارة بسرعة. مجسات الربيع فضفاضة قليلاً، مما سيولد فجوات هوائية كبيرة، ويكون الانجراف سريعًا. يتم لف القطن العازل الحراري على اللوحة المتعددة ككل، ويتم موازنة فقدان الحرارة. حتى لو كانت هناك فجوات اتصال صغيرة، فإن فرق درجة الحرارة لا يكاد يذكر.

إستراتيجيات التحسين المستهدفة لتقليل تكرار فشل المزدوجات الحرارية للفوهة: اعتماد عالمي لمسبار حربة زنبركية أكثر سمكًا 316L/Hastelloy مضادة-للتآكل لجميع الفوهات، وإضافة أقسام انتقالية مرنة مضادة-للتعب في منافذ الكابلات، وتوحيد عمليات التفكيك لتجنب سحب الأسلاك الصلبة، وتقصير دورات تنظيف مسبار الفوهة ومعايرة كل أسبوعين، بينما تتبع المسابير المتعددة جدول الصيانة الربع سنوي القياسي. تعمل إجراءات الصيانة المختلفة للفوهة والمزدوجات الحرارية المتعددة على تقليل معدلات فشل المستشعر الإجمالية لأنظمة المجاري الساخنة.