Расчет нагревателей электрических печей сопротивления фельдман

Обновлено: 27.03.2024

Расчет нагревателей электропечей сопротивления / И.А. Фельдман, М.Б. Гутман, Г.К. Рубин

Это издание охраняется авторским правом. Доступ к нему может быть предоставлен в помещении библиотек — участников НЭБ, имеющих электронный читальный зал НЭБ (ЭЧЗ).

В связи с тем что сейчас посещение читальных залов библиотек ограничено, документ доступен онлайн. Для чтения необходима авторизация через «Госуслуги».

Для получения доступа нажмите кнопку «Читать (ЕСИА)».

Если вы являетесь правообладателем этого документа, сообщите нам об этом. Заполните форму.

Фельдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

Фельдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

Изд. 2-е, перераб. и доп. — М. -Л.: "Энергия", 1966г. — 104 с.

В книге рассматриваются вопросы конструирования основных видов нагревателей.

Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя.

Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве.

Книга предназначена на специалистов, работающих в области расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.

Гутман М.Б. и др. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

Гутман М.Б. и др. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

В книге рассматриваются вопросы конструирования основных видов нагревателей.
Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определенна допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя.
Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве.
Книга предназначена для специалистов, работающих в области расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.

Расчет электрических параметров металлических нагревателей.
Определение допустимой удельной поверхностной мощности металлических нагревателей.
Определение ориентировочного срока службы металлических нагревателей.
Сравнение металлических нагревателей различных систем.
Порядок расчета металлических нагревателей.
Краткие рекомендации по конструированию и изготовлению металлических нагревателей.
Расчет нагревателей из дисилицида молибдена (ДМ).
Расчет карборундовых нагревателей.

Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

В книге рассматриваются вопросы конструирования основных видов нагревателей.

Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя.
Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве.

Книга предназначена для специалистов, работающих в области расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.


В книге рассматриваются вопросы конструирования основных видов нагревателей. Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя. Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве. Книга предназначена для специалистов, работающих в области расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.

Формат: djvu

К сожалению, у нас нет описания данной книги. Если у вас есть, то вы можете помочь проекту. Напишите в коментариях ваше описание книги и мы его обязательно добавим на сайт.

Загрузить Фельдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления. DJVU

-
-
-
-
-

И книге рассматриваются вопросы конструирования основных видов нагревателей. Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя.
Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве.

Книга предназначена для специалистов, работающих о области расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.

Предисловие 4
1. Расчет электрических параметров металлических, нагревателей 7
2. Определение допустимой удельной поверхностном мощности металлических нагревателей 12
3. Определение ориентировочного срока службы металлических нагревателей 38
4. Сравнение металлических нагревателей различных систем 45
5. Порядок расчета металлических нагревателей 54
6. Краткие рекомендации по конструированию по изготовлению металлических нагревателей 64
7. Расчет нагревателей из дисилицида молибдена (ДМ) 74
8. Расчет карборундовых нагревателей 91
Приложения 98
Литература 104

ВНИМАНИЕ!

Вся информация, которая размещается на сайте носит ознакомительный характер. Мы стремимся к тому, чтобы Вы получали только достоверную, максимально полную и точную информацию. Но мы не исключаем, что некоторая информация может со временем утратить свою актуальность, допускаем возможность ошибок в содержании.

Информация на сайте размещается в исходном виде. Мы не даем гарантии на полноту и актуальность информации. Информация предоставляется также без каких-либо других явно или неявно выраженных или предполагаемых гарантий.

Администрация сайта оставляет за собой право, не уведомляя пользователей и посетителей ресурса, вносить изменения в контент. Администрация сайта не несет ответственности за информацию, предоставленную пользователями.

На сайте есть ссылки на сторонние ресурсы (сайты), на которые мы не имеем никакого влияния. Ссылки на другие ресурсы предназначены для того, чтобы пользователю было удобнее искать информацию по схожей тематике. Мы не несем ответственности за содержание других сайтов (контент), за их доступность пользователям.

Нет и не может быть таких обстоятельств, при которых владелец (администрация) сайта будет нести какую-либо ответственность перед какой-либо стороной за прямой, непрямой или косвенно причиненный ущерб из-за использования информации, находящейся на страницах этого сайта, или информации на том сайте, на который имеется гиперссылка с этого ресурса. Ни при каких обстоятельствах мы не будем нести ответственность за возможную, но упущенную выгоду, потерю программ или данных, приостановку вашей хозяйственной деятельности и в аналогичных случаях, даже если будем явно проинформированы о большой вероятности подобного ущерба.

Интернет не обеспечивает надежной защиты данных и информации, поэтому не несет и не может нести ответственность за информацию, которую получают пользователи из Интернета.

Посещая данный сайт и используя его контент в своих целях, Вы прямо выражаете свое согласие с данным «Отказом от ответственности» и принимаете всю ответственность на себя.

Администрация сайта в любое время может и имеет право вносить изменения в эти правила. Они вступают в силу безотлагательно с этого момента. Если Вы продолжаете пользоваться сайтом после того, как в «Отказ от ответственности» внесены изменения, значит - Вы автоматически согласились на соблюдение обновленных правил.

Владельцы и создатели данного ресурса не несут ответственности за содержание ссылок, за их использование и за информацию, размещенную на данном сайте, как не несут ответственность за игнорирование пользователями коммерческого статуса того программного обеспечения, на которое ведут ссылки с этого сайта.

Авторское право и право на товарный знак

Мы стремимся соблюдать авторские права других собственников и использовать собственные или не требующие лицензирования материалы. Загрузка и копирование текстовых материалов, изображений, фотографий или иных файлов с нашего сайта допускается только для личного, некоммерческого использования. Поскольку содержимое этого раздела сайта создается из открытых общедоступных и бесплатных источников. Если вам стало известно об авторском праве на какой-либо материал на сайте, пожалуйста, сообщите нам. После уведомления о нарушениях, мы удалим такое содержимое немедленно.

Загрузить Фельдман И.А. Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления. DJVU

-
-
-
-
-

Фельдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И.
Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления. Фельдман И.А. и др.
Издание второе переработанное и дополненное
Л.-М.: "Энергия", 1966г., 104с.
Формат: DJVU

Описание: И книге рассматриваются попроси конструировании основных видов нагревателей. Даны расчеты электрических параметров нагревателей и определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя.
Рассматриваются особенности расчета нагревателя при скоростном нагреве.

Книга предназначена для специалистов, работающих а облает расчета и конструирования нагревателей, а также занимающихся эксплуатацией электропечей сопротивления.

1. Расчет электрических параметров металлических нагревателей 7
2. Определение допустимой удельной поверхностной мощности металлических нагревателей 12
3. Определение ориентировочного срока службы металлических нагревателей 38
4. Сравнение металлических нагревателей различных систем 45
5. Порядок расчета металлических нагревателей 54
6. Краткие рекомендации по конструированию и изготовлению металлических нагревателей 64
7. Расчет нагревателей из дисилицида молибдена (ДМ) 74
8. Расчет карборундовых нагревателей 91

Приложения 98
Литература 104

ВНИМАНИЕ!

Вся информация, которая размещается на сайте носит ознакомительный характер. Мы стремимся к тому, чтобы Вы получали только достоверную, максимально полную и точную информацию. Но мы не исключаем, что некоторая информация может со временем утратить свою актуальность, допускаем возможность ошибок в содержании.

Информация на сайте размещается в исходном виде. Мы не даем гарантии на полноту и актуальность информации. Информация предоставляется также без каких-либо других явно или неявно выраженных или предполагаемых гарантий.

Администрация сайта оставляет за собой право, не уведомляя пользователей и посетителей ресурса, вносить изменения в контент. Администрация сайта не несет ответственности за информацию, предоставленную пользователями.

На сайте есть ссылки на сторонние ресурсы (сайты), на которые мы не имеем никакого влияния. Ссылки на другие ресурсы предназначены для того, чтобы пользователю было удобнее искать информацию по схожей тематике. Мы не несем ответственности за содержание других сайтов (контент), за их доступность пользователям.

Нет и не может быть таких обстоятельств, при которых владелец (администрация) сайта будет нести какую-либо ответственность перед какой-либо стороной за прямой, непрямой или косвенно причиненный ущерб из-за использования информации, находящейся на страницах этого сайта, или информации на том сайте, на который имеется гиперссылка с этого ресурса. Ни при каких обстоятельствах мы не будем нести ответственность за возможную, но упущенную выгоду, потерю программ или данных, приостановку вашей хозяйственной деятельности и в аналогичных случаях, даже если будем явно проинформированы о большой вероятности подобного ущерба.

Интернет не обеспечивает надежной защиты данных и информации, поэтому не несет и не может нести ответственность за информацию, которую получают пользователи из Интернета.

Посещая данный сайт и используя его контент в своих целях, Вы прямо выражаете свое согласие с данным «Отказом от ответственности» и принимаете всю ответственность на себя.

Администрация сайта в любое время может и имеет право вносить изменения в эти правила. Они вступают в силу безотлагательно с этого момента. Если Вы продолжаете пользоваться сайтом после того, как в «Отказ от ответственности» внесены изменения, значит - Вы автоматически согласились на соблюдение обновленных правил.

Владельцы и создатели данного ресурса не несут ответственности за содержание ссылок, за их использование и за информацию, размещенную на данном сайте, как не несут ответственность за игнорирование пользователями коммерческого статуса того программного обеспечения, на которое ведут ссылки с этого сайта.

Авторское право и право на товарный знак

Мы стремимся соблюдать авторские права других собственников и использовать собственные или не требующие лицензирования материалы. Загрузка и копирование текстовых материалов, изображений, фотографий или иных файлов с нашего сайта допускается только для личного, некоммерческого использования. Поскольку содержимое этого раздела сайта создается из открытых общедоступных и бесплатных источников. Если вам стало известно об авторском праве на какой-либо материал на сайте, пожалуйста, сообщите нам. После уведомления о нарушениях, мы удалим такое содержимое немедленно.

Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления

Сверхвысоковакуумные электрические печи сопротивления
В книге освещены некоторые вопросы проектирования и эксплуатации сверхвысоковакуумных электропечей сопротивления.Описаны требования к конструкционным.

Резисторы проволочного сопротивления. Газоразрядные индикаторные панели
Расчет конструктивных параметров и выполнение общего чертежа топологии фильтра на поверхностных акустических волнах. Конструирование проволочного рези.

Конструкции индукционных вакуумных электропечей и их узлов
В этой работе описаны конструкции индукционных вакуумных электропечей и их узлов, разработанных КБ «Электропечь», и приводятся технические характерист.

Расчет сварной колонны
Проектирование сплошной и сквозной колонны. Расчет материальной и свободной осей. Определение размеров опорной плиты. Расчет и конструирование траверс.

Расчет сопротивления ограждающей конструкции
Характеристика района строительства и назначения помещения. Теплотехнические характеристики материала стены. Расчет нормируемого сопротивления теплопе.

Нагреватели. Методика и примеры расчета

На странице представлена только выдержка из статьи "Нагреватели. Методика и примеры расчета" .

Калькулятор нагревателей электрических печей

Рассчитать нагреватель

Параметры электрической печи

Результаты расчета

Параметры нагревателя

Введение

Очень часто при желании сделать или отремонтировать нагреватель электропечи своими руками у человека появляется много вопросов. Например, какого диаметра взять проволоку, какова должна быть ее длина или какую мощность можно получить, используя проволоку или ленту с заданными параметрами и т.д. При правильном подходе к решению данного вопроса необходимо учитывать достаточно много параметров, например, силу тока, проходящего через нагреватель, рабочую температуру, тип электрической сети и другие.

В данной статье приводятся справочные данные о материалах, наиболее распространенных при изготовлении нагревателей электрических печей, а также методика и примеры их расчета (расчета нагревателей электрических печей).

Нагреватели. Материалы для изготовления нагревателей

Непосредственно нагреватель – один из самых важных элементов печи, именно он осуществляет нагрев, имеет наибольшую температуру и определяет работоспособность нагревательной установки в целом. Поэтому нагреватели должны соответствовать ряду требований, которые приведены ниже.

Требования к нагревателям

  • Нагреватели должны обладать достаточной жаростойкостью (окалиностойкостью) и жаропрочностью. Жаропрочность - механическая прочность при высоких температурах. Жаростойкость - сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах (более подробно свойства жаростойкости и жаропорочности описаны на странице Жаропрочные сплавы и стали).
  • Нагреватель в электропечи должен быть сделан из материала, обладающего высоким удельным электрическим сопротивлением. Говоря простым языком, чем выше электрическое сопротивление материала, тем сильнее он нагревается. Следовательно, если взять материал с меньшим сопротивлением, то потребуется нагреватель большей длины и с меньшей площадью поперечного сечения. Не всегда в печи может быть размещен достаточно длинный нагреватель. Также стоит учитывать, что, чем больше диаметр проволоки, из которой сделан нагреватель, тем дольше срок его службы. Примерами материалов, обладающих высоким электрическим сопротивлением являются хромоникелевый сплав нихром Х20Н80, Х15Н60, железохромоалюминиевый сплав фехраль Х23Ю5Т, которые относятся к прецизионным сплавам с высоким электрическим сопротивлением.
  • Малый температурный коэффициент сопротивления является существенным фактором при выборе материала для нагревателя. Это означает, что при изменении температуры электрическое сопротивление материала нагревателя меняется не сильно. Если температурный коэффициент электросопротивления велик, для включения печи в холодном состоянии приходится использовать трансформаторы, дающие в начальный момент пониженное напряжение.
  • Физические свойства материалов нагревателей должны быть постоянными. Некоторые материалы, например карборунд, который является неметаллическим нагревателем, с течением времени могут изменять свои физические свойства, в частности электрическое сопротивление, что усложняет условия их эксплуатации. Для стабилизации электрического сопротивления используют трансформаторы с большим количеством ступеней и диапазоном напряжений.
  • Металлические материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, а именно: пластичностью и свариваемостью, - чтобы из них можно было изготовить проволоку, ленту, а из ленты - сложные по конфигурации нагревательные элементы. Также нагреватели могут быть изготовлены из неметаллов. Неметаллические нагреватели прессуются или формуются, превращаясь в готовое изделие.

Материалы для изготовления нагревателей

Наиболее подходящими и самыми используемыми в производстве нагревателей для электропечей являются прецизионные сплавы с высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся сплавы на основе хрома и никеля (хромоникелевые), железа, хрома и алюминия (железохромоалюминиевые). Марки и свойства данных сплавов рассмотрены в ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Представителями хромоникелевых сплавов является нихром марок Х20Н80, Х20Н80-Н (950-1200 °С), Х15Н60, Х15Н60-Н (900-1125 °С), железохромоалюминиевых – фехраль марок Х23Ю5Т (950-1400 °С), Х27Ю5Т (950-1350 °С), Х23Ю5 (950-1200 °С), Х15Ю5 (750-1000 °С). Также существуют железохромоникелевые сплавы - Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ.

Перечисленные выше сплавы обладают хорошими свойствами жаропрочности и жаростойкости, поэтому они могут работать при высоких температурах. Хорошую жаростойкость обеспечивает защитная пленка из окиси хрома, которая образуется на поверхности материала. Температура плавления пленки выше температуры плавления непосредственно сплава, она не растрескивается при нагреве и охлаждении.

В последнее время разработаны сплавы типа Х15Н60Ю3 и Х27Н70ЮЗ, т.е. с добавлением 3% алюминия, что значительно улучшило жаростойкость сплавов, а наличие никеля практически исключило имеющиеся у железохромоалюминиевых сплавов недостатки. Сплавы Х15Н60ЮЗ, Х27Н60ЮЗ не взаимодействуют с шамотом и окислами железа, достаточно хорошо обрабатываются, механически прочны, нехрупки. Максимальная рабочая температура сплава Х15Н60ЮЗ составляет 1200 °С.

Помимо перечисленных выше сплавов на основе никеля, хрома, железа, алюминия для изготовления нагревателей применяют и другие материалы: тугоплавкие металлы, а также неметаллы.

Среди неметаллов для изготовления нагревателей используют карборунд, дисилицид молибдена, уголь, графит. Нагреватели из карборунда и дисилицида молибдена используют в высокотемпературных печах. В печах с защитной атмосферой применяют угольные и графитовые нагреватели.

Среди тугоплавких материалов в качестве нагревателей могут использоваться вольфрам, молибден, тантал и ниобий. В высокотемпературных вакуумных печах и печах с защитной атмосферой применяются нагреватели из молибдена и вольфрама. Молибденовые нагреватели могут работать до температуры 1700 °С в вакууме и до 2200 °С – в защитной атмосфере. Такая разница температур обусловлена испарением молибдена при температурах выше 1700 °С в вакууме. Вольфрамовые нагреватели могут работать до 3000 °С. В особых случаях применяют нагреватели из тантала и ниобия.

Расчет нагревателей электрических печей

Обычно в качестве исходных данных для расчета нагревателей электрических печей выступают мощность, которую должны обеспечивать нагреватели, максимальная температура, которая требуется для осуществления соответствующего технологического процесса (отпуска, закалки, спекания и т.д.) и размеры рабочего пространства электрической печи. Если мощность печи не задана, то ее можно определить по эмпирическому правилу . В ходе расчета нагревателей требуется получить диаметр и длину (для проволоки) или площадь сечения и длину (для ленты), которые необходимы для изготовления нагревателей.

Также необходимо определить материал, из которого следует делать нагреватели (данный пункт в статье не рассматривается). В данной статье в качестве материала для нагревателей рассматривается хромоникелевый прецизионный сплав с высоким электрическим сопротивлением нихром Х20Н80, который является одним из самых популярных при изготовлении нагревательных элементов.

Определение диаметра и длины нагревателя (нихромовой проволоки) для заданной мощности печи (простой расчет)

Пожалуй, наиболее простым вариантом расчета нагревателей из нихрома является выбор диаметра и длины нихромовой проволоки при заданной мощности нагревателя, питающего напряжения сети, а также температуры, которую будет иметь нагреватель. Несмотря на простоту расчета, в нем имеется одна особенность, на которую мы обратим внимание ниже.

Пример расчета диаметра и длины нагревательного элемента

Исходные данные:
Устройство мощностью P = 800 Вт; напряжение сети U = 220 В; температура нагревателя 800 °C. В качестве нагревательного элемента используется нихромовая проволока Х20Н80.

1. Сначала необходимо определить силу тока, которая будет проходить через нагревательный элемент:
I = P / U = 800 / 220 = 3,63 А.

2. Теперь нужно найти сопротивление нагревателя:
R = U / I = 220 / 3,63 = 61 Ом;

3. Исходя из значения полученной в п. 1 силы тока, проходящего через нихромовый нагреватель, нужно выбрать диаметр проволоки. И этот момент является важным. Если, например, при силе тока в 6 А использовать нихромовую проволоку диаметром 0,4 мм, то она сгорит. Поэтому, рассчитав силу тока, необходимо выбрать из таблицы соответствующее значение диаметра проволоки. В нашем случае для силы тока 3,63 А и температуры нагревателя 800 °C выбираем нихромовую проволоку с диаметром d = 0,35 мм и площадью поперечного сечения S = 0,096 мм 2 .

Общее правило выбора диаметра проволоки можно сформулировать следующим образом: необходимо выбрать проволоку, у которой допустимая сила тока не меньше, чем расчетная сила тока, проходящего через нагреватель. С целью экономии материала нагревателя следует выбирать проволоку с ближайшей большей (чем расчетная) допустимой силой тока.

Допустимая сила тока, проходящего через нагреватель из нихромовой проволоки, соответствующая определенным температурам нагрева проволоки, подвешенной горизонтально в спокойном воздухе нормальной температуры
Диаметр нихромовой проволоки, мм Площадь поперечного сечения нихромовой проволоки, мм 2 Температура нагрева нихромовой проволоки, °C
200 400 600 700 800 900 1000
Максимальная допустимая сила тока, А
5 19,6 52 83 105 124 146 173 206
4 12,6 37,0 60,0 80,0 93,0 110,0 129,0 151,0
3 7,07 22,3 37,5 54,5 64,0 77,0 88,0 102,0
2,5 4,91 16,6 27,5 40,0 46,6 57,5 66,5 73,0
2 3,14 11,7 19,6 28,7 33,8 39,5 47,0 51,0
1,8 2,54 10,0 16,9 24,9 29,0 33,1 39,0 43,2
1,6 2,01 8,6 14,4 21,0 24,5 28,0 32,9 36,0
1,5 1,77 7,9 13,2 19,2 22,4 25,7 30,0 33,0
1,4 1,54 7,25 12,0 17,4 20,0 23,3 27,0 30,0
1,3 1,33 6,6 10,9 15,6 17,8 21,0 24,4 27,0
1,2 1,13 6,0 9,8 14,0 15,8 18,7 21,6 24,3
1,1 0,95 5,4 8,7 12,4 13,9 16,5 19,1 21,5
1,0 0,785 4,85 7,7 10,8 12,1 14,3 16,8 19,2
0,9 0,636 4,25 6,7 9,35 10,45 12,3 14,5 16,5
0,8 0,503 3,7 5,7 8,15 9,15 10,8 12,3 14,0
0,75 0,442 3,4 5,3 7,55 8,4 9,95 11,25 12,85
0,7 0,385 3,1 4,8 6,95 7,8 9,1 10,3 11,8
0,65 0,342 2,82 4,4 6,3 7,15 8,25 9,3 10,75
0,6 0,283 2,52 4 5,7 6,5 7,5 8,5 9,7
0,55 0,238 2,25 3,55 5,1 5,8 6,75 7,6 8,7
0,5 0,196 2 3,15 4,5 5,2 5,9 6,75 7,7
0,45 0,159 1,74 2,75 3,9 4,45 5,2 5,85 6,75
0,4 0,126 1,5 2,34 3,3 3,85 4,4 5,0 5,7
0,35 0,096 1,27 1,95 2,76 3,3 3,75 4,15 4,75
0,3 0,085 1,05 1,63 2,27 2,7 3,05 3,4 3,85
0,25 0,049 0,84 1,33 1,83 2,15 2,4 2,7 3,1
0,2 0,0314 0,65 1,03 1,4 1,65 1,82 2,0 2,3
0,15 0,0177 0,46 0,74 0,99 1,15 1,28 1,4 1,62
0,1 0,00785 0,1 0,47 0,63 0,72 0,8 0,9 1,0
  • если нагреватели находятся внутри нагреваемой жидкости, то нагрузку (допустимую силу тока) можно увеличить в 1,1 - 1,5 раза;
  • при закрытом расположении нагревателей (например, в камерных электропечах) необходимо уменьшить нагрузки в 1,2 - 1,5 раза (меньший коэффициент берется для более толстой проволоки, больший - для тонкой).

Итогом расчетов является необходимая длина нихромовой проволоки, которая составляет 5,3 м, диаметр - 0,35 мм.

Определение диаметра и длины нагревателя (нихромовой проволоки) для заданной печи (подробный расчет)

Расчет, представленный в данном пункте, является более сложным, чем выше. Здесь мы учтем дополнительные параметры нагревателей, попытаемся разобраться с вариантами подключения нагревателей к сети трехфазного тока. Расчет нагревателя будем проводить на примере электрической печи. Пусть исходными данными являются внутренние размеры печи.

1. Первое, что необходимо сделать - посчитать объем камеры внутри печи. В данном случае возьмем h = 490 мм, d = 350 мм и l = 350 мм (высота, ширина и глубина соответственно). Таким образом, получаем объем V = h · d · l = 490· 350 · 350 = 60 · 10 6 мм 3 = 60 л (мера объема).

2. Далее необходимо определить мощность, которую должна выдавать печь. Мощность измеряется в Ваттах (Вт) и определяется по эмпирическому правилу: для электрической печи объемом 10 - 50 литров удельная мощность составляет 100 Вт/л (Ватт на литр объема), объемом 100 - 500 литров - 50 - 70 Вт/л. Возьмем для рассматриваемой печи удельную мощность 100 Вт/л. Таким образом мощность нагревателя электрической печи должна составлять P = 100 · 60 = 6000 Вт = 6 КВт.

Стоит отметить, что при мощности 5-10 кВт нагреватели изготовляют, обычно, однофазными. При больших мощностях для равномерной загрузки сети нагреватели делают трехфазными.

3. Затем нужно найти силу тока, проходящего через нагреватель I = P / U, где P - мощность нагревателя, U - напряжение на нагревателе (между его концами), и сопротивление нагревателя R = U / I.

  • к бытовой сети однофазного тока - тогда U = 220 В;
  • к промышленной сети трехфазного тока - U = 220 В (между нулевым проводом и фазой) или U = 380 В (между двумя любыми фазами).

Бытовая сеть однофазного тока

I = P / U = 6000 / 220 = 27,3 А - ток проходящий через нагреватель.
Затем необходимо определить сопротивление нагревателя печи.
R = U / I = 220 / 27,3 = 8,06 Ом.

Проволочный нагреватель в сети однофазного тока

Рисунок 1 Проволочный нагреватель в сети однофазного тока

Искомые значения диаметра проволоки и ее длины будут определены в п. 5 данного параграфа.

Промышленная сеть трехфазного тока

При данном типе подключения нагрузка распределяется равномерно на три фазы, т.е. по 6 / 3 = 2 КВт на фазу. Таким образом, нам требуется 3 нагревателя. Далее необходимо выбрать способ подключения непосредственно нагревателей (нагрузки). Способов может быть 2: “ЗВЕЗДА” или “ТРЕУГОЛЬНИК”.

Стоит заметить, что в данной статье формулы для расчета силы тока (I) и сопротивления (R) для трехфазной сети записаны не в классическом виде. Это сделано для того, чтобы не усложнять изложение материала по расчету нагревателей электротехническими терминами и определениями (например, не упоминаются фазные и линейные напряжения и токи и соотношения между ними). С классическим подходом и формулами расчета трехфазных цепей можно ознакомиться в специализированной литературе. В данной статье некоторые математические преобразования, проведенные над классическими формулами, скрыты от читателя, и на конечный результат это не оказывает никакого влияния.

При подключении типа “ЗВЕЗДА” нагреватель подключается между фазой и нулем (см. рис. 2). Соответственно, напряжение на концах нагревателя будет U = 220 В.
Ток, проходящий через нагреватель -
I = P / U = 2000 / 220 = 9,10 А.
Сопротивление одного нагревателя -
R = U / I = 220 / 9,10 = 24,2 Ом.

Проволочный нагреватель в сети трехфазного тока. Подключение типа ЗВЕЗДА

Рисунок 2 Проволочный нагреватель в сети трехфазного тока. Подключение по схеме "ЗВЕЗДА"

При подключении типа “ТРЕУГОЛЬНИК” нагреватель подключается между двумя фазами (см. рис. 3). Соответственно, напряжение на концах нагревателя будет U = 380 В.
Ток, проходящий через нагреватель -
I = P / U = 2000 / 380 = 5,26 А.
Сопротивление одного нагревателя -
R = U / I = 380/ 5,26 = 72,2 Ом.

Проволочный нагреватель в сети трехфазного тока. Подключение типа ТРЕУГОЛЬНИК

Рисунок 3 Проволочный нагреватель в сети трехфазного тока. Подключение по схеме "ТРЕУГОЛЬНИК"

4. После определения сопротивления нагревателя при соответствующем подключении к электрической сети необходимо подобрать диаметр и длину проволоки.

При определении указанных выше параметров необходимо анализировать удельную поверхностную мощность нагревателя, т.е. мощность, которая выделяется с единицы площади. Поверхностная мощность нагревателя зависит от температуры нагреваемого материала и от конструктивного выполнения нагревателей.

Полученная поверхностная мощность слишком велика. Нагреватель расплавится, если нагреть его до температуры, которая обеспечила бы полученное значение поверхностной мощности. Данная температура будет выше температуры плавления материала нагревателя.

Приведенный пример является демонстрацией неправильного выбора диаметра проволоки, которая будет использоваться для изготовления нагревателя. В п. 5 данного параграфа будет приведен пример с правильным подбором диаметра.

Для каждого материала в зависимости от требуемой температуры нагрева определено допустимое значение поверхностной мощности. Оно может определяться с помощью специальных таблиц или графиков. В данных расчетах используются таблицы.



Проволочные спирали, полузакрытые в пазах футеровки


Проволочные спирали на полочках в трубках


Проволочные зигзагообразные (стержневые) нагреватели

5. После определения допустимой поверхностной мощности нагревателя необходимо найти его диаметр (для проволочных нагревателей) или ширину и толщину (для ленточных нагревателей), а также длину.

Диаметр проволоки можно определить по следующей формуле:

Длину проволоки можно определить по следующей формуле:

l - длина проволоки, [м].

Длина нагревателя l = 43 м.

Данный расчет дает минимальный диаметр проволоки, при котором она может быть использована в качестве нагревателя при заданных условиях. С точки зрения экономии материала такой расчет является оптимальным. При этом также может быть использована проволока большего диаметра, но тогда ее количество возрастет.

Итоги
Таким образом, для нагревателя потребуется 43 метра нихромовой проволоки Х20Н80 диаметром 2,8 мм, это составляет 2,3 кг.

Промышленная сеть трехфазного тока
Также можно найти диаметр и длину проволоки, необходимой для изготовления нагревателей печи, подключенной к сети трехфазного тока.

Как описано в п. 3, на каждый из трех нагревателей приходится по 2 КВт мощности. Найдем диаметр, длину и массу одного нагревателя.

Подключение типа “ЗВЕЗДА” (см. рис. 2)

Подключение типа “ТРЕУГОЛЬНИК” (см. рис. 3)

Данное значение практически совпадает со значением, полученным в результате другого расчета.

Если сравнить 2 рассмотренных выше варианта подключения нагревателей к сети трехфазного тока, то можно заметить, что для “ЗВЕЗДЫ” требуется проволока большего диаметра, чем для “ТРЕУГОЛЬНИКА” (1,4 мм против 0,95 мм), чтобы обеспечить заданную мощность печи 6 кВт. При этом требуемая длина нихромовой проволоки при подключении по схеме “ЗВЕЗДА” меньше длины проволоки при подключении типа “ТРЕУГОЛЬНИК” (90 м против 129 м), а требуемая масса, наоборот, больше (1,2 кг против 0,8 кг).

Расчет спирали

При эксплуатации основная задача - это разместить нагреватель расчетной длины в ограниченном пространстве печи. Нихромовая и фехралевая проволока подвергаются навивке в виде спиралей или сгибанию в форме зигзагов, лента сгибается в форме зигзагов, что позволяет вместить большее количество материала (по длине) в рабочую камеру. Наиболее распространенным вариантом является спираль.

Соотношения между шагом спирали и ее диаметром и диаметром проволоки выбирают таким образом, чтобы облегчить размещение нагревателей в печи, обеспечить достаточную их жесткость, в максимально возможной степени исключить локальный перегрев витков самой спирали и в то же время не затруднить теплоотдачу от них к изделиям.

Чем больше диаметр спирали и чем меньше ее шаг, тем легче разместить в печи нагреватели, но с увеличением диаметра уменьшается прочность спирали, увеличивается склонность ее витков лечь друг на друга. С другой стороны, с увеличением частоты намотки увеличивается экранирующее действие обращенной к изделиям части ее витков на остальные и, следовательно, ухудшается использование ее поверхности, а также могут возникнуть местные перегревы.

Практика установила вполне определенные, рекомендуемые соотношения между диаметром проволоки (d), шагом (t) и диаметром спирали (D) для проволоки Ø от 3 до 7 мм. Эти соотношения следующие: t ≥ 2d и D = (7÷10)·d для нихрома и D = (4÷6)·d - для менее прочных железохромоалюминиевых сплавов, таких как фехраль и т.п. Для более тонких проволок отношение D и d, а также t обычно берутся больше.

Заключение

В статье были рассмотрены различные аспекты, касающиеся расчета нагревателей электрических печей - материалы, примеры расчета с необходимыми справочными данными, ссылками на стандарты, иллюстрациями.

В примерах были рассмотрены методики расчета только проволочных нагревателей. Помимо проволоки из прецизионных сплавов для изготовления нагревателей может применяться и лента.

Расчет нагревателей не ограничивается выбором их размеров. Также необходимо определить материал, из которого должен быть сделан нагреватель, тип нагревателя (проволочный или ленточный), тип расположения нагревателей и другие особенности. Если нагреватель изготавливается в виде спирали, то необходимо определить количество витков и шаг между ними.

В случае обнаружения неточностей, просим сообщить нам на адрес электронной почты info@metotech.ru или с помощью системы "Орфус", выделив текст с ошибкой и нажав Ctrl+Enter.

Список литературы

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Читайте также: