Niektóre domowe urządzenia grzewcze nadal używają drutu nichromowego. Charakteryzuje się wysoką odpornością cieplną charakterystyczną dla stopu niklu i chromu. Materiał ten charakteryzuje się dobrą ciągliwością, wysoką opornością elektryczną i niskim współczynnikiem temperaturowym oporu. Dlatego przy obliczaniu drutu nichromowego do grzejnika należy wziąć pod uwagę te parametry. W przeciwnym razie wyniki obliczeń będą niedokładne i nie dadzą pożądanego wyniku.

Korzystanie z kalkulatora internetowego w obliczeniach

Szybkie obliczenia można wykonać za pomocą kalkulatora online. Dzięki niemu możesz obliczyć i w przybliżeniu ustawić żądaną długość drutu nichromowego. Z reguły brane są pod uwagę marki najczęściej stosowane w urządzeniach grzewczych - Kh20N80, Kh20N80-N, Kh15N60.

Do wykonania obliczeń wymagane są obowiązkowe dane początkowe. Przede wszystkim jest to planowana do uzyskania moc grzałki, średnica drutu nichromowego oraz wartość napięcia sieciowego.

Obliczenia przeprowadza się w następujący sposób. Przede wszystkim musisz zainstalować zgodnie z określonymi parametrami, zgodnie ze wzorem: I = P / U. Następnie obliczana jest rezystancja całego elementu grzejnego. Następnie potrzebujesz rezystywności elektrycznej dla określonej marki drutu nichromowego. Ta wartość będzie potrzebna do ustalenia najbardziej optymalnej długości elementu grzejnego za pomocą innego wzoru: l = SR/ρ. Prawidłowy dobór długości doprowadzi rezystancję grzałki R do pożądanej wartości.

Po wykonaniu obliczeń zaleca się sprawdzenie uzyskanych danych za pomocą tabeli i upewnienie się, że obliczony prąd odpowiada wartości dopuszczalnej. Jeżeli prąd znamionowy przekracza dopuszczalne granice, należy przeprowadzić ponowne obliczenia, zwiększając średnicę drutu nichromowego lub zmniejszając moc samego elementu grzejnego. Należy wziąć pod uwagę fakt, że wszystkie parametry podane w tabelach są obliczone dla nagrzewnic w pozycji poziomej i pracujących w środowisku powietrznym.

Jeśli planuje się użycie spirali nichromowej umieszczonej w cieczy, wartość dopuszczalnego prądu należy pomnożyć przez współczynnik 1,1-1,5. Przeciwnie, gdy spirala jest zamknięta, należy ją zmniejszyć o 1,2-1,5 razy.

Nawijanie spirali nichromowej do dalszego ogrzewania odbywa się głównie metodą prób i błędów. Po uzwojeniu do elementu grzejnego przykładane jest napięcie, a wymagana liczba zwojów jest określana na podstawie nagrzewania się drutu.

Ten proces może zająć dużo czasu. Warto pamiętać, że nichrom może stracić swoje właściwości przy dużej liczbie załamań. Drut szybko przepali się w obszarach deformacji. Ostatecznie może się okazać, że dobry materiał zamieni się w złom.

W celu prawidłowego obliczenia spirali nichromowej zwykle stosuje się specjalne tabele, w których rezystancja właściwa drutu nichromowego \u003d (Ohm mm2 / m). Ale te tabele wyświetlają dane dla napięcia 220V. W celu działania elementu grzejnego w środowisku przemysłowym będziesz musiał samodzielnie przeprowadzić obliczenia, zastępując dostępne dane.

Według danych tabelarycznych możliwe jest dokładne określenie długości uzwojenia i odległości między zwojami. W zależności od średnicy drutu i średnicy pręta nawojowego z nichromu, ponowne obliczenie długości spirali do pracy przy innym napięciu nie będzie trudne. Tutaj musisz użyć prostej proporcji matematycznej.

Na przykład, jeśli trzeba obliczyć długość spirali dla napięcia 380 V za pomocą drutu o średnicy Ø 0,6 mm i pręta nawojowego Ø 6 mm. W tabeli widać, że długość spirali przy napięciu 220 V powinna wynosić 30 cm, a następnie obliczamy według następującego stosunku:

220 V - 30 cm
380 V - X cm

Na podstawie tych danych:

X= 380 30/220=52 cm

Po nawinięciu spirali należy ją podłączyć do nośnika energii i upewnić się, że uzwojenie jest prawidłowe. W takim przypadku nawinięty drut nie jest odcinany. W przypadku spirali w zamkniętym grzejniku długość uzwojenia powinna być o 1/3 większa niż wartości podane w tabeli.

Obliczanie elementu grzejnego wykonanego z drutu nichromowego

Długość drutu określa się na podstawie wskaźników wymaganej mocy.

Jako przykład przeprowadzimy następujące obliczenia na podstawie dostępnych wskaźników.

Bardzo często, jeśli chcesz zrobić lub naprawić podgrzewacz piece elektryczne zrób to sam, osoba ma wiele pytań. Np. jaką średnicę wziąć drut, jaka powinna być jego długość, czy jaką moc można uzyskać stosując drut lub taśmę o zadanych parametrach itp. Przy odpowiednim podejściu do rozwiązania tego problemu należy wziąć pod uwagę dość wiele parametrów, na przykład siłę przepływającego prądu podgrzewacz, temperatura pracy, rodzaj sieci elektrycznej i inne.

Ten artykuł zawiera dane referencyjne dotyczące materiałów najczęściej stosowanych w produkcji grzejników. piekarniki elektryczne, a także metodykę i przykłady ich obliczeń (obliczanie grzałek do pieców elektrycznych).

Grzejniki. Materiały do ​​produkcji grzejników

Bezpośrednio podgrzewacz- jeden z najważniejszych elementów pieca, to on wykonuje ogrzewanie, ma najwyższą temperaturę i decyduje o wydajności instalacji grzewczej jako całości. Dlatego grzejniki muszą spełniać szereg wymagań, które wymieniono poniżej.

Wymagania dotyczące grzejników

Podstawowe wymagania dla grzejników (materiałów grzejnikowych):

• Grzejniki muszą mieć wystarczającą odporność na ciepło (odporność na skalowanie) i odporność na ciepło. Odporność na ciepło - wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach. Żaroodporność - odporność metali i stopów na korozję gazową w wysokich temperaturach (właściwości żaroodporności i żaroodporności opisane są szerzej na stronie).
• Podgrzewacz w piecu elektrycznym musi być wykonany z materiału o wysokiej oporności elektrycznej. Mówiąc prościej, im wyższy opór elektryczny materiału, tym bardziej się nagrzewa. Dlatego, jeśli weźmiesz materiał o mniejszym oporze, potrzebujesz grzałki o większej długości i mniejszym polu przekroju. Nie zawsze w piecu można umieścić odpowiednio długą grzałkę. Należy również wziąć pod uwagę, że im większa średnica drutu, z którego wykonana jest grzałka, tym dłuższa jest jej żywotność . Przykładami materiałów o wysokiej oporności elektrycznej są stopy chromowo-niklowe, stopy żelazo-chrom-aluminium, które są stopami precyzyjnymi o wysokiej oporności elektrycznej.
• Niski współczynnik oporności temperaturowej jest istotnym czynnikiem przy wyborze materiału na grzałkę. Oznacza to, że gdy zmienia się temperatura, opór elektryczny materiału podgrzewacz niewiele się zmienia. Jeśli współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego jest duży, aby włączyć piec w stanie zimnym, konieczne jest zastosowanie transformatorów, które początkowo dają obniżone napięcie.
• Fizyczne właściwości materiałów grzejnych muszą być stałe. Niektóre materiały, takie jak karborund, który jest grzałką niemetaliczną, mogą z czasem zmieniać swoje właściwości fizyczne, w szczególności rezystancję elektryczną, co komplikuje ich warunki pracy. Do stabilizacji rezystancji elektrycznej stosuje się transformatory o dużej liczbie stopni i zakresie napięcia.
• Materiały metalowe muszą mieć dobre właściwości technologiczne, a mianowicie ciągliwość i spawalność, aby można je było przerabiać drut, taśma, a z taśmy - elementy grzejne o złożonej konfiguracji. Również grzejniki mogą być wykonane z niemetali. Grzejniki niemetalowe są prasowane lub formowane w gotowy produkt.

Materiały do ​​produkcji grzejników

Najbardziej odpowiednie i najczęściej używane w produkcji grzałek do pieców elektrycznych są stopy precyzyjne o wysokiej oporności elektrycznej. Należą do nich stopy na bazie chromu i niklu ( chromowo-niklowy), żelazo, chrom i aluminium ( żelazo-chrom-aluminium). Gatunki i właściwości tych stopów omówiono w „Precyzyjne stopy. Znaki". Reprezentantami stopów chromowo-niklowych są gatunki Kh20N80, Kh20N80-N (950-1200 °C), Kh15N60, Kh15N60-N (900-1125 °С), żelazo-chromoaluminium - gatunki Kh23Yu5T (950-1400 °С), Kh27Yu5T ( 950-1350 °C), X23Yu5 (950-1200 °C), X15Yu5 (750-1000 °C). Istnieją również stopy żelazo-chrom-nikiel - Kh15N60Yu3, Kh27N70YuZ.

Wymienione powyżej stopy mają dobrą odporność na ciepło i odporność na ciepło, dzięki czemu mogą pracować w wysokich temperaturach. dobry wytrzymałość cieplna tworzy warstwę ochronną tlenku chromu, który tworzy się na powierzchni materiału. Temperatura topnienia folii jest wyższa niż temperatura topnienia samego stopu, nie pęka podczas ogrzewania i chłodzenia.

Podajmy porównawczy opis nichromu i fechralu.
Zalety nichromu:

• dobre właściwości mechaniczne zarówno w niskich jak i wysokich temperaturach;
• stop jest odporny na pełzanie;
• posiada dobre właściwości technologiczne – ciągliwość i spawalność;
• dobrze przetworzone;
• nie starzeje się, niemagnetyczny.

Wady nichromu:

• wysoki koszt niklu - jednego z głównych składników stopu;
• niższe temperatury pracy w porównaniu do Fechral.

Zalety fechralu:

• tańszy stop w porównaniu do nichromu, tk. nie zawiera ;
• ma lepszą odporność na ciepło niż nichrom, np. Fechral X23Yu5T może pracować w temperaturach do 1400 °C (1400 °C to maksymalna temperatura pracy dla grzałki wykonanej z drutu Ø 6,0 mm lub więcej; Ø 3,0 - 1350 ° C; Ø 1,0 - 1225 °С; 0,2 - 950 °С).

Fechral Wady:

• kruchy i kruchy stop, te negatywne właściwości są szczególnie widoczne po tym, jak stop miał temperaturę powyżej 1000 ° C;
• ponieważ fechral ma w swoim składzie żelazo, to stop ten jest magnetyczny i może rdzewieć w wilgotnej atmosferze w normalnych temperaturach;
• ma niską odporność na pełzanie;
• oddziałuje z wymurówką szamotową i tlenkami żelaza;
• Grzejniki Fechral znacznie wydłużają się podczas pracy.

Również porównanie stopów fechral oraz Nichrom wyprodukowane w artykule.

Ostatnio opracowano stopy typu Kh15N60Yu3 i Kh27N70YuZ; z dodatkiem 3% aluminium, co znacznie poprawiło odporność cieplną stopów, a obecność niklu praktycznie wyeliminowała wady stopów żelazo-chrom-aluminium. Stopy Kh15N60YuZ, Kh27N60YUZ nie wchodzą w interakcje z szamotem i tlenkami żelaza, są dość dobrze przetworzone, wytrzymałe mechanicznie, nie są kruche. Maksymalna temperatura pracy stopu X15N60YUZ wynosi 1200 °C.

Oprócz wyżej wymienionych stopów na bazie niklu, chromu, żelaza, aluminium do produkcji grzejników stosuje się również inne materiały: metale ogniotrwałe, a także niemetale.

Wśród niemetali do produkcji grzejników stosuje się karborund, dwukrzemek molibdenu, węgiel i grafit. Grzejniki karborundowe i dwukrzemek molibdenu są stosowane w piecach wysokotemperaturowych. W piecach z atmosferą ochronną stosuje się grzałki węglowe i grafitowe.

Wśród materiałów ogniotrwałych jako grzejniki mogą być stosowane tantal i niob. W wysokotemperaturowych piecach próżniowych i w atmosferze ochronnej, grzejniki molibdenowe oraz wolfram. Grzejniki molibdenowe mogą pracować w temperaturze do 1700 °C w próżni i do 2200 °C w atmosferze ochronnej. Ta różnica temperatur wynika z parowania molibdenu w temperaturze powyżej 1700 °C w próżni. Grzejniki wolframowe mogą pracować do 3000 °C. W szczególnych przypadkach stosuje się grzejniki tantalowe i niobowe.

Obliczanie grzejników pieców elektrycznych

Zwykle danymi wyjściowymi są moc, jaką muszą zapewnić nagrzewnice, maksymalna temperatura wymagana do realizacji odpowiedniego procesu technologicznego (odpuszczanie, hartowanie, spiekanie itp.) oraz wielkość przestrzeni roboczej pieca elektrycznego. Jeśli moc pieca nie jest ustawiona, można ją określić za pomocą reguły kciuka. Podczas obliczania grzałek wymagane jest uzyskanie średnicy i długości (dla drutu) lub pola przekroju i długości (dla taśmy), które są niezbędne do produkcja grzejników.

Konieczne jest również określenie materiału, z którego ma być wykonany grzejniki(ta pozycja nie jest uwzględniona w artykule). W niniejszym artykule precyzyjny stop chromowo-niklowy o wysokiej rezystancji elektrycznej jest traktowany jako materiał na grzałki, który jest jednym z najpopularniejszych w produkcji elementów grzejnych.

Ustalenie średnicy i długości grzałki (drutu nichromu) dla danej mocy pieca (proste obliczenie)

Być może najprostsza opcja obliczenia grzałki nichromu to wybór średnicy i długości przy danej mocy grzałki, napięcia zasilania sieci, a także temperatury, jaką będzie miał grzałka. Pomimo prostoty obliczeń ma jedną cechę, na którą zwrócimy uwagę poniżej.

Przykład obliczenia średnicy i długości elementu grzejnego

Wstępne dane:
Moc urządzenia P = 800 W; napięcie sieciowe U = 220 V; temperatura grzałki 800 °C. Jako element grzejny stosowany jest drut Nichrom X20H80.

1. Najpierw musisz określić aktualną siłę, która przejdzie przez element grzejny:
I=P/U \u003d 800/220 \u003d 3,63 A.

2. Teraz musisz znaleźć opór grzałki:
R=U/I = 220 / 3,63 = 61 omów;

3. Na podstawie wartości uzyskanej w ust. 1 prądu przepływającego grzejnik nichromowy, musisz wybrać średnicę drutu. I ten moment jest ważny. Jeśli na przykład przy natężeniu prądu 6 A zostanie użyty drut nichromowy o średnicy 0,4 mm, to wypali się. Dlatego po obliczeniu natężenia prądu należy wybrać z tabeli odpowiednią wartość średnicy drutu. W naszym przypadku dla natężenia prądu 3,63 A i temperatury grzałki 800 ° C dobieramy drut nichromowy o średnicy d = 0,35 mm i pole przekroju S \u003d 0,096 mm 2.

Ogólna zasada wyboru średnicy drutu można sformułować w następujący sposób: należy wybrać drut, którego dopuszczalna siła prądu jest nie mniejsza niż obliczona siła prądu przechodzącego przez grzejnik. W celu zaoszczędzenia materiału grzałki należy wybrać przewód o najbliższym wyższym (niż wyliczony) dopuszczalnym prądzie.

Tabela 1

Dopuszczalny prąd przepływający przez grzałkę drutu nichromowego, odpowiadający określonym temperaturom nagrzewania drutu zawieszonego poziomo w spokojnym powietrzu o normalnej temperaturze

Średnica, mm	Pole przekroju drutu z nichromu, mm 2	Temperatura nagrzewania drutu nichromowego, °C
		200	400	600	700	800	900	1000
		Maksymalny dopuszczalny prąd, A
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

Notatka :

• jeśli grzałki znajdują się wewnątrz ogrzanej cieczy, wówczas obciążenie (dopuszczalny prąd) można zwiększyć o 1,1 - 1,5 razy;
• przy zamkniętych grzałkach (np. w komorowych piecach elektrycznych) konieczne jest zmniejszenie obciążenia o 1,2 - 1,5 razy (mniejszy współczynnik przyjmuje się dla grubszego drutu, większy dla cienkiego).

4. Następnie określ długość drutu nichromowego.
R = ρ l/S ,
gdzie R - rezystancja elektryczna przewodu (grzałki) [Ohm], ρ - oporność elektryczna materiału grzałki [Ohm mm2/m], ja - długość przewodu (grzałki) [mm], S - pole przekroju przewodu (grzałki) [mm 2 ].

W ten sposób otrzymujemy długość grzałki:
l = R S / ρ \u003d 61 0,096 / 1,11 \u003d 5,3 m.

W tym przykładzie jako grzejnik zastosowano drut nichromowy Ø 0,35 mm. Zgodnie z „Drut ze stopów precyzyjnych o wysokiej oporności elektrycznej. Dane techniczne” nominalna wartość rezystywności elektrycznej drutu nichromowego marki Kh20N80 wynosi 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ \u003d 1,1 Ohm mm 2 / m), patrz tabela. 2.

Wynikiem obliczeń jest wymagana długość drutu nichromowego, która wynosi 5,3 m, średnica - 0,35 mm.

Tabela 2

Ustalenie średnicy i długości grzałki (drutu nichromu) dla danego pieca (obliczenia szczegółowe)

Obliczenia przedstawione w tym akapicie są bardziej złożone niż powyższe. Tutaj weźmiemy pod uwagę dodatkowe parametry grzejników, postaramy się wymyślić opcje podłączenia grzejników do sieci prądu trójfazowego. Obliczenia grzałki zostaną przeprowadzone na przykładzie pieca elektrycznego. Niech początkowymi danymi będą wewnętrzne wymiary pieca.

1. Pierwszą rzeczą do zrobienia jest obliczenie objętości komory wewnątrz piekarnika. W takim przypadku weźmy h = 490 mm, d = 350 mm i ja = 350 mm (odpowiednio wysokość, szerokość i głębokość). W ten sposób otrzymujemy głośność V = h d l \u003d 490 350 350 \u003d 60 10 6 mm 3 \u003d 60 l (miara objętości).

2. Następnie musisz określić moc, jaką piec powinien wydać. Moc jest mierzona w watach (W) i określana przez praktyczna zasada: dla piekarnika elektrycznego o pojemności 10 - 50 litrów, moc właściwa wynosi 100 W / l (W na litr objętości), o pojemności 100 - 500 litrów - 50 - 70 W / l. Weźmy dla rozważanego pieca moc właściwą 100 W/l. W związku z tym moc grzałki pieca elektrycznego powinna być P \u003d 100 60 \u003d 6000 W \u003d 6 kW.

Należy zauważyć, że przy mocy 5-10 kW grzejniki są zwykle wykonywane w jednej fazie. Przy dużej mocy, dla równomiernego obciążenia sieci, grzałki są trójfazowe.

3. Następnie musisz znaleźć siłę prądu przepływającego przez grzałkę I=P/U , gdzie P - moc grzałki, U - napięcie na grzałce (pomiędzy jej końcami) i rezystancja grzałki R=U/I .

Może być dwie możliwości podłączenia do sieci elektrycznej:

• do domowej sieci prądu jednofazowego - wtedy U = 220 V;
• do sieci przemysłowej prądu trójfazowego - U = 220 V (między przewodem neutralnym a fazą) lub U = 380 V (między dowolnymi dwiema fazami).

Ponadto obliczenia zostaną przeprowadzone osobno dla połączeń jednofazowych i trójfazowych.

I=P/U \u003d 6000/220 \u003d 27,3 A - prąd przepływający przez grzejnik.
Następnie konieczne jest określenie rezystancji grzałki pieca.
R=U/I \u003d 220 / 27,3 \u003d 8,06 oma.

Rysunek 1 Grzałka drutu w sieci prądu jednofazowego

Pożądane wartości średnicy drutu i jego długości zostaną określone w paragrafie 5 tego paragrafu.

Przy tego typu połączeniu obciążenie rozkłada się równomiernie na trzy fazy, tj. 6/3 = 2 kW na fazę. Potrzebujemy więc 3 grzejników. Następnie należy wybrać metodę bezpośredniego podłączenia grzałek (obciążenia). Mogą być 2 sposoby: „GWIAZDA” lub „TRÓJKĄT”.

Warto zauważyć, że w tym artykule formuły obliczania aktualnej siły ( I ) i opór ( R ) dla sieci trójfazowej nie są napisane w formie klasycznej. Odbywa się to, aby nie komplikować prezentacji materiału na temat obliczeń grzejników terminami i definicjami elektrycznymi (na przykład napięcia i prądy fazowe i liniowe oraz relacje między nimi nie są wymienione). Klasyczne podejście i wzory do obliczania obwodów trójfazowych można znaleźć w literaturze specjalistycznej. W tym artykule niektóre przekształcenia matematyczne przeprowadzone na klasycznych wzorach są ukryte przed czytelnikiem i nie ma to żadnego wpływu na wynik końcowy.

Po podłączeniu typu „STAR” grzałka jest podłączona między fazą a zerem (patrz rys. 2). W związku z tym napięcie na końcach grzałki będzie U = 220 V.
I=P/U \u003d 2000/220 \u003d 9,10 A.
R=U/I = 220/9,10 = 24,2 omów.

Rysunek 2 Grzałka drutu w sieci prądu trójfazowego. Połączenie według schematu „STAR”

Przy podłączaniu typu „TRIANGLE” grzałkę podłącza się między dwiema fazami (patrz rys. 3). W związku z tym napięcie na końcach grzałki będzie U = 380 V.
Prąd przepływający przez grzejnik wynosi
I=P/U \u003d 2000/380 \u003d 5,26 A.
Rezystancja jednej grzałki -
R=U/I \u003d 380/5,26 \u003d 72,2 oma.

Rysunek 3 Podgrzewacz drutu w sieci prądu trójfazowego. Połączenie zgodnie ze schematem „TRÓJKĄT”

4. Po ustaleniu rezystancji grzałki przy odpowiednim podłączeniu do sieci elektrycznej wybierz średnicę i długość drutu.

Przy określaniu powyższych parametrów konieczne jest przeprowadzenie analizy właściwa moc powierzchniowa grzałki, tj. moc rozpraszana na jednostkę powierzchni. Moc powierzchniowa grzałki zależy od temperatury nagrzewanego materiału i konstrukcji grzałek.

Przykład
Z poprzednich punktów obliczeniowych (patrz paragraf 3 tego paragrafu) znamy rezystancję grzałki. W przypadku 60-litrowego piekarnika z podłączeniem jednofazowym jest to R = 8,06 oma. Jako przykład weź średnicę 1 mm. Następnie, aby uzyskać wymaganą odporność, konieczne jest l = R / p \u003d 8,06 / 1,4 \u003d 5,7 m drutu nichromowego, gdzie ρ - wartość nominalna rezystancji elektrycznej 1 m przewodu w [Ohm / m]. Masa tego kawałka drutu nichromowego będzie m = l μ \u003d 5,7 0,007 \u003d 0,0399 kg \u003d 40 g, gdzie μ - waga 1 m drutu. Teraz konieczne jest określenie pola powierzchni kawałka drutu o długości 5,7 m. S = l π d \u003d 570 3,14 0,1 \u003d 179 cm2, gdzie ja – długość drutu [cm], d – średnica drutu [cm]. Zatem 6 kW należy przydzielić z powierzchni 179 cm2. Rozwiązując prostą proporcję, otrzymujemy, że moc jest uwalniana z 1 cm 2 β=P/S \u003d 6000/179 \u003d 33,5 W, gdzie β - moc powierzchniowa grzałki.

Wynikowa moc powierzchniowa jest zbyt wysoka. Podgrzewacz stopi się, jeśli zostanie podgrzany do temperatury, która zapewni uzyskaną wartość mocy powierzchniowej. Ta temperatura będzie wyższa niż temperatura topnienia materiału grzejnika.

Podany przykład jest demonstracją nieprawidłowego doboru średnicy drutu, który zostanie użyty do wykonania grzałki. W paragrafie 5 tego paragrafu zostanie podany przykład z prawidłowym doborem średnicy.

Dla każdego materiału w zależności od wymaganej temperatury nagrzewania określa się dopuszczalną wartość mocy powierzchniowej. Można go określić za pomocą specjalnych tabel lub wykresów. W tych obliczeniach wykorzystywane są tabele.

Do piece wysokotemperaturowe(w temperaturze powyżej 700 - 800 ° C) dopuszczalna moc powierzchniowa, W / m2, jest równa β dodaj \u003d β eff α , gdzie β eff - moc powierzchniowa grzałek w zależności od temperatury czynnika odbierającego ciepło [W/m 2 ], α jest współczynnikiem efektywności promieniowania. β eff jest dobierany zgodnie z tabelą 3, α - zgodnie z tabelą 4.

Jeśli piekarnik niskotemperaturowy(temperatura poniżej 200 - 300 ° C), wówczas dopuszczalną moc powierzchniową można uznać za równą (4 - 6) · 10 4 W / m 2.

Tabela 3

Efektywna moc powierzchniowa grzałek w zależności od temperatury czynnika odbierającego ciepło

Temperatura powierzchni odbierającej ciepło, °C	β eff, W/cm2 w temperaturze grzejnika, °С
	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350
100	6,1	7,3	8,7	10,3	12,5	14,15	16,4	19,0	21,8	24,9	28,4	36,3
200	5,9	7,15	8,55	10,15	12,0	14,0	16,25	18,85	21,65	24,75	28,2	36,1
300	5,65	6,85	8,3	9,9	11,7	13,75	16,0	18,6	21,35	24,5	27,9	35,8
400	5,2	6,45	7,85	9,45	11,25	13,3	15,55	18,1	20,9	24,0	27,45	35,4
500	4,5	5,7	7,15	8,8	10,55	12,6	14,85	17,4	20,2	23,3	26,8	34,6
600	3,5	4,7	6,1	7,7	9,5	11,5	13,8	16,4	19,3	22,3	25,7	33,7
700	2	3,2	4,6	6,25	8,05	10,0	12,4	14,9	17,7	20,8	24,3	32,2
800	-	1,25	2,65	4,2	6,05	8,1	10,4	12,9	15,7	18,8	22,3	30,2
850	-	-	1,4	3,0	4,8	6,85	9,1	11,7	14,5	17,6	21,0	29,0
900	-	-	-	1,55	3,4	5,45	7,75	10,3	13	16,2	19,6	27,6
950	-	-	-	-	1,8	3,85	6,15	8,65	11,5	14,5	18,1	26,0
1000	-	-	-	-	-	2,05	4,3	6,85	9,7	12,75	16,25	24,2
1050	-	-	-	-	-	-	2,3	4,8	7,65	10,75	14,25	22,2
1100	-	-	-	-	-	-	-	2,55	5,35	8,5	12,0	19,8
1150	-	-	-	-	-	-	-	-	2,85	5,95	9,4	17,55
1200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,15	6,55	14,55
1300	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	7,95

Tabela 4

Spirale druciane, do połowy zamknięte w rowkach okładziny

Spirale druciane na półkach w tubach

Grzałki zygzakowate (prętowe) drutowe

Załóżmy, że temperatura grzałki wynosi 1000 °C, a chcemy podgrzać przedmiot do temperatury 700 °C. Następnie zgodnie z tabelą 3 wybieramy β eff \u003d 8,05 W / cm 2, α = 0,2, β dodaj \u003d β eff α \u003d 8,05 0,2 \u003d 1,61 W / cm2 \u003d 1,61 10 4 W / m2.

5. Po ustaleniu dopuszczalnej mocy powierzchniowej grzałki konieczne jest znajdź jego średnicę(dla grzałek drutowych) lub szerokość i grubość(do grzejników taśmowych), a także długość.

Średnicę drutu można określić według wzoru: d - średnica drutu, [m]; P - moc grzałki, [W]; U - napięcie na końcach grzałki, [V]; β dodaj - dopuszczalna moc powierzchniowa nagrzewnicy, [W/m 2 ]; ρt - rezystywność materiału grzałki w danej temperaturze, [Ohm m].
ρt = ρ 20 k , gdzie ρ 20 - oporność elektryczna materiału grzałki w 20 °C, [Ohm·m] k - współczynnik korygujący do obliczania zmiany rezystancji elektrycznej w zależności od temperatury (o ).

Długość drutu można określić według następującego wzoru:
ja - długość drutu, [m].

Dobieramy średnicę i długość drutu z nichrom Х20Н80. Specyficzna rezystancja elektryczna materiału grzejnika wynosi
ρt = ρ 20 k \u003d 1,13 10 -6 1,025 \u003d 1,15 10 -6 Ohm m.

Domowa jednofazowa sieć prądowa
W przypadku pieca o pojemności 60 litrów podłączonego do domowej sieci prądu jednofazowego z poprzednich kroków obliczeniowych wiadomo, że moc pieca wynosi P \u003d 6000 W, napięcie na końcach grzejnika - U = 220 V, dopuszczalna moc grzejnika płaszczyznowego β dodaj \u003d 1,6 10 4 W / m 2. Wtedy dostajemy

Wynikowy rozmiar należy zaokrąglić w górę do najbliższego większego standardu. Standardowe rozmiary drutu nichromowego i fechral można znaleźć w. Załącznik 2, Tabela 8. W tym przypadku najbliższy większy rozmiar standardowy to Ø 2,8 mm. Średnica grzałki d = 2,8 mm.

Długość grzałki ja = 43 m.

Czasami wymagane jest również określenie masy wymaganej ilości drutu.
m = l μ , gdzie m - masa kawałka drutu, [kg]; ja - długość drutu, [m]; μ - ciężar właściwy (masa 1 metra drutu), [kg/m].

W naszym przypadku masa grzałki m = l μ \u003d 43 0,052 \u003d 2,3 kg.

To obliczenie podaje minimalną średnicę drutu, przy której może być używany jako grzałka w danych warunkach.. Z punktu widzenia oszczędności materiałowych taka kalkulacja jest optymalna. W takim przypadku można również zastosować drut o większej średnicy, ale wtedy jego ilość wzrośnie.

Badanie
Wyniki obliczeń można sprawdzić w następujący sposób. Uzyskano drut o średnicy 2,8 mm. Wtedy potrzebna nam długość to
l = R / (ρ k) \u003d 8,06 / (0,179 1,025) \u003d 43 m, gdzie ja - długość drutu, [m]; R - rezystancja grzałki, [Ohm]; ρ - nominalna wartość rezystancji elektrycznej 1 m przewodu, [Ohm/m]; k - współczynnik korygujący do obliczania zmiany rezystancji elektrycznej w zależności od temperatury.
Ta wartość jest taka sama jak wartość uzyskana z innego obliczenia.

Teraz należy sprawdzić, czy moc powierzchniowa wybranej przez nas grzałki nie przekroczy dopuszczalnej mocy powierzchniowej, która została znaleziona w kroku 4. β=P/S \u003d 6000 / (3,14 4300 0,28) \u003d 1,59 W / cm 2. Otrzymana wartość β \u003d 1,59 W / cm 2 nie przekracza β dodaj \u003d 1,6 W / cm 2.

Wyniki
Tak więc grzejnik będzie wymagał 43 metrów drutu nichromowego X20H80 o średnicy 2,8 mm, czyli 2,3 kg.

Przemysłowa sieć prądu trójfazowego
Można również znaleźć średnicę i długość drutu wymaganego do produkcji grzejników piecowych podłączonych do sieci prądu trójfazowego.

Jak opisano w punkcie 3, każda z trzech grzałek ma moc 2 kW. Znajdź średnicę, długość i masę jednego grzejnika.

Połączenie GWIAZDKI(patrz rys. 2)

W tym przypadku najbliższy większy rozmiar standardowy to Ø 1,4 mm. Średnica grzałki d = 1,4 mm.

Długość jednego grzejnika ja = 30m.
Waga jednego grzejnika m = l μ \u003d 30 0,013 \u003d 0,39 kg.

Badanie
Uzyskano drut o średnicy 1,4 mm. Wtedy potrzebna nam długość to
l = R / (ρ k) \u003d 24,2 / (0,714 1,025) \u003d 33 m.

β=P/S \u003d 2000 / (3,14 3000 0,14) \u003d 1,52 W / cm 2, nie przekracza dopuszczalnego.

Wyniki
Do trzech grzałek podłączonych zgodnie ze schematem „GWIAZDA” będziesz potrzebować
ja \u003d 3 30 \u003d 90 m drutu, czyli
m \u003d 3 0,39 \u003d 1,2 kg.

Typ połączenia „TRÓJKĄT”(patrz rys. 3)

W tym przypadku najbliższy większy rozmiar standardowy to Ø 0,95 mm. Średnica grzałki d = 0,95 mm.

Długość jednego grzejnika ja = 43 m.
Waga jednego grzejnika m = l μ \u003d 43 0,006 \u003d 0,258 kg.

Badanie
Uzyskano drut o średnicy 0,95 mm. Wtedy potrzebna nam długość to
l = R / (ρ k) \u003d 72,2 / (1,55 1,025) \u003d 45 m.

Ta wartość prawie pokrywa się z wartością uzyskaną w wyniku innego obliczenia.

Moc powierzchniowa będzie β=P/S \u003d 2000 / (3,14 4300 0,095) \u003d 1,56 W / cm 2, nie przekracza dopuszczalnego.

Wyniki
Do trzech grzejników podłączonych zgodnie ze schematem „TRÓJKĄT” będziesz potrzebować
ja \u003d 3 43 \u003d 129 m drutu, czyli
m \u003d 3 0,258 \u003d 0,8 kg.

Jeśli porównamy omówione powyżej 2 opcje podłączenia grzejników do sieci prądu trójfazowego, widzimy to „STAR” wymaga drutu o większej średnicy niż „TRIANGLE” (1,4 mm vs 0,95 mm) w celu uzyskania zadanej mocy pieca 6 kW. W której wymagana długość drutu nichromowego po podłączeniu zgodnie ze schematem „GWIAZDA” jest mniejsza niż długość drutu podczas podłączania typu „TRÓJKĄT”(90 m vs. 129 m) oraz przeciwnie, wymagana masa jest większa (1,2 kg vs 0,8 kg).

Obliczanie spirali

Podczas pracy głównym zadaniem jest umieszczenie grzałki o szacowanej długości w ograniczonej przestrzeni pieca. Drut Nichrom i Fechral są nawinięte w formie spiral lub zagięte w formie zygzaków, taśma jest zagięta w formie zygzaków, co pozwala na zmieszczenie większej ilości materiału (na całej długości) w komorze roboczej. Najpopularniejszą opcją jest spirala.

Stosunek skoku spirali do jej średnicy i średnicy drutu dobierany jest w taki sposób, aby ułatwić umieszczenie grzałek w piecu, zapewnić ich odpowiednią sztywność, w maksymalnym możliwym stopniu wykluczyć miejscowe przegrzanie zwoje samej spirali, a jednocześnie nie utrudniają przekazywania ciepła z nich do produktów.

Im większa średnica spirali i im mniejszy jej skok, tym łatwiej umieścić grzałki w piecu, ale wraz ze wzrostem średnicy wytrzymałość spirali maleje, a tendencja jej zwojów do kładzenia się na sobie inne podwyżki. Z drugiej strony, wraz ze wzrostem częstotliwości uzwojenia, zwiększa się efekt ekranowania części jego zwojów zwróconych do produktów na resztę, a w konsekwencji pogarsza się wykorzystanie jego powierzchni, może również wystąpić miejscowe przegrzanie.

Praktyka ustaliła dobrze określone, zalecane proporcje między średnicą drutu ( d ), krok ( t ) i średnica spirali ( D ) dla drutu 3 do 7 mm. Stosunki te są następujące: t ≥ 2d oraz D = (7÷10) d dla nichromu i D = (4÷6) d - dla mniej trwałych stopów żelazo-chrom-aluminium, takich jak fechral itp. W przypadku cieńszych drutów stosunek D oraz d , jak również t zwykle biorą więcej.

Wniosek

W artykule omówiono różne aspekty związane z: obliczenia grzałek pieców elektrycznych- materiały, przykłady obliczeń z niezbędnymi danymi odniesienia, odniesienia do norm, ilustracje.

W przykładach metody obliczania tylko grzałki drutowe. Oprócz drutu ze stopów precyzyjnych taśmę można również wykorzystać do produkcji grzałek.

Obliczanie grzejników nie ogranicza się do wyboru ich rozmiarów. Również należy określić materiał, z którego grzałka ma być wykonana, rodzaj grzałki (drut lub taśma), rodzaj umiejscowienia grzałek i inne cechy. Jeśli grzałka jest wykonana w formie spirali, konieczne jest określenie liczby zwojów i skoku między nimi.

Mamy nadzieję, że artykuł był dla Ciebie przydatny. Zezwalamy na jego bezpłatną dystrybucję pod warunkiem zachowania linku do naszej strony internetowej http://www.site.

Jeśli znajdziesz jakieś nieścisłości, poinformuj nas o tym e-mailem [e-mail chroniony] stronie internetowej lub korzystając z systemu Orfus, zaznaczając błędnie napisany tekst i naciskając Ctrl+Enter.

Bibliografia

• Dyakow V.I. „Typowe obliczenia dla sprzętu elektrycznego”.
• Zhukov L.L., Plemyannikova I.M., Mironova M.N., Barkaya D.S., Shumkov Yu.V. „Stopy do grzejników”.
• Sokunov BA, Grobova L.S. „Instalacje elektrotermiczne (elektryczne piece oporowe)”.
• Feldman IA, Gutman M.B., Rubin G.K., Shadrich N.I. „Obliczenia i projektowanie nagrzewnic do elektrycznych pieców oporowych”.
• http://www.horss.ru/h6.php?p=45
• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html

Istnieje kilka rodzajów ogrzewania tandoor. Obecnie metoda elektryczna staje się coraz bardziej rozpowszechniona, ponieważ nie wymaga zakupu paliwa, nie emituje produktów spalania i ułatwia korzystanie z pieca.

Upadek

Urządzenie jest ogrzewane przez podgrzewanie spiral, a następnie równomierny transfer ciepła. W artykule szczegółowo omówiono cechy spirali tandoor. Informacje te pomogą w prawidłowym wyborze i instalacji elementu grzejnego na piecu.

Co to jest spirala tandoor?

Spirala jest ważnym elementem tandoora, bez niej urządzenie nie będzie działać. Nagrzewa się dość szybko. Pozwala utrzymać wymaganą temperaturę przez długi czas, co jest szczególnie ważne, jeśli musisz cały dzień gotować na kuchence.

Jak wygląda spirala?

Element grzejny wykonany jest z drutu o wysokiej oporności na prąd elektryczny. Długość drutu jest wystarczająco duża, dlatego dla wygody jest on skręcany na zmianę. Spirale mogą mieć postać walców lub płaskich cewek, wyposażonych w wyprowadzenia stykowe. Grzałki mocowane są do pieca na ceramicznych lub metalowych podstawach za pomocą specjalnych żaroodpornych wkładów lub izolatorów.

Powołanie spirali

Główną funkcją wężownicy tandoor jest nagrzewanie, a następnie równomierne rozprowadzanie ciepła. Aby to zrobić, element musi mieć następujące cechy:

• Odporność na ciepło (nie zapadają się w wysokich temperaturach w tandoorach).
• Wysoka odporność na prąd (od tego zależy szybkość nagrzewania, wynikowa temperatura i żywotność elementu).
• Stałość właściwości (nie zmienia się w zależności od warunków środowiskowych, czasu eksploatacji).

Rodzaje

Najbardziej praktycznymi materiałami do ogrzewania części są związki nichromowe i fechralne. Przyjrzyjmy się pokrótce ich cechom.

Nichrom

Cewki Nichrom są wykonane z Cr+Ni. Stop ten pozwala na nagrzanie urządzenia do 1200 stopni. Różni się kripoustoychivost, odpornością na utlenianie. Minus - niższy reżim temperaturowy w porównaniu ze stopami fechralnymi.

Cena produktów nichromu jest przystępna. Na przykład marka Х20Н80(20% chrom, 80% nikiel) odpowiedni dla standardowego napięcia 220 woltów kosztuje 150-170 rubli. za metr.

Fechral

Fechral to kombinacja chrom, żelazo, aluminium i tytan. Materiał ma dobrą odporność na prąd. Ma zwiększoną odporność na ciepło: maksymalna temperatura topnienia spiral wykonanych z tego materiału sięga 1500 stopni.

Spirala fechralna

Rodzaje

Wybierając urządzenie grzewcze, należy zwrócić uwagę nie tylko na materiał, ale także na rodzaj produktu: cewka tandoor na 220 lub 380 woltów ma pewne różnice.

220 V to standardowe napięcie dla domowych sieci elektrycznych (czyli do podłączenia do zwykłych gniazd w mieszkaniach i wiejskich domkach). Może być również stosowany w małych restauracjach o niskiej wydajności. Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa spirale o mocy 3,5-7 kilowatów są podłączone do 220 woltów.

Potężny tandoor nie jest podłączony do standardowej konsumenckiej sieci elektrycznej. Spowoduje to spalenie i zwarcie grzałki. Wymaga podłączenia do przemysłowego zasilania trójfazowego 380 V. Moc każdej spirali w tandoor w tym przypadku wzrasta do 12 kilowatów. Specjalne wymagania dotyczące przewodów stosowanych w elementach grzejnych: muszą mieć przekrój co najmniej 4 mm.

Jak wybrać odpowiednią spiralę?

Wymiary drutu użytego do wykonania grzałek zależą od mocy pieca tandoor, napięcia w sieci oraz ciepła, jakie piec powinien oddawać. Najpierw musisz określić aktualną siłę za pomocą wzoru: I = P:U

• P to moc techniczna pieca.
• U - napięcie w sieci.

Na przykład dla pieca o mocy 800 watów i napięciu sieciowym 220 woltów wielkość prądu elektrycznego wyniesie 3,6 ampera. Następnie, zgodnie z określonymi parametrami (temperatura i natężenie prądu), w specjalnej tabeli wyszukiwane są odpowiednie wymiary drutu.

Długość drutu spirali oblicza się według wzoru l=RхS:ρ. Na przykład przy rezystancji 61 omów przekrój 0,2 metra kwadratowego. mm i rezystancji 1,1 wymaga spirali z drutu o długości 5,3 metra.

Roboty instalacyjne

Specjaliści od instalacji elementów grzejnych w piecu zajmują około 2300-3000 rubli. Jeśli chcesz zaoszczędzić pieniądze i samodzielnie zainstalować spiralę w tandoor, oto kilka ważnych wskazówek:

• Nie ma potrzeby umieszczania elementu grzejnego pionowo. Gorący drut jest miękki i może zginać się pod wpływem grawitacji. Lepiej położyć go poziomo.
• Nie zaleca się instalowania grzejnika w pobliżu cegły termoizolacyjnej - wzrasta ryzyko przegrzania. Pomiędzy ścianami pieca a drutem powstaje mała „poduszka powietrzna”
• Podczas instalacji konieczne jest rozciągnięcie spirali, aby wszystkie zwoje znajdowały się w niewielkiej odległości od siebie (eksperci zalecają, aby odległość między pierścieniami była 1,5-2 razy większa niż średnica drutu).

Opcja alternatywna: na dole tandoor montowany jest element grzejny (rurowy grzejnik elektryczny ze spiralą drucianą w środku). To wygodna i bezpieczna opcja. Ale jak pokazuje praktyka, rozgrzanie z elementu grzejnego będzie wolniej niż w przypadku otwartej helisy.

Poniższe zdjęcia przedstawiają kilka rodzajów instalacji spiralnej:

Przykład instalacji spiralnej

Inny sposób

TEN zamiast spirali

Wniosek

Prawidłowe i bezpieczne działanie tandoora zależy od tak ważnego elementu, jakim jest spirala. Kupując gotowy piekarnik lub robiąc urządzenie własnymi rękami, ważne jest, aby wybrać odpowiedni materiał, rodzaj, rozmiar grzejników. Jeśli nie ma zaufania do swoich umiejętności i wiedzy, lepiej powierzyć wybór i montaż spiral piankowych specjalistom.

←Poprzedni artykuł Następny artykuł →

Na tej stronie rozważymy podstawowe informacje na temat materiałów użytych do produkcji grzejników elektrycznych, a także podamy przykłady obliczeń grzejników nichromowych do pieców elektrycznych.

Materiały na grzejniki

Grzałki są najważniejszym elementem pieca i muszą spełniać wiele wymagań.

• Odporność na ciepło i odporność na ciepło. Grzejniki drutowe muszą mieć dobrą odporność na ciepło (odporność metalu lub stopu w wysokiej temperaturze na korozję gazową) oraz odporność na ciepło.
• Niskotemperaturowy współczynnik oporu. Ten czynnik jest ważny przy wyborze materiału. Niski współczynnik mówi, że nawet po podgrzaniu materiału jego opór elektryczny zmienia się bardzo niewiele. Na przykład, jeśli ten współczynnik temperaturowy jest duży, to w celu włączenia pieca w stanie zimnym konieczne jest zastosowanie transformatorów podnapięciowych w momencie początkowym.
• Wysoka rezystywność elektryczna. Ta cecha musi mieć grzałkę w piecu elektrycznym. Im wyższa wartość rezystancji, tym bardziej materiał może się nagrzewać i tym krótsza jest wymagana długość. Im większa średnica drutu grzejnego, tym dłuższa jest jego żywotność. Materiały o bardzo wysokiej oporności elektrycznej to precyzyjne stopy niklowo-chromowe oraz i.
• Dobre właściwości technologiczne. Materiały muszą charakteryzować się dobrą plastycznością, spawalnością, gdyż z nich wykonuje się: druty, taśmy, elementy grzejne o skomplikowanym kształcie.
• trwałe właściwości fizyczne.Żaden z nich nie powinien się zmieniać w wysokich temperaturach przez długi czas.

Nichrom i Fechral, ​​które mają wysoką oporność elektryczną, najlepiej nadają się do produkcji grzałek elektrycznych do pieców elektrycznych. Aby uzyskać więcej informacji o klasach i ich właściwościach, zobacz GOST 10994-74.

Gatunki Nichrom odpowiednie do produkcji grzejników:

Gatunki Fechral odpowiednie do produkcji grzejników: .

Również stopy żelazowo-chromowo-niklowe: Kh27N70YuZ, Kh15N60Yu3.

Wszystkie te stopy mają cechy opisane powyżej. Na przykład, wysoką odporność termiczną zapewnia warstewka utworzona na powierzchni tlenku chromu.

Porównaj Nichrom i Fechral

Zalety nichromu:

• Doskonałe właściwości mechaniczne we wszystkich temperaturach;
• odporność na pełzanie;
• Plastikowe i dobrze przetworzone;
• Ma doskonałą spawalność;
• nie starzeje się;
• niemagnetyczny.

Zalety fechralu:

• ma niższą cenę niż nichrom, ponieważ nie zawiera drogiego niklu;
• Fechral Kh23Yu5T ma lepszą odporność na ciepło niż nichrom. Drut Fechral o grubości 6 mm może pracować w temperaturze 1400°C.

Wady nichromu:

• Droższy niż Fechral, ​​ponieważ główny składnik Niklu ma wysoki koszt;
• Temperatura pracy jest niższa niż w przypadku Fechral.

Fechral Wady:

• stop jest bardziej kruchy, szczególnie w temperaturach około 1000 ° C i więcej;
• Niska odporność na pełzanie;
• stop jest magnetyczny, ponieważ zawiera żelazo. Fechral rdzewieje również w wilgotnym środowisku.
• Współdziała z tlenkami żelaza i wymurówką szamotową;
• Grzejniki Fechral wydłużają się podczas pracy.

Istnieją również stopy Kh27N70YUZ i Kh15N60Yu3, które zawierają 3% aluminium. Ten pierwiastek poprawia odporność cieplną stopów. Stopy te nie działają z tlenkami żelaza i szamotem. Nie są kruche, trwałe i dobrze przetworzone. Maksymalna temperatura pracy to 1200 °C.

Grzejniki wykonywane są również z metali ogniotrwałych lub niemetali (węgiel, dwukrzemek molibdenu, grafit, karborund). Dwukrzemek molibdenu i karborund są stosowane do grzejników w piecach wysokotemperaturowych. Grzejniki grafitowe i węglowe stosowane są w piecach z atmosferą ochronną.

Metale ogniotrwałe, które są często używane, to tantal, molibden, niob, wolfram. W piecach z atmosferą ochronną, a także wysokotemperaturowych piecach próżniowych stosuje się wolfram i molibden. Grzejniki molibdenowe stosowane są w próżni do 1700°C oraz w atmosferze ochronnej w temperaturach do 2200°C. Ta cecha polega na tym, że molibden zaczyna parować w temperaturze 1700 ° C (próżnia). Grzejniki wolframowe są w stanie to zrobić. do 3000 °С. Bardzo rzadko do produkcji grzejników używa się niobu i tantalu.

Obliczanie grzałek do pieców elektrycznych

Przy obliczaniu grzejników do pieców elektrycznych brane są pod uwagę następujące dane początkowe:

• objętość przestrzeni roboczej pieca;
• moc grzałki;
• temperatura maksymalna (wymagana do realizacji procesu technologicznego: hartowanie, odpuszczanie, spiekanie).

Ważne: W przypadku braku danych na temat mocy pieca, jest ona obliczana zgodnie z praktyczną regułą. Musisz wiedzieć: długość i średnicę drutu lub długość i przekrój taśmy, grzejnik.

Rozważymy jeden z najpopularniejszych stopów do produkcji grzejników - nichrom X20H80.

Proste obliczenie długości i średnicy drutu grzejnego dla określonej mocy pieca. Z jedną małą funkcją.

Przykład. Drut z nichromu Х20Н80.

Wstępne dane:

• Moc urządzenia P = 1,5 kW = 1500 W.
• Maksymalna temperatura do jakiej zostanie nagrzany grzejnik to 900 °C.
• Napięcie U = 220 V.

1. Obecna siła jest zdefiniowana w następujący sposób:

1. Rezystancję grzałki definiuje się w następujący sposób:

1. Obecna siła odgrywa kluczową rolę przy wyborze średnicy drutu grzałki nichromowej. Zgodnie z poniższą tabelą dobieramy wymaganą średnicę. W naszym przykładzie Natężenie prądu = 6,8181 A i temperatura grzałki = 900 ° C, wówczas średnica drutu będzie równa - d = 0,55 mm, a odpowiednio przekrój - S = 0,238 mm2.

Takie wartości otrzymaliśmy, ponieważ drut jest tak dobrany, aby miał dopuszczalną siłę prądu. Co z kolei jest mniejsze niż obliczona siła prądu. Oznacza to, że wybieramy drut nichromowy o najbliższej wyższej wartości dopuszczalnej siły prądu.

Notatka:

Pod warunkiem, że grzałka nichromowa znajduje się wewnątrz cieczy grzewczej, dopuszczalna siła prądu wzrasta o 10-50%.

Jeżeli grzałka jest w pozycji zamkniętej, to dopuszczalny prąd jest zmniejszony o 20% dla grubego drutu i 50% dla cienkiego drutu.

1. Wyznaczanie długości drutu.

R - rezystancja elektryczna, Ohm,

p jest właściwą opornością elektryczną materiału, Ohm mm2/m,

l – długość grzejnika, m,

S to pole przekroju poprzecznego, mm2.

Na podstawie powyższego wzoru otrzymujemy, że długość grzałki oblicza się w następujący sposób:

W przykładzie użyto drutu o średnicy d = 0,55 mm.

Wartość nominalna rezystywności elektrycznej drutu X20H80 pochodzi z tabeli 2, zgodnie z GOST 12766.1-90 i ma wartość ρ = 1,1 Ohm mm2/m.

Wynik obliczeń pokazał, że w warunkach:

moc urządzenia P = 1,5 kW = 1500 W;

temperatura grzałki 900 °C;

wymagany jest drut nichromowy z doliną: 6,91 mi średnicą 0,55 mm.

Tabela 2

Szczegółowe obliczenie długości, a także średnicy drutu nichromowego dla grzejników konkretnego pieca.

Oto złożone obliczenia, które uwzględniają: dodatkowe parametry grzejników, różne opcje podłączenia ich do sieci trójfazowej.

Obliczenia przeprowadza się zgodnie z wewnętrzną objętością pieca.

1. Objętość komory oblicza się według znanego wzoru:

Weźmy na przykład:

• wysokość h = 490 mm,
• szerokość komory d = 350 mm,
• głębokość komory l = 350 mm.

Objętość będzie:

1. Moc pieca oblicza się zgodnie z praktyczną zasadą: piece elektryczne o pojemności od 10 do 50 litrów mają moc właściwą około 100 W/l, piece o pojemności 100 - 500 litrów - odpowiednio o mocy 50 do 70 W/l ..

W naszym przykładzie moc właściwa pieca wyniesie - 100 W / l.

Na tej podstawie moc grzejnika nichromu powinna wynosić:

Ważny!

Grzejniki o mocy 5-10 kW wykonane są jednofazowe. O mocy powyżej 10 kW grzałki wykonane są trójfazowe.

1. Natężenie prądu przepływającego przez grzałkę oblicza się ze wzoru:

P to moc grzałki nichromu,

U to napięcie.

Opór grzałki oblicza się według wzoru:

Jeśli grzejnik jest podłączony do jednej fazy, to U \u003d 220 V, jeśli jest podłączony do prądu trójfazowego, to U \u003d 220 V będzie między zerem a dowolną inną fazą lub U \u003d 380 V będzie między dwoma fazy.

Prąd jednofazowy (sieć domowa)

to prąd na przewodzie grzałki.

to opór grzałki pieca.

Przy połączeniu trójfazowym obciążenie przechodzi równomiernie na trzy fazy, to znaczy dzieli 6 przez 3 i otrzymujesz 2 kW na każdą fazę. Wynika z tego, że potrzebujemy 3 grzałek o mocy 2 kW każda.

Istnieją dwa sposoby podłączenia trzech grzejników jednocześnie. „TRÓJKĄT” i „GWIAZDA”.

Połączenie „GWIAZDA” oznacza połączenie każdej grzałki między zerem a jej fazą (rys. 2). W tym przypadku napięcie U = 220 V.

Aktualna siła:

Opór:

Ryż. 1 Połączenie „STAR” w sieci trójfazowej

Połączenie „TRÓJKĄT” implikuje umieszczenie grzałki między dwiema fazami (rys. 3). Wynika z tego, że napięcie U = 380 V.

Aktualna siła:

Opór:

Ryż. 2 Połączenie „TRÓJKĄT” w sieci trójfazowej

1. Po określeniu rezystancji grzejnika nichromu należy obliczyć jego średnicę i długość.

Niezbędne jest również przeanalizowanie właściwej mocy powierzchniowej drutu (moc uwalnianej z 1 cm2 powierzchni). Moc ta zależy od konstrukcji samej grzałki i temperatury nagrzewanego materiału.

Z przyłączem jednofazowym, na 60 l. rezystancja pieca: R = 8,06 omów.

Bierzemy drut X20H80 o średnicy d \u003d 1 mm.

Aby uzyskać nasz opór, musimy obliczyć długość:

ρ jest nominalną wartością rezystancji elektrycznej drutu o długości 1 metra zgodnie z GOST 12766.1-90, (Ohm / m).

Pożądany kawałek drutu nichromowego będzie miał masę:

μ to masa 1 metra drutu nichromowego.

Pole powierzchni przewodu o długości l=5,7 metra oblicza się według wzoru:

l to długość w centymetrach.

d to średnica w centymetrach.

Na podstawie obliczeń uzyskaliśmy, że powierzchnia drutu - 179 cm2 emituje 6 kW. W ten sposób 1 cm2 powierzchni drutu uwalnia moc:

β to moc powierzchniowa drutu grzejnego.

W tym przykładzie otrzymaliśmy zbyt dużą moc powierzchniową drutu, przez co grzałka po prostu się stopi, gdy zostanie podgrzana do takiej temperatury, jaka jest potrzebna do uzyskania mocy powierzchniowej. Ta temperatura na pewno będzie wyższa niż temperatura topnienia nichromu. Ten przykład obliczeniowy pokazuje niewłaściwy dobór średnicy drutu grzejnego do produkcji grzałki.

Każdy materiał ma swoją dopuszczalną wartość mocy powierzchniowej w zależności od temperatury. Wartość pobierana jest z tabel.

Piece wysokotemperaturowe (700 - 800 °C) mają dopuszczalną moc powierzchniową (W/m2), którą oblicza się według wzoru:

βeff - moc powierzchniowa zależna od temperatury czynnika odbierającego ciepło, (W/m2).

α to współczynnik efektywności promieniowania.

Patka. 4

Piec niskotemperaturowy (200 - 300 °C), posiada dopuszczalną moc powierzchniową (4 - 6) × 104 W/m2.

Załóżmy, że temperatura naszej grzałki wynosi 1000 °C, a warunkowo musimy podgrzać detal do 700 °C. Następnie z tabeli. 3 jest zajęte

βeff = 8,05 W/cm2,

i oblicz:

1. Następnie należy obliczyć średnicę grzałki drutu lub grubość i szerokość grzałki taśmowej oraz oczywiście długość grzałki.

Średnicę określa wzór:

d jest średnicą, m;

U to napięcie na końcach grzałki, V;

P to moc, W;

βad — dopuszczalna moc powierzchniowa, W/m2.

ρt jest opornością materiału w określonej temperaturze, Ohm m;

ρ20 to właściwa rezystancja elektryczna materiału w temperaturze 20 °C, Ohm·m.

k - Współczynnik korekcyjny, który jest używany do obliczania zmiany rezystancji elektrycznej w funkcji temperatury.

Długość drutu nichromowego określa się w następujący sposób:

l - długość, m.

Rezystywność elektryczna Х20Н80 –

Prąd jednofazowy (sieć domowa)

Patrząc na poprzednie obliczenia, stało się jasne, że dla 60-litrowego piekarnika podłączonego do sieci jednofazowej:

U = 220 V, P = 6000 W, dopuszczalna moc powierzchniowa βadd = 1,6 × 104 W/m2. Podstawiając te liczby do wzoru, otrzymujemy grubość drutu.

Ta grubość jest zaokrąglana do najbliższego standardowego rozmiaru, który znajduje się na płycie 8 zgodnie z GOST 12766.1-90.

Załącznik 2, tab. osiem.

W naszym przykładzie średnica drutu ze wzoru jest zaokrąglana do d= 2,8 mm.

Grzejnik będzie miał tę długość

W naszym przykładzie wymagany jest przewód o długości l = 43 m.

Czasami trzeba również poznać masę całego potrzebnego drutu.

Jest na to wzór:

m to masa kawałka drutu, którego potrzebujemy, kg;

l - długość, m.

μ jest ciężarem właściwym (1 m drutu), kg/m;

Obliczenia wykazały, że nasz drut nichromowy będzie miał masę m = 43 × 0,052 = 2,3 kg.

Nasz przykład obliczeniowy pozwala określić minimalną średnicę drutu wymaganą dla grzałki w określonych warunkach. Ta metoda jest najbardziej ekonomiczna i optymalna. Oczywiście można zastosować drut o większej średnicy, ale jego ilość na pewno wtedy wzrośnie.

Badanie

Obliczenia drutu nichromowego można sprawdzić.

Otrzymaliśmy średnicę drutu d = 2,8 mm. Długość oblicza się w następujący sposób:

l to długość, m;

ρ jest nominalną wartością rezystancji elektrycznej przewodu o długości 1 m, Ohm/m.

R to opór, Ohm;

k jest współczynnikiem korekcji oporu elektrycznego w funkcji temperatury;

Obliczenia wykazały, że uzyskana długość drutu pokrywa się z długością uzyskaną w innym obliczeniu.

Aby sprawdzić moc powierzchniową i porównać z dopuszczalną mocą. Zgodnie z ust. 4.

i nie przekracza dopuszczalnego βadd= 1,6 W/cm2.

Wynik

W naszym przykładzie potrzebujemy 43 metry drutu nichromowego X20H80 o średnicy d = 2,8 mm. Waga drutu - 2,3 kg.

Prąd trójfazowy (sieć handlowa)

Znajdujemy długość i średnicę drutu, który jest niezbędny do produkcji grzałek.

Podłączenie do prądu trójfazowego typu „STAR”.

Posiadamy 3 grzałki, z których każda potrzebuje mocy 2 kW.

Znajdujemy długość, średnicę i masę tylko jednego grzejnika.

Najbliższy standard większy rozmiar d=1,4 mm.

Długość, l = 30 metrów.

Waga grzałki

Kontrola

Przy średnicy drutu nichromowego d = 1,4 mm obliczamy długość

Długość jest prawie taka sama jak powyższe obliczenia.

Moc powierzchniowa drutu wynosi

Policz łącznie

Mamy trzy identyczne grzałki połączone według typu „STAR”, a do nich potrzebujesz:

l \u003d 30 × 3 \u003d 90 metrów drutu o wadze m \u003d 0,39 × 3 \u003d 1,2 kg.

Podłączenie do prądu trójfazowego typu „TRIANGLE”. (rys. 3)

Porównując uzyskaną przez nas wartość, najbliższy duży rozmiar standardowy, d = 0,95 mm.

Jeden grzejnik będzie miał długość l = 43 metry.

Waga grzałki

Kontrola obliczeń

Przy średnicy drutu d = 0,95 mm obliczamy długość drutu:

Wartości wzdłuż długości drutu praktycznie pokrywają się w obu obliczeniach.

Moc powierzchniowa będzie:

i nie przekracza limitu.

Podsumować

Podłączając trzy grzejniki zgodnie ze schematem „TRÓJKĄT”, potrzebujesz:

l \u003d 43 × 3 \u003d 129 metrów drutu, ważenie

m \u003d 0,258 × 3 \u003d 0,8 kg.

Podsumowując dla obu typów połączenia „GWIAZDA” i „DELTA” na trzy fazy, otrzymujemy ciekawe dane.

Do „GWIAZDY” potrzebny jest drut o średnicy d \u003d 1,4 mm, a do średnicy „TRÓJKĄT” d \u003d 0,95 mm,

Długość drutu dla schematu „STAR” wyniesie 90 metrów przy masie 1,2 kg, a dla schematu „TRÓJKĄT” 129 metrów o masie 0,8 kg, czyli 800 gr.

Do działania drutu nichromowego jest zwinięty w spiralę. Średnica spirali jest równa:

do stopów niklowo-chromowych.

- do chromowo-aluminiowego.

D to średnica spirali, mm.

d to średnica drutu, mm.

Aby wyeliminować przegrzanie, spirala jest rozciągana do takiego stopnia, że ​​odległość między zwojami jest 1,5-2 razy większa niż średnica samego drutu nichromowego.

Przeanalizowaliśmy informacje o grzejnikach elektrycznych, przykłady obliczeń grzejników drutowych do pieców elektrycznych.

Warto też pamiętać, że oprócz drutu taśma może służyć również jako grzałki. Oprócz wyboru rozmiaru przewodu warto wziąć pod uwagę materiał grzałki, rodzaj, lokalizację.