Design af varmeelementer til elektriske ovne

Varmeelementerne i de fleste industriovne er enten bånd eller tråd. 1 viser indretningen af ​​en konventionel nichromtrådvarmer, de anvendte konstruktioner til fastgørelse af den på taget, på væggene og i ovnens ildsted, og udformningen af ​​ledningerne. Til produktion af varmeapparater til industrielle ovne anvendes typisk ledning med en diameter på 3 til 7 mm. For ovne med en driftstemperatur på 1000 ° C og mere bør en ledning med en diameter på mindre end 5 mm dog ikke tages.

Forholdet mellem spiralens stigning h og dens diameter D og diameteren af ​​tråden d (fig. 1, k) er valgt på en sådan måde, at det lette placeringen af ​​varmelegemerne i ovnen for at sikre deres tilstrækkelig stivhed og samtidig ikke varmeoverførsel fra dem til produkterne er overdrevent kompliceret.

Jo større diameter spiralen er og jo tykkere dens stigning, jo lettere er det at placere varmelegemer i ovnen, men efterhånden som diameteren øges, aftager styrken af ​​spiralen, og tendensen til dens vindinger til at ligge oven på hinanden øges. .På den anden side, når tætheden af ​​viklingen øges, øges den afskærmende effekt af den del af dens vindinger, der vender mod produkterne, på resten, og derfor forringes brugen af ​​dens overflade.

Praksis har etableret helt bestemte, anbefalede forhold mellem tråddiameter, stigning og spiraldiameter for tråde fra 3 til 7 mm i diameter. Disse forhold er som følger: h> 2d og D = (6 ÷ 8) d for nichrom og for mindre stærke jern-chrom-aluminiumlegeringer D = (4 ÷ 6) d.

Ris. 1. Trådvarmere: a — zigzag trådvarmer på metalkroge på sidevæggen: b — zigzag trådvarmer i ildstedet, c — det samme i hvælvingen, d — det samme på keramiske hylder, e — trådspiral på udragende mursten på sidevæggen c ved tilslutning til kroge, f — trådspiral i buede sten og i ildskakte, g — trådspiral på keramiske hylder, h — trådspiral på keramisk rør, og — trådvarmeudløb, k — symbolsk betegnelse for dimensioner af varmeren med ledning

For tyndere tråde tages forholdet mellem helixens og trådens diametre, såvel som helixens stigning, normalt større. Disse forhold gælder for spiraler placeret på hylder (så spiralerne ikke svulmer, skal de bindes for hver 300 — 500 mm til kroge indlejret i murværket) og i kanalerne i beklædningen af ​​vægge og hvælvinger, samt i hvælvinger sten.

For nylig er spiralvarmere baseret på keramiske rør dog blevet mere almindelige (fig. 2).Fra synspunktet om fordeling af stråling og effekt på ovnens vægge svarer sådanne varmeapparater næsten til fritstrålende spiraler, og omvendt er de meget mere effektive end spiraler i kanaler eller på hylder.

På den anden side, med dem, hviler hver bøjning på overfladen af ​​røret, og selvom det falder til en vis grad (får ovalitet), når det opvarmes, reducerer dette ikke dets egenskaber. Da et sådant varmelegeme derfor er mindre belastet end andre, og i det individuelle vindinger ikke kan ligge oven på hinanden, kan det om nødvendigt bringe forholdet mellem diameteren af ​​spiralen og trådens diameter op til 10 , og for jern-krom-aluminium-legeringer - op til 8.

Ris. 2. Design af spiralvarmere med tråd på keramiske rør: a — buevarmere, b — rør på sidevæggene, fastgørelse på varmebestandige ophæng, c — det samme i rillerne på keramiske søjler, d — rør i ildstedet.

Dette design er særligt gunstigt for sidstnævnte, da det tillader materialet at udvide sig frit. Derudover er der, som i fig. 2, udviklet design af varmeapparater med tråd på keramiske rør til deres installation ikke kun på ovnens vægge, men også i taget og i ildstedet, og i sidstnævnte tilfælde kan varmelegemerne lavet i form af bevægelige rammer, kan sådanne rammer let indsættes i ovnen og udskiftes under brænding. spare uden at stoppe ovnen.

Designet af spiralvarmere med ledning på keramiske rør er således alsidigt både med hensyn til brugen af ​​materialer og placeringen af ​​varmeapparaterne i ovnkammeret.Forholdet mellem den indre diameter af spiralen og den ydre diameter af røret for sådanne varmelegemer kan tages som ca. 1,1-1,2, afstanden mellem rørenes akser 1,5-2 gange diameteren af ​​spiralen.

For elektriske varmeapparater og ovne med tvungen luftcirkulation er brugen af ​​spiralvarmere på keramiske rør mindre ønskelig, da dette reducerer varmeoverførselskoefficienten for varmeren, brugen af ​​spiraler på hylderne eller i foringskanalerne er fuldstændig uacceptabel for samme årsag (undtagen tilfælde, hvor gasstrømmen kan rettes langs spiralen i retning af dens akse).

I sådanne ovne er det bedre at bruge strukturer med frit blæste spiraler, klemt mellem isolatorer med visse intervaller eller bundet til sidstnævnte (fig. 3). Hvis spiralvarmere af keramiske rør bruges i sådanne strukturer (ved højere temperaturer), skal forholdet mellem diameteren af ​​spiralen og rørets diameter øges til 1,5.

Ris. 3. Design af (a) tråd og (b) båndvarmeelementer til elektriske varmelegemer.

Tapevarmere er lavet i form af zigzags af forskellige størrelser og er monteret på metal (varmebestandigt stål eller nichrom) eller keramiske kroge (fig. 4). Metalkroge er indlejret i murværket af væggene (i sømmene mellem mursten eller i kanalerne af specielle mursten), keramiske kroge er udvækster af specielle sten lagt i murværket.

For de nederste dele lukker zigzagerne ikke ved vridning, mellem dem placeres afstandsstykker, som er ildler eller aluminium keramiske bøsninger placeret på varmebestandige eller nichrome stifter indlejret i murværket.Bøsningerne er fastgjort til stifterne med nichrome stifter. Med keramiske kroge er separatorerne også lavet udelukkende af keramik (fig. 4, a).

I fig. 4, h viser udformningen af ​​aftagelige keramiske kroge og afstandsstykker. Dette design er meget nyttigt, da det giver dig mulighed for nemt at udskifte krogene i tilfælde af skade.

Zigzag-varmere kan også monteres på ovnens sidevægge på keramiske stativer, men dette design er endnu mindre bekvemt med hensyn til specifik effekt placeret på væggen og graden af ​​afskærmning af varmeapparaterne end konstruktionen af ​​wire-on-rack varmelegemer. Hertil skal det tilføjes, at keramiske hylder normalt fungerer dårligt i drift, da det i tilfælde af brud, for at erstatte den beskadigede hylde, er nødvendigt at flytte murværket (fig. 4, d).

Ris. 4. Design af båndvarmere: a — bånd-zigzag-varmere på sidevæggen af ​​metalkroge, b — bånd-zigzag-varmelegeme i ildstedet. c — samme i hvælving, d — samme på keramiske hylder, e — bevægeligt højtemperaturrammeelement, f — lavtemperaturrammeelement, g — "fladbølge" varmelegeme på keramiske rør, h — zigzagbåndvarmer på bevægelige kroge, og — symbolsk betegnelse på dimensionerne af zigzag-båndvarmeren.

I hvælvingen eller i bunden af ​​båndvarmerne kan de passe ind i de murværkskanaler, der er dannet af specialformede sten (bjælker — fig. 4, b og c). Sådanne varmelegemer kan også udføres som bevægelige rammer (fig. 4-53, e) Derudover kan båndets zigzag med en buet hvælving hænges på bevægelige metalkroge.

I elektriske varmeovne og tvangsluftovne bør båndvarmere udformes, så varmelegemets overflade er så tilgængelig som muligt for indblæsning med en gasstrøm. Et eksempel på en sådan konstruktion er vist i fig. 3, b.

Jo tykkere zigzag-varmerne er, jo længere tid kan varmelegemet placeres i ovnen, men jo større beskyttelse af svingene, jo dårligere er båndets overflade. Derfor blev de accepterede dimensioner af strip zigzag varmeapparater etableret, som sikrer deres tilstrækkelig styrke og lav gensidig beskyttelse.

Til dette formål forsøger de at opfylde følgende forhold (notationer i henhold til fig. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, det mest almindelige forhold mellem bredden af ​​strimlen og dens tykkelse er 10. zigzag trin h> 1.8b er strimmelradius afrundet for at undgå bøjningsbrud r>

Til varmelegemetemperaturer op til 1000 ° C i industrielle ovne anvendes et bånd med dimensioner på mindst 1X10 mm, ved højere temperaturer, mindst 2X20 mm.

Ved temperaturer op til 1000 ° C kan højden af ​​zigzag B på væggen variere fra 150 til 400-600 mm, men for hver 200 mm er der brug for en række afstandsstykker, det vil sige ved 200-400 mm, en række med afstandsstykker, og ved 400 —600 mm - to linjer. På buen og i ildstedet skal højden af ​​zigzag B begrænses til 250 mm for at undgå at varmelegemerne sætter sig. Disse anbefalinger kan udvides til at omfatte jern-chrom-aluminium-legeringer.

For varmelegemetemperaturer fra 1000 til 1100 ° C kan de angivne grænsedimensioner reserveres for legeringen Kh20N80 og Kh20N80T, for jern-krom-aluminiumslegeringerne bør dimension B med den lodrette position af zigzag være begrænset til 250 mm, og med vandret position 150 mm.

Ved varmelegemetemperaturer over 1100 ° C er det eneste acceptable design af strimmelvarmere til både taget og bunden en flad bølge på keramiske rør (fig. 2, g). Længden af ​​zigzag B i dette tilfælde kan tages som 75-100 mm. Til sidevægsvarmere kan der bruges et design med keramiske kroge, hvilket begrænser zigzag-højden til 150 mm.

I de senere år er zigzag-trådvarmere blevet meget brugt. For disse varmelegemer tages zigzag-trinnet h lig med (5 ÷ 9) d.

Ved brug af jern-krom-aluminium-legeringer i ovne med en driftstemperatur over 1000 ° C, skal alle dele af ildfast murværk, der kan komme i kontakt med varmelegemerne (keramiske kroge og skillevægge, hylder, rør, kanaler osv.) fremstilles af højoxiderede aluminiumsmaterialer med et minimumsindhold af jernoxider.

Tape zigzags vikles normalt i hånden ved hjælp af en simpel håndtagsanordning. Spiraler vikles på en drejebænk på en glat dorn tæt, derefter strækkes den resulterende spiral til den ønskede stigning.

Ris. 5. Forseglet varmeudtag: 1 — hus, 2, 6 — isolerende muffer, 3 — afstandsring, 4 — asbestpakning, 5 — koblingsmøtrik, 7 — varmeudtag.

Da den efter at have fjernet spiralen fra dornen ruller lidt ud og øger dens diameter (med ca. 1-3 mm), bør dornen tages med en mindre diameter end beregningerne.Denne reduktion afhænger af materialets elasticitet og skal bestemmes eksperimentelt for hver batch. I kraftværker produceres zigzagvarmere på specielle maskiner.

Udløb af varmeapparater op til en temperatur på 1000 ° C er lavet af varmebestandigt stål, krom-nikkel eller krom, til højere temperaturer - af legering 0X23Yu5A (EI-595). Til dette formål skal du tage en valsetråd, en stang med et tværsnit svarende til 3-4 gange varmelegemets tværsnit for at reducere frigivelsen af ​​varme i ledningerne. Den del af udløbet, der er placeret i lavtemperaturzonen, kan for at spare dyre materialer være lavet af almindeligt kulstofstål. Typiske ledningsdesign til lednings- og strimmelvarmere er vist i fig. 5.

I zigzag båndvarmeelementer er den indbyrdes afskærmning af de enkelte zigzags stadig relativt stor, selv med en stigning, der overstiger det dobbelte af båndets bredde, Det vil være mere fordelagtigt at udforme varmelegemerne således, at båndet vender mod produktet med på den brede side, men dette kræver en del svejsning, da hver vinding af båndet har to svejsninger, og varmelegemets design er dyrt og tilbøjeligt til at vride sig.

Derfor, selvom sådanne varmeapparater bruges i nogle tilfælde, men kun til små ovne. De giver betydelige materialebesparelser sammenlignet med bånd- og især trådvarmere og giver dig mulighed for at få en lidt højere specifik vægoverfladeeffekt for samme materialeforbrug.

Varmere med støbte fælge, støbt af nichrome og hængt på specielle kroge, nærmer sig også flade varmelegemer (fig. 6).De forskellige varmeovne kan naturligvis kun laves med stort tværsnit, og derfor bruges de enten i store ovne eller kræver reduceret spænding. Deres fordel er høj pålidelighed og lang levetid, målt i titusindvis af timer. Det antages generelt, at korrekt beregnede og konstruerede nichromvarmere skal fungere fra 6000 til 12000 timer (under strøm).

I muffel- og rørovne er tråd- og strimmelvarmere viklet direkte på en keramisk muffel eller rør, desuden, så spolens vindinger under udvidelsen fra opvarmning ikke svækkes og ikke flytter sig fra deres plads, leveres keramik med kanaler hvori båndet eller ledningen er lagt. En anden måde at fastgøre varmerens vindinger på keramikken er at belægge sidstnævnte efter vikling med et lag ildfast ler med ildfast ler.

Ris. 6. Sommervarmere.

Ris. 7. Stangrørsvarmere.

I ovne op til temperaturer på 400-500 ° C er der mange flere typer varmeapparater. Ud over spiral- og bånd-zigzag-varmere med åben ledning, det samme som i ovne med højere temperaturer, er der udskiftelige varmeelementdesigns, praktiske ved, at de kan bruges til at producere enhver strøm og på samme tid, når de brænder ud, som f.eks. elementer udskiftes nemt. reservedele.

Rørformede stangvarmeelementer er et sæt porcelænsisolatorer spændt på en varmebestandig eller stålstang og placeret i et stålrør, svejset i den ene ende og lukket med en blyisolator i den anden. En nichrome spiral er viklet på porcelænsisolatorer svejset i den ene ende til isolatortråden og i den anden til midterstangen.

Nogle gange er mellemrummet mellem røret og varmeren fyldt med kvartssand. Varmeapparater af denne type kan bruges op til 400-500 ° C og med ildfaste rør op til 1000 ° C og er især bekvemme til store ovne, hvor det er nødvendigt at beskytte varmeren mod mekanisk beskadigelse eller mod virkningen af ​​ætsende dampe ( Fig. 7).

Af stor interesse er de såkaldte "rørformede" varmeelementer (fig. 8). De består af et stålrør, langs hvis akse en nichrome spiral er placeret, svejset til udgangsboltene i enderne af varmeren. Mellemrummet mellem spiralen og rørets vægge er fyldt med periklase, krystallinsk magnesiumoxid, som har god elektrisk isolering og samtidig høj varmeledningsevne. Produktionen af ​​varmeelementer udføres som følger.

En nichrom spiral viklet på en stålstang blev monteret strengt aksialt i det forberedte rensede stålrør, røret blev fastgjort lodret på en vibrerende maskine og fyldt med periklasepulver ført gennem den magnetiske separator. Stangen fjernes derefter fra røret og føres gennem en smedemaskine, som hamrer den rundt i omkredsen, hvilket får dens diameter til at falde og periklasen bliver meget komprimeret.

Forseglede blyisolatorer er fastgjort til rørets kanter, hvorefter det takket være periklase-pakningen kan bøjes på enhver måde og få en bekvem form. I denne form kan de rørformede elementer bruges til at opvarme luft (elektriske varmeapparater), olie, nitrater og endda til at smelte lavtsmeltende metaller som tin, bly, babbitt.I sidstnævnte tilfælde, for at undgå hurtig korrosion af metalrørvæggen, er den forfyldt med støbejern, som danner en massiv plade, indeni hvilken der er et rørformet varmeelement.

Ris. 8. Rørvarmere.

Brugen af ​​rørformede varmeapparater til bade med salpeter er yderst ønskelige, fordi sammenlignet med bade med ekstern opvarmning reducerer det reduktionen af ​​energiforbruget, øger badenes sikkerhed og en enorm besparelse af nichrome. Men for deres tilfredsstillende drift i nitrater, især ved temperaturer på 500 ° C og derover, er det nødvendigt at lave en dobbelt kappe af røret, placere på den forberedte varmelegeme et andet rør, nikkel, modstandsdygtig over for varme.

Når de bruges i elektriske varmeovne, er de ribbede for at øge varmeoverførslen til luften.

Rørvarmere er meget udbredte til produktion af husholdningsvarmeapparater.

Rørvarmere fungerer med effekt fra flere hundrede watt til flere kilowatt.

Data om rørvarmere fremstillet af vores industri er tilgængelige i katalogerne.