Конструктивные особенности нагревательных элементов

Тема «Расположение нагревательных элементов в печах. Пример расчета нагревательных элементов»

Основы теории электронагрева

Нагревательные элементы – это проводники, выполненные из специального сплава, имеющие большое электрическое сопротивление и высокий срок службы при температурах, соответствующих термической обработке. Если на концах проводника создать разность потенциалов, по проводнику потечет электрический ток, сила которого будет зависеть как от разности потенциалов на концах проводника, так и от электрического сопротивления самого проводника, т. е.:

I = , где

I – сила тока, А

U – разность потенциалов, В

R – электрическое сопротивление, Ом

При протекании по проводнику электрического тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Количество электроэнергии, преобразованной в тепловую за 1 секунду, называется мощность:

N – UI, Вт

Регулируя напряжение и сопротивление проводника, можно добиться выделения необходимого количества тепловой энергии.

Определение печей сопротивления

Печи, в которых используются нагрев проводников, носят общее название печей сопротивления. Печи бывают прямого нагрева (контактного), когда металлическое изделие нагревается непосредственно проходящим через него электрическим током, и косвенного нагрева – в них электрический ток проходит по нагревательным элементам, расположенным внутри печи. Долговечность нагревателя зависит от температуры, до которой он нагревается, от размещения его в печи, т.к чем лучше условия отвода теплоты от нагревателя, тем ниже его температура при прочих равных условиях. В термических печах температура нагревателя не должна превышать температуру рабочего пространства печи больше чем на 50 – 100^оС. В этом случае обеспечивается равномерный нагрев изделий, не возникнет местный перегрев. В зависимости от температуры в рабочем пространстве печи применяют соответствующие материалы нагревателей: до 1100^оС – преимущественно нагреватели из хромоникелевых сплавов, для более высоких температур (до 1300^оС) – керамические нагреватели.

Конструктивные особенности нагревательных элементов

Металлические нагревательные элементы выполняются из ленты или проволоки.

Рисунок 2. Проволочные нагреватели.

а) проволочный спиральный; б) проволочный зигзагообразный.

h – шаг спирали (зигзага);

d–диаметр проволоки;

Д – диаметр спирали;

В – высота зигзага.

Проволочные нагреватели обычно выполняются из проволоки диаметром d = 2- 8 мм Средний диаметр спирали Д = 5-8мм.

Из ленты делают зигзагообразные нагреватели, предназначенные для крепления на стенках, поду и своде.

Рис. 3 Ленточный зигзагообразный нагреватель.

h– шаг зигзага;

В – высота зигзага;

а – ширина сечения ленты

в – длина сечения ленты

Рекомендуемые соотношения между геометрическими характеристиками нагревателей выбирают так, чтобы обеспечить размещение нагревателей в печи и их достаточную жесткостью, а также создать хорошие условия для передачи тепла от них к металлу.

4. Расчет металлических нагревательных элементов.

В основу расчета электрических нагревателей положены условия теплообмена их с окружающим пространством. Срок службы нагревателя зависит от температуры. Для каждой марки стали или сплава, из которого сделан нагреватель, существует оптимальная температура. Перегрев нагревателя приводит к его пережогу.

Электрические печи питаются непосредственно от сети переменного тока с напряжением 220 или 380 вольт. Питание печей с небольшой мощностью осуществляют по однофазной схеме, а мощных по трехфазной. При этом для регулирования мощности трехфазных печей прибегают к переключению групп нагревательных элементов с «∆» на «Y» и наоборот.

Для определения габаритных размеров нагревателя необходимо знать его допустимую удельную поверхностную мощность в кВт/м. Эта величина зависит от факторов, определяющих условия теплообмена нагревателя печи: температуры и степени черноты нагреваемого материала и нагревателя, расположения нагревателя в печи и т. д..

Если будет не понятно решение, выйдем с карантина, все объясню