Степаньянц лекции ч6 (1074374)
Текст из файла
2. Электрический расчёт нагревательных элементов.Цель расчёта: определение размеров (длины и сечения) нагревателя и его формы (типа).Исходные данные:- необхдимая удельная поверхностная мощность W- характеристики материала нагревателя (удельное электрическое сопротивлени, плотность)- напряжение питающей сети- требуемая мощность.Определение размеров сесения и длины длины нагревателя основываетяс на двух уровнях:Первое отражает условия теплообмена:Pн = WFн , гдеPн - мощность нагревателя (мщность одной параллельной ветви, если в печи несколькопараллельных ветвей, и мощность одной фазы, если печь трёхфазная), Вт(1)Fн - полная площадь поверхности нагревателя, м2Второе – электрическая связь параметров нагревателя:2U2U(2)=, гдеPн =R (ρ L ) fнU - напряжение питающей сети (для трёхфазной печи – фазовое, эсли нагреватели включены в звезду, и линейное, если они включены в треугольник), ВR - сопротивлени нагревателя (одной параллельной ветви, или одной фазы), Омρ - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя при рабочей температуре, Ом мLн - длина нагревателя, мf - площадь сечения нагревателя, м2.Из уравнения (1), учитывая, что Fн = П ⋅ λ , где П – периметр поперечного сечения нагревателя, имеем:P(3)Lн = нWПU2 fLн =из уравнения (2)(4)Pн ρиз (3) и (4) имеем:f ⋅П =Pн2 ⋅ ρU 2 ⋅W(5)1) Нагреватели круглого сечения (проволочные и стержневые).f =πd2 / 4; П =πd ;Тогдаπ 2d 34Pн2 ⋅ ρ= 2;U ⋅Wd=Отсюда34 Pн2 ⋅ ρπ 2 ⋅U 2 ⋅W(6)Подставляя d в выражение (3) или (4), получим:Lн =PнP ⋅U 2=3 нW ⋅π d4π ⋅ ρW 2(7)Масса нагревателя М будет равна: M = γ M ⋅ f ⋅ L , гдеγ M - плотность материала нагревателя, кг/м3.2) Нагреватели прямоугольного сечения (лента).Задаёмся отношением сторон m=b/a (обычно принимают m = 5-15).Тогда f=ba=ma2.П = 2(b + a ) = 2( ma + a ) = 2a ( m + 1)Согласно (5) имеем:Pн2 ⋅ ρ32m(m + 1)a = 2; отсюдаU ⋅Wa=3Pн2 ⋅ ρ2m(m + 1) ⋅U 2 ⋅WИз (4) имеем: L =3m ⋅ Pн ⋅U 24(m + 1)2 ⋅ ρ ⋅W 2(9).Полученные расчётные значения d,a округляют до ближайших больших значениё по сортаменту.Из формул (6) и (8) видно, что с понижением напряжения U увеличиваются размеры сечения, что благоприятно сказывается на сроке службы нагревателя и одновременно уменьшается расчётная длина L , что облегчает размещени нагревателей внутри печи.Для открытых проволочных спиральных нагревателей с d = 5- 9 мм.
рекомендуетяс шагспирали t>2d для того, чтобы не уменьшать α эф .Диаметр спирали D выбирают из условия механической прочности, то есть сохраненияформы.Рекомендуется принимать D=(7-10)d – для никельсодержащих сплавов сопротивления иD=(5-7)d – для хромоалюминиевых сплавов.LДлина спирали lсп = n ⋅ t =⋅ t , где n – число витков спирали, t – шаг спирали.π ⋅DДля проволочного зигзагообразного нагревателя при d=6-15мм высоту зигзага принимаютB ≤ 200 − 400 мм , шаг l ≥ 5d .Для ленточного зигзага рекомендуется принимать B ≤ 100a; l ≥ 2b.Длина гормошки зигзагообразного нагревателя равна:L ⋅llг = n ⋅ l ≈2B3) Материалы для нагревательных элеметнов электрических лучейСпецифические требования:1. Жаростойкость – способность не окисляться при высоких температурах;2.
Достаточная жаропрочность – механическая прочность при высоких температурах. Она должна быть достаточной, чтобы нагреватели выдерживали собственный вес без деформации;3. Большое удельное электрическое сопротивление. Чем меньше сопротивление,тем больше длина Lн и тем меньше поперечное сечение. Тонкий и длинный нагреватель конструктивно неудобен;4. Малый температурный коэффициент электрического сопротивления. Чем большеэтот коэффициент, тем больше разница электрических сопротивлений горячего ихолодного нагревателя.Большинство материалов имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, то есть с увеличением температуры ихудельное сопротивление возрастает.Поэтому мощность и забираемый из сети ток различны при холодном и горячем состоянии нагревателя.
Так как номинальная мощность печи считается для разогретого состояния, то при включении печи потребляется повышенная мощность и имеет место пусковой скачек тока. Следовательно, необходимо иметь понижающий напряжение трансформатор.5. Постоянство электрических свойств во времени.При старении материала нагревателей ρ увеличивается, поперечное сечение уменьшается и, следовательно, мощность печи падает. Таким образом, при сильном старенииматериала необходимо иметь регулировочный трансформатор, повышающий подводимоенапряжение во времени.6.
Постоянство размеров. Некоторые материалы с течением времени растут, то естьих длина увеличивается. Удлинение может достигать 30-40%. Это приводит кконструктивным неудобствам и изменению поперечного сечения.7. Хорошая обрабатываемость материала нагревателя. Возможность прокатки, волочения, спирализации при изготовлении проволоки, ленты, спирали. Достаточнохорошая свариваемость.а) Основными материалами, специально разработанными для этой цели, поэтому вмаксимальной степени удовлетворяющими перечисленным требованиям, являются нихромы – сплавы Ni, Cr и Fe. Различают двойные и тройные сплавы.Двойные нихромы содержат в основном Ni и Cr, содержание Fe не более 0,5 – 3%.Пример: Х20Н80 (Cr – 20-23%, Ni – 75-78%)/Тройные нихромы: Fe существенно больше.Пример: Х15Н60 (Cr – 15-18%, Ni – 55-60%, остальное Fe).Чем больше Cr, тем более тугоплавкий сплав и выше рабочая температура, но с увеличением Cr ухудшается обрабатываемость материала (Cr < 30%).Чем выше содержание Ni, тем выше рабочая температура и лучше остальные качества нагревателя, но тем дороже нагреватель.Повышение содержания Fe увеличивает ρ, обрабатываемость, но увеличивает и температурный коэффициент сопротивления, снижает жаростойкость.Для нихромов tраб.max = 1100 оС.Стремление снизить стоимость сплава привело к уменьшению % содержания в немNi.б) Железохромоникелевые сплавы.tраб.max = 900 оС.
Пример: Х23Н18 (Cr – 24-27%, Ni – 17-20%, остальное Fe).в) Железохромоалюминиевые сплавы.Преимущества: более дешевые, более жаростойкие. tраб.max ≈ 1300 оС.Недостатки: более хрупкие, хуже обрабатываются, существенно растут в эксплуатации. Пример: для tраб до 800 оС – Х13Ю4 (фехраль).Для tраб до 1300 оС – сплавы с добавлением Ti и B.ЭИ595 (0Х23Ю5);ЭИ626 (0Х27Ю5).г) Хромоникельалюминиевые сплавы (нихром + Al).Качественно лучше безникелеевых сплавов и несколько дешевле нихромов.Пример: ХН70Ю. tраб.max ≈ 1200 оС.Таким образом, перечисленные сплавы используются для низко и среднетемпературных печей.Для высокотемпературных печей tраб > 1300 оС применяются неметаллические нагреватели и нагреватели из тугоплавких металлов.д) Неметаллические нагреватели.– Карборундовые (SiC) нагреватели (КЭН).tраб.max ≈ 1500 оС.
Применяются в основном в печах с окислительной атмосферой.Выпускают в виде стержней известных под названием силитовых и глобаровых.Преимущество: высокое ρ (в 100 раз выше, чем у сплавов).Недостатки: имеют переменный температурный коэффициент электрического сопротивления, поэтому необходимы трансформаторы с регулируемым вторичным напряжением. Кроме того, они очень хрупкие и сильно «стареют».– Дисилицид молибденовые (MoSi2) нагреватели (СМ).tраб.max ≈ 1700 оС. Выпускаются в виде стержней.Преимущества и недостатки те же, что и у карборундовых нагревателей.– Графитовые нагреватели. Выполняются стержневыми, трубчатыми.tраб.max ≈ 3000 оС.
Используются только для вакуумных печей или печей с нейтральной атмосферой, так как могут сильно окисляться и разрушаться.При высоких температурах сильно испаряются, но очень хорошо обрабатываются вхолодном состоянии резанием. Имеет переменное удельное электрическое сопротивление,поэтому используются с понижающими трансформаторами.е) Металлические тугоплавкие нагреватели.– Молибден (Mo); tраб.max до 2000 оС.– Ниобий (Nb); tраб.max 2000 оС.– Тантал (Ta); tраб.max до 3000 оС.– Вольфрам (W); tраб.max до 3000 оС.Эти материалы сильно окисляются на воздухе, поэтому используются в основномдля вакуумных печей и печей с нейтральными средами, сильно испаряются в вакууме.
Питание от понижающих трансформаторов..
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
