Design av varmeelementer for elektriske ovner

Varmeelementene til de fleste industriovner er enten strips eller wire.I fig. 1 viser innretningen til en konvensjonell nikromtrådvarmer, konstruksjonene som er brukt for å feste den på taket, på veggene og i ovnens ildsted, og utformingen av ledningene. Vanligvis, for produksjon av varmeovner for industrielle ovner, brukes ledning med en diameter på 3 til 7 mm. Imidlertid, for ovner med en driftstemperatur på 1000 ° C og mer, bør en ledning med en diameter på mindre enn 5 mm ikke tas.

Forholdene mellom spiralens stigning h og dens diameter D og diameteren til tråden d (fig. 1, k) er valgt på en slik måte at de forenkler plassering av varmeovnene i ovnen for å sikre tilstrekkelig stivhet. og samtidig ikke varmeoverføring fra dem til produktene er for komplisert.

Jo større diameter spiralen er og jo tykkere dens stigning, desto lettere er det å plassere varmeovner i ovnen, men etter hvert som diameteren øker, reduseres styrken til spiralen og tendensen til svingene til å ligge oppå hverandre øker. .På den annen side, når tettheten til viklingen øker, øker skjermingseffekten av den delen av svingene som vender mot produktene på resten, og derfor blir bruken av overflaten dårligere.

Praksis har etablert ganske klare, anbefalte forhold mellom ledningsdiameter, stigning og spiraldiameter for ledninger fra 3 til 7 mm i diameter. Disse forholdstallene er som følger: h> 2d og D = (6 ÷ 8) d for nikrom og for mindre sterke jern-krom-aluminiumlegeringer D = (4 ÷ 6) d.

Ris. 1. Trådvarmere: a — sikksakk trådvarmer på metallkroker på sideveggen: b — sikksakk trådvarmer i ildstedet, c — det samme i hvelvet, d — det samme på keramiske hyller, e — trådspiral på utstikkende murstein på sideveggen c ved tilkobling til kroker, f — trådspiral i buede steiner og i ildstedsjakter, g — trådspiral på keramiske hyller, h — trådspiral på keramikkrør, og — trådvarmeuttak, k — symbolsk betegnelse på dimensjoner på varmeren med ledning

For tynnere ledninger er forholdet mellom diametrene til helixen og ledningen, samt stigningen til helixen, vanligvis tatt større. Disse forholdstallene gjelder for spiraler plassert på hyller (slik at spiralene ikke svulmer opp, må de bindes hver 300. — 500. mm til kroker innebygd i murverket) og i kanalene til foringen av vegger og hvelv, samt i hvelvede steiner.

I det siste har imidlertid spiralvarmere basert på keramiske rør blitt mer vanlig (fig. 2).Fra synspunktet om fordeling av stråling og kraft på ovnens vegger, er slike varmeovner nesten ekvivalente med fritstrålende spiraler, og omvendt er de mye mer effektive enn spiraler i kanaler eller på hyller.

På den annen side, med dem, hviler hver bøyning på overflaten av røret, og selv om det synker til en viss grad (får ovalitet) når det oppvarmes, reduserer dette ikke egenskapene. Siden en slik varmeovn derfor er mindre belastet enn andre, og i den individuelle svinger ikke kan ligge oppå hverandre, kan den, om nødvendig, bringe forholdet mellom diameteren til spiralen og diameteren til ledningen opp til 10 , og for jern-krom-aluminium-legeringer - opptil 8.

Ris. 2. Utforminger av spiralvarmere med ledning på keramiske rør: a — buevarmere, b — rør på sideveggene, feste på varmebestandige oppheng, c — det samme i sporene til keramiske søyler, d — rør i ildstedet.

Denne utformingen er spesielt gunstig for sistnevnte da den lar materialet utvide seg fritt. I tillegg, som i fig. 2, er design av varmeovner med ledning på keramiske rør utviklet for installasjon ikke bare på ovnens vegger, men også i taket og i ildstedet, og i sistnevnte tilfeller kan varmeovnene være laget i form av bevegelige rammer, kan slike rammer lett settes inn i ovnen og erstattes under fyring. spare uten å stoppe ovnen.

Dermed er utformingen av spiralvarmere med ledning på keramiske rør allsidig både når det gjelder materialbruk og plassering av varmeovnene i ovnskammeret.Forholdet mellom den indre diameteren til spiralen og den ytre diameteren til røret for slike varmeovner kan tas som omtrent 1,1-1,2, avstanden mellom rørenes akser 1,5-2 ganger diameteren til spiralen.

For elektriske varmeovner og ovner med tvungen luftsirkulasjon er bruken av spiralvarmere på keramiske rør mindre ønskelig, siden dette reduserer varmeoverføringskoeffisienten til varmeren, bruken av spiraler på hyllene eller i foringskanalene er helt uakseptabelt for samme grunn (bortsett fra tilfeller der gasstrømmen kan rettes langs spiralen, i retning av dens akse).

I slike ovner er det bedre å bruke strukturer med fritt blåste spiraler, klemt mellom isolatorer med visse intervaller eller bundet til sistnevnte (fig. 3). Hvis spiralvarmere av keramiske rør brukes i slike strukturer (ved høyere temperaturer), bør forholdet mellom diameteren til spiralen og diameteren på røret økes til 1,5.

Ris. 3. Design av (a) wire og (b) stripevarmeelementer til elektriske varmeovner.

Tapevarmere er laget i form av sikksakk i forskjellige størrelser og er montert på metall (varmebestandig stål eller nikrom) eller keramiske kroker (fig. 4). Metallkroker er innebygd i murverket på veggene (i sømmene mellom murstein eller i kanalene til spesielle murstein), keramiske kroker er utvekster av spesielle steiner lagt i murverket.

For de nedre delene lukkes ikke sikksakkene ved vridning, det er plassert avstandsstykker mellom dem, som er ildleire eller aluminium keramiske bøssinger plassert på varmebestandige eller nikromstifter innebygd i murverket.Hylsene er festet til tappene med nikromstifter. Med keramiske kroker er separatorene også laget utelukkende av keramikk (fig. 4, a).

I fig. 4, h viser utformingen av avtagbare keramiske kroker og avstandsstykker. Denne designen er veldig nyttig da den lar deg enkelt bytte ut krokene i tilfelle skade.

Sikksakkvarmere kan også monteres på ovnens sidevegger på keramiske stativer, men denne utformingen er enda mindre praktisk med tanke på spesifikk effekt plassert på veggen og graden av skjerming av varmeovnene enn konstruksjonen av wire-on-rack varmeovner. Til dette skal det legges til at keramiske hyller vanligvis fungerer dårlig i drift, siden i tilfelle brudd, for å erstatte den skadede hyllen, er det nødvendig å forskyve murverket (fig. 4, d).

Ris. 4. Design av stripevarmere: a — stripe sikksakkvarmere på sideveggen av metallkroker, b — stripe sikksakkvarmere i ildstedet. c — samme i hvelv, d — samme på keramiske hyller, e — bevegelig høytemperaturrammeelement, f — lavtemperaturrammeelement, g — «flatbølge»-varmer på keramiske rør, h — sikksakkbåndvarmer på bevegelige kroker, og — symbolsk betegnelse på dimensjonene til sikksakkvarmeren.

I hvelvet eller i bunnen av stripevarmerne kan de passe inn i murkanalene dannet av spesielle formede steiner (bjelker — Fig. 4, b og c). Slike varmeovner kan også lages som bevegelige rammer (Fig. 4-53, e) I tillegg, med et buet hvelv, kan sikksakkene til båndet henges på bevegelige metallkroker.

I elektriske varmeovner og varmluftovner bør båndvarmere utformes slik at varmeovnens overflate er så tilgjengelig som mulig for å blåse med en gasstrøm. Et eksempel på en slik konstruksjon er vist i fig. 3, b.

Jo tykkere sikksakkvarmerne er, jo lenger kan varmeren plasseres i ovnen, men jo større beskyttelse av svingene, desto dårligere er overflaten på beltet. Derfor ble de aksepterte dimensjonene til stripe sikksakkvarmere etablert, som sikrer tilstrekkelig styrke og lav gjensidig beskyttelse.

For dette formålet prøver de å tilfredsstille følgende forhold (notasjoner i henhold til fig. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, det vanligste forholdet mellom bredden på stripen og tykkelsen er 10. sikksakk trinn h> 1.8b er strimmelradius avrundet for å unngå bøyebrudd r>

For varmeovnstemperaturer opp til 1000 ° C i industrielle ovner brukes et bånd med dimensjoner på minst 1X10 mm, ved høyere temperaturer, minst 2X20 mm.

Ved temperaturer opp til 1000 ° C kan høyden på sikksakk B på veggen variere fra 150 til 400-600 mm, men for hver 200 mm trengs en rad avstandsstykker, det vil si ved 200-400 mm, en rad med avstandsstykker, og ved 400 —600 mm - to linjer. På buen og i ildstedet, for å unngå at varmeovnene setter seg, må høyden på sikksakk B begrenses til 250 mm. Disse anbefalingene kan utvides til jern-krom-aluminium-legeringer.

For varmeovnstemperaturer fra 1000 til 1100 ° C, kan de spesifiserte grensedimensjonene reserveres for legeringene Kh20N80 og Kh20N80T, for jern-krom-aluminiumslegeringene bør dimensjon B med vertikal posisjon av sikksakk begrenses til 250 mm, og med horisontal posisjon 150 mm.

Ved varmeovnstemperaturer over 1100 ° C er den eneste akseptable utformingen av stripevarmere for både tak og bunn en flat bølge på keramiske rør (fig. 2, g). Lengden på sikksakk B i dette tilfellet kan tas som 75-100 mm. For sideveggvarmere kan en design med keramiske kroker brukes som begrenser sikksakkhøyden til 150 mm.

De siste årene har sikksakk-trådvarmere blitt mye brukt. For disse varmeovnene tas sikksakk-trinnet h lik (5 ÷ 9) d.

Ved bruk av jern-krom-aluminium-legeringer i ovner med driftstemperatur over 1000 ° C, må alle deler av ildfast murverk som kan komme i kontakt med varmeovnene (keramiske kroker og skillevegger, hyller, rør, kanaler osv.) lages av høyoksiderte aluminiumsmaterialer med et minimumsinnhold av jernoksider.

Tape sikksakk vikles vanligvis for hånd ved hjelp av en enkel spakanordning. Spiraler vikles på en dreiebenk på en glatt dor tett, deretter strekkes den resulterende spiralen til ønsket stigning.

Ris. 5. Forseglet varmeuttak: 1 — hus, 2, 6 — isolerende hylser, 3 — avstandsring, 4 — asbestpakning, 5 — koblingsmutter, 7 — varmeuttak.

Siden etter fjerning av spiralen fra doren, ruller den ut litt, og øker diameteren (med ca. 1-3 mm), bør doren tas med en mindre diameter enn beregninger.Denne reduksjonen avhenger av elastisiteten til materialet og må bestemmes eksperimentelt for hver batch. I kraftverk produseres sikksakkvarmere på spesielle maskiner.

Uttak av varmeovner opp til en temperatur på 1000 ° C er laget av varmebestandig stål, krom-nikkel eller krom, for høyere temperaturer - av legering 0X23Yu5A (EI-595). For dette formålet, ta en trådstang, en stang med et tverrsnitt lik 3-4 ganger tverrsnittet til varmeren, for å redusere frigjøringen av varme i ledningene. Den delen av utløpet som ligger i lavtemperatursonen, for å spare dyre materialer, kan være laget av vanlig karbonstål. Typiske ledningsdesign for lednings- og stripevarmere er vist i fig. 5.

I sikksakkbåndvarmeelementer er den innbyrdes skjerming av de enkelte sikksakkene fortsatt relativt stor, selv med en stigning som overstiger det dobbelte av båndets bredde Det vil være mer fordelaktig å utforme varmeovnene på en slik måte at båndet vender mot produktet med på bredsiden, men dette krever mye sveising da hver omdreining av stripen har to sveiser og varmeovnsdesignet er dyrt og utsatt for vridning.

Derfor, selv om slike varmeovner brukes i noen tilfeller, men bare for små ovner. De gir betydelige materialbesparelser sammenlignet med stripe- og spesielt trådvarmere og lar deg få en litt høyere spesifikk veggoverflateeffekt for samme materialforbruk.

Varmere med støpte felger, støpt av nichrome og hengt på spesielle kroker, nærmer seg også flate varmeovner (fig. 6).De ulike varmeovnene kan selvsagt kun lages med store tverrsnitt, og derfor brukes de enten i store ovner eller krever redusert spenning. Fordelen deres er høy pålitelighet og lang levetid, målt i titusenvis av timer. Det antas generelt at riktig beregnede og utformede nikromvarmeovner skal fungere fra 6000 til 12000 timer (under strøm).

I muffel- og rørovner vikles tråd- og stripevarmere direkte på en keramisk muffe eller rør, dessuten, slik at viklingene på spolen under utvidelsen fra oppvarming ikke svekkes og ikke beveger seg fra stedet, leveres keramikk med kanaler der båndet eller ledningen legges. En annen måte å fikse svingene til varmeren på keramikken er å belegge sistnevnte etter vikling med et lag ildfast leire med ildleire.

Ris. 6. Sommervarmere.

Ris. 7. Stangrørvarmere.

I ovner opp til temperaturer på 400-500 ° C er det mange flere typer varmeovner. I tillegg til spiral- og båndsikksakkvarmere med åpen ledning, det samme som i ovner med høyere temperatur, er det utskiftbare varmeelementdesign, praktisk ved at de kan brukes til å produsere hvilken som helst kraft og samtidig når de brenner ut, som f.eks. elementene byttes enkelt ut. reserve.

Rørformede stavvarmeelementer er et sett med porselensisolatorer trukket på en varmebestandig eller stålstang og plassert i et stålrør, sveiset i den ene enden og lukket med en blyisolator i den andre. En nikrom spiral er viklet på porselensisolatorer sveiset i den ene enden til isolatortråden og i den andre til senterstangen.

Noen ganger er mellomrommet mellom røret og varmeren fylt med kvartssand. Varmere av denne typen kan brukes opp til 400-500 ° C og med ildfaste rør opp til 1000 ° C og er spesielt praktiske for store ovner der det er nødvendig å beskytte varmeren mot mekanisk skade eller fra virkningen av korrosive damper ( Fig. 7).

Av stor interesse er de såkalte "rørformede" varmeelementene (fig. 8). De består av et stålrør, langs aksen som en nikromspiral er plassert, sveiset til utgangsboltene i endene av varmeren. Rommet mellom spiralen og rørets vegger er fylt med periklase, krystallinsk magnesiumoksid, som har god elektrisk isolasjon og samtidig høy varmeledningsevne. Produksjonen av varmeelementer utføres som følger.

En nikrom spiral viklet på en stålstang ble montert strengt aksialt i det forberedte rensede stålrøret, røret ble festet vertikalt på en vibrerende maskin og fylt med periklasepulver ført gjennom den magnetiske separatoren. Stangen fjernes deretter fra røret og føres gjennom en smimaskin, som hamrer den rundt omkretsen, noe som fører til at diameteren minker og periklasen blir veldig komprimert.

Forseglede blyisolatorer er festet til kantene av røret, hvoretter den, takket være periklase-pakningen, kan bøyes på noen måte og gis en praktisk form. I denne formen kan de rørformede elementene brukes til å varme opp luft (elektriske varmeovner), olje, nitrater og til og med til å smelte lavtsmeltende metaller som tinn, bly, babbitt.I sistnevnte tilfelle, for å unngå rask korrosjon av metallrørveggen, er den forhåndsfylt med støpejern, som danner en massiv plate, inne i hvilken det er et rørformet varmeelement.

Ris. 8. Rørformede varmeovner.

Bruken av rørformede varmeovner for bad med salpeter er svært ønskelig, fordi sammenlignet med bad med ekstern oppvarming, reduserer det reduksjonen av energiforbruket, øker sikkerheten til badene og en enorm besparelse av nichrome. For deres tilfredsstillende drift i nitrater, spesielt ved temperaturer på 500 ° C og over, er det imidlertid nødvendig å lage en dobbel kappe av røret, og plassere på den forberedte varmeren et andre rør, nikkel, motstandsdyktig mot varme.

Når de brukes i elektriske varmeovner, er de ribbede for å øke varmeoverføringen til luften.

Rørformede varmeovner er svært utbredt for produksjon av husholdningsoppvarmingsenheter.

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

Data om rørvarmere produsert av vår industri er tilgjengelig i katalogene.