Никелираната бобина на електрическата печка беше заменена с нихром. Никелираната спирала на електрическата печка беше заменена с нихром

Нихромът е изобретен през 1905 г. от Албърт Марш, който комбинира никел (80%) и хром (20%). Днес има около десет модификации на сплави от различни степени. Като допълнителни добавки се добавят алуминий, манган, желязо, силиций, титан, молибден и др.. Благодарение на изключителните си качества, този метал е широко използван за производството на електротехника.

Основните качества на нихрома

Нихромът е различен:

• висока устойчивост на топлина. При високи температури неговите механични свойства не се променят;
• пластичност, която позволява производството на нихромови спирали, жици, ленти, нишки от сплавта;
• лекота на обработка. Продуктите от нихром са добре заварени, щамповани;
• висока устойчивост на корозия в различни среди.
• устойчивостта на нихром е висока.

Основни свойства

• Плътността е 8200-8500 kg/m3.
• Точката на топене на нихрома е 1400 С.
• Максималната работна температура е 1100°C.
• Якост - 650-700 MPa.
• Специфичното съпротивление на нихрома е 1,05-1,4 ома.

Маркировка на нихромова тел

Нихромовата тел е отличен материал за различни електрически нагревателни елементи, които се използват в почти всички индустрии. Почти всяко домакинско отоплително устройство има елементи, изработени от нихром.

Буквена маркировка на проводника:

• "H" - използва се, като правило, в нагревателни елементи.
• "C" - използва се в съпротивителни елементи.
• "TEN" - е предназначен за тръбни електрически нагреватели.

Според вътрешните стандарти има няколко основни марки:

• Двоен проводник Х20Н80. Съставът на сплавта включва: никел - 74%, хром - 23%, както и по 1% желязо, силиций и манган.
• Тройка Х15Н60. Сплавта се състои от 60% никел и 15% хром. Третият компонент е желязото (25%). Наситеността на сплавта с желязо позволява значително да се намали цената на нихрома, чиято цена е доста висока, и в същото време да се запази неговата устойчивост на топлина. В допълнение, неговата обработваемост е повишена.
• Най-евтината версия на нихром е X25H20. Това е богата на желязо сплав, в която се запазват механичните свойства, но работната температура е ограничена до 900°C.

Използването на нихром

Благодарение на високото си качество и уникални характеристики, нихромовите продукти могат да се използват там, където са необходими надеждност, здравина, устойчивост на химически агресивни среди и много високи температури.

Нихромовите спирали и тел са неразделна част от почти всички видове отоплителни уреди. Нихром присъства в тостери, пекарни, нагреватели, фурни. Сплавта е намерила приложение и в резистори и реостати, работещи при високи температури. Нихром има в електрически лампи и поялници. Нихромовите спирали имат топлоустойчивост и значителна устойчивост, което им позволява да се използват в пещи за сушене и изпичане при висока температура.

Намира приложение и скрап нихром. Разтапя се и материалът се използва отново. В химическите лаборатории се използва сплав от никел и хром. Този състав не реагира с повечето алкали и киселини. Деформирани нихромови нагревателни намотки се използват в електронните цигари.

В сравнение с желязото, използвано преди това за тези цели, нихромовите продукти са по-безопасни, не искри, не ръждясват и нямат разтопени участъци.

Точката на топене на нихрома е 1400 ° C, така че при готвене не се усещат миризми и изпарения.

Инженерите все още изследват уникалните свойства на този материал, като непрекъснато разширяват обхвата му.

У дома нихромовата тел се използва за направата на домашно оборудване, прободни триони и фрези, като например машина за рязане на пяна или дърво, поялник, горелка за дърва, заваръчни машини, битови нагреватели и др.

Най-популярен е проводникът X20H80 и X15H60.

Къде мога да купя нихромова тел

Този продукт се продава на рула (намотки, бобини) или под формата на лента. Напречното сечение на нихромовата тел може да бъде под формата на овал, кръг, квадрат, а също и трапец, диаметърът е в диапазона от 0,1 до 1 милиметър.

Къде да получите или купите нихромови продукти? Предлагаме да разгледаме най-често срещаните и възможни опции:

1. На първо място, можете да се свържете с организацията, която произвежда тези продукти, и да направите поръчка. Можете да разберете точния адрес на такива предприятия в специални информационни бюра за стоки и услуги, които се предлагат в почти всички големи градове. Операторът ще може да предложи къде да закупите и ще даде телефонен номер. Освен това информация за гамата от такива продукти може да бъде намерена на официалните уебсайтове на производителите.
2. Можете да закупите нихромови продукти в специализирани магазини, например за продажба на радиокомпоненти, материали за занаятчии като "Сръчни ръце" и др.


3. Купувайте от физически лица, продаващи радиокомпоненти, резервни части и други метални изделия.
4. Всеки магазин за техника.
5. На пазара можете да си купите старо устройство, например лабораторен реостат, и да вземете нихром.
6. Нихромовата тел може да се намери и у дома. Например, от него се прави спирала от електрически плочки.

Ако трябва да направите голяма поръчка, тогава първата опция е най-подходяща. Ако имате нужда от малко количество нихромова тел, в този случай можете да вземете предвид всички останали елементи от списъка. Когато купувате, не забравяйте да обърнете внимание на етикета.

Нихромова спирална намотка

Днес нихромната намотка е един от основните елементи на много отоплителни уреди. След охлаждане нихромът може да запази своята пластичност, така че спирала от такъв материал може лесно да се отстрани, да промени формата си или, ако е необходимо, да се коригира до подходящ размер. Спиралното навиване в индустриални условия се извършва автоматично. У дома можете също да извършите ръчно навиване. Нека да разгледаме по-отблизо как да направите това.

Ако параметрите на готовата нихромова спирала в нейното работно състояние не са твърде важни, когато навивате, можете да направите изчисление, така да се каже, „на око“. За да направите това, изберете необходимия брой завъртания в зависимост от нагряването на нихромния проводник, като периодично включвате спирала в мрежата и намалявате или увеличавате броя на завоите. Тази процедура на навиване е много проста, но може да отнеме много време и част от нихрома се губи.

За да увеличите простотата и точността на изчисляване на навиването на спиралата, можете да използвате специален онлайн калкулатор.

След като изчислите необходимия брой завъртания, можете да започнете да навивате на пръта. Без да режете жицата, внимателно свържете нихромовата намотка към източника на напрежение. След това проверете правилността на изчисленията за навиването на спиралата. Важно е да се има предвид, че за спиралите от затворен тип дължината на намотката трябва да се увеличи с една трета от стойността, получена при изчислението.

За да осигурите същото разстояние между съседни завои, трябва да въведете намотката в 2 проводника: единият е нихром, вторият е мед или алуминий, с диаметър, равен на желаната празнина. Когато намотката приключи, спомагателният проводник трябва внимателно да се навие.

Цената на нихром

Единственият недостатък, който има нихром, е цената. И така, двукомпонентна сплав, закупена на дребно, се оценява на около 1000 рубли на килограм. Цената на нихромовите печати с лигатура е около 500-600 рубли.

Заключение

При избора на продукти от нихром е необходимо да се вземат предвид данните за химичния състав на продукта, който представлява интерес, неговата електрическа проводимост и съпротивление, физическите характеристики на диаметъра, напречното сечение, дължината и т.н. Също така е важно да се вземат интерес към документацията за съответствие. Освен това трябва да можете визуално да разграничите сплавта от нейните, така да се каже, „конкуренти“. Правилният избор на материал е ключът към надеждността на електротехниката.

fb.ru

ПРИМЕРИ ЗА ЗАДАЧИ

Част 1

1. Токът в проводника се удвоява. Как ще се промени количеството топлина, отделена в него за единица време, при непроменено съпротивление на проводника?

1) ще се увеличи 4 пъти
2) ще намалее 2 пъти
3) ще се увеличи 2 пъти
4) намалява 4 пъти

2. Дължината на спиралата на електрическата печка беше намалена 2 пъти. Как ще се промени количеството топлина, отделена в спиралата за единица време при постоянно мрежово напрежение?

1) ще се увеличи 4 пъти
2) ще намалее 2 пъти
3) ще се увеличи 2 пъти
4) намалява 4 пъти

3. Съпротивлението на резистора (R_1)​ е четири пъти по-малко от съпротивлението на резистора (R_2)​. Текуща работа в резистор 2

1) 4 пъти повече, отколкото в резистор 1
2) 16 пъти повече от резистор 1
3) 4 пъти по-малко, отколкото в резистор 1
4) 16 пъти по-малко, отколкото в резистор 1

4. Съпротивлението на резистора (R_1) е 3 пъти по-голямо от съпротивлението на резистора (R_2)​. Количеството топлина, което ще се отдели в резистора 1

1) 3 пъти повече, отколкото в резистор 2
2) 9 пъти повече от резистор 2
3) 3 пъти по-малко, отколкото в резистор 2
4) 9 пъти по-малко, отколкото в резистор 2

5. Веригата е сглобена от източник на ток, електрическа крушка и тънък железен проводник, свързани последователно. Електрическата крушка ще свети по-ярко, ако

1) сменете жицата с по-тънка ютия
2) намалете дължината на жицата
3) разменете проводника и електрическата крушка
4) заменете желязната тел с нихром

6. Фигурата показва стълбовидна диаграма. Той показва стойностите на напрежението в краищата на два проводника (1) и (2) с еднакво съпротивление. Сравнете стойностите на текущата работа ​(A_1)​ и ​(A_2)​ в тези проводници за едно и също време.

1) (A_1=A_2)​
2) (A_1=3A_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

7. Фигурата показва стълбовидна диаграма. Той показва стойностите на силата на тока в два проводника (1) и (2) с еднакво съпротивление. Сравнете стойностите на текущата работа (A_1)​ и (A_2) в тези проводници за едно и също време.

1) (A_1=A_2)​
2) (A_1=3A_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

8. Ако използвате лампи с мощност 60 и 100 W в полилей за осветяване на стаята, тогава

A. Голям ток ще бъде в 100W лампа.
Б. 60 W лампа има по-голямо съпротивление.

Вярно(и) е(са) твърдението(ата)

1) само А
2) само Б
3) както А, така и Б
4) нито А, нито Б

9. Електрическа печка, свързана към източник на постоянен ток, консумира 108 kJ енергия за 120 секунди. Каква е силата на тока в спиралата на плочката, ако нейното съпротивление е 25 ома?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 A

10. Електрическа печка със сила на тока 5 A консумира 1000 kJ енергия. За колко време преминава токът през спиралата на плочката, ако нейното съпротивление е 20 ома?

1) 10000 s
2) 2000-те
3) 10 s
4) 2 s

11. Никелираната намотка на котлона беше заменена с нихромова намотка със същата дължина и площ на напречното сечение. Установете съответствие между физическите величини и техните възможни промени, когато плочката е свързана към електрическата мрежа. Запишете в таблицата избраните числа под съответните букви. Числата в отговора могат да се повтарят.

ФИЗИЧЕСКО КОЛИЧЕСТВО
А) електрическо съпротивление на намотката
Б) силата на електрическия ток в спиралата
B) мощност на електрически ток, консумирана от плочките

СЪЩНОСТ НА ПРОМЯНАТА
1) увеличен
2) намаля
3) не се е променило

12. Установете съответствие между физическите величини и формулите, по които се определят тези величини. Запишете в таблицата избраните числа под съответните букви.

ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ
А) работен ток
Б) сила на тока
б) текуща мощност

ФОРМУЛА
1) ​(frac(q)(t))​
2) (qU)​
3) (frac(RS)(L))​
4) (ПИ).
5) (frac(U)(I))​

Част 2

13. Нагревателят е свързан последователно с реостат със съпротивление 7,5 ома към мрежа с напрежение 220 V. Какво е съпротивлението на нагревателя, ако мощността на електрическия ток в реостата е 480 W?

Когато изпълнявате тази задача, трябва:

2. Анализирайте лявата колона и разберете какво характеризират дадените стойности (свойство на тялото, взаимодействие, състояние, промяна на състоянието и т.н.). В този пример дадените стойности характеризират състоянието на тялото и тяхната промяна е свързана с промяна в състоянието.

3. Анализирайте процеса, описан в условието, и сравнете физическите величини с естеството на тяхното изменение в този процес.

4. Запишете в таблицата номерата на избраните елементи от дясната колона.

Задачи за самостоятелна работа

147. Оловната топка се охлажда в хладилник. Как се променя в този случай вътрешната енергия на топката, нейната маса и плътността на веществото на топката?

За всяка физическа величина определете подходящия характер на промяната.

1) увеличен

2) намаля

3) не се е променило

Запишете в таблицата избраните числа под съответните букви.

Числата в отговора могат да се повтарят.

ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ	ПЛЪТНОСТ НА ВЕЩЕСТВОТО

Много често, ако искате да направите или ремонтирате нагревателнаправи си сам електрически пещи, човек има много въпроси. Например какъв диаметър да вземете жицата, каква трябва да бъде нейната дължина или каква мощност може да се получи с помощта на тел или лента с дадени параметри и т.н. С правилния подход към решаването на този проблем е необходимо да се вземат предвид доста параметри, например силата на тока, преминаващ през нагревател, работна температура, вид на електрическата мрежа и други.

Тази статия предоставя референтни данни за най-често срещаните материали в производството на нагреватели. електрически фурни, както и методологията и примерите за тяхното изчисляване (изчисляване на нагреватели за електрически пещи).

Нагреватели. Материали за производство на нагреватели

Директно нагревател- един от най-важните елементи на пещта, той е този, който извършва отопление, има най-висока температура и определя работата на отоплителната инсталация като цяло. Следователно нагревателите трябва да отговарят на редица изисквания, които са изброени по-долу.

Изисквания към нагревателите

Основни изисквания за нагреватели (нагревателни материали):

• Нагревателите трябва да имат достатъчна устойчивост на топлина (устойчивост на котлен камък) и устойчивост на топлина. Топлоустойчивост - механична якост при високи температури. Топлоустойчивост - устойчивост на метали и сплави към газова корозия при високи температури (свойствата на топлоустойчивост и топлоустойчивост са описани по-подробно на страницата).
• Нагревателв електрическа пещ трябва да бъде направен от материал с високо електрическо съпротивление. С прости думи, колкото по-високо е електрическото съпротивление на материала, толкова повече той се нагрява. Ето защо, ако вземете материал с по-малко съпротивление, тогава имате нужда от нагревател с по-голяма дължина и с по-малка площ на напречното сечение. Не винаги в пещта може да се постави достатъчно дълъг нагревател. Трябва да се има предвид и че колкото по-голям е диаметърът на жицата, от която е направен нагревателят, толкова по-дълъг е експлоатационният му живот . Примери за материали с високо електрическо съпротивление са хром-никелова сплав, желязо-хром-алуминиева сплав, които са прецизни сплави с високо електрическо съпротивление.
• Ниският температурен коефициент на съпротивление е съществен фактор при избора на материал за нагревател. Това означава, че когато температурата се промени, електрическото съпротивление на материала нагревателне се променя много. Ако температурният коефициент на електрическо съпротивление е голям, за да включите пещта в студено състояние, е необходимо да използвате трансформатори, които първоначално дават намалено напрежение.
• Физическите свойства на нагревателните материали трябва да бъдат постоянни. Някои материали, като карборунд, който е неметален нагревател, могат да променят физическите си свойства с течение на времето, по-специално електрическото съпротивление, което усложнява условията им на работа. За стабилизиране на електрическото съпротивление се използват трансформатори с голям брой стъпки и диапазон на напрежение.
• Металните материали трябва да имат добри технологични свойства, а именно пластичност и заваряемост, така че да могат да бъдат произведени в тел, лента, а от лентата - нагревателни елементи със сложна конфигурация. Също нагревателимогат да бъдат направени от неметали. Неметалните нагреватели се пресоват или формоват в завършен продукт.

Материали за производство на нагреватели

Най-подходящи и най-използвани в производството на нагреватели за електрически пещи са прецизни сплави с високо електрическо съпротивление. Те включват сплави на базата на хром и никел ( хром-никел), желязо, хром и алуминий ( желязо-хром-алуминий). Класовете и свойствата на тези сплави са разгледани в „Прецизни сплави. Марки». Представители на хромоникелови сплави са класове Kh20N80, Kh20N80-N (950-1200 ° C), Kh15N60, Kh15N60-N (900-1125 ° C), желязо-хромоалуминий - класове Kh23Yu5T (950-1400 ° C), Kh27Yu5T ( 950-1350 °С ), X23Yu5 (950-1200 °C), X15Yu5 (750-1000 °C). Има и желязо-хром-никелови сплави - Kh15N60Yu3, Kh27N70YuZ.

Изброените по-горе сплави имат добра устойчивост на топлина и устойчивост на топлина, така че могат да работят при високи температури. добре топлоустойчивостосигурява защитен филм от хромов оксид, който се образува върху повърхността на материала. Температурата на топене на филма е по-висока от температурата на топене на самата сплав, не се напуква при нагряване и охлаждане.

Нека дадем сравнително описание на нихром и фехрал.
Предимства на нихром:

• добри механични свойства както при ниски, така и при високи температури;
• сплавта е устойчива на пълзене;
• има добри технологични свойства - пластичност и заваряемост;
• добре обработени;
• не старее, не е магнитен.

Недостатъци на нихром:

• висока цена на никел - един от основните компоненти на сплавта;
• по-ниски работни температури в сравнение с Fechral.

Предимства на фехрала:

• по-евтина сплав в сравнение с нихром, т.к. не съдържа ;
• има по-добра устойчивост на топлина от нихрома, например Fechral X23Yu5T може да работи при температури до 1400 ° C (1400 ° C е максималната работна температура за нагревател, изработен от тел Ø 6,0 mm или повече; Ø 3,0 - 1350 ° C; Ø 1,0 - 1225 °С; Ø 0,2 - 950 °С).

Недостатъци на фехрала:

• крехка и крехка сплав, тези отрицателни свойства са особено изразени, след като сплавта е била при температура над 1000 ° C;
• защото fechral има желязо в състава си, тогава тази сплав е магнитна и може да ръждясва във влажна атмосфера при нормални температури;
• има ниска устойчивост на пълзене;
• взаимодейства с шамотна облицовка и железни оксиди;
• Фехралните нагреватели се удължават значително по време на работа.

Също така сравнение на сплави фехраленИ нихромпроизведени в статията.

Напоследък са разработени сплави от типа Kh15N60Yu3 и Kh27N70YuZ; с добавяне на 3% алуминий, което значително подобри устойчивостта на топлина на сплавите, а наличието на никел практически елиминира недостатъците на сплавите желязо-хром-алуминий. Сплавите Kh15N60YuZ, Kh27N60YUZ не взаимодействат с шамот и железни оксиди, те са доста добре обработени, механично здрави, не крехки. Максималната работна температура на сплавта X15N60YUZ е 1200 °C.

В допълнение към изброените по-горе сплави на базата на никел, хром, желязо, алуминий, за производството на нагреватели се използват и други материали: огнеупорни метали, както и неметали.

Сред неметалите за производството на нагреватели се използват карборунд, молибденов дисилицид, въглища и графит. Във високотемпературни пещи се използват нагреватели от карборунд и молибденов дисилицид. В пещи със защитна атмосфера се използват въглеродни и графитни нагреватели.

Сред огнеупорните материали танталът и ниобият могат да се използват като нагреватели. Във високотемпературен вакуум и пещи със защитна атмосфера, молибденови нагревателиИ волфрам. Молибденовите нагреватели могат да работят до температура от 1700 °C във вакуум и до 2200 °C в защитна атмосфера. Тази температурна разлика се дължи на изпарението на молибден при температури над 1700 °C във вакуум. Волфрамовите нагреватели могат да работят до 3000 °C. В специални случаи се използват нагреватели от тантал и ниобий.

Изчисляване на нагреватели на електрически пещи

Обикновено изходните данни за са мощността, която нагревателите трябва да осигурят, максималната температура, необходима за осъществяване на съответния технологичен процес (темпериране, закаляване, синтероване и др.) и размерите на работното пространство на електропещта. Ако мощността на пещта не е зададена, тогава тя може да се определи по правилото. При изчисляването на нагревателите е необходимо да се получат диаметърът и дължината (за тел) или площта и дължината на напречното сечение (за лентата), които са необходими за производство на нагреватели.

Също така е необходимо да се определи материалът, от който да се направи нагреватели(този елемент не се разглежда в статията). В тази статия като материал за нагреватели се разглежда прецизна сплав от никел-хром с високо електрическо съпротивление, която е една от най-популярните при производството на нагревателни елементи.

Определяне на диаметъра и дължината на нагревателя (нихромова тел) за дадена мощност на пещта (просто изчисление)

Може би най-простият вариант изчисляване на нагревателяна нихром е изборът на диаметър и дължина при дадена мощност на нагревателя, захранващото напрежение на мрежата, както и температурата, която нагревателят ще има. Въпреки простотата на изчислението, той има една особеност, на която ще обърнем внимание по-долу.

Пример за изчисляване на диаметъра и дължината на нагревателния елемент

Първоначални данни:
Мощност на устройството П = 800 W; мрежово напрежение U = 220 V; температура на нагревателя 800 °C. Като нагревателен елемент се използва нихромова тел X20H80.

1. Първо трябва да определите силата на тока, който ще премине през нагревателния елемент:
I=P/U \u003d 800 / 220 \u003d 3,63 A.

2. Сега трябва да намерите съпротивлението на нагревателя:
R=U/I = 220 / 3,63 = 61 ома;

3. Въз основа на стойността, получена в параграф 1 на преминаващия ток нихромен нагревател, трябва да изберете диаметъра на жицата. И този момент е важен. Ако например при сила на тока от 6 A се използва нихромова жица с диаметър 0,4 mm, тогава тя ще изгори. Следователно, след като изчислите силата на тока, е необходимо да изберете подходящата стойност на диаметъра на проводника от таблицата. В нашия случай, за сила на тока от 3,63 A и температура на нагревателя от 800 ° C, ние избираме нихромов проводник с диаметър д = 0,35 mm и площ на напречното сечение С \u003d 0,096 mm 2.

Общо правило за избор на диаметър на проводникаможе да се формулира, както следва: необходимо е да се избере проводник, чиято допустима сила на тока не е по-малка от изчислената сила на тока, преминаваща през нагревателя. За да спестите материала на нагревателя, трябва да изберете проводник с най-близкия по-висок (от изчисления) допустим ток.

маса 1

Допустим ток, преминаващ през нагревател от нихромова тел, съответстващ на определени температури на нагряване на проводник, окачен хоризонтално в спокоен въздух с нормална температура

Диаметър, мм	Площ на напречното сечение на нихромова тел, mm 2	Температура на нагряване на нихромова тел, °C
		200	400	600	700	800	900	1000
		Максимално допустим ток, 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

Забележка :

• ако нагревателите са вътре в нагрятата течност, тогава товарът (допустимият ток) може да се увеличи с 1,1 - 1,5 пъти;
• когато нагревателите са затворени (например в камерни електрически пещи), е необходимо да се намали натоварването с 1,2 - 1,5 пъти (по-малък коефициент се взема за по-дебел проводник, по-голям за тънък).

4. След това определете дължината на нихромния проводник.
R = ρ l/S ,
Където Р - електрическо съпротивление на проводника (нагревателя) [Ohm], ρ - електрическо съпротивление на материала на нагревателя [Ohm mm 2 / m], л - дължина на проводника (нагревателя) [mm], С - площ на напречното сечение на проводника (нагревател) [mm 2].

Така получаваме дължината на нагревателя:
l = R S / ρ \u003d 61 0,096 / 1,11 \u003d 5,3 m.

В този пример като нагревател се използва нихромова тел Ø 0,35 mm. В съответствие със "Тел от прецизни сплави с високо електрическо съпротивление. Спецификации"номиналната стойност на електрическото съпротивление на нихромовата тел марка Kh20N80 е 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ \u003d 1,1 Ohm mm 2 / m), вижте таблицата. 2.

Резултатът от изчисленията е необходимата дължина на нихромовата тел, която е 5,3 m, диаметър - 0,35 mm.

таблица 2

Определяне на диаметъра и дължината на нагревателя (нихромова тел) за дадена пещ (подробно изчисление)

Изчислението, представено в този параграф, е по-сложно от горното. Тук ще вземем предвид допълнителните параметри на нагревателите, ще се опитаме да разберем възможностите за свързване на нагреватели към трифазна токова мрежа. Изчисляването на нагревателя ще се извърши на примера на електрическа пещ. Нека първоначалните данни са вътрешните размери на пещта.

1. Първото нещо, което трябва да направите, е да изчислите обема на камерата вътре в пещта. В този случай да вземем ч = 490 mm, д = 350 mm и л = 350 мм (съответно височина, ширина и дълбочина). Така получаваме обема V = h d l \u003d 490 350 350 \u003d 60 10 6 mm 3 \u003d 60 l (мярка за обем).

2. След това трябва да определите мощността, която пещта трябва да даде. Мощността се измерва във ватове (W) и се определя от основно правило: за електрическа фурна с обем 10 - 50 литра, специфичната мощност е 100 W / l (Вата на литър обем), с обем 100 - 500 литра - 50 - 70 W / l. Да вземем специфичната мощност от 100 W/l за разглежданата пещ. По този начин мощността на нагревателя на електрическата пещ трябва да бъде П \u003d 100 60 \u003d 6000 W \u003d 6 kW.

Трябва да се отбележи, че с мощност от 5-10 kW нагревателиобикновено се правят еднофазни. При високи мощности, за равномерно натоварване на мрежата, нагревателите са трифазни.

3. След това трябва да намерите силата на тока, преминаващ през нагревателя I=P/U , Където П - мощност на нагревателя, U - напрежението на нагревателя (между краищата му) и съпротивлението на нагревателя R=U/I .

Може да има два варианта за свързване към електрическата мрежа:

• към битова еднофазна токова мрежа - тогава U = 220 V;
• към индустриалната мрежа на трифазен ток - U = 220 V (между неутрален проводник и фаза) или U = 380 V (между произволни две фази).

Освен това изчислението ще се извърши отделно за еднофазни и трифазни връзки.

I=P/U \u003d 6000 / 220 \u003d 27,3 A - токът, преминаващ през нагревателя.
След това е необходимо да се определи съпротивлението на нагревателя на пещта.
R=U/I \u003d 220 / 27,3 \u003d 8,06 ома.

Фигура 1 Телен нагревател в еднофазна токова мрежа

Желаните стойности на диаметъра на проводника и неговата дължина ще бъдат определени в параграф 5 от този параграф.

При този тип връзка товарът се разпределя равномерно на три фази, т.е. 6 / 3 = 2 kW на фаза. Така че имаме нужда от 3 нагревателя. След това трябва да изберете метода за директно свързване на нагревателите (натоварване). Може да има 2 начина: „ЗВЕЗДА“ или „ТРИЪГЪЛНИК“.

Струва си да се отбележи, че в тази статия формулите за изчисляване на силата на тока ( аз ) и съпротивление ( Р ) за трифазна мрежа не са написани в класическата форма. Това се прави, за да не се усложнява представянето на материала за изчисляване на нагреватели с електрически термини и определения (например фазови и линейни напрежения и токове и връзката между тях не се споменават). Класическият подход и формулите за изчисляване на трифазни вериги могат да бъдат намерени в специализираната литература. В тази статия някои математически трансформации, извършени върху класически формули, са скрити от читателя и това не оказва никакво влияние върху крайния резултат.

При свързване тип “STAR”нагревателят е свързан между фаза и нула (виж фиг. 2). Съответно напрежението в краищата на нагревателя ще бъде U = 220 V.
I=P/U \u003d 2000 / 220 \u003d 9,10 A.
R=U/I = 220 / 9,10 = 24,2 ома.

Фигура 2 Телен нагревател в мрежа с трифазен ток. Свързване по схемата "STAR".

При свързване тип „ТРИЪГЪЛНИК“нагревателят е свързан между две фази (виж фиг. 3). Съответно напрежението в краищата на нагревателя ще бъде U = 380 V.
Токът, преминаващ през нагревателя, е
I=P/U \u003d 2000 / 380 \u003d 5,26 A.
Съпротивление на един нагревател -
R=U/I \u003d 380 / 5,26 \u003d 72,2 ома.

Фигура 3 Телен нагревател в мрежа с трифазен ток. Връзка по схемата "ТРИЪГЪЛНИК"

4. След определяне на съпротивлението на нагревателя с подходящо свързване към електрическата мрежа изберете диаметъра и дължината на жицата.

При определяне на горните параметри е необходимо да се анализира специфична повърхностна мощност на нагревателя, т.е. разсейвана мощност на единица площ. Повърхностната мощност на нагревателя зависи от температурата на нагрявания материал и от конструкцията на нагревателите.

Пример
От предишните изчислителни точки (вижте параграф 3 от този параграф) знаем съпротивлението на нагревателя. За фурна 60 литра с монофазно свързване е Р = 8,06 ома. Като пример вземете диаметър от 1 mm. Тогава, за да се получи необходимата устойчивост, е необходимо l = R / p \u003d 8,06 / 1,4 \u003d 5,7 m нихромова тел, където ρ - номиналната стойност на електрическото съпротивление на 1 m от проводника в [Ohm / m]. Масата на това парче нихромова тел ще бъде m = l μ \u003d 5,7 0,007 \u003d 0,0399 kg \u003d 40 g, където μ - тегло на 1 m тел. Сега е необходимо да се определи повърхността на парче тел с дължина 5,7 m. S = l π d \u003d 570 3,14 0,1 \u003d 179 cm 2, където л – дължина на проводника [cm], д – диаметър на телта [cm]. По този начин трябва да се разпределят 6 kW от площ от 179 cm 2. Решавайки проста пропорция, получаваме, че мощността се отделя от 1 cm 2 β=P/S \u003d 6000 / 179 \u003d 33,5 W, където β - повърхностна мощност на нагревателя.

Получената повърхностна мощност е твърде висока. Нагревателще се стопи, ако се нагрее до температура, която би осигурила получената стойност на повърхностната мощност. Тази температура ще бъде по-висока от точката на топене на материала на нагревателя.

Даденият пример е демонстрация на неправилен избор на диаметър на телта, която ще се използва за направата на нагревателя. В параграф 5 от този параграф ще бъде даден пример с правилния избор на диаметъра.

За всеки материал, в зависимост от необходимата температура на нагряване, се определя допустимата стойност на повърхностната мощност. Може да се определи с помощта на специални таблици или графики. При тези изчисления се използват таблици.

За високотемпературни пещи(при температура над 700 - 800 ° C) допустимата повърхностна мощност, W / m 2, е равна на β добавяне \u003d β eff α , Където β еф - повърхностна мощност на нагревателите в зависимост от температурата на топлинната среда [W / m 2], α е коефициентът на радиационна ефективност. β еф се избира съгласно таблица 3, α - съгласно таблица 4.

Ако фурна с ниска температура(температура по-малка от 200 - 300 ° C), тогава допустимата повърхностна мощност може да се счита за равна на (4 - 6) · 10 4 W / m 2.

Таблица 3

Ефективна специфична повърхностна мощност на нагревателите в зависимост от температурата на топлоприемащата среда

Температура на повърхността, която приема топлина, °C	β eff, W/cm 2 при температура на нагревателя, °C
	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

Таблица 4

Телени спирали, полузатворени в жлебовете на хастара

Телени спирали на рафтове в тръби

Телени зигзагообразни (пръчкови) нагреватели

Да приемем, че температурата на нагревателя е 1000 °C, а ние искаме да загреем детайла до температура от 700 °C. След това, според таблица 3, ние избираме β еф \u003d 8,05 W / cm 2, α = 0,2, β добавяне \u003d β eff α \u003d 8,05 0,2 \u003d 1,61 W / cm 2 \u003d 1,61 10 4 W / m 2.

5. След определяне на допустимата повърхностна мощност на нагревателя е необходимо намерете неговия диаметър(за телени нагреватели) или ширина и дебелина(за лентови нагреватели), както и дължина.

Диаметърът на проводника може да се определи по следната формула: д - диаметър на телта, [m]; П - мощност на нагревателя, [W]; U - напрежение в краищата на нагревателя, [V]; β добавяне - допустима повърхностна мощност на нагревателя, [W/m 2 ]; ρt - съпротивление на материала на нагревателя при дадена температура, [Ohm m].
ρ t = ρ 20 k , Където ρ 20 - електрическо съпротивление на материала на нагревателя при 20 °C, [Ohm m] к - корекционен коефициент за изчисляване на промяната на електрическото съпротивление в зависимост от температурата (по).

Дължината на жицата може да се определи по следната формула:
л - дължина на проводника, [m].

Избираме диаметъра и дължината на жицата от нихром Х20Н80. Специфичното електрическо съпротивление на материала на нагревателя е
ρ t = ρ 20 k \u003d 1,13 10 -6 1,025 \u003d 1,15 10 -6 Ohm m.

Битова еднофазна токова мрежа
За печка от 60 литра, свързана към битова монофазна мрежа, от предишните стъпки на изчисление е известно, че мощността на печката е П \u003d 6000 W, напрежение в краищата на нагревателя - U = 220 V, допустима мощност на повърхностния нагревател β добавяне \u003d 1,6 10 4 W / m 2. Тогава получаваме

Полученият размер трябва да се закръгли до най-близкия по-голям стандарт. Стандартни размери за нихромова и фехралова тел можете да намерите в. Приложение 2, Таблица 8. В този случай най-близкият по-голям стандартен размер е Ø 2,8 mm. Диаметър на нагревателя д = 2,8 мм.

Дължина на нагревателя л = 43 м.

Също така понякога се изисква да се определи масата на необходимото количество тел.
m = l μ , Където м - маса на парче тел, [kg]; л - дължина на проводника, [m]; μ - специфично тегло (маса на 1 метър тел), [kg/m].

В нашия случай масата на нагревателя m = l μ \u003d 43 0,052 \u003d 2,3 кг.

Това изчисление дава минималния диаметър на проводника, при който той може да се използва като нагревател при дадени условия.. От гледна точка на спестяването на материали такова изчисление е оптимално. В този случай може да се използва и тел с по-голям диаметър, но тогава количеството му ще се увеличи.

Преглед
Резултати от изчисленията може да се проверипо следния начин. Получава се тел с диаметър 2,8 mm. Тогава дължината, от която се нуждаем, е
l = R / (ρ k) \u003d 8,06 / (0,179 1,025) \u003d 43 m, където л - дължина на проводника, [m]; Р - съпротивление на нагревателя, [Ohm]; ρ - номинална стойност на електрическото съпротивление на 1 m проводник, [Ohm/m]; к - корекционен коефициент за изчисляване на промяната на електрическото съпротивление в зависимост от температурата.
Тази стойност е същата като стойността, получена от друго изчисление.

Сега е необходимо да проверим дали повърхностната мощност на избрания от нас нагревател няма да надвиши допустимата повърхностна мощност, която беше установена в стъпка 4. β=P/S \u003d 6000 / (3,14 4300 0,28) \u003d 1,59 W / cm 2. Получена стойност β \u003d 1,59 W / cm 2 не надвишава β добавяне \u003d 1,6 W / cm 2.

Резултати
Така нагревателят ще изисква 43 метра нихромова тел X20H80 с диаметър 2,8 mm, което е 2,3 kg.

Индустриална трифазна токова мрежа
Можете също така да намерите диаметъра и дължината на проводника, необходим за производството на нагреватели за пещи, свързани към трифазна токова мрежа.

Както е описано в точка 3, всеки от трите нагревателя има 2 kW мощност. Намерете диаметъра, дължината и масата на един нагревател.

STAR връзка(виж фиг. 2)

В този случай най-близкият по-голям стандартен размер е Ø 1,4 mm. Диаметър на нагревателя д = 1,4 мм.

Дължина на един нагревател л = 30 м.
Тегло на един нагревател m = l μ \u003d 30 0,013 \u003d 0,39 кг.

Преглед
Получава се тел с диаметър 1,4 mm. Тогава дължината, от която се нуждаем, е
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, не надвишава допустимото.

Резултати
За три нагревателя, свързани по схемата „STAR“, ще ви трябва
л \u003d 3 30 \u003d 90 m тел, което е
м \u003d 3 0,39 \u003d 1,2 кг.

Тип връзка "ТРИЪГЪЛНИК"(виж фиг. 3)

В този случай най-близкият по-голям стандартен размер е Ø 0,95 mm. Диаметър на нагревателя д = 0,95 mm.

Дължина на един нагревател л = 43 м.
Тегло на един нагревател m = l μ \u003d 43 0,006 \u003d 0,258 кг.

Преглед
Получава се тел с диаметър 0,95 mm. Тогава дължината, от която се нуждаем, е
l = R / (ρ k) \u003d 72,2 / (1,55 1,025) \u003d 45 m.

Тази стойност почти съвпада със стойността, получена в резултат на друго изчисление.

Повърхностната мощност ще бъде β=P/S \u003d 2000 / (3,14 4300 0,095) \u003d 1,56 W / cm 2, не надвишава допустимото.

Резултати
За три нагревателя, свързани по схемата „ТРИЪГЪЛНИК“, ще ви трябва
л \u003d 3 43 \u003d 129 m тел, което е
м \u003d 3 0,258 \u003d 0,8 кг.

Ако сравним 2 варианта, обсъдени по-горе, за свързване на нагреватели към мрежа с трифазен ток, можем да видим, че „ЗВЕЗДА“ изисква тел с по-голям диаметър от „ТРИЪГЪЛНИК“ (1,4 mm срещу 0,95 mm), за да се постигне дадена мощност на пещта от 6 kW. При което необходимата дължина на нихромния проводник, когато е свързана по схемата „ЗВЕЗДА“, е по-малка от дължината на проводника при свързване на тип „ТРИЪГЪЛНИК“(90 м срещу 129 м) и необходимата маса, напротив, е повече (1,2 кг срещу 0,8 кг).

Спираловидно изчисление

По време на работа основната задача е да поставите нагревателя с очакваната дължина в ограниченото пространство на пещта. Нихромовата и фехралната тел са навити под формата на спирали или огънати под формата на зигзаг, лентата е огъната под формата на зигзаг, което ви позволява да поставите повече материал (по дължина) в работната камера. Най-често срещаният вариант е спиралата.

Съотношенията между стъпката на спиралата и нейния диаметър и диаметъра на жицата са избрани по такъв начин, че да улеснят поставянето на нагревателите в пещта, да осигурят тяхната достатъчна твърдост, в максимална степен да изключат локалното прегряване на завоите на самата спирала и същевременно да не възпрепятстват преноса на топлина от тях към продуктите.

Колкото по-голям е диаметърът на спиралата и колкото по-малка е нейната стъпка, толкова по-лесно е да поставите нагреватели в пещта, но с увеличаване на диаметъра силата на спиралата намалява и тенденцията на нейните завои да лежат върху всяка други увеличения. От друга страна, с увеличаване на честотата на навиване, екраниращият ефект на частта от неговите завъртания, обърната към продуктите върху останалата част, се увеличава и следователно използването на повърхността му се влошава и може да възникне локално прегряване.

Практиката е установила точно определени, препоръчителни съотношения между диаметъра на телта ( д ), стъпка ( T ) и диаметъра на спиралата ( д ) за тел Ø 3 до 7 mm. Тези съотношения са както следва: t ≥ 2d И D = (7÷10) d за нихром и D = (4÷6) d - за по-малко издръжливи желязо-хром-алуминиеви сплави, като фехрал и др. За по-тънки проводници съотношението д И д , и T обикновено приемат повече.

Заключение

Статията обсъди различни аспекти, свързани с изчисляване на нагреватели на електрически пещи- материали, изчислителни примери с необходимите справочни данни, препратки към стандарти, илюстрации.

В примерите, само методи за изчисление телени нагреватели. В допълнение към телта от прецизни сплави, лентата може да се използва и за производството на нагреватели.

Изчисляването на нагревателите не се ограничава до избора на техните размери. Също е необходимо да се определи материалът, от който трябва да бъде направен нагревателят, вида на нагревателя (тел или лента), вида на местоположението на нагревателите и други характеристики. Ако нагревателят е направен под формата на спирала, тогава е необходимо да се определи броят на завоите и стъпката между тях.

Надяваме се, че статията е била полезна за вас. Разрешаваме безплатното му разпространение, при условие че връзката към нашия уебсайт http://www.site се поддържа.

Ако откриете неточности, моля, уведомете ни по имейл [имейл защитен]уебсайт или чрез системата Orfus, като изберете грешно изписания текст и натиснете Ctrl+Enter.

Библиография

• Дяков В.И. "Типични изчисления за електрическо оборудване".
• Жуков Л.Л., Племянникова И.М., Миронова М.Н., Баркая Д.С., Шумков Ю.В. "Сплави за нагреватели".
• Сокунов Б.А., Гробова Л.С. "Електротермични инсталации (електросъпротивителни пещи)".
• Фелдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И. "Изчисляване и проектиране на нагреватели за електросъпротивителни пещи".
• http://www.horss.ru/h6.php?p=45
• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html