Нихром температура нагрева – Нагреватели. Методика и примеры расчета. Статья

Содержание

Расчет нихромовой проволоки для нагревателя онлайн

 

0,1              0,20,30,40,50,60,70,80,91,01,21,52,02,22,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,58,08,59,010,0 Диаметр нихромовой проволоки, мм

Требуемая мощность нагревателя, Вт

Напряжение, В

   

Необходимая длина проволоки, м

Ток, А

В некоторых бытовых нагревательных приборах до сих пор используется нихромовая проволока. Она обладает высокой жаростойкостью, характерной для сплава никеля и хрома. У этого материала отмечается хорошая пластичность, высокое удельное электрическое сопротивление и низкий температурный коэффициент сопротивления. Поэтому, когда выполняется расчет нихромовой проволоки для нагревателя, данные параметры должны обязательно учитываться. В противном случае результаты вычислений будут неточными и не дадут желаемого результата.

Использование калькулятора-онлайн в расчетах

Быстрые расчеты могут быть выполнены с помощью онлайн-калькулятора. С его помощью можно вычислить и приблизительно установить нужную длину нихромовой проволоки. Как правило, рассматриваются марки, получившие наиболее широкое распространение в нагревательных приборах – Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60.

Для выполнения расчетов необходимы обязательные исходные данные. Прежде всего, это величина мощности нагревателя, которую планируется получить, диаметр нихромовой проволоки и значение питающего напряжения сети.

Вычисления проводятся следующим образом. В первую очередь нужно установить силу тока в соответствии с заданными параметрами, по формуле: I = P/U. После этого рассчитывается сопротивление на весь нагревательный элемент. Далее понадобится удельное электрическое сопротивление, для конкретной марки нихромовой проволоки. Эта величина будет нужна для того, чтобы установить наиболее оптимальную длину нагревательного элемента уже по другой формуле: l = SR/ρ. Правильный выбор длины приведет сопротивление нагревателя R к нужному значению.

После выполнения расчетов, полученные данные рекомендуется проконтролировать с помощью таблицы и убедиться, что расчетный ток соответствует допустимому значению. В случае превышения расчетным током допустимых пределов, следует выполнить повторные вычисления, увеличив диаметр нихромовой проволоки или уменьшив мощность самого нагревательного элемента. Необходимо учитывать тот фактор, что все приведенные в таблицах параметры рассчитаны для нагревателей, находящихся в горизонтальном положении и функционирующих в воздушной среде.

Если же нихромовую спираль планируется использовать помещенной в жидкость, значение допустимого тока следует умножить на коэффициент 1,1-1,5. При закрытом расположении спирали допустимый ток, наоборот, нужно уменьшить в 1,2-1,5 раза.

electric-220.ru

Расчет спирали из нихрома. Намотка нихромовых спиралей. Сопротивление нихрома

 




 

 

Нихромовая спираль

 

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта проволока изготавливается из нихрома – прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром.

«Классический» состав этого сплава – 80% никеля, 20% хрома.

Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов – «нихром».

 

Самые известные марки нихрома – Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72—73 % никеля и 20—23 % хрома.

Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки.

Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17—29 % против 1,5 у Х20Н80.

 

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре.

Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

 

 Применение нихромовой проволоки

 

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава.

Нихромовая спираль применяется в двух качествах – как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н.

 

Примеры применений:

  • бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
  • ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
  • нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Н80ХЮД-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

 

 Как навить спираль из нихрома

 

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

 

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

 

 

 

 

Учет температуры

 

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 °С.

Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя.

При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного.

Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

 

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали.

Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение.

Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

 

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

 

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления.

Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U.

Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

 

Обозначения здесь общепринятые:

  • P – выделяемая мощность;
  • U – напряжение на концах спирали;
  • R – сопротивление спирали;
  • I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов.

 

Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки.

Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd2)/4ρ.

 

Здесь:

  • L – искомая длина;
  • R – сопротивление проволоки;
  • d – диаметр проволоки;
  • ρ – удельное сопротивление нихрома;
  • π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве.

В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρld, где ρld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

 

 

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)). Расчет закончен.

 

 

 

Практичное решение

 

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя.

Проще купить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

 

Для этого стоит обратиться в компанию «ПАРТАЛ», которая с 1995 года является крупным поставщиком прецизионных сплавов, в том числе проволоки нихромовой, ленты и спиралей для нагревателей.

 

Наша компания способна полностью снять вопрос о том, где купить нихромовую спираль, поскольку мы готовы изготовить ее на заказ по эскизам и техническим условиям заказчика.

 

 

 

partalstalina.ru

Онлайн расчет длины нихромовой проволоки, спирали, для нагревателя

Для одного знакомого связиста расчет длины проволоки для нагревателя было мегазадачей.

Он вообще не парился этим вопросом, а просто сопел и замерял сопротивление проволоки спирали омметром каждые двадцать-тридцать витков, весь окутанный сигаретным дымом от «Примы». И матерился,
если наматывал слишком мало или много. Впрочем, мужик и специалист в телефонии он был классный.

На данном этапе жизни намотка обогревателей для меня не особо актуальна, но я все равно решила написать этот онлайн калькулятор расчета длины
проволоки
. Может кому-то будет полезен.

Для использования калькулятора вводим необходимые параметры обогревателя или электроплиты в соответствующие поля
и нажимаем кнопку «Рассчитать длину проволоки для спирали нагревателя«.

Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность
(как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Требуемая мощность обогревателя или электроплиты
  Вт

Напряжение питания
  В

Выберете материал проволоки для намотки спирали
НихромКонстантанХромальФехраль

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров. Не забываем, что сечение и диаметр проволоки — разные понятия. Если не знаем диаметра — пользуемся микрометром
или штангельциркулем. Интересно, для чего нужен нихром диаметром в 10 мм, что им вообще такое мотать? Наверно, детонатор для термоядерного реактора.

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.21.52.02.22.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.010.0  мм

Постоянный адрес страницы  http://nemezida.su/online_raschet_dlini_provoloki_plita_nagrevatel.htm

www.nemezida.su

методика проведения вычислений, справочные таблицы

Наиболее значительной деталью электротепловой установки является нагревательный элемент. Основная составляющая часть приборов косвенного нагрева — резистор с высоким удельным сопротивлением. А одним из приоритетных материалов — хромоникелевый сплав. Так как сопротивление нихромовой проволоки высоко, этот материал занимает лидирующее место в качестве сырья для различных видов электротепловых установок. Расчёт нагревателя из нихромовой проволоки проводят с целью определения размеров нагревательного элемента.

Основные понятия

В целом производить расчёт нагревательного элемента из нихрома необходимо по четырём вычислениям: гидравлическому, механическому, тепловому и электрическому. Но обычно подсчёты проводят лишь в два этапа: по тепловым и электрическим показателям.

К тепловым характеристикам относятся:

  • тепловая изоляция;
  • коэффициент полезного действия по теплоте;
  • необходимая теплоотдающая поверхность.

Основной целью расчёта нихрома является определение геометрических размеров нагревательного сопротивления.

К электрическим параметрам обогревателей являются:

  • напряжение питания;
  • способ регулирования мощности;
  • коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия.

При выборе питающего напряжения для устройств обогрева отдают предпочтение тому, что несёт минимальную угрозу животным и обслуживающему персоналу. Напряжение сети в установках сельского хозяйства составляет 380/200 вольт с частотой тока 50 Герц. В случае применения электроустановок в особо сырых помещениях, при повышенной электроопасности напряжение следует снизить. Его значение должно не превышать 12, 24, 36 вольт.

Регулировать температуру и мощность нагревателя можно двумя способами:

  • меняя напряжение;
  • переменой величины сопротивления.

Наиболее распространённым способом изменять мощность является включение в работу определённого числа секций трехфазной установки. В современных нагревательных установках мощность меняют регулировкой напряжения с помощью тиристоров.

Расчёт по рабочему току основан на табличной зависимости, которая связывает токовую нагрузку на проводник из нихрома, его площадь сечения и температуру.

Табличные данные были составлены для проволоки из нихрома, которая натягивалась в воздухе без учёта колебаний и вибраций при температуре 20 °C.

Для того чтобы перейти к реальным условиям, в расчётах необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Алгоритм расчёта для однофазных установок

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

Рс = Р/ (mn)

P — мощность установки, Вт;

m — количество фаз, для однофазной m = 1;

n — число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

Ic = P с/(Un)

U — напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θр = θд/(Км Кс)

θд — допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1 — Параметры материалов для электрических нагревателей.

Материал Удельное сопротивление при 20 °C, x10-6Ом·м Температурный коэффициент сопротивления, x10— 6 °C -1 Допустимая рабочая температура, °C Температура плавления, °C
Нихром двойной (Х20Н80-Н) 1,1 16,5 1200 1400
Нихром тройной (Х15Н60-Н) 1,1 16,3 1100 1390

Км — коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 — Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Конструктивное исполнение нагревателя Км
Провод при горизонтальном размещении 1,0
Спираль из провода без тепловой изоляции 0,8 — 0,9
Спираль из провода на огнеупорном каркасе 0,7
Провод на огнеупорном каркасе 0,6 — 0,7
Нагревательные сопротивления между двумя слоями тепловой изоляции 0,5
Нагревательные сопротивления с хорошей тепловой изоляцией 0,3 — 0,4

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс — коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 — Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Условия окружающей среды Кс
Спираль из провода в потоке воздуха со скоростью движения, м /с  
3 1,8
5 2,1
10 3,1
Нагревательный элемент в неподвижной воде 2,5
Нагревательный элемент в потоке воды 3,0−3,5

Коэффициент среды даёт поправку на улучшение теплоотдачи из-за условий окружающей среды. Поэтому реальные результаты расчётов будут немного отличаться от табличных значений.

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм 2 выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 — Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф2S*10-6)/(ρ 20 [1+α(θ р -20)] Рс x103)

ρ 20 — удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α — температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Диаметр спирали:

D = (6…10) d, мм.

Определяем шаг спирали:

h = (2…4) d, мм

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

W = (lx103)/ (√h2+(πD)2)

Длина спирали:

L = h W x10-3

Если назначением проволочного нагревателя является повышение температуры жидкости, рабочий ток увеличивают в 1,5 раза от расчётного значения. В случае расчёта нагревателя с закрытым типом рабочий ток рекомендуется снизить в 1,2 раза.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

  1. 200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей. Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению.
  2. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели. Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.
  3. От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.
  4. От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.
  5. От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Параметры, способствующие неполадкам

Наиболее велика вероятность выхода из строя электрических нагревателей вследствие окисления поверхности нагревательного сопротивления.

Факторы, которые влияют на скорость разрушения нагревателя:

  • рабочая температура;
  • условия окружающей среды, в которых работает нагреватель;
  • частота включений.

Из-за того, что электронагревательные установки работают с превышением допустимых значений этих параметров, происходят наиболее частые поломки: обгорание контактов, нарушение механической прочности нихромовой проволоки.

Ремонт нагревательного элемента из нихрома осуществляется с помощью пайки или скручивания.


220v.guru

Удельное сопротивление нихрома, плотность, теплопроводность, теплоемкость

Рассмотрены состав и основные физические свойства нихрома: удельное электрическое сопротивление, температура плавления, максимальная рабочая температура, удельная теплоемкость, коэффициент теплового линейного расширения, плотность нихрома и его теплопроводность.

Свойства в таблицах указаны для следующих марок:

  • ферронихром Х15Н60;
  • нихром Х20Н80;
  • сплав Nikrothal 80;
  • сплав, содержащий 10% хрома и 90% никеля.

Удельное сопротивление нихрома, его температура плавления и применения

В таблице представлено удельное электрическое сопротивление нихрома в зависимости от температуры в интервале от 20 до 1200°С. Удельное сопротивление нихрома указано в размерности мкОм·м. Например, при температуре 900°С нихром Х20Н80-Н имеет удельное электрическое сопротивление, равное 1,149 микро Ом·м (или 1,149·10-6 Ом·м).

С ростом температуры удельное сопротивление нихрома увеличивается. В процессе нагрева увеличение сопротивления нихрома от температуры может составлять 7…11% в интервале 20…1200°С. Однако, прямая линейная зависимость удельного сопротивления от температуры характерна только для ферронихрома Х15Н60, содержащего большое количество железа.

Сплавы Ni-Cr с низким содержанием железа имеют иной характер зависимости сопротивления от температуры: нихром Х20Н80 показывает снижение величины удельного сопротивления в диапазоне от 500 до 900°С; удельное сопротивление нихрома марки Nikrothal 80 не зависит от температуры в интервале 400…900°С.

Удельное сопротивление нихрома (мкОм·м) в зависимости от температуры
Температура, °C Х15Н60 Х20Н80-Н Nikrothal 80
20 1,12 1,13 1,09
100 1,135 1,137 1,101
200 1,152 1,147 1,112
300 1,172 1,155 1,123
400 1,189 1,163 1,134
500 1,203 1,166 1,134
600 1,213 1,156 1,134
700 1,213 1,148 1,134
800 1,22 1,147 1,134
900 1,229 1,149 1,134
1000 1,238 1,158 1,145
1100 1,248 1,167 1,155
1200 1,175 1,166

Температура плавления нихрома составляет 1400°С. Ферронихром Х15Н60 имеет чуть более низкую температуру плавления. Максимальная рабочая температура рассмотренных сплавов имеет значение 1125…1200°С.

Основное назначение нихрома — применение в виде ленты и проволоки для электрических нагревателей. Необходимо отметить, что максимальная температура применения нихромовой проволоки существенно зависит от ее диаметра. Например, согласно ГОСТ 12766.1-90, для проволоки Х20Н80-Н диаметром 0,2 мм максимальная рабочая температура на воздухе составляет всего 950°С. При увеличении диаметра такой проволоки до 1 мм ее рабочая температура может достигать 1100°С.

Состав нихрома, его температура плавления и максимальная рабочая температура
Марка нихрома Состав tпл, °C tраб, °C
Х15Н60 55-61% Ni, 15-18% Cr, остальное Fe 1390 1125
Х20Н80-Н Основной Ni, 20-23% Cr, Fe не более 1% 1400 1200
Nikrothal 80 Основной Ni, 19-21% Cr, Fe не более 2% 1400 1200

Теплоемкость, линейное расширение, плотность и теплопроводность нихрома

В таблице представлены следующие физические свойства нихрома: удельная теплоемкость при 25°С, средний коэффициент теплового линейного расширения в интервале температуры от 20 до 1000°С и плотность нихрома при 25°С.

Следует отметить, что рассмотренные марки нихрома имеют близкие значения физических свойств. Плотность нихрома находится в диапазоне 8200…8660 кг/м3 и повышается с увеличением содержания в сплаве никеля. Коэффициент теплового линейного расширения нихрома при 20…1000°С имеет значение (17…18)·10-6 град-1. Удельная теплоемкость нихрома, в зависимости от марки, составляет 440…460 Дж/(кг·град).

Удельная теплоемкость, линейное расширение и плотность нихрома
Марка нихрома C, Дж/(кг·град) α·106, град-1 ρ, кг/м3
Нихром (10%Cr + 90%Ni) 460 18 8660
Х15Н60 460 17 8200
Х20Н80-Н 440 18 8400
Nikrothal 80 460 17,2 8300

Теплопроводность нихрома имеет величину, близкую по значению с теплопроводностью нержавеющей стали. В таблице приведены данные по теплопроводности рассмотренных сплавов при различных температурах в интервале от 0 до 600°С.

Теплопроводность нихрома увеличивается при нагревании. С повышением содержания никеля в сплаве его коэффициент теплопроводности повышается. К примеру, сплав, содержащий 10% Cr и 90% Ni, имеет наибольшую теплопроводность из рассмотренных сплавов, равную 17,4 Вт/(м·град) при 20°С.

Теплопроводность нихрома при различных температурах, Вт/(м·град)
t, °С → 0 20 100 200 300 400 500 600
Нихром (10%Cr + 90%Ni) 17,1 17,4 18,9 20,9 22,8 24,7
Х15Н60 11,8 13,3 14,6 16,1 17,5
Х20Н80-Н 12,2 13,6 13,8 15,6 17,2 18,9 22,6
Nikrothal 80 15 15 15 15 17 19 21

Источники:

  1. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  2. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.
  3. ГОСТ 12766.1-90 Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  4. ГОСТ 12766.3-90 Сплавы калиброванные прецизионные с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  5. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник Киев: Наукова думка, 1985 — 439 с.
  6. Сайт www.kanthal.com

thermalinfo.ru

Расчет температуры нагрева нихромовой проволоки. Расчет проволочного нагревателя электрической печи

Расчет проволочного нагревателя электрической
печи.

Эта статья открывает самые большие секреты конструкции
электрических печей — секреты расчетов нагревателей.

Как связаны объем, мощность и темп нагрева печи.

Как уже говорилось в другом месте, обычных печей не бывает. Точно
также не бывает печей для обжига фаянса или игрушек, красной глины или бусин.
Бывает просто печь (а здесь мы говорим исключительно об электрических печах) с
некоторым объемом полезного пространства, выполненная из некоторых огнеупоров. В
эту печь можно поставить на обжиг одну большую или маленькую вазу, а можно —
целую этажерку плит, на которых будут лежать толстые шамотные изразцы. Обжигать
вазу или изразцы нужно, может быть, на 1000 o C, а может быть и на
1300 o C. По многим производственным или бытовым соображениям, обжиг
должен пройти за 5-6 часов или за 10-12.

Никто не знает, что Вам нужно от печи, лучше, чем Вы сами. Поэтому
прежде, чем приступить к расчету, нужно прояснить для себя все эти вопросы. Если
печь уже есть, но в нее надо установить нагреватели или поменять старые на
новые, отпадает необходимость в конструировании. Если печь строится с нуля,
начинать надо с выяснения габаритов камеры, то есть с длины, глубины, ширины.

Предположим, Вы уже знаете эти значения. Предположим, что Вам нужна
камера с высотой 490 мм, шириной и глубиной 350 мм. Далее в тексте печь с такой
камерой мы будем называть 60-литровой. Одновременно мы будем проектировать
вторую печь, покрупнее, с высотой H=800 мм, шириной D=500 мм и глубиной L=500
мм. Эту печь мы будем называть 200-литровкой.

Объем печи в литрах = H x D x L,
где H, D, L выражены в
дециметрах.

Если Вы правильно перевели милиметры в дециметры, объем первой печи
должен получиться 60 литров, объем второй — действительно 200! Не подумайте, что
автор ехидничает: самые распространенные ошибки в расчетах — ошибки в
размерностях!

Приступаем к следующему вопросу — из чего сделаны стенки печи.
Современные печи практически все выполнены из легких огнеупоров с низкой
теплопроводностью и низкой теплоемкостью. Очень старые печи сделаны из тяжелого
шамота. Такие печи легко узнать по массивной футеровке, толщина которой чуть ли
не равна ширине камеры. Если у Вас этот случай, Вам не повезло: во время обжига
99% энергии будет тратиться на нагрев стенок, а не изделий. Предполагаем, что
стенки выполнены из современных материалов (МКРЛ-08, ШВП-350). Тогда на нагрев
стенок будет тратиться всего 50-80% энергии.

Очень неопределенным остается масса загрузки. Хоть она, как
правило, меньше, чем масса огнеупоров стенок (плюс пода и свода) печи, эта
масса, конечно же, внесет свой вклад в темп нагрева.

Теперь о мощности. Мощность — это сколько тепла выделяет
нагреватель в 1 секунду. Единица измерения мощности — ватт (сокращенно Вт).
Яркая лампочка накаливания — это 100 Вт, электрический чайник — 1000 Вт, или 1
киловатт (сокращенно 1 кВт). Если включить нагреватель мощностью 1 кВт, он будет
каждую секунду выделять тепло, которое по закону сохранения энергии будет
уходить на нагрев стенок, изделий, улетать с воздухом через щели. Теоретически,
если никаких потерь через щели и стенки нет, 1 кВт в состоянии за бесконечное
время нагреть все что угодно до бесконечной температуры. Практически для печей
известны реальные (примерные средние) теплопотери, поэтому есть следующее
правило-рекомендация:

Для нормального темпа нагрева печи 10-50 литров нужна
мощность
100 Вт на каждый литр объема.

Для нормального темпа нагрева печи 100-500 литров нужна
мощность
50-70 Вт на каждый литр объема.

Значение удельной мощности нужно определять не только с учетом
объема печи, но и с учетом массивности футеровки и загрузки. Чем больше масса
загрузки, тем большее значение нужно выбирать. В противном случае печь
нагреется, но за большее время. Выберем для нашей 60-литровки удельную мощность
100 Вт/л, а для 200-литровки — 60 Вт/л. Соответственно получим, что мощность
нагревателей 60-литровки должна составлять 60 х 100 = 6000 Вт = 6 кВт, а
200-литровки — 200 х 60 = 12000 Вт = 12 кВт. Смотрите, как интересно: объем
увеличился в 3 с лишним раза, а мощность — только в 2. Почему? (Вопрос для
самостоятельной работы).

Бывает, что нет в квартире розетки на 6 кВт, а есть только на 4. Но
нужна именно 60-литровка! Что же, можно посчитать нагреватель на 4 киловатта, но
смириться с тем, что стадия нагрева при обжиге будет продолжаться часов 10-12.
Бывает, что, наоборот, необходим нагрев за 5-6 часов очень массивной загрузки.
Тогда в 60-литровую печь придется вложить 8 кВт и не обращать внимание на
раскалившуюся докрасна проводку… Для дальнейших рассуждений ограничимся
классическими мощностями — 6 и 12 кВт соответственно.

Мощность, амперы, вольты, фазы.

Зная мощность, мы знаем потребность в тепле для нагрева. По
неумолимому закону сохранения энергии мы должны ту же мощность забрать из
электрической сети. Напоминаем формулу:

Мощность нагревателя (Вт) = Напряжение на нагревателе (В) х
Ток (А)
или P = U x I

В этой формуле два подвоха. Первый: напряжение нужно брать на
концах нагревателя, а не вообще в розетке. Напряжение измеряется в вольтах
(сокращенно В). Второй: имеется в виду ток, который течет именно через этот
нагреватель, а не вообще через автомат. Ток измеряется в амперах (сокращенно А).

Нам всегда задано напряжение в сети. Если подстанция работает
норамально и сейчас не час пик, напряжение в обычной бытовой розетке будет 220
В. Напряжение в промышленной трехфазной сети между любой фазой и нулевым
проводом
тоже равно 220В, а напряжение между любыми двумя фазами

380 В. Таким образом в случае бытовой, однофазной, сети у нас нет выбора в
напряжении — только 220 В. В случае трехфазной сети выбор есть, но небольшой —
или 220, или 380 В. А как же амперы? Они получатся автоматически из напряжения и
сопротивления нагревателя по великому закону великого Ома:

Закон Ома для участка электрической цепи:
Ток (А) =
Напряжение на участке (В) / Сопротивление участка (Ом)
или I = U / R

Для того, чтобы получить 6 кВт из однофазной сети, нужен ток I =
P / U
= 6000/220 = 27,3 ампера. Это большой, но реальный ток хорошей бытовой
сети. Например, такой ток течет в электроплите, у которой включены все конфорки
на полную мощность и духовка тоже. Чтобы получить в однофазной сети 12 кВт для
200-литровки, потребуется вдвое больший ток — 12000/220 = 54,5 ампера! Это
недопустимо ни для какой бытовой сети. Лучше воспользоваться тремя фазами, т.е.
распределить мощность на три линии. В каждой фазе будет протекать 12000/3/220 =
18,2 ампера.

Обращаем внимание на последнее вычисление. На данный момент мы НЕ
ЗНАЕМ, какие будут нагреватели в печи, мы НЕ ЗНАЕМ, какое напряжение (220 или
380 В) будет подано на нагреватели. Но мы точно ЗНАЕМ, что от трехфазной сети
нужно отобрать 12 кВт, нагрузку распределить равномерно, т.е. по 4 кВт в каждой
фазе нашей сети, т.е. по каждому фазному проводу входного (общего) автомата печи
потечет 18,2А, и совсем не обязательно такой ток потечет по нагревателю. Кстати,
18,2 А будет проходить и через счетчик электроэнергии. (И еще кстати: по
нулевому проводу тока не будет из-за особенностей трехфазного питания. Эти
особенност

electrician-top.ru

что лучше для нагревателя муфельной печи

Муфельные печи электрические обязательно имеют в своей конструкции нагревательный элемент. Выполненный из нихрома или фехраля, он отвечает за функциональность всей системы. Без этой детали работа оборудования просто невозможна. Изготавливают нагреватели исключительно из качественных и долговечных материалов.

Фехраль и нихром – это два наиболее распространенных сплава для изготовления нагревателей

Нагреватели для муфельных печей: требования к материалам изготовления

Если Вы сомневаетесь, фехраль или нихром, что лучше подойдет в качестве основы для нагревателя муфельной печи, рассмотрите их характеристики. Каждый из них имеет разные показатели:

  • Электрического сопротивления. Чем оно выше, тем лучше. Сплавы с высоким показателем электросопротивления быстрее нагреваются. Использовать их можно в меньших объемах, чем остальное сырье. Это очень удобно. В таком случае появляется возможность установить нагреватель из нихромовой проволоки внутри конструкции. Большого пространства для этого не потребуется.
  • Постоянности физических свойств. Очень трудно работать с динамичными элементами, такими как неметаллы. Приходится прибегать к применению дополнительных трансформаторов. Это может усложнить процесс эксплуатации промышленного сушильного шкафа или муфельной печи.
  • Температурного коэффициента. Когда меняется уровень температур, становится другим и электрическое сопротивление элемента. Нагреватель из нихрома изменяет свои показатели минимально.
  • Жаропрочности. Предельный уровень отличается у разных материалов. Изучив технические характеристики, Вы увидите, насколько устойчив нихром или фехраль к высоким температурам.

Промышленный сушильный шкаф должен иметь очень качественную конструкцию, в том числе, обладать надежным нагревательным элементом

Отличия фехраля и хрома: что выбрать как основу нагревателя

Нихромовые и фехралевые нагреватели являются лучшими для муфельных электропечей. Но и они имеют между собой некоторые отличия

Особенности нихрома

Среди достоинств материала:

  • Сохранение механических свойств при нагреве.
  • Крипоустойчивость.
  • Легкость плавления и сваривания.
  • Простота обработки.
  • Отсутствие процессов старения.

Есть у этого сплава и некоторые недостатки, среди которых:

  • Высокая цена на изготовление нихромовых нагревателей из-за дороговизны никеля.
  • Возможность работы при более низких температурах, в сравнении с фехралевыми элементами.

Чтобы печь гарантировано давала нужный результат в обработке материалов, не забудьте предварительно провести расчет нихромовой проволоки для нагревателя.

Особенности фехрали

Многокомпонентный состав имеет такие позитивные характеристики как:

  • Низкая цена сплава.
  • Высокий уровень жаростойкости.

Некоторые нагреватели для муфельных печей из фехрали способны работать даже при температуре 1400 градусов. Важно, чтобы их диаметр был не менее 6-ти миллиметров

К недостаткам стоит отнести:

  • Хрупкость при температурном режиме более 1000 градусов.
  • Магнитность из-за наличия в составе железа.
  • Удлинение основы во время эксплуатации.
  • Низкий уровень сопротивления ползучести.

Сфера применения нагревателей из нихрома и фехрали

Нихромовый нагреватель наиболее часто используется в конструкциях оборудования для обжига и сушки. Нередко его можно встретить и в основе водонагревателей и электроплит. Высокопроизводительными считаются лабораторные сушильные шкафы с нихромовыми нагревателями.

Лабораторная низкотемпературная печь – это оборудование для максимально точной термообработки

Фехралевые пластины и проволоки востребованы в разработке систем, работающих с температурными режимами до 1400 градусов. Их активно применяют в сфере высокоглиноземной керамики.

Сколько стоят нихромовые или фехралевые нагреватели

Стоимость муфельной печи напрямую зависит от особенностей элементов ее сборки. Важную роль в формировании цены имеет и материал нагревателя. Ключевое отличие фехраль от нихрома в том, что обойдется соединение железа, хрома и алюминия в 3-5 раз дешевле, чем то, где есть никель.

Не стоит спешить при выборе сплава. Для начала просчитайте:

  • Максимальную температуру нагрева.
  • Время бесперебойного функционирования техники.
  • Частоту включений и выключений оборудования.

Только после этого стоит принимать решение о покупке. Не стоит гнаться за более низкой ценой. Если нагреватель будет быстро изнашиваться, его постоянные замены и перебои при эксплуатации прибора обойдутся значительно дороже.

Купить муфельные печи с качественными нагревателями, Вы всегда можете в компании «Лабор». Мы подберем для Вас идеальное решение «под ключ», которое будет надежным и долговечным. Обращайтесь!

labor-snol.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о