Design av värmeelement för elektriska ugnar

Värmeelementen i de flesta industriugnar är antingen band eller tråd. Fig. 1 visar anordningen för en konventionell nikromtrådsvärmare, de konstruktioner som används för att fästa den på taket, på väggarna och i ugnens härd, och utformningen av trådarna. Vanligtvis används tråd med en diameter på 3 till 7 mm för produktion av värmare för industriella ugnar. Men för ugnar med en driftstemperatur på 1000 ° C och mer bör en tråd med en diameter på mindre än 5 mm inte tas.

Förhållandena mellan spiralens stigning h och dess diameter D och diametern på tråden d (fig. 1, k) är valda på ett sådant sätt att de underlättar placeringen av värmarna i ugnen, för att säkerställa deras tillräcklig styvhet och samtidigt inte värmeöverföring från dem till produkterna är alltför komplicerat.

Ju större diametern på spiralen och ju tjockare dess stigning, desto lättare är det att placera värmare i ugnen, men när diametern ökar minskar spiralens styrka och tendensen hos dess varv att ligga ovanpå varandra ökar. .Å andra sidan, när lindningens täthet ökar, ökar den skärmande effekten av den del av dess varv som är vänd mot produkterna på resten och därför försämras användningen av dess yta.

Praxis har etablerat ganska bestämda, rekommenderade förhållanden mellan tråddiameter, stigning och spiraldiameter för trådar från 3 till 7 mm i diameter. Dessa förhållanden är som följer: h> 2d och D = (6 ÷ 8) d för nikrom och för mindre starka järn-krom-aluminiumlegeringar D = (4 ÷ 6) d.

Ris. 1. Trådvärmare: a — sicksacktrådsvärmare på metallkrokar på sidoväggen: b — sicksacktrådsvärmare i härden, c — samma i valvet, d — samma på keramiska hyllor, e — trådspiral på utskjutande tegelstenar på sidoväggen c genom anslutning till krokar, f — trådspiral i välvda stenar och i härdschakt, g — trådspiral på keramiska hyllor, h — trådspiral på keramiskt rör, och — trådvärmarutlopp, k — symbolisk beteckning för mått på värmaren med tråd

För tunnare trådar är förhållandet mellan helixens och trådens diametrar, såväl som helixens stigning, vanligtvis större. Dessa förhållanden gäller för spiraler placerade på hyllor (så att spiralerna inte sväller, de måste knytas var 300 - 500 mm till krokar inbäddade i murverket) och i kanalerna för foder av väggar och valv, samt i valv stenar.

På senare tid har dock spiralvärmare baserade på keramiska rör blivit vanligare (fig. 2).Ur synvinkel för distribution av strålning och kraft på ugnens väggar är sådana värmare nästan likvärdiga med fristrålande spiraler, och omvänt är de mycket effektivare än spiraler i kanaler eller på hyllor.

Å andra sidan, med dem, vilar varje böj på ytan av röret, och även om det sjunker i viss utsträckning (får ovalitet) när det värms, minskar detta inte dess egenskaper. Eftersom en sådan värmare därför är mindre belastad än andra, och i den enskilda varv inte kan ligga ovanpå varandra, kan den, om nödvändigt, bringa förhållandet mellan spiralens diameter och trådens diameter upp till 10 , och för järn-krom-aluminiumlegeringar - upp till 8.

Ris. 2. Utformningar av spiralvärmare med tråd på keramiska rör: a — bågvärmare, b — rör på sidoväggarna, fixering på värmebeständiga upphängningar, c — samma i keramiska pelares spår, d — rör i härden.

Denna design är särskilt gynnsam för den senare eftersom den tillåter materialet att expandera fritt. Dessutom, som i fig. 2, har konstruktioner av värmare med tråd på keramiska rör utvecklats för installation inte bara på ugnens väggar utan även i taket och i härden, och i de senare fallen kan värmarna vara tillverkade i form av rörliga ramar, kan sådana ramar enkelt sättas in i ugnen och bytas ut under eldning. reserv utan att stoppa ugnen.

Således är utformningen av spiralvärmare med tråd på keramiska rör mångsidig både när det gäller materialanvändning och placeringen av värmarna i ugnskammaren.Förhållandet mellan spiralens innerdiameter och rörets ytterdiameter för sådana värmare kan tas till ungefär 1,1-1,2, avståndet mellan rörens axlar 1,5-2 gånger spiralens diameter.

För elektriska värmare och ugnar med forcerad luftcirkulation är användningen av spiralvärmare på keramiska rör mindre önskvärd, eftersom detta minskar värmeöverföringskoefficienten för värmaren, användningen av spiraler på hyllorna eller i foderkanalerna är helt oacceptabel för samma anledning (förutom fall där gasflödet kan riktas längs spiralen, i riktning mot dess axel).

I sådana ugnar är det bättre att använda strukturer med fritt blåsta spiraler, klämda mellan isolatorer med vissa intervall eller bundna till de senare (fig. 3). Om spiralvärmare av keramiska rör används i sådana strukturer (vid högre temperaturer), bör förhållandet mellan spiralens diameter och rörets diameter ökas till 1,5.

Ris. 3. Konstruktioner av (a) tråd och (b) remsor för värmeelement för elektriska värmare.

Tejpvärmare är gjorda i form av sicksack i olika storlekar och är monterade på metall (värmebeständigt stål eller nikrom) eller keramiska krokar (fig. 4). Metallkrokar är inbäddade i murverket på väggarna (i sömmarna mellan tegelstenar eller i kanalerna i specialtegelstenar), keramiska krokar är utväxter av speciella stenar som läggs i murverket.

För de nedre delarna stängs inte sicksackarna vid skevning, distanser placeras mellan dem, som är eldfasta eller aluminiumkeramiska bussningar placerade på värmebeständiga eller nikroma stift inbäddade i murverket.Bussningarna fästs i stiften med nikromstift. Med keramiska krokar är även separatorerna helt gjorda av keramik (Fig. 4, a).

I fig. 4, h visar utformningen av avtagbara keramiska krokar och distanser. Denna design är mycket användbar eftersom den gör att du enkelt kan byta ut krokarna i händelse av skada.

Zigzag-värmare kan också monteras på ugnens sidoväggar på keramiska ställ, men denna design är ännu mindre bekväm när det gäller specifik effekt placerad på väggen och graden av avskärmning av värmarna än konstruktionen av tråd-på-rack värmare. Till detta bör det läggas till att keramiska hyllor vanligtvis fungerar dåligt i drift, eftersom det i händelse av att de går sönder, för att ersätta den skadade hyllan, är det nödvändigt att flytta murverket (fig. 4, d).

Ris. 4. Utformning av bandvärmare: a — bandsicksackvärmare på sidoväggen av metallkrokar, b — bandsickzagvärmare i härden. c — samma i valv, d — samma på keramiska hyllor, e — flyttbart högtemperatur-ramelement, f — lågtemperatur-ramelement, g — "flat wave"-värmare på keramiska rör, h — sicksackbandsvärmare på rörliga krokar, och — symbolisk beteckning på dimensionerna på sicksack-bandvärmaren.

I valvet eller i botten av remsvärmarna kan de passa in i murkanalerna som bildas av specialformade stenar (balkar — fig. 4, b och c). Sådana värmare kan också göras som rörliga ramar (fig. 4-53, e) Dessutom, med ett välvt valv, kan sicksackarna på tejpen hängas på rörliga metallkrokar.

I elvärmare och varmluftsugnar bör bandvärmare utformas så att värmarens yta är så tillgänglig som möjligt för blåsning med en gasström. Ett exempel på en sådan konstruktion visas i fig. 3, b.

Ju tjockare sicksackvärmarna är, desto längre kan värmaren placeras i ugnen, men ju större skydd av varven desto sämre yta på bandet. Därför fastställdes de accepterade dimensionerna för sicksackvärmare, vilket säkerställer deras tillräckliga styrka och låga ömsesidiga skydd.

För detta ändamål försöker de uppfylla följande förhållanden (notationer enligt fig. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, det vanligaste förhållandet mellan remsans bredd och dess tjocklek är 10. sicksacksteg h> 1.8b är bandradien avrundad för att undvika böjbrott r>

För värmartemperaturer upp till 1000 ° C i industriella ugnar används en tejp med dimensioner på minst 1X10 mm, vid högre temperaturer, minst 2X20 mm.

Vid temperaturer upp till 1000 ° C kan höjden på sicksack B på väggen variera från 150 till 400-600 mm, men för varje 200 mm behövs en rad avståndsbrickor, det vill säga vid 200-400 mm, en rad med distanser, och vid 400 —600 mm - två linjer. På bågen och i härden måste höjden på sicksack B begränsas till 250 mm för att undvika att värmarna sätter sig. Dessa rekommendationer kan utvidgas till järn-krom-aluminiumlegeringar.

För värmartemperaturer från 1000 till 1100 ° C kan de angivna gränsmåtten reserveras för legeringarna Kh20N80 och Kh20N80T, för legeringarna järn-krom-aluminium, dimension B med sicksackens vertikala position bör begränsas till 250 mm, och med horisontellt läge 150 mm.

Vid värmartemperaturer över 1100 ° C är den enda acceptabla designen av remsvärmare för både taket och botten en platt våg på keramiska rör (Fig. 2, g). Längden på sicksack B i detta fall kan tas som 75-100 mm. För sidoväggsvärmare kan en design med keramiska krokar användas, vilket begränsar sicksackhöjden till 150 mm.

På senare år har värmare med sicksacktråd använts i stor utsträckning. För dessa värmare tas sicksacksteget h lika med (5 ÷ 9) d.

Vid användning av järn-krom-aluminiumlegeringar i ugnar med en driftstemperatur över 1000 ° C, måste alla delar av eldfast murverk som kan komma i kontakt med värmarna (keramiska krokar och avdelare, hyllor, rör, kanaler, etc.) tillverkas av högoxiderade aluminiummaterial med ett minimalt innehåll av järnoxider.

Sicksackband lindas vanligtvis för hand med en enkel spakanordning. Spiraler lindas på en svarv på en slät dorn tätt, sedan sträcks den resulterande spiralen till önskad stigning.

Ris. 5. Tätat värmeutlopp: 1 — hölje, 2, 6 — isoleringshylsor, 3 — distansring, 4 — asbestpackning, 5 — kopplingsmutter, 7 — värmarutlopp.

Eftersom den efter att ha tagit bort spiralen från dornen rullar ut lite och ökar dess diameter (med ca 1-3 mm), bör dornen tas med en mindre diameter än beräkningarna.Denna minskning beror på materialets elasticitet och måste bestämmas experimentellt för varje sats. I kraftverk tillverkas sicksackvärmare på speciella maskiner.

Utlopp för värmare upp till en temperatur på 1000 ° C är gjorda av värmebeständigt stål, krom-nickel eller krom, för högre temperaturer - av legering 0X23Yu5A (EI-595). För detta ändamål, ta en valstråd, en stång med ett tvärsnitt som är lika med 3-4 gånger värmarens tvärsnitt, för att minska utsläppet av värme i ledningarna. Den del av utloppet som ligger i lågtemperaturzonen, för att spara dyra material, kan vara gjord av vanligt kolstål. Typiska ledningskonstruktioner för tråd- och bandvärmare visas i fig. 5.

I sicksackbandsvärmeelement är den inbördes avskärmningen av de individuella sicksackarna fortfarande relativt stor, även med en stigning som överstiger dubbla bandets bredd, Det skulle vara mer fördelaktigt att utforma värmarna på ett sådant sätt att listen vetter mot produkten med på bredsidan, men detta kräver mycket svetsning eftersom varje varv av remsan har två svetsar och värmarens design är dyr och benägen att deformeras.

Därför, även om sådana värmare används i vissa fall, men bara för små ugnar. De ger betydande materialbesparingar jämfört med band- och speciellt trådvärmare och låter dig få en något högre specifik väggyteffekt för samma materialförbrukning.

Värmare med gjutna fälgar, gjutna av nichrom och hängda på speciella krokar, närmar sig också platta värmare (fig. 6).De olika värmarna kan naturligtvis endast tillverkas med stora tvärsnitt och därför används de antingen i stora ugnar eller kräver reducerad spänning. Deras fördel är hög tillförlitlighet och lång livslängd, mätt i tiotusentals timmar. Det anses allmänt att korrekt beräknade och designade nikromvärmare bör fungera från 6000 till 12000 timmar (under ström).

I muffel- och rörugnar lindas tråd- och bandvärmare direkt på en keramisk muffel eller rör, dessutom, så att spolens varv under expansionen från uppvärmning inte försvagas och inte flyttar från sin plats, levereras keramik med kanaler i vilken tejpen eller tråden läggs. Ett annat sätt att fixera värmarens varv på keramiken är att belägga den senare efter lindning med ett lager eldfast lera med eldfast lera.

Ris. 6. Sommarvärmare.

Ris. 7. Stångrörsvärmare.

I ugnar upp till temperaturer på 400-500 ° C finns det många fler typer av värmare. Förutom spiral- och bandsick-sackvärmare med öppen tråd, samma som i ugnar med högre temperatur, finns det utbytbara värmeelementkonstruktioner, bekväma eftersom de kan användas för att producera vilken kraft som helst och samtidigt när de brinner ut, t.ex. element byts enkelt ut. reserv.

Rörformade stavvärmeelement är en uppsättning porslinsisolatorer uppträdda på en värmebeständig eller stålstav och placerade i ett stålrör, svetsade i ena änden och stängda med en blyisolator i den andra. En nikrom spiral är lindad på porslinsisolatorer svetsade i ena änden till isolatortråden och i den andra till mittstången.

Ibland fylls utrymmet mellan röret och värmaren med kvartssand. Värmare av denna typ kan användas upp till 400-500 ° C och med eldfasta rör upp till 1000 ° C och är särskilt bekväma för stora ugnar där det är nödvändigt att skydda värmaren från mekanisk skada eller från inverkan av korrosiva ångor ( Fig. 7).

Av stort intresse är de så kallade "rörformiga" värmeelementen (fig. 8). De består av ett stålrör, längs vars axel en nikromspiral är belägen, svetsad till utgångsbultarna vid värmarens ändar. Utrymmet mellan spiralen och rörets väggar är fyllt med periklas, kristallin magnesiumoxid, som har god elektrisk isolering och samtidigt hög värmeledningsförmåga. Produktionen av värmeelement utförs enligt följande.

En nikromspiral lindad på en stålstav monterades strikt axiellt i det förberedda rengjorda stålröret, röret fixerades vertikalt på en vibrerande maskin och fylldes med periklaspulver som passerade genom den magnetiska separatorn. Stången tas sedan bort från röret och förs genom en smidesmaskin, som hamrar den runt omkretsen, vilket gör att dess diameter minskar och periklasen blir mycket kompakt.

Tätade blyisolatorer är fästa på rörets kanter, varefter det tack vare periklaspackningen kan böjas på vilket sätt som helst och ges en bekväm form. I denna form kan de rörformiga elementen användas för att värma luft (elektriska värmare), olja, nitrater och till och med för att smälta lågsmältande metaller som tenn, bly, babbitt.I det senare fallet, för att undvika snabb korrosion av metallrörets vägg, är den förfylld med gjutjärn, som bildar en massiv platta, inuti vilken det finns ett rörformigt värmeelement.

Ris. 8. Rörvärmare.

Användningen av rörformade värmare för bad med salpeter är mycket önskvärt, för jämfört med bad med extern uppvärmning minskar det minskningen av energiförbrukningen, ökar säkerheten för baden och en enorm besparing av nikrom. Men för deras tillfredsställande drift i nitrater, särskilt vid temperaturer på 500 ° C och över, är det nödvändigt att göra en dubbel mantel av röret, placera på den förberedda värmaren ett andra rör, nickel, resistent mot värme.

När de används i elektriska värmare är de flänsade för att öka värmeöverföringen till luften.

Rörvärmare är mycket utbredda för produktion av hushållsvärmeanordningar.

Rörvärmare arbetar med effekt från flera hundra watt till flera kilowatt.

Data om rörvärmare tillverkade av vår industri finns tillgängliga i katalogerna.