Никелиновата спирала на електрическата печка е с дължина 5м

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 марки. Алуминий, манган, желязо, силиций, титан, молибден и др. се добавят като допълнителни легиращи примеси. Благодарение на изключителните си качества, този метал е широко използван в производството на електрическо оборудване.

Основни 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, изработени от нихром, са добре заварени и 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.
• Съпротивлението на нихрома е 1,05-1,4 Ohm.

Маркиране 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” - предназначен за тръбни електрически нагреватели.

Според вътрешните стандарти има няколко основни марки:

• Двоен проводник X20N80. Съставът на сплавта включва: никел - 74%, хром - 23%, както и по 1% желязо, силиций и манган.
• Троен X15N60. Сплавта се състои от 60% никел и 15% хром. Третият компонент е желязото (25%). Насищането на сплавта с желязо позволява значително да се намалят разходите за нихром, чиято цена е доста висока, и в същото време да се запази неговата устойчивост на топлина. Освен това се увеличава неговата обработваемост.
• Най-евтиният вариант за нихром е X25N20. Това е богата на желязо сплав, в която се запазват механичните свойства, но работната температура е ограничена до 900°C.

Приложение на нихром

Благодарение на своите висококачествени и уникални характеристики, нихромовите продукти могат да се използват там, където са необходими надеждност, здравина и 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 и фурни. Сплавта е намерила приложение и в резистори и реостати, работещи при висока температура. Нихром се намира и в електрически лампи и поялници. Нихромовите спирали имат топлоустойчивост и значителна устойчивост, което им позволява да се използват във високотемпературни сушилни и пещни пещи.

Използва се и скрап от нихром. Разтопява 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 чужди миризми или изпарения.

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

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, устройство за изгаряне на дърва, заваръчни машини, битови нагреватели и др.

Най-популярните проводници са X20H80 и X15H60.

Къде мога да купя нихромова тел?

Този продукт се продава на рула (намотки, макари) или под формата на лента. Напречното сечение на нихромовата тел може да бъде под формата на овал, кръг, квадрат или трапец; диаметърът варира от 0,1 до 1 милиметър.

Къде мога да намеря или купя 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 бюра за информация за стоки и услуги, които се предлагат в почти всички големи градове. Операторът ще може да ви каже къде да го закупите и да ви 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 тези, които продават радиокомпоненти, материали за занаятчии като „Сръчни ръце“ и др.


3. Купувайте от частни лица, продаващи радиокомпоненти, резервни части и други метални изделия.
4. Във 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, именно от това се прави спиралата на електрическа печка.

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 нихромовата спирала е един от основните елементи на много отоплителни уреди. След охлаждане нихромът може да запази своята пластичност, благодарение на което спиралата, изработена от такъв материал, може лесно да се отстрани, да промени формата си или, ако е необходимо, да се регулира до подходящ размер. Навиването на спиралата в индустриални условия се извършва автоматично. У дома можете да направите и ръчно навиване. Нека да разгледаме по-отблизо как да направите това.

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

За да увеличите простотата и точността на изчисленията на спиралните намотки, можете да използвате специален онлайн калкулатор.

След като изчислите необходимия брой завъртания, можете да започнете да го навивате на пръта. Без да режете жицата, трябва внимателно да свържете нихромовата спирала към източника на напрежение. След това проверете правилността на изчисленията за навиване 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 еднакво разстояние между съседни завои, трябва да навиете два проводника: единият - нихром, вторият - всякаква мед или алуминий, с диаметър, равен на необходимата празнина. Когато намотката приключи, спомагателният проводник трябва внимателно да се навие.

Цената на нихром

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

Заключение

При избора на нихромови продукти е необходимо да се вземат предвид данните за химичния състав на продукта, който представлява интерес, неговата електрическа проводимост и съпротивление, физически характеристики на диаметър, напречно сечение, дължина и т.н. Също така е важно да се попита за съответствие документация. 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. Силата на тока в проводника се увеличи 2 пъти. Как ще се промени количеството топлина, отделена в него за единица време, ако съпротивлението на проводника остане постоянно?

1) ще се увеличи 4 пъти
2) ще намалее 2 пъти
3) ще се увеличи 2 пъти
4) ще намалее 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, ако мрежовото напрежение остане постоянно?

1) ще се увеличи 4 пъти
2) ще намалее 2 пъти
3) ще се увеличи 2 пъти
4) ще намалее 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, отколкото в 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 резистор 1

1) 3 пъти повече, отколкото в резистор 2
2) 9 пъти повече, отколкото в 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 желязна
2) намалете дължината на жицата
3) сменете жицата и електрическата крушка
4) заменете желязната тел с нихром

6. Фигурата показва стълбовидна графика. 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 графика. Той показва стойностите 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

А. Голям ток ще има в лампа от 100 W.
B. Лампа от 60 W има по-голямо съпротивление.

Следните твърдения са верни:

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 s. 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 с ток 5 A консумира 1000 kJ енергия. За колко време токът преминава през спиралата на плочката, ако нейното съпротивление е 20 ома?

1) 10000 s
2) 2000 s
3) 10 s
4) 2 s

11. Никелиновата спирала на електрическата печка беше заменена с нихром 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 избраните числа в таблицата под съответните букви. Числата в отговора могат да се повтарят.

ФИЗИЧЕСКО КОЛИЧЕСТВО
А) електрическо съпротивление на спиралата
Б) силата на електрическия ток в спиралата
B) електрическа мощност, консумирана от плочката

ХАРАКТЕР НА ПРОМЯНАТА
1) увеличена
2) намаля
3) не се е променило

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

ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ
А) текуща работа
Б) сила на тока
Б) текуща мощност

ФОРМУЛИ
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 в мрежа с напрежение 220 V. Какво е съпротивлението на нагревателя, ако мощността на електрическия ток в реостата е 480 W?

Тази статия предоставя основна информация за най-често срещаните материали в производството на нагреватели електрически фурни, както и методи и примери за тяхното изчисляване (изчисляване на нагреватели за електрически пещи).

Нагреватели. Материали за производство на нагреватели

Изисквания към нагревателите

• Нагревателите трябва да имат достатъчна устойчивост на топлина (устойчивост на мащаб) 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 даден материал, толкова повече той се нагрява. Следователно, ако вземете материал с по-ниско съпротивление, ще ви е необходим нагревател с по-голяма дължина и с по-малка площ на напречното сечение. Не винаги е възможно да поставите достатъчно дълъг нагревател във фурната. Също така си струва да се има предвид, 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 висок, за включване на пещта в студено състояние е необходимо да се използват трансформатори, които първоначално осигуряват намалено напрежение.
• Физическите свойства на нагревателните материали трябва да бъдат постоянни. Някои материали, например 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, за да могат да се използват за изработване 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

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. Точката на топене на филма е по-висока от точката на топене на самата сплав, тя 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.

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

• по-евтина сплав в сравнение с нихром, т.к не съдържа ;
• има по-добра устойчивост на топлина в сравнение с нихрома, например фехралът 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 °C; Ø 0,2 - 950 °C).

• крехка и слаба сплав, тези отрицателни свойства са особено изразени, след като сплавта е била при температури над 1000 °C;
• защото Тъй като fechral съдържа желязо, 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;
• По време на работа фехралните нагреватели се удължават значително.

Напоследък са разработени сплави от типа Kh15N60Yu3 и Kh27N70YUZ, т.е. с добавяне на 3% алуминий, което значително подобри топлоустойчивостта на сплавите, а наличието на никел практически елиминира недостатъците на сплавите желязо-хром-алуминий. Сплавите Kh15N60YUZ, Kh27N60YUZ не взаимодействат с шамот и железни оксиди, са сравнително добре обработени, механично здрави и нечупливи. Максималната работна температура на сплавта X15N60YUZ е 1200 °C.

В допълнение към горепосочените сплави на базата на никел, хром, желязо и 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 въглищни и графитни нагреватели.

От огнеупорните материали като нагреватели могат да се използват тантал и ниобий. Във високотемпературни вакуумни пещи и пещи със защитна атмосфера се използват молибденови нагревателиИ волфрам. Молибденовите нагреватели могат да работят до температури 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 електрически нагреватели за пещи

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

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

Пример за изчисляване на диаметъра и дължината на нагревателен 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 X20N80.

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

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

3. Въз основа на стойността на силата на тока, получена в стъпка 1, преминаваща през нихромов нагревател, трябва да изберете диаметъра на проводника. И тази точка е важна. Ако например с ток от 6 A използвате нихромова жица с диаметър 0,4 mm, 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 ток 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 = 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 материал за нагревател, трябва да изберете проводник с най-близката по-висока (от изчислената) допустима сила на тока.

маса 1

• ако нагревателите са разположени вътре в нагрятата течност, тогава товарът (допустимият ток) може да се увеличи с 1,1 - 1,5 пъти;
• при затворено разположение на нагреватели (например в камерни електрически пещи) е необходимо да се намали натоварването с 1,2 - 1,5 пъти (по-малък коефициент се взема за по-дебела тел, по-голям за по-тънка тел).

Така получаваме дължината на нагревателя:
l = R S / ρ = 61 · 0,096 / 1,11 = 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. Технически характеристики"номиналната стойност на електрическото съпротивление на нихромова тел клас X20N80 е 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ = 1,1 Ohm mm 2 / m), вижте таблицата. 2.

Резултатът от изчисленията е необходимата дължина на нихромова 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)

1. Първото нещо, което трябва да направите, е да изчислите обема на камерата във фурната. 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 = 490 · 350 · 350 = 60 · 10 6 mm 3 = 60 l (мярка за обем).

2. След това трябва да определите мощността, която фурната трябва да произвежда. 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 (Ват на литър обем), за обем 100 - 500 литра - 50 - 70 W/l. Да вземем специфичната мощност от 100 W/l за въпросната пещ. По този начин мощността на нагревателя на електрическата пещ трябва да бъде П = 100 · 60 = 6000 W = 6 kW.

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

3. След това трябва да намерите тока, преминаващ през нагревателя I=P/U , Където П - мощност на нагревателя, U - напрежение в нагревателя (между неговите краища) и съпротивление на нагревателя R=U/I .

Може да има два варианта за свързване към електрическата мрежа:

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

I=P/U = 6000 / 220 = 27,3 A - ток, преминаващ през нагревателя.
След това трябва да определите съпротивлението на нагревателя на пещта.
R=U/I = 220 / 27,3 = 8,06 ома.

Фигура 1 Телен нагревател в еднофазна токова мрежа

Необходимите 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 между три фази, т.е. 6 / 3 = 2 kW на фаза. Така че имаме нужда от 3 нагревателя. След това трябва да изберете метод за директно свързване на нагревателите (натоварванията). 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 класическа 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 връзките между тях не се споменават). Класическият подход и формулите за изчисляване на трифазни вериги могат да бъдат намерени в специализирана 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 = 2000 / 220 = 9,10 A.
R=U/I = 220 / 9,10 = 24,2 ома.

Фигура 2 Телен нагревател в мрежа с трифазен ток. STAR връзка

При свързване тип “ТРИЪГЪЛНИК”.нагревателят е свързан между две фази (виж фиг. 3). Съответно напрежението в краищата на нагревателя ще бъде U = 380 V.
Ток, преминаващ през нагревателя -
I=P/U = 2000 / 380 = 5,26 A.
Съпротивление на един нагревател -
R=U/I = 380/ 5,26 = 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 е необходимо да изберете диаметъра и дължината на жицата.

При определяне на горните параметри е необходимо да се анализира специфична мощност на повърхностния нагревател, т.е. мощност, която се отделя 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 печка 60 литра с монофазно включване е Р = 8,06 ома. Да вземем за пример диаметър от 1 мм. След това, за да се получи необходимата устойчивост, е необходимо l = R / ρ = 8,06 / 1,4 = 5,7 m нихромова тел, където ρ - номинална стойност на електрическото съпротивление на 1 m проводник, [Ohm/m]. Масата на това парче нихромова тел ще бъде m = l μ = 5,7 · 0,007 = 0,0399 kg = 40 g, където μ - маса на 1 m тел. Сега трябва да определите повърхността на парче тел с дължина 5,7 m. S = l π d = 570 · 3,14 · 0,1 = 179 cm 2, където л – дължина на проводника [cm], д – диаметър на телта [cm]. Така трябва да се отделят 6 kW от площ от 179 cm2. Решавайки проста пропорция, откриваме, че мощността се отделя от 1 cm 2 β = P/S = 6000 / 179 = 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 диаметър.

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. Тези изчисления използват таблици.

За високотемпературни пещи(при температури над 700 - 800 °C) допустимата повърхностна мощност, W/m2, е равна на β допълнителен = β eff · α , Където β еф – повърхностна мощност на нагревателите в зависимост от температурата на топлоносителя [W/m2], α – коефициент на радиационна ефективност. β еф избрани съгласно таблица 3, α - съгласно таблица 4.

Ако фурна с ниска температура(температура под 200 - 300 °C), тогава допустимата повърхностна мощност може да се счита за равна на (4 - 6) · 10 4 W/m2.

Таблица 3

Таблица 4

Телени спирали, полузатворени в облицовъчни канали

Телени спирали на рафтове в тръби

Телени зигзагообразни (пръчкови) нагреватели

Да приемем, че температурата на нагревателя е 1000 °C и искаме да загреем детайла до температура от 700 °C. След това, според таблица 3, ние избираме β еф = 8,05 W/cm2, α = 0,2, β допълнителен = β eff · α = 8,05 · 0,2 = 1,61 W/cm2 = 1,61 · 10 4 W/m2.

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 доп - допустима повърхностна мощност на нагревателя, [W/m 2 ]; ρ t - специфично съпротивление на материала на нагревателя при дадена температура, [Ohm m].
ρ t = ρ 20 k , Където ρ 20 - специфично електрическо съпротивление на материала на нагревателя при 20 °C, [Ohm m] к - корекционен коефициент за изчисляване на промените в електрическото съпротивление в зависимост от температурата (по).

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

Изберете диаметъра и дължината на жицата от нихром X20N80. Специфичното електрическо съпротивление на материала на нагревателя е
ρ t = ρ 20 k = 1,13 · 10 -6 · 1,025 = 1,15 · 10 -6 Ohm m.

Монофазна битова мрежа
За печка от 60 литра, свързана към еднофазна битова мрежа, от предишните етапи на изчисление е известно, че мощността на печката е П = 6000 W, напрежение в краищата на нагревателя - U = 220 V, допустима мощност на повърхностния нагревател β доп = 1,6 · 10 4 W/m2. Тогава получаваме

Полученият размер трябва да бъде закръглен до най-близкия по-голям стандарт. Стандартните размери за нихром и фехрална тел могат да бъдат намерени 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 е необходимо да се определи масата на необходимото количество тел.
m = l μ , Където м - тегло на парче тел, [kg]; л - дължина на проводника, [m]; μ - специфично тегло (тегло на 1 метър тел), [kg/m].

В нашия случай масата на нагревателя m = l μ = 43 · 0,052 = 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 спестяване на материал това 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, ще бъде
l = R / (ρ k) = 8,06 / (0,179 1,025) = 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 промените в електрическото съпротивление в зависимост от температурата.
Тази стойност е същата като стойността, получена от друго изчисление.

Сега трябва да проверим дали повърхностната мощност на избрания от нас нагревател няма да надвиши допустимата повърхностна мощност, която беше открита в стъпка 4. β = P/S = 6000 / (3,14 · 4300 · 0,28) = 1,59 W/cm2. Получена стойност β = 1,59 W/cm 2 не превишава β доп = 1,6 W/cm2.

Резултати
Така нагревателят ще изисква 43 метра нихромова тел X20N80 с диаметър 2,8 mm, което е 2,3 kg.

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

Както е описано в параграф 3, всеки от трите нагревателя има 2 kW мощност. Нека намерим 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 = 30 · 0,013 = 0,39 кг.

Преглед
Получава се тел с диаметър 1,4 mm. Тогава дължината, от която се нуждаем, ще бъде
l = R / (ρ k) = 24,2 / (0,714 · 1,025) = 33 m.

β = P/S = 2000 / (3,14 · 3000 · 0,14) = 1,52 W/cm2, не надвишава допустимата граница.

Резултати
За три нагревателя, свързани в конфигурация „STAR“, ще ви трябва
л = 3 30 = 90 m тел, което е
м = 3 · 0,39 = 1,2 кг.

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 = 43 · 0,006 = 0,258 кг.

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

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

Дебелината на повърхността ще бъде β = P/S = 2000 / (3,14 · 4300 · 0,095) = 1,56 W/cm2, не надвишава допустимата граница.

Резултати
За три нагревателя, свързани в модел „ТРИЪГЪЛНИК“, ще ви трябва
л = 3 43 = 129 m тел, което е
м = 3 · 0,258 = 0,8 кг.

Ако сравните 2 варианта за свързване на нагреватели към трифазна токова мрежа, обсъдени по-горе, ще забележите, че „ЗВЕЗДА“ изисква тел с по-голям диаметър от „ТРИЪГЪЛНИК“ (1,4 mm срещу 0,95 mm), за да се осигури дадена мощност на фурната от 6 kW. При което необходимата дължина на нихромния проводник при свързване по схемата „ЗВЕЗДА“ е по-малка от дължината на проводника при свързване по тип „ТРИЪГЪЛНИК“(90 м срещу 129 м), и необходимата маса, напротив, е по-голяма (1,2 кг срещу 0,8 кг).

Спираловидно изчисление

Съотношението между стъпката на спиралата и нейния диаметър и диаметъра на жицата е избрано по такъв начин, че да се улесни поставянето на нагревателите в пещта, да се осигури тяхната достатъчна твърдост, да се елиминира локалното прегряване на завоите на самата спирала до в максимална степен, като в същото време 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 един върху друг се увеличава . От друга страна, с увеличаване на честотата на навиване, екраниращият ефект на частта от навивките му, 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 добре дефинирани, препоръчителни зависимости между диаметъра на телта ( д ), стъпка ( T ) и диаметър на спиралата ( д ) за проводник Ø от 3 до 7 мм. 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 взимат повече.

Заключение

В примерите бяха разгледани само методите за изчисление телени нагреватели. В допълнение към телта от прецизни сплави, лентата може да се използва и за направата на нагреватели.

Изчисляването на нагревателите не се ограничава до избора на техните размери. Също необходимо е 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 се поддържа връзка към нашия уебсайт http://www.site

Ако откриете неточности, моля, уведомете ни по имейл на info@site или чрез системата Orfus, като маркирате текста с грешката 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 съпротивителни нагреватели за електрически пещи".
• http://www.horss.ru/h6.php?p=45
• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html

Когато изпълнявате тази задача, трябва:

2. Анализирайте лявата колона и осъзнайте какво характеризират дадените величини (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 естеството на промяната им в този процес с физическите величини.

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

Задачи за самостоятелна работа

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

За всяка физическа величина определете съответния характер на промяната.

1) увеличена

2) намаля

3) не се е променило

Запишете избраните числа в таблицата под съответните букви.

Числата в отговора могат да се повтарят.