Нікелінова спіраль електроплитки має довжину 5 м. Нікелінову спіраль електроплитки замінили на ніхромову.

Ніхром був винайдений в 1905 Альбертом Маршем, який з'єднав нікель (80%) і хром (20%). Сьогодні є близько десяти модифікацій сплавів різних марок. Як додаткові легуючі домішки додається алюміній, марганець, залізо, кремній, титан, молібден і т. д. Завдяки своїм видатним якостям цей метал став широко використовуватися для виробництва електротехніки.

Основні якості ніхрому

Ніхром відрізняється:

• високою жаростійкістю. За високих температур його механічні властивості не змінюються;
• пластичністю, що дозволяє виготовляти зі сплаву ніхромові спіралі, дроти, стрічки, нитки;
• простотою обробки. Вироби з ніхрому добре зварюються, штампуються;
• високу стійкість до корозії у різному середовищі.
• опір ніхрому високий.

Основні властивості

• Щільність складає 8200-8500 кг/м3.
• Температура плавлення ніхрому - 1400 С.
• Максимальна робоча температура – ​​1100°С.
• Міцність - 650-700 МПа.
• Питомий опір ніхрому 1,05-1,4 Ом.

Маркування ніхромового дроту

Ніхромовий дріт - чудовий матеріал для різних електронагрівальних елементів, які використовуються практично у всіх галузях промисловості. Практично кожен побутовий нагрівальний прилад має елементи, виготовлені з ніхрому.

Букве маркування дроту:

• "Н" - використовується, як правило, в нагрівальних елементах.
• "С" - застосовується в елементах опору.
• "ТЕН" - призначається для трубчастих електронагрівачів.

Згідно з вітчизняними стандартами, існують кілька основних марок:

• Подвійний дріт Х20Н80. До складу сплаву входить: нікель - 74%, хром - 23%, а також по 1% заліза, кремнію та марганцю.
• Потрійна Х15Н60. Сплав складається з 60% нікелю та 15% хрому. Третій компонент – залізо (25%). Насичення сплаву залізом дозволяє значно здешевити ніхром, ціна на який досить висока, і при цьому зберегти його жаростійкість. Крім того, підвищується його оброблюваність.
• Найбільш дешевий варіант ніхрому - Х25Н20. Це багатий на залізо сплав, в якому механічні властивості зберігаються, але робоча температура обмежена 900°С.

Застосування ніхрому

Завдяки своїм якісним та унікальним характеристикам ніхромові вироби можуть застосовуватися там, де потрібна надійність, міцність, стійкість до хімічно агресивного середовища та дуже високих температур.

Ніхромові спіралі та дріт є невід'ємною частиною практично всіх видів нагрівальних приладів. Нихром присутній у тостерах, пекарнях, обігрівачах, духовках. Сплав також знайшов застосування у резисторах та реостатах, що працюють при сильному нагріванні. Є ніхром і в електричних лампах і паяльниках. Ніхромові спіралі мають жаростійкість і значний опір, що дозволяє їх використовувати у високотемпературних печах сушіння та випалу.

Знаходить застосування і брухт ніхрому. Він переплавляється, і матеріал знову йде у справу. Сплав нікелю з хромом використовують у хімічних лабораторіях. Даний склад не вступає в реакцію з більшістю лугів та кислот. Деформовані нагрівальні ніхромові спіралі застосовують в електронних сигаретах.

Порівняно з раніше використовуваним для цих цілей залізом, вироби з ніхрому безпечніші, не іскорять, не іржавіють, не мають оплавлених ділянок.

Температура плавлення ніхрому 1400 ° С, тому при приготуванні їжі не відчуваються сторонні запахи і гар.

Інженери досі досліджують унікальні властивості цього матеріалу, постійно розширюючи його застосування.

В домашніх умовах ніхромовий дріт використовується для виготовлення саморобного обладнання, електролобзиків та різаків, таких як, наприклад, верстат для різання пінопласту або дерева, паяльник, пристосування для випалювання по дереву, зварювальні апарати, побутові обігрівачі і т.д.

Найпопулярнішим вважається дріт Х20Н80 та Х15Н60.

Де можна придбати ніхромовий дріт

Реалізація цього товару проводиться в рулонах (бухтах, котушках) або ж у вигляді стрічки. Переріз ніхромового дроту може бути у вигляді овалу, кола, квадрата, а також трапеції, діаметр становить від 0,1 до 1 міліметра.

Де ж взяти чи купити вироби з ніхрому? Пропонуємо розглянути найпоширеніші та можливі варіанти:

1. Насамперед, можна звернутися до організації, що виготовляє цю продукцію та зробити замовлення. Дізнатися точну адресу таких підприємств можна у спеціальних довідкових за товарами та послугами, які є практично у всіх великих містах та населених пунктах. Оператор зможе підказати, де придбати, та дасть номер телефону. Окрім того, інформацію про асортимент такої продукції можна знайти на офіційних сайтах виробників.
2. Купити ніхромові вироби можна у спеціалізованих магазинах, наприклад, що продають радіодеталі, матеріал для майстрів типу «Умілі руки» і т.д.


3. Купити у приватних осіб, які торгують радіодеталями, запасними частинами та іншими металевими виробами.
4. У будь-якому господарському магазині.
5. На ринку можна придбати якийсь старий прилад, наприклад лабораторний реостат, і взяти ніхром.
6. Ніхромовий дріт також можна знайти і вдома. Наприклад, саме з неї виготовлено спіраль електричної плитки.

Якщо необхідно зробити велике замовлення, то найбільше підійде саме перший варіант. Якщо потрібна невелика кількість дроту з ніхрому, у цьому випадку можна розглядати всі інші пункти списку. При покупці необхідно обов'язково звернути увагу на маркування.

Навивка ніхромової спіралі

Сьогодні ніхромова спіраль є одним з основних елементів багатьох нагрівальних приладів. Після остигання ніхром здатний зберігати свою пластичність, завдяки чому спіраль з такого матеріалу можна легко зняти, змінити її форму або при необхідності підігнати під відповідний розмір. Намотування спіралі в промислових умовах здійснюється автоматичним шляхом. У домашніх умовах можна здійснити також ручну намотування. Розглянемо докладніше, як це зробити.

Якщо не надто важливі параметри готової ніхромової спіралі в її робочому стані, при намотуванні можна зробити розрахунок, так би мовити, «на око». Для цього слід підібрати потрібну кількість витків залежно від нагрівання ніхромового дроту, при цьому включаючи періодично спіраль у мережу та зменшуючи чи збільшуючи число витків. Така процедура намотування дуже проста, але може зайняти досить багато часу, та й частина ніхрому при цьому витрачається марно.

Для підвищення простоти та точності розрахунку намотування спіралі можна скористатися спеціальним онлайн-калькулятором.

Розрахувавши необхідну кількість витків, можна приступати до намотування на стрижень. Не обрізаючи дріт, слід обережно підключити ніхромову спіраль до джерела напруги. Потім перевірити правильність розрахунків з намотування спіралі. Важливо враховувати, що для спіралей закритого типу довжина намотування має бути збільшена на третину отриманого при розрахунку значення.

Для забезпечення однакової відстані між сусідніми витками потрібно вводити намотування в 2 дроти: один - ніхромовий, другий - будь-який мідний або алюмінієвий, з діаметром, який дорівнює потрібному зазору. Коли намотування буде закінчено, допоміжний дріт слід акуратно змотати.

Вартість ніхрому

Єдиний недолік, який має ніхром, - ціна. Так, двокомпонентний сплав при купівлі роздріб оцінюється приблизно в 1000 рублів за один кілограм. Вартість марок ніхрому з лігатурою - близько 500-600 рублів.

Висновок

Вибираючи продукцію з ніхрому, необхідно враховувати дані про хімічний склад товару, що його цікавить, його електропровідність і опір, фізичні характеристики діаметра, перетин, довжину і т. д. Важливо також поцікавитися документацією відповідності. Крім того, потрібно вміти візуально відрізняти сплав від його, так би мовити, конкурентів. Правильність вибору матеріалу є запорукою надійності електротехніки.

fb.ru

ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ

Частина 1

1. Силу струму у провіднику збільшили у 2 рази. Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в ньому за одиницю часу, за незмінного опору провідника?

1) збільшиться у 4 рази
2) зменшиться у 2 рази
3) збільшиться у 2 рази
4) зменшиться у 4 рази

2. Довжину спіралі електроплитки зменшили вдвічі. Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в спіралі за одиницю часу, за постійної напруги мережі?

1) збільшиться у 4 рази
2) зменшиться у 2 рази
3) збільшиться у 2 рази
4) зменшиться у 4 рази

3. Опір резистор (R_1) у чотири рази менше опору резистора (R_2). Робота струму в резисторі 2

1) у 4 рази більше, ніж у резисторі 1
2) у 16 ​​разів більше, ніж у резисторі 1
3) у 4 рази менше, ніж у резисторі 1
4) у 16 ​​разів менше, ніж у резисторі 1

4. Опір резистора (R_1) у 3 рази більше опору резистора (R_2). Кількість теплоти, що виділиться у резисторі 1

1) у 3 рази більше, ніж у резисторі 2
2) у 9 разів більше, ніж у резисторі 2
3) у 3 рази менше, ніж у резисторі 2
4) у 9 разів менше, ніж у резисторі 2

5. Ланцюг зібраний з джерела струму, лампочки і тонкого залізного дроту, з'єднаних послідовно. Лампочка горітиме яскравіше, якщо

1) дріт замінити на тонший залізний
2) зменшити довжину дроту
3) поміняти місцями дріт та лампочку
4) залізний дріт замінити на ніхромовий

6. На малюнку наведено стовпчасту діаграму. На ній представлені значення напруги на кінцях двох провідників (1) та (2) однакового опору. Порівняйте значення роботи струму (A_1) і (A_2) у цих провідниках за один і той же час.

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

7. На малюнку наведено стовпчасту діаграму. На ній представлені значення сили струму у двох провідниках (1) та (2) однакового опору. Порівняйте значення роботи струму (A_1) та (A_2) у цих провідниках за один і той же час.

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

8. Якщо в люстрі для освітлення приміщення використовувати лампи потужністю 60 та 100 Вт, то

А. Велика сила струму буде у лампі потужністю 100 Вт.
Б. Найбільший опір має лампа потужністю 60 Вт.

Вірним(-і) є(-ються) твердження(-я)

1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б

9. Електрична плитка, підключена до джерела постійного струму, за 120 с споживає 108 кДж енергії. Чому дорівнює сила струму у спіралі плитки, якщо її опір 25 Ом?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. Електрична плитка при силі струму 5 А споживає 1000 кДж енергії. Чому дорівнює час проходження струму по спіралі плитки, якщо її опір 20 Ом?

1) 10000 з
2) 2000 з
3) 10 с
4) 2 с

11. Нікелінову спіраль електроплитки замінили на ніхромову такої ж довжини та площі поперечного перерізу. Встановіть відповідність між фізичними величинами та їх можливими змінами під час включення плитки в електричну мережу. Запишіть у таблиці вибрані цифри під відповідними літерами. Цифри у відповіді можуть повторюватися.

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА
A) електричний опір спіралі
Б) сила електричного струму у спіралі
B) потужність електричного струму, що споживається плиткою

ХАРАКТЕР ЗМІНИ
1) збільшилася
2) зменшилася
3) не змінилася

12. Встановіть відповідність між фізичними величинами та формулами, за якими ці величини визначаються. Запишіть у таблиці вибрані цифри під відповідними літерами.

ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ
A) робота струму
Б) сила струму
B) потужність струму

Формули
1) (frac(q) (t))
2) (qU)
3) (frac(RS)(L))
4) (UI)
5) (frac(U)(I))

Частина 2

13. Нагрівач включений послідовно з реостатом опором 7,5 Ом в мережу з напругою 220 В. Який опір нагрівача, якщо потужність електричного струму в реостаті становить 480 Вт?

У цій статті наводяться довідкові дані про матеріали, найбільш поширені при виготовленні нагрівачів. електричних печей, а також методика та приклади їх розрахунку (розрахунки нагрівачів електричних печей).

Нагрівачі. Матеріали для виготовлення нагрівачів

Вимоги до нагрівачів

• Нагрівачі повинні мати достатню жаростійкість (окалиностійкість) і жароміцність. Жароміцність - механічна міцність при високих температурах. Жаростійкість - опір металів і сплавів газової корозії при високих температурах (докладніше властивості жаростійкості і жаростійкості описані на сторінці).
• Нагрівачв електропечі повинен бути зроблений з матеріалу, що має високий питомий електричний опір. Говорячи простою мовою, чим вищий електричний опір матеріалу, тим сильніше він нагрівається. Отже, якщо взяти матеріал з меншим опором, потрібно нагрівач більшої довжини і з меншою площею поперечного перерізу. Не завжди печі може бути розміщений досить довгий нагрівач. Також варто враховувати, що, чим більший діаметр дроту, з якого зроблений нагрівач, тим довше термін його служби . Прикладами матеріалів, що володіють високим електричним опором, є хромонікелевий сплав, залізохромоалюмінієвий сплав, які відносяться до прецизійних сплавів з високим електричним опором.
• Мінімальний температурний коефіцієнт опору є істотним фактором при виборі матеріалу для нагрівача. Це означає, що при зміні температури електричний опір матеріалу нагрівачазмінюється не сильно. Якщо температурний коефіцієнт опір великий, для включення печі в холодному стані доводиться використовувати трансформатори, що дають в початковий момент знижену напругу.
• Фізичні властивості матеріалів нагрівачів повинні бути незмінними. Деякі матеріали, наприклад, карборунд, який є неметалевим нагрівачем, з часом можуть змінювати свої фізичні властивості, зокрема електричний опір, що ускладнює умови їх експлуатації. Для стабілізації електричного опору використовують трансформатори з великою кількістю щаблів та діапазоном напруг.
• Металеві матеріали повинні мати хороші технологічні властивості, а саме: пластичність і зварюваність, - щоб з них можна було виготовити дріт, стрічкуа зі стрічки - складні за конфігурацією нагрівальні елементи. Також нагрівачіможуть бути виготовлені з неметалів. Неметалічні нагрівачі пресуються або формуються, перетворюючись на готовий виріб.

Матеріали для виготовлення нагрівачів

Перераховані вище сплави мають хороші властивості жароміцності та жаростійкості, тому вони можуть працювати при високих температурах. Гарну жаростійкістьзабезпечує захисна плівка з окису хрому, який утворюється на поверхні матеріалу. Температура плавлення плівки вище температури плавлення безпосередньо сплаву, вона не розтріскується при нагріванні та охолодженні.

Наведемо порівняльну характеристику ніхрому та фехралі.
Переваги ніхрому:

• хороші механічні властивості як за низьких, і при високих температурах;
• сплав крипостійкий;
• має гарні технологічні властивості – пластичність та зварюваність;
• добре обробляється;
• не старіє, немагнітний.

• висока вартість нікелю – одного з основних компонентів сплаву;
• нижчі робочі температури порівняно з фехраллю.

• більш дешевий метал проти ніхромом, т.к. не містить ;
• володіє кращою в порівнянні з ніхромом жаростійкістю, наприклад, фехраль Х23Ю5Т може працювати при температурі до 1400 ° С (1400 ° С - максимальна робоча температура для нагрівача з дроту Ø 6,0 мм і більше; Ø 3,0 - 1350 ° С; Ø 1,0 - 1225 ° С; Ø 0,2 - 950 ° С).

• крихкий і неміцний сплав, дані негативні властивості особливо сильно виявляються після перебування сплаву при температурі більшій за 1000 °С;
• т.к. фехраль має у своєму складі залізо, то даний сплав є магнітним і може іржавіти у вологій атмосфері за нормальної температури;
• має низький опір повзучості;
• взаємодіє з шамотною футеровкою та оксидами заліза;
• під час експлуатації нагрівачі із фехралі суттєво подовжуються.

Останнім часом розроблено сплави типу Х15Н60Ю3 та Х27Н70ЮЗ, тобто. з додаванням 3% алюмінію, що значно покращило жаростійкість сплавів, а наявність нікелю практично виключило недоліки, що є у залізохромоалюмінієвих сплавів. Сплави Х15Н60ЮЗ, Х27Н60ЮЗ не взаємодіють з шамотом і окислами заліза, досить добре обробляються, механічно міцні, некрихкі. Максимальна робоча температура сплаву Х15Н60ПЗ становить 1200 °С.

Крім перерахованих вище сплавів на основі нікелю, хрому, заліза, алюмінію для виготовлення нагрівачів застосовують інші матеріали: тугоплавкі метали, а також неметали.

Серед неметалів виготовлення нагрівачів використовують карборунд, дисиліцид молібдену, вугілля, графіт. Нагрівачі з карборунду та дисіліциду молібдену використовують у високотемпературних печах. У печах із захисною атмосферою застосовують вугільні та графітові нагрівачі.

Серед тугоплавких матеріалів як нагрівачі можуть використовуватися , , тантал і ніобій. У високотемпературних вакуумних печах та печах із захисною атмосферою застосовуються нагрівачі з молібденуі вольфраму. Молібденові нагрівачі можуть працювати до температури 1700 ° С у вакуумі та до 2200 ° С – у захисній атмосфері. Така різниця температур обумовлена ​​випаровуванням молібдену при температурах вище 1700 ° С у вакуумі. Вольфрамові нагрівачі можуть працювати до 3000 °С. В особливих випадках застосовують нагрівачі з танталу та ніобію.

Розрахунок нагрівачів електричних печей

Також необхідно визначити матеріал, з якого слід робити нагрівачі(Цей пункт у статті не розглядається). У цій статті як матеріал для нагрівачів розглядається хромонікелевий прецизійний сплав з високим електричним опором, який є одним з найпопулярніших при виготовленні нагрівальних елементів.

Визначення діаметра та довжини нагрівача (ніхромового дроту) для заданої потужності печі (простий розрахунок)

Приклад розрахунку діаметра та довжини нагрівального елемента

Вихідні дані:
Пристрій потужністю P = 800 Вт; напруга мережі U = 220; температура нагрівача 800 °C. Як нагрівальний елемент використовується ніхромовий дріт Х20Н80.

1. Спочатку необхідно визначити силу струму, яка проходитиме через нагрівальний елемент:
I = P/U = 800/220 = 3,63 А.

2. Тепер потрібно знайти опір нагрівача:
R = U/I = 220/3,63 = 61 Ом;

3. Виходячи із значення отриманої в п. 1 сили струму, що проходить через ніхромовий нагрівачпотрібно вибрати діаметр дроту. І цей момент є важливим. Якщо, наприклад, при силі струму 6 А використовувати ніхромовий дріт діаметром 0,4 мм, то він згорить. Тому розрахувавши силу струму, необхідно вибрати з таблиці відповідне значення діаметра дроту. У нашому випадку для сили струму 3,63 А та температури нагрівача 800 °C вибираємо ніхромовий дріт з діаметром d = 0,35 мм та площею поперечного перерізу S = 0,096 мм2.

Загальне правило вибору діаметра дротуможна сформулювати наступним чином: необхідно вибрати дріт, у якого допустима сила струму не менша, ніж розрахункова сила струму, що проходить через нагрівач. З метою економії матеріалу нагрівача слід вибирати дріт із найближчою більшою (ніж розрахункова) допустимою силою струму..

Таблиця 1

• якщо нагрівачі знаходяться всередині рідини, що нагрівається, то навантаження (допустиму силу струму) можна збільшити в 1,1 - 1,5 рази;
• при закритому розташуванні нагрівачів (наприклад, у камерних електропечах) необхідно зменшити навантаження в 1,2 - 1,5 рази (менший коефіцієнт береться для товстішого дроту, більший - для тонкого).

Таким чином, отримаємо довжину нагрівача:
l = R · S / ρ = 61 · 0,096/1,11 = 5,3 м.

В даному прикладі як нагрівач використовується ніхромовий дріт Ø 0,35 мм. Відповідно до "Дрот із прецизійних сплавів з високим електричним опором. Технічні умови"номінальне значення питомого електричного опору ніхромового дроту марки Х20Н80 становить 1,1 Ом · мм 2 / м ( ρ = 1,1 Ом · мм 2/м), див. табл. 2.

Підсумком розрахунків є необхідна довжина ніхромового дроту, що становить 5,3 м, діаметр – 0,35 мм.

Таблиця 2

Визначення діаметра та довжини нагрівача (ніхромового дроту) для заданої печі (докладний розрахунок)

1. Перше, що потрібно зробити - порахувати об'єм камери всередині печі. В даному випадку візьмемо h = 490 мм, d = 350 мм та l = 350 мм (висота, ширина та глибина відповідно). Таким чином, отримуємо обсяг V = h · d · l = 490 · 350 · 350 = 60 · 10 6 мм 3 = 60 л (міра об'єму).

2. Далі необхідно визначити потужність, яку має видавати пекти. Потужність вимірюється у Ваттах (Вт) і визначається за емпіричному правилу: для електричної печі об'ємом 10 - 50 літрів питома потужність становить 100 Вт/л (Ват на літр об'єму), об'ємом 100 - 500 літрів - 50 - 70 Вт/л. Візьмемо для розглянутої печі питому потужність 100 Вт/л. Таким чином, потужність нагрівача електричної печі повинна становити P = 100 · 60 = 6000 Вт = 6 кВт.

При потужності 5-10 кВт нагрівачівиготовляють, як правило, однофазними. За великих потужностей для рівномірного завантаження мережі нагрівачі роблять трифазними.

3. Потім потрібно знайти силу струму, що проходить через нагрівач I = P/U , де P - Потужність нагрівача, U - напруга на нагрівачі (між його кінцями), та опір нагрівача R = U/I .

Тут може бути два варіанти підключення до електричної мережі:

• до побутової мережі однофазного струму - тоді U = 220;
• до промислової мережі трифазного струму - U = 220 В (між нульовим проводом та фазою) або U = 380 (між двома будь-якими фазами).

I = P/U = 6000 / 220 = 27,3 А - струм, що проходить через нагрівач.
Потім необхідно визначити опір нагрівача печі.
R = U/I = 220/27,3 = 8,06 Ом.

Малюнок 1 Дріт дротяний нагрівач в мережі однофазного струму

Шукані значення діаметра дроту та його довжини будуть визначені у п. 5 даного параграфа.

При цьому типі підключення навантаження розподіляється поступово три фази, тобто. по 6/3 = 2 кВт на фазу. Таким чином, нам потрібні 3 нагрівачі. Далі необхідно вибрати спосіб підключення безпосередньо нагрівачів (навантаження). Способів може бути 2: "ЗІРКА" або "ТРИКУТНИК".

Варто зауважити, що в цій статті формули для розрахунку сили струму ( I ) та опору ( R ) для трифазної мережі записані над класичному вигляді. Це зроблено для того, щоб не ускладнювати виклад матеріалу з розрахунку нагрівачів електротехнічними термінами та визначеннями (наприклад, не згадуються фазні та лінійні напруги та струми та співвідношення між ними). З класичним підходом та формулами розрахунку трифазних ланцюгів можна ознайомитись у спеціалізованій літературі. У цій статті деякі математичні перетворення, проведені над класичними формулами, приховані від читача, і на кінцевий результат це не впливає.

При підключенні типу “ЗІРКА”нагрівач підключається між фазою та нулем (див. рис. 2). Відповідно, напруга на кінцях нагрівача буде U = 220 ст.
I = P/U = 2000/220 = 9,10 А.
R = U/I = 220/9,10 = 24,2 Ом.

Рисунок 2 Дротовий нагрівач у мережі трифазного струму. Підключення за схемою "ЗІРКА"

При підключенні типу “ТРИКУТНИК”нагрівач підключається між двома фазами (див. рис. 3). Відповідно, напруга на кінцях нагрівача буде U = 380 ст.
Струм, що проходить через нагрівач -
I = P/U = 2000/380 = 5,26 А.
Опір одного нагрівача -
R = U/I = 380/5,26 = 72,2 Ом.

Рисунок 3 Дротовий нагрівач у мережі трифазного струму. Підключення за схемою "ТРИКУТНИК"

4. Після визначення опору нагрівача за відповідного підключення до електричної мережі необхідно підібрати діаметр та довжину дроту.

При визначенні наведених вище параметрів необхідно аналізувати питому поверхневу потужність нагрівача, тобто. потужність, що виділяється із одиниці площі. Поверхнева потужність нагрівача залежить від температури нагрівається і від конструктивного виконання нагрівачів.

приклад
З попередніх пунктів розрахунку (див. п. 3 цього параграфу) нам відомий опір нагрівача. Для 60-літрової печі при однофазному підключенні воно становить R = 8,06 Ом. Як приклад візьмемо діаметром 1 мм. Тоді, щоб одержати необхідний опір, необхідно l = R/ρ = 8,06/1,4 = 5,7 м ніхромового дроту, де ρ - номінальне значення електричного опору 1 м дроту по [Ом/м]. Маса даного відрізка дроту з ніхрому складе m = l · μ = 5,7 · 0,007 = 0,0399 кг = 40 г, де μ - Маса 1 м дроту. Тепер необхідно визначити площу поверхні відрізка дроту завдовжки 5,7 м-коду. S = l · π · d = 570 · 3,14 · 0,1 = 179 см 2 де l - Довжина дроту [см], d - Діаметр дроту [см]. Таким чином, із площі 179 см 2 має виділятися 6 кВт. Вирішуючи просту пропорцію, отримуємо, що з 1 см 2 виділяється потужність β = P / S = 6000/179 = 33,5 Вт, де β - Поверхнева потужність нагрівача.

Отримана поверхнева потужність надто велика. Нагрівачрозплавиться, якщо нагріти його до температури, яка б забезпечила отримане значення поверхневої потужності. Ця температура буде вищою за температуру плавлення матеріалу нагрівача.

Наведений приклад є демонстрацією неправильного вибору діаметра дроту, яка використовуватиметься для виготовлення нагрівача. У п. 5 цього параграфа буде наведено приклад із правильним підбором діаметра.

Для кожного матеріалу, залежно від необхідної температури нагріву, визначено допустиме значення поверхневої потужності. Воно може визначатися за допомогою спеціальних таблиць чи графіків. У цих розрахунках використовуються таблиці.

Для високотемпературних печей(При температурі більше 700 - 800 ° С) допустима поверхнева потужність, Вт/м 2 , дорівнює β доп = β еф · α , де β еф - Поверхнева потужність нагрівачів в залежності від температури теплосприймаючого середовища [Вт / м 2], α - Коефіцієнт ефективності випромінювання. β еф вибирається за таблицею 3, α - за таблицею 4.

Якщо піч низькотемпературна(температура менше 200 - 300 ° С), то допустиму поверхневу потужність можна вважати рівною (4 - 6) · 104 Вт/м 2 .

Таблиця 3

Таблиця 4

Дрітальні спіралі, напівзакриті в пазах футерування

Дротові спіралі на поличках у трубках

Дротяні зигзагоподібні (стрижневі) нагрівачі

Припустимо, температура нагрівача 1000 °С, і хочемо нагріти заготовку до температури 700 °С. Тоді за таблицею 3 підбираємо β еф = 8,05 Вт/см 2 α = 0,2, β доп = β еф · α = 8,05 · 0,2 = 1,61 Вт/см 2 = 1,61 · 10 4 Вт/м 2 .

5. Після визначення допустимої поверхневої потужності нагрівача необхідно знайти його діаметр(для дротяних нагрівачів) або ширину та товщину(для стрічкових нагрівачів), а також довжину.

Діаметр дроту можна визначити за такою формулою: d - Діаметр дроту, [м]; P - Потужність нагрівача, [Вт]; U - Напруга на кінцях нагрівача, [В]; β доп - допустима поверхнева потужність нагрівача [Вт/м 2 ]; ρ t - питомий опір матеріалу нагрівача при заданій температурі [Ом·м].
ρ t = ρ 20 · k , де ρ 20 - питомий електричний опір матеріалу нагрівача при 20 ° С, [Ом · м] k - поправочний коефіцієнт до розрахунку зміни електричного опору залежно від температури (по ).

Довжину дроту можна визначити за такою формулою:
l - Довжина дроту, [м].

Підберемо діаметр і довжину дроту з ніхрому Х20Н80. Питомий електричний опір матеріалу нагрівача складає
ρ t = ρ 20 · k = 1,13 · 10 -6 · 1,025 = 1,15 · 10 -6 Ом · м.

Побутова мережа однофазного струму
Для 60-літрової печі, підключеної до побутової мережі однофазного струму, з попередніх етапів розрахунку відомо, що потужність печі становить P = 6000 Вт, напруга на кінцях нагрівача - U = 220 В, допустима поверхнева потужність нагрівача β доп = 1,6 · 104 Вт/м 2 . Тоді отримуємо

Отриманий розмір необхідно округлити до найближчого стандартного. Стандартні розміри для дроту з ніхрому та фехралі можна знайти в , Додаток 2, Таблиця 8. В даному випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 2,8 мм. Діаметр нагрівача d = 2,8 мм.

Довжина нагрівача l = 43 м-коду.

Також іноді потрібно визначити масу необхідної кількості дроту.
m = l · μ , де m - Маса відрізка дроту, [кг]; l - Довжина дроту, [м]; μ - Питома маса (маса 1 метра дроту), [кг/м].

У нашому випадку маса нагрівача m = l · μ = 43 · 0,052 = 2,3 кг.

Даний розрахунок дає мінімальний діаметр дроту, при якому він може бути використаний як нагрівач при заданих умовах.. З погляду економії матеріалу такий розрахунок є оптимальним. При цьому також може бути використаний дріт більшого діаметра, але тоді його кількість зросте.

Перевірка
Результати розрахунку можуть бути перевіренінаступним способом. Було отримано діаметр дроту 2,8 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k) = 8,06/(0,179 · 1,025) = 43 м, де l - Довжина дроту, [м]; R - Опір нагрівача, [Ом]; ρ - номінальне значення електричного опору 1 м дроту [Ом/м]; k - поправочний коефіцієнт розрахунку зміни електричного опору залежно від температури.
Це значення збігається зі значенням, отриманим в результаті іншого розрахунку.

Тепер необхідно перевірити, чи не перевищить поверхнева потужність обраного нами нагрівача допустиму поверхневу потужність, яка була знайдена у п. 4. β = P / S = 6000 / (3,14 · 4300 · 0,28) = 1,59 Вт/см 2 . Отримане значення β = 1,59 Вт/см 2 не перевищує β доп = 1,6 Вт/см 2 .

Підсумки
Таким чином, для нагрівача потрібно 43 метри ніхромового дроту Х20Н80 діаметром 2,8 мм, це становить 2,3 кг.

Промислова мережа трифазного струму
Також можна знайти діаметр та довжину дроту, необхідного для виготовлення нагрівачів печі, підключеної до мережі трифазного струму.

Як описано в п. 3, на кожен із трьох нагрівачів припадає по 2 кВт потужності. Знайдемо діаметр, довжину та масу одного нагрівача.

Підключення типу “ЗІРКА”(Див. рис. 2)

В даному випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 1,4 мм. Діаметр нагрівача d = 14 мм.

Довжина одного нагрівача l = 30 м-коду.
Маса одного нагрівача m = l · μ = 30 · 0,013 = 0,39 кг.

Перевірка
Було отримано діаметр дроту 1,4 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k) = 24,2/(0,714 · 1,025) = 33 м.

β = P / S = 2000 / (3,14 · 3000 · 0,14) = 1,52 Вт/см 2 вона не перевищує допустиму.

Підсумки
Для трьох нагрівачів, підключених за схемою "ЗІРКА", знадобиться
l = 3 · 30 = 90 м дроту, що становить
m = 3 · 0,39 = 1,2 кг.

Підключення типу “ТРИКУТНИК”(Див. рис. 3)

В даному випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 0,95 мм. Діаметр нагрівача d = 0,95 мм.

Довжина одного нагрівача l = 43 м-коду.
Маса одного нагрівача m = l · μ = 43 · 0,006 = 0,258 кг.

Перевірка
Було отримано діаметр дроту 0,95 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k) = 72,2/(1,55 · 1,025) = 45 м.

Це значення практично збігається зі значенням, отриманим в результаті іншого розрахунку.

Поверхнева потужність складе β = P / S = 2000 / (3,14 · 4300 · 0,095) = 1,56 Вт/см 2 вона не перевищує допустиму.

Підсумки
Для трьох нагрівачів, підключених за схемою "ТРИКУТНИК", знадобиться
l = 3 · 43 = 129 м дроту, що становить
m = 3 · 0,258 = 0,8 кг.

Якщо порівняти 2 розглянутих вище варіанти підключення нагрівачів до мережі трифазного струму, можна помітити, що для “ЗІРКИ” потрібен дріт більшого діаметру, ніж для “ТРИКУТНИКА” (1,4 мм проти 0,95 мм), щоб забезпечити задану потужність печі 6 кВт. При цьому необхідна довжина ніхромового дроту при підключенні за схемою "ЗІРКА" менше довжини дроту при підключенні типу "ТРИКУТНИК"(90 м проти 129 м), а необхідна маса, навпаки, більше (1,2 кг проти 0,8 кг).

Розрахунок спіралі

Співвідношення між кроком спіралі та її діаметром і діаметром дроту вибирають таким чином, щоб полегшити розміщення нагрівачів у печі, забезпечити достатню їх жорсткість, максимально можливою мірою виключити локальний перегрів витків самої спіралі і в той же час не утруднити тепловіддачу від них до виробів.

Чим більший діаметр спіралі і чим менший її крок, тим легше розмістити в печі нагрівачі, але зі збільшенням діаметра зменшується міцність спіралі, збільшується схильність її витків лягти один на одного. З іншого боку, зі збільшенням частоти намотування збільшується екрануюча дія зверненої до виробів частини її витків на інші і, отже, погіршується використання поверхні, а також можуть виникнути місцеві перегріви.

Практика встановила цілком певні, рекомендовані співвідношення між діаметром дроту ( d ), кроком ( t ) та діаметром спіралі ( D ) для дроту Ø від 3 до 7 мм. Ці співвідношення такі: t ≥ 2d і D = (7÷10) d для ніхрому та D = (4÷6)·d - для менш міцних залізохромоалюмінієвих сплавів, таких як фехраль тощо. Для більш тонких дротів відношення D і d , а також t зазвичай беруться більше.

Висновок

У прикладах були розглянуті методики розрахунку лише дротяних нагрівачів. Крім дроту з прецизійних сплавів виготовлення нагрівачів може застосовуватися і стрічка.

Розрахунок нагрівачів не обмежується вибором їх розмірів. Також необхідно визначити матеріал, з якого має бути зроблений нагрівач, тип нагрівача (дротяний або стрічковий), тип розташування нагрівачів та інші особливості. Якщо нагрівач виготовляється у вигляді спіралі, необхідно визначити кількість витків і крок між ними.

Сподіваємось, що стаття виявилася Вам корисною. Ми допускаємо її вільне поширення за умови збереження посилання на наш сайт http://www.сайт

У разі виявлення неточностей, просимо повідомити нам на адресу електронної пошти info@сайт або за допомогою системи "Орфус", виділивши текст з помилкою та натиснувши Ctrl+Enter.

Список літератури

• Дяков В.І. "Типові розрахунки з електроустаткування".
• Жуков Л.Л., Племеннікова І.М., Миронова М.М., Барка Д.С., Шумков Ю.В. "Сплави для нагрівачів".
• Сокунов Б.А., Гробова Л.С. "Електротермічні установки (електричні печі опору)".
• Фельдман І.А., Гутман М.Б., Рубін Г.К., Шадріч Н.І. "Розрахунок та конструювання нагрівачів електропечей опору".
• http://www.horss.ru/h6.php?p=45
• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html

Під час виконання цього завдання слід:

2. Проаналізувати лівий стовпець та усвідомити, що характеризують наведені величини (властивість тіло, взаємодія, стан, зміна стану тощо). У цьому прикладі наведені величини характеризують стан тіла та його зміна пов'язані з зміною стану.

3. Проаналізувати описаний в умові процес та зіставити фізичним величинам характер їх зміни у цьому процесі.

4. Записати до таблиці цифри вибраних елементів правого стовпця.

Завдання для самостійної роботи

147. Свинцеву кульку охолоджують у холодильнику. Як при цьому змінюється внутрішня енергія кульки, її маса та щільність речовини кульки?

Для кожної фізичної величини визначте характер зміни.

1) збільшилася

2) зменшилася

3) не змінилася

Запишіть у таблиці вибрані цифри під відповідними літерами.

Цифри у відповіді можуть повторюватися.