Lämmityselementtien suunnittelut sähköuuneihin

Useimpien teollisuusuunien lämmityselementit ovat joko nauha- tai lankaelementtejä. Kuvassa 1 on esitetty tavanomaisen nikromilankalämmittimen laite, sen kiinnittämiseen käytetyt rakenteet kattoon, seiniin ja uunin tulisijaan sekä lankojen rakenne. Tyypillisesti teollisuusuunien lämmittimien valmistukseen käytetään lankaa, jonka halkaisija on 3-7 mm. Kuitenkin uuneissa, joiden käyttölämpötila on 1000 ° C tai enemmän, lankaa, jonka halkaisija on alle 5 mm, ei tule ottaa.

Spiraalin nousun h ja halkaisijan D sekä langan d halkaisijan (kuva 1, k) väliset suhteet valitaan siten, että ne helpottavat lämmittimien sijoittamista uuniin ja varmistavat niiden riittävän jäykkyyden. ja samalla lämmön siirtyminen niistä tuotteisiin on liian monimutkaista.

Mitä suurempi spiraalin halkaisija on ja mitä paksumpi sen nousu, sitä helpompi on lämmittimien sijoittaminen uuniin, mutta halkaisijan kasvaessa spiraalin lujuus heikkenee ja sen kierrosten taipumus olla päällekkäin kasvaa. .Toisaalta käämityksen tiheyden kasvaessa sen kierrosten tuotteita kohti loppuosan suojavaikutus kasvaa ja siten sen pinnan käyttö heikkenee.

Käytäntö on luonut varsin selvät suositellut suhteet langan halkaisijan, nousun ja spiraalin halkaisijan välille halkaisijaltaan 3-7 mm:n langoille. Nämä suhteet ovat seuraavat: h> 2d ja D = (6 ÷ 8) d nikromille ja vähemmän vahvoille rauta-kromi-alumiiniseoksille D = (4 ÷ 6) d.

Riisi. 1. Lankalämmittimet: a — siksak-lankalämmitin metallikoukuilla sivuseinässä: b — siksak-lankalämmitin tulisijassa, c — sama holvissa, d — sama keraamisissa hyllyissä, e — lankakierre ulkonevissa tiileissä sivuseinässä c yhdistämällä koukkuihin, f - lankakierre kaarevissa kivissä ja tulisijakuiluissa, g - lankakierre keraamisissa hyllyissä, h - lankakierre keraamisessa putkessa ja - lankalämmittimen ulostulo, k - symbolinen merkintä lämmittimen mitat langalla

Ohuemmilla langoilla kierteen ja langan halkaisijoiden suhde sekä kierteen nousu otetaan yleensä suuremmiksi. Nämä suhteet koskevat hyllyille asetettuja spiraaleja (jotta spiraalit eivät turpoa, ne on sidottava 300 - 500 mm välein muuraukseen upotettuihin koukkuihin) sekä seinien ja holvien vuorauksen kanavissa sekä holvissa. kiviä.

Viime aikoina keraamisiin putkiin perustuvat spiraalilämmittimet ovat kuitenkin yleistyneet (kuva 2).Säteilyn ja tehon jakautumisen kannalta uunin seinille tällaiset lämmittimet vastaavat lähes vapaasti säteileviä spiraaleja, ja päinvastoin ne ovat paljon tehokkaampia kuin spiraalit kanavissa tai hyllyissä.

Toisaalta niillä jokainen mutka lepää putken pinnalla, ja vaikka se painuisi jossain määrin (saattaa soikeaisuuden) kuumennettaessa, tämä ei vähennä sen ominaisuuksia. Koska tällainen lämmitin on siksi vähemmän kuormitettu kuin muut, ja siinä yksittäiset kierrokset eivät voi olla päällekkäin, se voi tarvittaessa nostaa spiraalin halkaisijan suhteen langan halkaisijaan. 10 ja rauta-kromi-alumiiniseoksille - jopa 8.

Riisi. 2. Kierrelämmittimien mallit, joissa on lanka keraamisissa putkissa: a — kaarilämmittimet, b — putket sivuseinissä, kiinnitys kuumuutta kestäviin ripustuksiin, c — sama keraamisten pylväiden uriin, d — putket tulisijassa.

Tämä muotoilu on erityisen edullinen jälkimmäiselle, koska se mahdollistaa materiaalin vapaan laajenemisen. Lisäksi, kuten kuvassa 2, on kehitetty keraamisten putkien langallisia lämmittimiä niiden asentamista varten ei vain uunin seiniin, vaan myös kattoon ja tulisijaan, ja jälkimmäisissä tapauksissa lämmittimet voidaan asentaa. jotka on tehty siirrettäviksi kehyksiksi, tällaiset kehykset voidaan helposti työntää uuniin ja vaihtaa polton aikana. varaa pysäyttämättä uunia.

Näin ollen keraamisten putkien päällä langallisten spiraalilämmittimien suunnittelu on monipuolinen sekä materiaalien käytön että lämmittimien sijainnin suhteen uunikammiossa.Spiraalin sisähalkaisijan suhde putken ulkohalkaisijaan tällaisille lämmittimille voidaan ottaa noin 1,1-1,2, putkien akselien välinen etäisyys 1,5-2 kertaa spiraalin halkaisija.

Sähkölämmittimissä ja uuneissa, joissa on pakotettu ilmakierto, spiraalilämmittimien käyttö keraamisissa putkissa on vähemmän toivottavaa, koska tämä vähentää lämmittimen lämmönsiirtokerrointa, spiraalien käyttö hyllyillä tai vuorauskanavissa on täysin mahdotonta hyväksyä. samasta syystä (paitsi tapaukset, joissa kaasuvirtaus voidaan suunnata spiraalia pitkin sen akselin suuntaan).

Tällaisissa uuneissa on parempi käyttää rakenteita, joissa on vapaasti puhalletut spiraalit, jotka on kiinnitetty eristeiden väliin tietyin väliajoin tai sidottu jälkimmäisiin (kuva 3). Jos tällaisissa rakenteissa käytetään keraamisten putkien spiraalilämmittimiä (korkeammissa lämpötiloissa), spiraalin halkaisijan suhdetta putken halkaisijaan tulisi nostaa arvoon 1,5.

Riisi. 3. Sähkölämmittimien (a) lanka- ja (b) nauhalämmityselementtien mallit.

Nauhalämmittimet valmistetaan erikokoisina siksakeina ja ne kiinnitetään metalliin (lämmönkestävä teräs tai nikromi) tai keraamisiin koukkuihin (kuva 4). Metallikoukut upotetaan seinien muuraukseen (tiilien välisiin saumoihin tai erikoistiilien kanaviin), keraamiset koukut ovat muuraukseen asetettujen erikoiskivien kasvatuksia.

Alemmissa osissa siksakit eivät sulkeudu vääntyessään, niiden väliin sijoitetaan välikappaleita, jotka ovat kivi- tai alumiinikeraamisia holkkeja, jotka on sijoitettu muuraukseen upotettuihin lämmönkestävään tai nikromiappiin.Holkit kiinnitetään tappeihin nikromitapilla. Keraamisilla koukuilla erottimet on myös valmistettu kokonaan keramiikasta (kuva 4, a).

Kuvassa 4, h näyttää irrotettavien keraamisten koukkujen ja välikappaleiden suunnittelun. Tämä muotoilu on erittäin hyödyllinen, koska sen avulla voit helposti vaihtaa koukut vaurioiden sattuessa.

Siksak-lämmittimet voidaan asentaa myös uunin sivuseiniin keraamisiin telineisiin, mutta tämä rakenne on vielä vähemmän kätevä seinälle asetettavan ominaistehon ja lämmittimien suojausasteen kannalta kuin lanka telineeseen. lämmittimet. Tähän on lisättävä, että keraamiset hyllyt toimivat yleensä huonosti, koska niiden rikkoutuessa vaurioituneen hyllyn vaihtamiseksi on tarpeen siirtää muuraus (kuva 4, d).

Riisi. 4. Nauhalämmittimien mallit: a — nauhasiksak-lämmittimet metallikoukkujen sivuseinässä, b — nauhasiksak-lämmitin tulisijassa. c — sama holvissa, d — samanlainen keraamisissa hyllyissä, e — siirrettävä korkean lämpötilan runkoelementti, f — matalalämpöinen runkoelementti, g — "flat wave" -lämmitin keraamisissa putkissa, h - siksak-nauhalämmitin liikkuvissa koukuissa, ja — symbolinen merkintä siksak-lämmittimen mitoissa.

Holvissa tai nauhalämmittimien pohjassa ne mahtuvat erikoismuotoiltujen kivien (palkit — kuva 4, b ja c) muodostamiin muurattuihin kanaviin. Tällaisia ​​lämmittimiä voidaan valmistaa myös siirrettäviksi kehyksiksi (Kuva 4-53, e) Lisäksi kaarevalla holvilla nauhan siksakit voidaan ripustaa liikkuviin metallikoukkuihin.

Sähkölämmittimissä ja paineilmauuneissa nauhalämmittimet tulee suunnitella siten, että kiukaan pinta on mahdollisimman helposti saavutettavissa kaasuvirralla puhaltamista varten. Esimerkki tällaisesta rakenteesta on esitetty kuvassa. 3, b.

Mitä paksummat siksak-lämmittimet ovat, sitä pidempään lämmitin voidaan sijoittaa uuniin, mutta mitä suurempi kierrosten suojaus, sitä huonompi on hihnan pinta. Siksi vahvistettiin nauhasiksak-lämmittimien hyväksytyt mitat, jotka varmistavat niiden riittävän lujuuden ja alhaisen keskinäisen suojan.

Tätä tarkoitusta varten ne pyrkivät täyttämään seuraavat suhteet (merkinnät kuvan 4, i mukaan): b / a = 5 ÷ 20, yleisin nauhan leveyden suhde sen paksuuteen on 10. siksak-askel h> 1.8b , nauhan säde on pyöristetty, jotta vältetään taivutusmurtuma r>

Lämmittimen lämpötiloissa 1000 ° C asti teollisuusuuneissa käytetään nauhaa, jonka mitat ovat vähintään 1X10 mm, korkeammissa lämpötiloissa vähintään 2X20 mm.

Jopa 1000 °C:n lämpötiloissa siksakin B korkeus seinällä voi vaihdella välillä 150-400-600 mm, mutta jokaista 200 mm:ä kohti tarvitaan välilevyrivi, eli 200-400 mm:n kohdalla yksi rivi välilevyt ja 400-600 mm - kaksi riviä. Kaaressa ja tulisijassa siksakin B korkeus on rajoitettava 250 mm:iin, jotta lämmittimet eivät laskeutuisi. Nämä suositukset voidaan ulottaa koskemaan rauta-kromi-alumiiniseoksia.

Lämmittimen lämpötiloissa 1000–1100 °C määritetyt rajamitat voidaan varata Kh20N80- ja Kh20N80T-seokselle, rauta-kromi-alumiiniseoksille mitta B siksakin pystysuorassa asennossa on rajoitettava 250 mm:iin, ja vaaka-asennossa 150 mm.

Yli 1100 °C:n lämpötiloissa ainoa hyväksyttävä kaistalelämmittimien malli sekä katolle että pohjalle on litteä aalto keraamisissa putkissa (kuva 2, g). Siksakin B pituudeksi voidaan tässä tapauksessa ottaa 75-100 mm. Sivulämmittimille voidaan käyttää keraamisia koukkuja, jotka rajoittavat siksakkorkeuden 150 mm:iin.

Viime vuosina siksak-lankalämmittimiä on käytetty laajalti. Näille lämmittimille siksak-askel h on yhtä suuri kuin (5 ÷ 9) d.

Käytettäessä rauta-kromi-alumiiniseoksia uuneissa, joiden käyttölämpötila on yli 1000 °C, kaikki tulenkestävän muurauksen osat, jotka voivat joutua kosketuksiin lämmittimien kanssa (keraamiset koukut ja jakajat, hyllyt, putket, kanavat jne.) on valmistettava korkeaoksidipitoisista alumiinimateriaaleista, joissa on vähimmäispitoisuus rautaoksideja.

Teippisiksakit rullataan yleensä käsin yksinkertaisella vipulaitteella. Spiraalit kierretään sorvin päälle sileälle karalle tiukasti, minkä jälkeen tuloksena oleva spiraali venytetään haluttuun nousuun.

Riisi. 5. Suljettu lämmittimen ulostulo: 1 — kotelo, 2, 6 — eristysholkit, 3 — välirengas, 4 — asbestitiiviste, 5 — kytkentämutteri, 7 — lämmittimen ulostulo.

Koska spiraalin irrottamisen jälkeen tuurnasta se rullautuu hieman auki ja lisää halkaisijaansa (noin 1-3 mm), karan halkaisija on otettava laskelmia pienemmällä halkaisijalla.Tämä vähennys riippuu materiaalin elastisuudesta ja se on määritettävä kokeellisesti jokaiselle erälle. Voimalaitoksissa siksak-lämmittimet valmistetaan erikoiskoneilla.

Lämmitinten ulostulot, joiden lämpötila on 1000 ° C, on valmistettu kuumuutta kestävästä teräksestä, kromi-nikkelistä tai kromista, korkeammissa lämpötiloissa - seoksesta 0X23Yu5A (EI-595). Ota tätä tarkoitusta varten valssilanka, jonka poikkileikkaus on 3-4 kertaa lämmittimen poikkileikkaus, vähentääksesi lämmön vapautumista johtoihin. Matalalämpötilavyöhykkeellä sijaitseva poistoaukon osa voidaan kalliiden materiaalien säästämiseksi valmistaa tavallisesta hiiliteräksestä. Tyypilliset johdinmallit lanka- ja nauhalämmittimille on esitetty kuvassa. 5.

Siksak-nauhalämmityselementeissä yksittäisten siksakkien keskinäinen suojaus on edelleen suhteellisen suuri, jopa kaksi kertaa nauhan leveyden jakovälillä.. Olisi edullisempaa suunnitella lämmittimet siten, että nauha on tuotetta kohti leveällä puolella, mutta tämä vaatii paljon hitsausta, koska jokaisessa nauhan kierrossa on kaksi hitsiä ja lämmittimen rakenne on kallis ja taipuvainen.

Siksi, vaikka tällaisia ​​lämmittimiä käytetään joissakin tapauksissa, mutta vain pienissä uuneissa. Ne tuovat merkittäviä materiaalisäästöjä nauha- ja erityisesti lankalämmittimiin verrattuna ja mahdollistavat hieman suuremman ominaispinnan tehon samalla materiaalinkulutuksella.

Kiuasvaletut vanteet, jotka on valettu nikromista ja ripustettu erityisiin koukkuihin, sopivat myös litteisiin lämmittimiin (kuva 6).Eri lämmittimiä voidaan tietysti valmistaa vain suurilla poikkileikkauksilla, ja siksi niitä käytetään joko suurissa uuneissa tai ne vaativat alennettua jännitettä. Niiden etuna on korkea luotettavuus ja pitkä käyttöikä, mitattuna kymmenissä tuhansissa tunneissa. Yleisesti uskotaan, että oikein laskettujen ja suunniteltujen nikromilämmittimien tulisi toimia 6000-12000 tuntia (virralla).

Muhveli- ja putkiuuneissa lanka- ja nauhalämmittimet kelataan suoraan keraamiseen muhveliin tai putkeen, lisäksi jotta käämin kierrokset kuumennuksesta laajeneessa eivät heikkene eivätkä liiku paikaltaan, keramiikka toimitetaan kanavilla johon nauha tai lanka asetetaan. Toinen tapa kiinnittää kiukaan kierrokset keramiikkaan on päällystää jälkimmäinen käämityksen jälkeen tulenkestävällä savikerroksella, jossa on šamottia.

Riisi. 6. Kesälämmittimet.

Riisi. 7. Tankoputkilämmittimet.

Uuneissa, joiden lämpötila on 400-500 ° C, on monia muita lämmittimiä. Kierre- ja nauhasiksak-lämmittimien lisäksi avoimella johdolla, kuten korkeamman lämpötilan uuneissa, on vaihdettavia lämmityselementtimalleja, jotka ovat käteviä siinä mielessä, että niillä voidaan tuottaa mitä tahansa tehoa ja samalla kun ne palavat loppuun, esim. elementit on helppo vaihtaa. varaa.

Putkimaiset sauvalämmityselementit ovat joukko posliinieristeitä, jotka on pujotettu lämmönkestävään tai terästankoon ja sijoitettu teräsputkeen, hitsattu toisesta päästä ja suljettu lyijyeristeellä toisesta. Nikromispiraali kierretään posliinieristeille, jotka on hitsattu toisesta päästä eristimen lankaan ja toisesta keskitankoon.

Joskus putken ja lämmittimen välinen tila täytetään kvartsihiekalla. Tämän tyyppisiä lämmittimiä voidaan käyttää 400-500 °C:seen asti ja tulenkestäviä putkia jopa 1000 °C, ja ne ovat erityisen käteviä suurille uuneille, joissa on tarpeen suojata lämmitintä mekaanisilta vaurioilta tai syövyttävien höyryjen vaikutukselta ( kuva 7).

Erittäin kiinnostavia ovat niin sanotut "putkimaiset" lämmityselementit (kuva 8). Ne koostuvat teräsputkesta, jonka akselia pitkin sijaitsee nikromispiraali, joka on hitsattu lämmittimen päissä oleviin lähtöpultteihin. Spiraalin ja putken seinien välinen tila on täytetty periklaasilla, kiteisellä magnesiumoksidilla, jolla on hyvä sähköeristys ja samalla korkea lämmönjohtavuus. Lämmityselementtien valmistus suoritetaan seuraavasti.

Terästaukoon kierretty nikromispiraali asennettiin tiukasti aksiaalisesti valmistettuun puhdistettuun teräsputkeen, putki kiinnitettiin pystysuoraan tärykoneeseen ja täytettiin magneettierottimen läpi johdetulla periklaasijauheella. Sen jälkeen sauva poistetaan putkesta ja viedään taontakoneen läpi, joka vasaroi sen kehän ympäri, jolloin sen halkaisija pienenee ja periklaasi tiivistyy hyvin.

Tiivistetyt lyijyeristeet on kiinnitetty putken reunoihin, minkä jälkeen se voidaan periklasetiivisteen ansiosta taivuttaa millä tahansa tavalla ja antaa sopivan muodon. Tässä muodossa putkimaisia ​​elementtejä voidaan käyttää lämmittämään ilmaa (sähkölämmittimet), öljyä, nitraatteja ja jopa sulattamaan matalassa lämpötilassa sulavia metalleja, kuten tinaa, lyijyä, babbittia.Jälkimmäisessä tapauksessa metalliputken seinämän nopean korroosion välttämiseksi se on esitäytetty valuraudalla, joka muodostaa massiivisen levyn, jonka sisällä on putkimainen lämmityselementti.

Riisi. 8. Putkimaiset lämmittimet.

Putkimaisten lämmittimien käyttö suolakylvyissä on erittäin toivottavaa, koska verrattuna kylpyihin, joissa on ulkoinen lämmitys, se vähentää energiankulutusta, lisää kylpyjen turvallisuutta ja säästää valtavasti nikromia. Kuitenkin, jotta ne toimisivat tyydyttävästi nitraateissa, erityisesti 500 ° C:n ja sitä korkeammissa lämpötiloissa, on tarpeen tehdä putkesta kaksinkertainen vaippa asettamalla valmistettuun lämmittimeen toinen putki, nikkeli, joka kestää lämpöä.

Sähkölämmittimissä käytettäessä ne on ripattu lisäämään lämmön siirtymistä ilmaan.

Putkimaiset lämmittimet ovat hyvin yleisiä kotitalouksien lämmityslaitteiden valmistuksessa.

Putkimaiset lämmittimet toimivat teholla useista sadoista watteista useisiin kilowatteihin.

Tiedot toimialamme valmistamista putkilämmittimistä ovat saatavilla luetteloista.