Ontwerpen van verwarmingselementen voor elektrische ovens

De verwarmingselementen van de meeste industriële ovens zijn van strip of draad. 1 toont de inrichting van een conventionele nichroom draadverwarmer, de constructies die zijn aangenomen voor het bevestigen ervan op het dak, aan de wanden en in de haard van de oven, en het ontwerp van de draden. Voor de productie van verwarmers voor industriële ovens wordt meestal draad met een diameter van 3 tot 7 mm gebruikt. Voor ovens met een bedrijfstemperatuur van 1000 ° C en meer mag echter geen draad met een diameter van minder dan 5 mm worden genomen.

De verhoudingen tussen de spoed h van de spiraal en zijn diameter D en de diameter van de draad d (Fig. 1, k) zijn zo gekozen dat de plaatsing van de verwarmers in de oven wordt vergemakkelijkt, om hun voldoende stijfheid te garanderen en tegelijkertijd is geen warmteoverdracht van hen naar de producten buitengewoon ingewikkeld.

Hoe groter de diameter van de spiraal en hoe dikker de spoed, hoe gemakkelijker het is om verwarmers in de oven te plaatsen, maar naarmate de diameter toeneemt, neemt de sterkte van de spiraal af en neemt de neiging van de windingen om op elkaar te liggen toe .Aan de andere kant, naarmate de dichtheid van de wikkeling toeneemt, neemt het afschermende effect van het deel van zijn windingen dat naar de producten is gericht op de rest toe en daarom verslechtert het gebruik van zijn oppervlak.

De praktijk heeft vrij duidelijke, aanbevolen verhoudingen vastgesteld tussen draaddiameter, spoed en spiraaldiameter voor draden van 3 tot 7 mm in diameter. Deze verhoudingen zijn als volgt: h> 2d en D = (6 ÷ 8) d voor nichroom en voor minder sterke ijzer-chroom-aluminiumlegeringen D = (4 ÷ 6) d.

Rijst. 1. Draadverwarmers: a — zigzag draadverwarmer op metalen haken aan de zijwand: b — zigzag draadverwarmer in de haard, c — idem in het gewelf, d — idem op keramische planken, e — draadspiraal op uitstekende stenen op de zijmuur c door verbinding met haken, f — draadspiraal in gewelfde stenen en in schachten van de haard, g — draadspiraal op keramische planken, h — draadspiraal op keramische pijp, en — draadverwarmeruitlaat, k — symbolische aanduiding van de afmetingen van de heater met draad

Voor dunnere draden wordt de verhouding tussen de diameters van de helix en de draad, evenals de spoed van de helix, meestal groter genomen. Deze verhoudingen zijn van toepassing op spiralen die op planken zijn geplaatst (om te voorkomen dat de spiralen opzwellen, moeten ze om de 300 - 500 mm worden vastgemaakt aan haken die in het metselwerk zijn ingebed) en in de kanalen van de bekleding van muren en gewelven, evenals in gewelfde stenen.

De laatste tijd zijn echter spiraalverwarmers op basis van keramische buizen gebruikelijker geworden (fig. 2).Vanuit het oogpunt van distributie van straling en vermogen op de wanden van de oven, zijn dergelijke verwarmers bijna gelijk aan vrijstralende spiralen, en omgekeerd zijn ze veel efficiënter dan spiralen in kanalen of op planken.

Aan de andere kant rust bij hen elke bocht op het oppervlak van de buis, en zelfs als deze enigszins doorbuigt (ovaal wordt) bij verhitting, vermindert dit niet de eigenschappen ervan. Aangezien zo'n verwarmer daarom minder belast is dan andere, en daarin individuele windingen niet op elkaar kunnen liggen, kan hij, indien nodig, de verhouding van de diameter van de spiraal tot de diameter van de draad opvoeren tot 10 en voor ijzer-chroom-aluminiumlegeringen - tot 8.

Rijst. 2. Ontwerpen van spiraalverwarmers met draad op keramische buizen: a - boogverwarmers, b - buizen op de zijwanden, bevestiging op hittebestendige ophangingen, c - hetzelfde in de groeven van keramische pilaren, d - buizen in de haard.

Dit ontwerp is vooral gunstig voor de laatste, omdat het materiaal hierdoor vrij kan uitzetten. Bovendien zijn, zoals in Fig. 2, ontwerpen van verwarmers met draad op keramische buizen ontwikkeld voor hun installatie niet alleen op de wanden van de oven, maar ook in het dak en in de haard, en in de laatste gevallen kunnen de verwarmers worden gemaakt in de vorm van verplaatsbare frames, kunnen dergelijke frames gemakkelijk in de oven worden gestoken en tijdens het bakken worden vervangen. reserve zonder de oven te stoppen.

Het ontwerp van spiraalverwarmers met draad op keramische buizen is dus veelzijdig, zowel wat betreft het materiaalgebruik als de locatie van de verwarmers in de ovenkamer.De verhouding van de binnendiameter van de spiraal tot de buitendiameter van de buis voor dergelijke verwarmers kan worden genomen als ongeveer 1,1-1,2, de afstand tussen de assen van de buizen 1,5-2 maal de diameter van de spiraal.

Voor elektrische kachels en ovens met geforceerde luchtcirculatie is het gebruik van spiraalvormige kachels op keramische buizen minder wenselijk, aangezien dit de warmteoverdrachtscoëfficiënt van de kachel vermindert, het gebruik van spiralen op de planken of in de voeringkanalen is volkomen onaanvaardbaar voor de dezelfde reden (behalve in gevallen waarin de gasstroom langs de spiraal kan worden geleid, in de richting van de as).

In dergelijke ovens is het beter om structuren te gebruiken met vrij geblazen spiralen, op bepaalde intervallen tussen isolatoren geklemd of eraan vastgemaakt (fig. 3). Als in dergelijke structuren spiraalverwarmers van keramische buizen worden gebruikt (bij hogere temperaturen), moet de verhouding van de diameter van de spiraal tot de diameter van de buis worden verhoogd tot 1,5.

Rijst. 3. Ontwerpen van (a) draad- en (b) stripverwarmingselementen van elektrische verwarmers.

Bandverwarmers zijn gemaakt in de vorm van zigzaglijnen van verschillende afmetingen en zijn gemonteerd op metalen (hittebestendig staal of nichroom) of keramische haken (fig. 4). Metalen haken zijn ingebed in het metselwerk van de muren (in de naden tussen stenen of in de kanalen van speciale stenen), keramische haken zijn uitlopers van speciale stenen die in het metselwerk zijn gelegd.

Voor de lagere delen sluiten de zigzaglijnen niet tijdens het kromtrekken, er worden afstandhouders tussen geplaatst, dit zijn vuurvaste of aluminium keramische bussen die op hittebestendige of nichrome pinnen zijn ingebed in het metselwerk.De bussen zijn met nichrome pinnen aan de pinnen bevestigd. Bij keramische haken zijn de afscheiders ook volledig van keramiek gemaakt (afb. 4, a).

In afb. 4, h toont het ontwerp van verwijderbare keramische haken en afstandhouders. Dit ontwerp is erg handig omdat je de haken gemakkelijk kunt vervangen in geval van schade.

Zigzag-verwarmers kunnen ook op de zijwanden van de oven op keramische rekken worden gemonteerd, maar dit ontwerp is nog minder handig in termen van specifiek op de muur geplaatst vermogen en de mate van afscherming van de verwarmers dan de constructie van wire-on-rack kachels. Hieraan moet worden toegevoegd dat keramische planken meestal slecht werken, omdat in het geval van breuk het metselwerk moet worden verplaatst om de beschadigde plank te vervangen (fig. 4, d).

Rijst. 4. Ontwerpen van stripverwarmers: a - strip zigzag heaters op de zijwand van metalen haken, b - strip zigzag heater in de haard. c — hetzelfde in gewelf, d — hetzelfde op keramische planken, e — verplaatsbaar frame-element voor hoge temperaturen, f — frame-element voor lage temperaturen, g — "vlakke golf"-verwarming op keramische buizen, h — zigzagbandverwarming op beweegbare haken, en — symbolische aanduiding op de afmetingen van de bandzigzagverwarmer.

In het gewelf of aan de onderkant van de stripverwarmers passen ze in de gemetselde kanalen gevormd door speciaal gevormde stenen (balken - Fig. 4, b en c). Dergelijke verwarmers kunnen ook worden gemaakt als verplaatsbare frames (Fig. 4-53, e).Bovendien kunnen met een gebogen gewelf de zigzaglijnen van de tape worden opgehangen aan beweegbare metalen haken.

In elektrische verwarmers en geforceerde luchtovens moeten bandverwarmers zo worden ontworpen dat het oppervlak van de verwarmer zo toegankelijk mogelijk is om met een gasstroom te blazen. Een voorbeeld van een dergelijke constructie is getoond in Fig. 3, geb.

Hoe dikker de zigzagverwarmers, hoe langer de verwarmer in de oven kan, maar hoe groter de bescherming van de bochten, hoe slechter het oppervlak van de band. Daarom zijn de geaccepteerde afmetingen van strip-zigzag-verwarmers vastgesteld, die zorgen voor voldoende sterkte en lage wederzijdse bescherming.

Voor dit doel proberen ze te voldoen aan de volgende verhoudingen (notaties volgens Fig. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, de meest gebruikelijke verhouding van de breedte van de strip tot de dikte is 10. zigzagstap h> 1.8b, de straal van de strip is afgerond om buigbreuk r> te voorkomen

Voor verwarmingstemperaturen tot 1000°C in industriële ovens wordt een tape gebruikt met afmetingen van minimaal 1X10 mm, bij hogere temperaturen minimaal 2X20 mm.

Bij temperaturen tot 1000 ° C kan de hoogte van zigzag B op de muur variëren van 150 tot 400-600 mm, maar voor elke 200 mm is een rij afstandhouders nodig, dat wil zeggen bij 200-400 mm een ​​rij afstandhouders, en op 400 -600 mm - twee lijnen. Op de boog en in de haard, om te voorkomen dat de kachels neerslaan, moet de hoogte van de zigzag B worden beperkt tot 250 mm. Deze aanbevelingen kunnen worden uitgebreid tot ijzer-chroom-aluminiumlegeringen.

Voor verwarmingstemperaturen van 1000 tot 1100 ° C kunnen de gespecificeerde limietafmetingen worden gereserveerd voor de Kh20N80- en Kh20N80T-legering, voor de ijzer-chroom-aluminiumlegeringen moet maat B met de verticale positie van de zigzag worden beperkt tot 250 mm, en met horizontale positie 150 mm.

Bij verwarmingstemperaturen boven 1100 ° C is het enige acceptabele ontwerp van verwarmingsstrips voor zowel het dak als de bodem een ​​vlakke golf op keramische buizen (fig. 2, g). De lengte van de zigzag B kan in dit geval worden genomen als 75-100 mm. Voor zijwandverwarmers kan een ontwerp met keramische haken worden gebruikt, waardoor de zigzaghoogte wordt beperkt tot 150 mm.

De laatste jaren worden zigzagdraadverwarmers veel gebruikt. Voor deze verwarmers wordt de zigzagstap h genomen gelijk aan (5 ÷ 9) d.

Bij gebruik van ijzer-chroom-aluminiumlegeringen in ovens met een bedrijfstemperatuur van meer dan 1000 °C, moeten alle delen van vuurvast metselwerk die in contact kunnen komen met de verwarmingselementen (keramische haken en verdelers, planken, buizen, kanalen, enz.) van aluminiummaterialen met een hoog oxidegehalte en een minimaal gehalte aan ijzeroxiden.

Tape-zigzags worden meestal met de hand opgewonden met behulp van een eenvoudig hefboomapparaat. Spiralen worden strak op een draaibank op een gladde doorn gewikkeld, waarna de resulterende spiraal wordt uitgerekt tot de gewenste spoed.

Rijst. 5. Afgedichte verwarmingsuitlaat: 1 — behuizing, 2, 6 — isolatiemoffen, 3 — afstandsring, 4 — asbestpakking, 5 — wartelmoer, 7 — verwarmingsuitlaat.

Aangezien na het verwijderen van de spiraal van de doorn, deze een beetje uitrolt, waardoor de diameter toeneemt (met ongeveer 1-3 mm), moet de doorn met een kleinere diameter worden genomen dan berekend.Deze reductie is afhankelijk van de elasticiteit van het materiaal en moet per batch proefondervindelijk worden bepaald. In energiecentrales worden zigzagkachels geproduceerd op speciale machines.

Uitlaten van kachels tot een temperatuur van 1000 ° C zijn gemaakt van hittebestendig staal, chroom-nikkel of chroom, voor hogere temperaturen - van legering 0X23Yu5A (EI-595). Neem hiervoor een walsdraad, een staaf met een doorsnede gelijk aan 3-4 keer de doorsnede van de verwarmer, om het vrijkomen van warmte in de draden te verminderen. Het deel van de uitlaat dat zich in de lagetemperatuurzone bevindt, kan, om dure materialen te besparen, van gewoon koolstofstaal zijn gemaakt. Typische kabelontwerpen voor draad- en stripverwarmers worden getoond in Fig. 5.

Bij zigzagband verwarmingselementen is de onderlinge afscherming van de afzonderlijke zigzaglijnen nog relatief groot, ook bij een steek groter dan tweemaal de breedte van de strook.Het zou voordeliger zijn om de verhitters zo uit te voeren dat de strook met aan de brede kant, maar dit vereist veel laswerk, aangezien elke omwenteling van de strip twee lassen heeft en het ontwerp van de verwarming duur is en vatbaar voor kromtrekken.

Daarom, hoewel dergelijke verwarmers in sommige gevallen worden gebruikt, maar alleen voor kleine ovens. Ze zorgen voor een aanzienlijke materiaalbesparing in vergelijking met strip- en vooral draadverwarmers en stellen u in staat om een ​​iets hoger specifiek wandoppervlakvermogen te krijgen voor hetzelfde materiaalverbruik.

Kachels met gegoten randen, gegoten uit nichroom en opgehangen aan speciale haken, benaderen ook platte kachels (fig. 6).De verschillende verwarmingselementen kunnen natuurlijk alleen met grote doorsneden worden gemaakt en daarom worden ze ofwel in grote ovens gebruikt of hebben ze een lagere spanning nodig. Hun voordeel is een hoge betrouwbaarheid en een lange levensduur, gemeten in tienduizenden uren. Algemeen wordt aangenomen dat correct berekende en ontworpen nichroomverwarmers 6000 tot 12000 uur moeten werken (onder stroom).

In moffel- en buisovens worden draad- en stripverwarmers rechtstreeks op een keramische moffel of buis gewikkeld, bovendien, zodat de windingen van de spoel tijdens de uitzetting door verwarming niet verzwakken en niet van hun plaats bewegen, keramiek wordt geleverd met kanalen waarin de tape of draad wordt gelegd. Een andere manier om de windingen van de verwarmer op het keramiek te fixeren, is om dit na het wikkelen te bedekken met een laag vuurvaste klei met chamotte.

Rijst. 6. Zomerkachels.

Rijst. 7. Staafbuisverwarmers.

In ovens tot temperaturen van 400-500°C zijn er nog veel meer soorten kachels. Naast spiraal- en bandzigzagverwarmers met een open draad, hetzelfde als in ovens met hogere temperaturen, zijn er verwisselbare verwarmingselementontwerpen, handig omdat ze kunnen worden gebruikt om elk vermogen te produceren en tegelijkertijd wanneer ze doorbranden, zoals elementen zijn eenvoudig te vervangen. Reserve.

Buisvormige staafverwarmingselementen zijn een set porseleinen isolatoren die op een hittebestendige of stalen staaf zijn geregen en in een stalen buis zijn geplaatst, aan het ene uiteinde zijn gelast en aan het andere uiteinde zijn afgesloten met een loden isolator. Een nichroomspiraal is gewikkeld op porseleinen isolatoren die aan het ene uiteinde aan de isolatordraad zijn gelast en aan het andere uiteinde aan de middelste staaf.

Soms is de ruimte tussen de leiding en de heater gevuld met kwartszand. Kachels van dit type kunnen worden gebruikt tot 400-500 ° C en met vuurvaste buizen tot 1000 ° C en zijn vooral handig voor grote ovens waarin het nodig is om de kachel te beschermen tegen mechanische schade of tegen de werking van corrosieve dampen ( afb. 7).

Van groot belang zijn de zogenaamde "buisvormige" verwarmingselementen (fig. 8). Ze bestaan ​​​​uit een stalen buis, langs de as waarvan zich een nichroomspiraal bevindt, gelast aan de uitgaande bouten aan de uiteinden van de verwarmer. De ruimte tussen de spiraal en de wanden van de buis is gevuld met periklaas, kristallijn magnesiumoxide, dat een goede elektrische isolatie heeft en tegelijkertijd een hoge thermische geleidbaarheid heeft. De productie van verwarmingselementen wordt als volgt uitgevoerd.

Een nichroomspiraal gewikkeld op een stalen staaf werd strikt axiaal in de voorbereide gereinigde stalen buis gemonteerd, de buis werd verticaal op een trilmachine bevestigd en gevuld met periklaaspoeder dat door de magnetische scheider ging. De staaf wordt vervolgens uit de pijp gehaald en door een smeedmachine gevoerd, die hem rond de omtrek hamert, waardoor de diameter afneemt en de periklaas zeer compact wordt.

Aan de randen van de buis worden verzegelde loden isolatoren bevestigd, waarna deze dankzij de periklaaspakking op elke gewenste manier kan worden gebogen en een handige vorm kan krijgen. In deze vorm kunnen de buisvormige elementen worden gebruikt voor het verwarmen van lucht (elektrische kachels), olie, nitraten en zelfs voor het smelten van laagsmeltende metalen zoals tin, lood, babbitt.In het laatste geval is deze, om snelle corrosie van de metalen buiswand te voorkomen, vooraf gevuld met gietijzer, dat een massieve plaat vormt, waarbinnen zich een buisvormig verwarmingselement bevindt.

Rijst. 8. Buisverwarmers.

Het gebruik van buisverwarmers voor baden met salpeter is zeer wenselijk, omdat het in vergelijking met baden met externe verwarming de vermindering van het energieverbruik vermindert, de veiligheid van de baden verhoogt en een enorme besparing van nichroom oplevert. Voor hun bevredigende werking in nitraten, vooral bij temperaturen van 500 ° C en hoger, is het echter noodzakelijk om een ​​dubbele mantel van de buis te maken en op de voorbereide verwarmer een tweede buis, nikkel, hittebestendig te plaatsen.

Bij gebruik in elektrische verwarmers hebben ze vinnen om de warmteoverdracht naar de lucht te vergroten.

Buisverwarmers zijn zeer wijdverspreid voor de productie van huishoudelijke verwarmingstoestellen.

Buisverwarmers werken met een vermogen van enkele honderden watt tot enkele kilowatt.

Gegevens over buisverwarmers vervaardigd door onze industrie zijn beschikbaar in de catalogi.