Меню

Расчет мощности нагревателя печи сопротивления



Расчет нихрома и фехрали для нагревателей

Нихром и фехраль – два самых распространенных типа материалов, из которых изготавливаются нагревательные элементы. В данной статье мы собрали полезные расчеты, которые могут понадобиться при проектировании нагревательного элемента, а также добавили два удобных калькулятора для расчета длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот.

Расчет длины проволоки для спирали

Требуемая мощность нагревателя
Вт

Напряжение питания
В

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров.

Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Расчет веса и длины

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Для начала давайте подробнее рассмотрим расчет длины проволоки из нихрома на основе мощности и электрического сопротивления. Во-первых нужно определиться с тем, какая мощность нагревательной спирали будет нужна. Допустим, нам необходимо изготовить небольшой нагреватель для прибора с мощностью 10Вт с напряжением 12 Вольт. Допустим, у нас имеется в наличии нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый элементарный расчет без учитывания нагрева производится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

R= U/ І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

Знаючи площадь сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ) можно вычислить длину проволоки, которая нам понадобится для изготовления спирали:

Для того, чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома с диаметром 0,1 мм сопротивление будет 14,4 Ом и площадь сечения 0,008 мм2, тогда подставив значения в формулу мы получим длину проволоки равную 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычислим длину одного витка, равную:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Таким образом, если диаметр навивки нашей проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты – это, конечно, хорошо. Но выдержит ли на практике нихром с таким диаметром сечения подобный ток? Таблицы, предоставленные ниже, показывают максимальный ток, который допустим для определенных диаметров нити нихрома при заданной температуре. Говоря проще, нужно определить температуру, до которой должен нагреваться спиральный греющий элемент, и выбрать из таблицы его сечения для расчетного тока.

Если же нагреватель будет использоваться в жидкостной среде, силу тока можно взять больше в 1,2-1,5 раз, а если он будет нагревать замкнутое пространство, то стоит его ток уменьшить.

Методика расчета по температуре

Выше описанный простой расчет недостаточно точен из-за того, что мы берем величину сопротивления спирали в холодном состоянии. Но с изменением температуры изменяется и сопротивление материала. При этом также следует учесть, каковы условия достижения данной температуры. Для небольшой температуры, к примеру в обогревателях, первый способ расчета может применяться свободно, но для высоких температур в печах сопротивления данный способ будет слишком приблизительным.

Читайте также:  Увеличить мощность двигателя уаз 3303

Давайте рассчитаем спираль для муфельной печи при помощи второго метода. Для начала нужно вычислить объем камеры и на его основе мощность нагрева. Для муфельных печей существует такое правило подбора:

Для печей с объемом до 50 л мощность берется из расчета 100 Вт на литр

Для печей с объемом от 100 до 500 л мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр

Возьмем для примера небольшую печь с объемом 50 литров, тогда мощность печи должна быть 50*100= 5000 Вт

Посчитаем силу тока (І) и сопротивление (R) для напряжения питания 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

Если подключать спирали при 380 В методом подключения «звезда», нужно мощность поделить на 3 фазы, таким образом у нас будет

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

При данном типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Если же соединение спиралей при напряжении 380 производится методом «треугольник», формулы расчета будут с учетом линейного напряжения в 380 В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр можно вычислить с учетом удельной поверхностной мощности нагревателя. Произведем расчет длины греющей нити, взяв удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр определяется по формуле d= 3 √((4*Rt*P 2 )/(π 2 *U 2 доп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если у нас нихром марки Х80Н20, Rt будет равным 1,025. Тогда Рт=1,13*10 6 *1,025=1,15*10 6 Ом на мм

Для подключения типа звезда: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Проверим значения по формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видим, что в формуле без учета температуры есть существенное отличие в полученных значениях. Правильно выбрать длину одной спирали для подключения звездой равную 42 м, тогда для 3 спиралей вам понадобится 126 метров проволоки нихрома с диаметром 1,3.

Вывод

На основе формул и калькулятора можно произвести быстрый расчет длины нихромовой или фехралевой проволоки и вычислить ее диаметр исходя из необходимой мощности и температуры нагревательного элемента, однако даже второй более сложный метод расчета не учитывает ряда факторов. На практике после произведенных теоретических расчетов необходимо произвести манипуляции с результатами исходя из особенностей использования нагревателя.

Для точных расчетов длины фехралевых и нихромовых спиралей, а также для получения консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефонам или через электронную почту. У нас, кроме готовых промышленных нагревателей, вы также можете приобрести комплектующие для их создания, включая проволоку и ленту фехраль, термостойкие провода, керамические изоляторы, миканит, термостойкие разъемы и прочее.

Читайте также:  Мощность всей сети ethereum

Источник

Расчет нагревателя печи сопротивления

Формируемая компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1. Повторить теоретический материал.

2. Освоить методику расчета нагревателя печи сопротивления

Выполнив работу, Вы будете:

— определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

— организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

калькулятор, конспект лекций, справочник

Задание:

1.Рассчитать параметры нагревателя печи сопротивления

2.Выполнить проверку нагревателя

3. Изобразить схему размещения нагревателя в рабочей камере печи сопротивления

Краткие теоретические сведения:

Электрическая печь сопротивления — электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Электрические печи сопротивления широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов.

Распространение электрических печей сопротивления определяется их достоинствами:

— возможностью получения в печной камере любых температур до 3000°С;

— возможностью равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы;

— лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи;

— удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии;

— хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование);

-компактностью и пр.

Нагрев сопртивлением происходит за счет выделения теплоты в проводящем материале при протекании по нему электрического тока. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяющейся в проводнике Q [Дж], при прохождении по нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электрического тока в цепи, времени его прохождения:

Мощность, выделяющаяся в проводнике Р, Вт

где S – площадь сечения проводника, м 2 ;

r — удельное сопротивление проводника, Ом×м;

l – длина проводника, м.

Источником теплоты являются нагревательные элементы.

Порядок выполнения работы:

Рассчитать параметры нагревателя печи сопротивления в соответствии с заданным вариантом по таблице 58.

Ход работы:

Алгоритм расчета

Так как печь трехфазная 3≈ 380В включается по схеме «звезда», то мощность фазы ветви РФ, кВт

Фазное напряжение UФ, В

По рисунку 52 определяется WИД = f (tНАГ, tИЗД, град ) = f (950, 800, град ) = 3,75 ∙ 10 4 Вт/м 2

По таблице 57 для электронагревателя выбран материал _________с tНАГ = ________ град, ρ = _________ Ом м

Реальная допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя при сроке службы не менее 10 000 часов WДОП , Вт/м 2

где α – поправочный коэффициент, учитывающий тепловые потери мощности в печи, α = 0,2…0,3 для провочных спиралей на полочках или трубах; α = 0,4 для ленточных зигзагов, α = 0,6 для проволочных и литых ленточных зигзагов;

WИД — допустимая удельная поверхностная мощность идеального нагревателя, Вт/м 2 , принимается из рисунка 52

Таблица 57 – Жаростойкие и жароупорные сплавы высокого сопротивления

Читайте также:  Можно ли использовать блок питания для ноутбука с большей мощностью

tИЗД – максимальная температура нагреваемого изделия, град

Рисунок 52 – Зависимость WИД = f (tНАГ, tИЗД, град )

Рисунок 53 – Разновидности форм нагревателей: а) спираль проволочная, б) зигзаг ленточный или проволочный

Для ленточного нагревателя:

Толщина ленты а, м

где b – ширина ленты, м;

m = b /a — кратность сторон сечения ленты, в соответствии с сортаментом выпускаемой ленты m = (5…15), наиболее распространена лента с m = 10 (рис. 53)

Рекомендуемый сортамент проволоки и лент:

d ≥ 0,003 м для спиралей;

d ≥ 0,006 м для зигзагов

b x a ≥ 0,01 x 0,001 м для НЭ с температурой tНАГ до 1000 град;

b x a ≥ 0,02 x 0,002 м для НЭ с температурой tНАГ более 1000 град;

По таблице 57 в соответствии с сортаментом принимается лента b x a = ___________м

Длина ленты LФ, м

где RФ – расчетное электрическое сопротивление фазы ветви, Ом

Проверка на допустимую удельную поверхностную мощность WНАГ , Вт/м 2

Так как WДОП = > WДОП = электронагреватель выбран верно.

Для проволочного нагревателя:

Диаметр проволоки нагревателя d, м

где ρ – удельное электрическое сопротивление материала нагревателя в горячем состоянии, Ом м принимается по таблице 57.

Длина проволоки на фазоветвь ЭН LФ, м

Размещение в рабочей камере шахтной печи сопротивления:

Нагреватель фазы выполняется в виде секций. Секции трех фаз размещаются друг над другом по высоте печи.

По условиям обеспечения безопасности расстояние между секциями h = 0,1 м

Геометрические размеры элементов ЭН (рис 53) принимаются в соответствии с соотношениями:

D – диаметр спирали проволочного нагревателя, м:

D = (4…6) d – для хромалюминиевых сплавов;

D = (7…10) d – для нихромов;

d – диаметр проволоки, м;

t – шаг спирали (зигзага), м:

t = (3…5) d – для витков спирали;

t ≥ (5…9) d – для проволочного зигзага;

t ≥ (2…5) b – для ленточного зигзага;

b – ширина ленты, м;

R – радиус закругления зигзага, м:

R = (4…5) а – для ленточного;

R ≥ d – для проволочного;

а – толщина ленты, м;

Н – высота зигзага, м:

Н = 0,15…0,3 – для хромалюминиевых сплавов;

Н = 0,2…0,4 –для нихромов

Размеры ленточного зигзага:

— высота зигзага для нихромов НЗ = _____м;

— радиус закругления ленточного зигзага R, м

— шаг зигзага t3 , м

— длина ленты на один зигзаг lЗ , м

— число зигзагов на фазу nЗ

— длина развертки СП, м

— длина фазоветви, сжатой зигзагом LФ, м

— расстояние между выводами должно быть не менее h = 0,1 м;

— расстояние для монтажа СМ, м

что удовлетворяет требованиям электрической безопасности;

— расстояние фазоветвей от верха и низа камеры печи h1, м

Эскиз размещения ленточного электронагревателя в рабочей камере печи сопротивления показан на рисунке 54.

Рисунок 54 — Эскиз размещения ленточного электронагревателя в рабочей камере печи сопротивления

Форма представления результата:

Работа в тетради. Ответы на контрольные вопросы:

1. Укажите назначение печей сопротивления

2. Принцип действия печей сопротивления

3. Укажите основные элементы нагрева печей сопротивления

Источник