Návrhy topných těles pro elektrické pece

Topné články většiny průmyslových pecí jsou buď pásové nebo drátěné. 1 znázorňuje zařízení běžného ohřívače z nichromového drátu, konstrukce použité pro jeho upevnění na střeše, na stěny a v nístěji pece a provedení drátů. Obvykle se pro výrobu ohřívačů pro průmyslové pece používá drát o průměru 3 až 7 mm. U pecí s provozní teplotou 1000 °C a více by se však neměl brát drát o průměru menším než 5 mm.

Poměry mezi stoupáním h spirály a jejím průměrem D a průměrem drátu d (obr. 1, k) se volí tak, aby usnadnily umístění ohřívačů v peci, aby byla zajištěna jejich dostatečná tuhost. a zároveň nepřenos tepla z nich do výrobků je nadměrně komplikovaný.

Čím větší je průměr spirály a čím větší je její rozteč, tím je snazší umístit ohřívače do pece, ale s rostoucím průměrem klesá pevnost spirály a zvyšuje se tendence jejích závitů ležet na sobě. .Na druhé straně, jak se zvyšuje hustota vinutí, zvyšuje se stínící účinek části jeho závitů obrácené k produktům na zbytku, a proto se zhoršuje využití jeho povrchu.

Praxe stanovila zcela jednoznačné, doporučené poměry mezi průměrem drátu, stoupáním a průměrem spirály pro dráty o průměru od 3 do 7 mm. Tyto poměry jsou následující: h> 2d a D = (6 ÷ 8) d pro nichrom a pro méně pevné slitiny železa, chrómu a hliníku D = (4 ÷ 6) d.

Rýže. 1. Drátěná topidla: a — klikaté drátěné topidlo na kovových hácích na boční stěně: b — klikaté drátěné topidlo v ohništi, c — stejné v klenbě, d — stejné na keramických policích, e — drátěná spirála na vyčnívajících cihlách na boční stěně c připojením na háky, f — drátěná spirála v klenutých kamenech a v topeništích, g — drátěná spirála na keramických policích, h — drátěná spirála na keramické trubce, a — vývod drátěného ohřívače, k — symbolické označení rozměry ohřívače s drátem

U tenčích drátů se poměr průměrů šroubovice a drátu a také stoupání šroubovice obvykle bere větší. Tyto poměry platí pro spirály umístěné na policích (aby spirály nenabobtnaly, je třeba je každých 300 – 500 mm přivázat k hákům zapuštěným ve zdivu) a v kanálech ostění stěn a kleneb, jakož i v klenbách. kameny.

V poslední době se však stále častěji používají spirálové ohřívače na bázi keramických trubek (obr. 2).Z hlediska rozložení sálání a výkonu na stěnách pece jsou takové ohřívače téměř ekvivalentní volně sálajícím spirálám a naopak jsou mnohem účinnější než spirály v kanálech nebo na policích.

Na druhou stranu u nich se každý ohyb opírá o povrch trubky a i když se při zahřátí do určité míry propadá (získá oválnost), nesnižuje to její charakteristiku. Protože je tedy takový ohřívač méně zatížen než ostatní a jednotlivé závity v něm nemohou ležet na sobě, může v případě potřeby zvýšit poměr průměru spirály k průměru drátu až 10 a pro slitiny železa, chromu a hliníku - až 8.

Rýže. 2. Provedení spirálových ohřívačů s drátem na keramických trubkách: a — obloukové ohřívače, b — trubky na bočních stěnách, upevnění na žáruvzdorné závěsy, c — stejné v drážkách keramických sloupků, d — trubky v topeništi.

Tato konstrukce je zvláště výhodná pro posledně jmenované, protože umožňuje materiálu volně expandovat. Kromě toho, jak je znázorněno na obr. 2, byly vyvinuty konstrukce ohřívačů s drátem na keramických trubkách pro jejich instalaci nejen na stěny pece, ale také na střechu a v topeništi a v posledních případech lze ohřívače vyrobené ve formě pohyblivých rámů, lze takové rámy snadno vložit do pece a vyměnit během vypalování. náhradní bez zastavení pece.

Konstrukce spirálových ohřívačů s drátem na keramických trubkách je tedy všestranná jak z hlediska použití materiálů, tak i umístění ohřívačů v komoře pece.Poměr vnitřního průměru spirály k vnějšímu průměru trubky u takových ohřívačů lze brát jako přibližně 1,1-1,2, vzdálenost mezi osami trubek je 1,5-2 násobek průměru spirály.

U elektrických ohřívačů a pecí s nucenou cirkulací vzduchu je použití spirálových ohřívačů na keramických trubkách méně žádoucí, protože se tím snižuje součinitel prostupu tepla ohřívače, použití spirál na policích nebo v kanálech obložení je zcela nepřijatelné. ze stejného důvodu (kromě případů, kdy může být proud plynu nasměrován podél spirály, ve směru její osy).

V takových pecích je lepší použít konstrukce s volně foukanými spirálami, upnuté mezi izolátory v určitých rozestupech nebo k nim přivázané (obr. 3). Pokud jsou v takových konstrukcích použity spirálové ohřívače keramických trubek (při vyšších teplotách), pak by měl být poměr průměru spirály k průměru trubky zvýšen na 1,5.

Rýže. 3. Konstrukce (a) drátových a (b) páskových topných těles elektrických ohřívačů.

Páskové ohřívače se vyrábějí ve formě cikcaků různých velikostí a montují se na kovové (žáruvzdorná ocel nebo nichrom) nebo keramické háčky (obr. 4). Kovové háky jsou zapuštěny ve zdivu stěn (ve spárách mezi cihlami nebo v kanálech speciálních cihel), keramické háky jsou výrůstky speciálních kamenů uložených ve zdivu.

U spodních částí se klikatky při kroucení nezavírají, mezi ně jsou umístěny distanční vložky, což jsou šamotové nebo hliníkové keramické průchodky umístěné na žáruvzdorných nebo nichromových trnech zapuštěných ve zdivu.Pouzdra jsou ke kolíkům připevněna nichromovými kolíky. U keramických háčků jsou separátory také celé z keramiky (obr. 4, a).

Na Obr. 4, h znázorňuje provedení vyjímatelných keramických háčků a rozpěrek. Tento design je velmi užitečný, protože umožňuje snadnou výměnu háčků v případě poškození.

Cik-cak topidla lze namontovat i na boční stěny pece na keramické stojany, ale toto provedení je ještě méně výhodné z hlediska měrného výkonu umístěného na stěně a stupně stínění topidel než konstrukce drátu na stojanu ohřívače . K tomu je třeba dodat, že keramické police obvykle fungují špatně v provozu, protože v případě jejich rozbití je pro výměnu poškozené police nutné posunout zdivo (obr. 4, d).

Rýže. 4. Provedení pásových ohřívačů: a — páskové cik-cak ohřívače na boční stěně kovových háčků, b — páskové cik-cak ohřívače v ohništi. c — totéž v trezoru, d — totéž na keramických policích, e — pohyblivý vysokoteplotní rámový prvek, f — nízkoteplotní rámový prvek, g — „ploché“ topné těleso na keramických trubkách, h — cik-cak topné těleso na pohyblivých hácích, a — symbolické označení rozměrů pásového cik-cak ohřívače.

V klenbě nebo na dně pásových ohřívačů mohou zapadnout do zděných kanálů tvořených speciálními tvarovanými kameny (trámy — obr. 4, b a c). Takové ohřívače mohou být také vyrobeny jako pohyblivé rámy (obr. 4-53, e) Navíc s obloukovou klenbou mohou být cikcaky pásky zavěšeny na pohyblivé kovové háčky.

V elektrických ohřívačích a pecích s nuceným oběhem vzduchu by měly být pásové ohřívače navrženy tak, aby povrch ohřívače byl co nejlépe přístupný pro ofukování proudem plynu. Příklad takové konstrukce je znázorněn na Obr. 3, b.

Čím silnější jsou cik-cak topidla, tím déle lze topidlo umístit do trouby, ale čím větší je ochrana závitů, tím horší je povrch pásu. Proto byly stanoveny akceptované rozměry pásových klikatých ohřívačů, které zajišťují jejich dostatečnou pevnost a nízkou vzájemnou ochranu.

Za tímto účelem se snaží vyhovět následujícím poměrům (zápisy podle obr. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, nejběžnější poměr šířky pásu k jeho tloušťce je 10. klikatý krok h> 1.8b je poloměr pásu zaoblený, aby nedošlo k ohybovému lomu r>

Pro teploty ohřívače do 1000 °C v průmyslových pecích se používá páska o rozměrech minimálně 1X10 mm, při vyšších teplotách minimálně 2X20 mm.

Při teplotách do 1000 °C se výška klikatého bodu B na stěně může lišit od 150 do 400-600 mm, ale na každých 200 mm je potřeba řada distančních vložek, to znamená při 200-400 mm jedna řada distanční vložky a na 400 - 600 mm - dvě linie. Na oblouku a v topeništi, aby nedocházelo k usazování topných těles, musí být výška klikatého bodu B omezena na 250 mm. Tato doporučení lze rozšířit na slitiny železa, chromu a hliníku.

Pro teploty ohřívače od 1000 do 1100 °C mohou být uvedené mezní rozměry vyhrazeny pro slitinu Kh20N80 a Kh20N80T, pro slitiny železo-chrom-hliník by měl být rozměr B s vertikální polohou klikaty omezen na 250 mm a s horizontální polohou 150 mm.

Při teplotách ohřívače nad 1100 °C je jediným přijatelným provedením pásových ohřívačů pro střechu i dno plochá vlna na keramických trubkách (obr. 2, g). Délka cikcaku B v tomto případě může být 75-100 mm. U ohřívačů bočnic lze použít provedení s keramickými háčky omezujícími výšku klikatosti na 150 mm.

V posledních letech se široce používají ohřívače cikcak drátu. U těchto ohřívačů se klikatý krok h rovná (5 ÷ 9) d.

Při použití slitin železa, chromu a hliníku v pecích s provozní teplotou nad 1000 °C musí být vyrobeny všechny části žáruvzdorného zdiva, které mohou přijít do styku s topidly (keramické háky a přepážky, police, trubky, kanály atd.). z vysokooxidových hliníkových materiálů s minimálním obsahem oxidů železa.

Cikcak pásky se obvykle navíjí ručně pomocí jednoduchého pákového zařízení. Spirály se navíjejí na soustruhu na hladký trn pevně, poté se výsledná spirála natahuje do požadovaného stoupání.

Rýže. 5. Utěsněný výstup ohřívače: 1 — pouzdro, 2, 6 — izolační manžety, 3 — distanční kroužek, 4 — azbestové těsnění, 5 — spojovací matice, 7 — výstup ohřívače.

Vzhledem k tomu, že po vyjmutí spirály z trnu se trochu rozvine a zvětší svůj průměr (asi o 1-3 mm), měl by se trn brát s menším průměrem než výpočty.Toto snížení závisí na elasticitě materiálu a musí být stanoveno experimentálně pro každou šarži. V elektrárnách se klikaté ohřívače vyrábějí na speciálních strojích.

Vývody ohřívačů do teploty 1000 °C jsou vyrobeny ze žáruvzdorné oceli, chrom-nikl nebo chrom, pro vyšší teploty - ze slitiny 0X23Yu5A (EI-595). Pro tento účel vezměte drátěnou tyč, tyč s průřezem rovným 3-4násobku průřezu ohřívače, abyste snížili uvolňování tepla ve vodičích. Část výstupu umístěná v nízkoteplotní zóně, aby se ušetřily drahé materiály, může být vyrobena z běžné uhlíkové oceli. Typické návrhy vedení pro ohřívače drátů a pásů jsou znázorněny na Obr. 5.

U topných těles klikatých pásů je vzájemné stínění jednotlivých klikatých pásů stále poměrně velké, a to i při rozteči přesahující dvojnásobek šířky pásu.. Výhodnější by bylo navrhnout topidla tak, aby pás směřoval k výrobku s na široké straně, ale to vyžaduje hodně svařování, protože každá otáčka pásu má dva svary a konstrukce ohřívače je drahá a náchylná k deformaci.

Proto se i když takové ohřívače v některých případech používají, ale pouze pro malé pece. Poskytují značnou úsporu materiálu ve srovnání s pásovými a zejména drátovými ohřívači a umožňují získat o něco vyšší měrný výkon povrchu stěny při stejné spotřebě materiálu.

Ohřívače s litými ráfky, odlité z nichromu a zavěšené na speciálních hácích, se blíží i plochým ohřívačům (obr. 6).Různé ohřívače lze samozřejmě vyrobit pouze s velkými průřezy, a proto se používají buď ve velkých pecích, nebo vyžadují snížené napětí. Jejich výhodou je vysoká spolehlivost a dlouhá životnost, měřená v desítkách tisíc hodin. Obecně se má za to, že správně vypočítané a navržené nichromové ohřívače by měly fungovat od 6000 do 12000 hodin (pod proudem).

V muflových a trubkových pecích jsou drátěné a pásové ohřívače navinuty přímo na keramickou mufle nebo trubku, navíc, aby závity cívky během expanze z ohřevu nezeslabovaly a nepohybovaly se ze svého místa, je keramika dodávána s kanálky ve kterém je položena páska nebo drát. Dalším způsobem, jak upevnit závity ohřívače na keramice, je pokrýt keramiku po navinutí vrstvou žáruvzdorné hlíny se šamotem.

Rýže. 6. Letní ohřívače.

Rýže. 7. Ohřívače tyčových trubek.

V pecích do teplot 400-500 °C existuje mnohem více typů topidel. Kromě spirálových a pásových cik-cak ohřívačů s otevřeným drátem, stejně jako u pecí s vyšší teplotou, existují konstrukce výměnných topných těles, výhodné v tom, že je lze použít k výrobě libovolného výkonu a zároveň při dohoření např. prvky lze snadno vyměnit. náhradní.

Trubková tyčová topná tělesa jsou soustavou porcelánových izolátorů navlečených na žáruvzdorné nebo ocelové tyči a uložených v ocelové trubce, na jednom konci svařené a na druhém uzavřeném olověným izolátorem. Na porcelánových izolátorech přivařených na jednom konci k drátu izolátoru a na druhém ke středové tyči je navinutá nichromová spirála.

Někdy je prostor mezi potrubím a ohřívačem vyplněn křemičitým pískem. Ohřívače tohoto typu lze použít do 400-500 °C a se žáruvzdornými trubkami do 1000 °C a jsou vhodné zejména pro velké pece, ve kterých je nutné chránit ohřívač před mechanickým poškozením nebo před působením korozivních par ( Obr. 7).

Velkou zajímavostí jsou tzv. „trubková“ topná tělesa (obr. 8). Skládají se z ocelové trubky, podél jejíž osy je umístěna nichromová spirála, přivařená k výstupním šroubům na koncích ohřívače. Prostor mezi spirálou a stěnami trubice je vyplněn periklasem, krystalickým oxidem hořečnatým, který má dobrou elektrickou izolaci a zároveň vysokou tepelnou vodivost. Výroba topných prvků se provádí následovně.

Do připravené očištěné ocelové trubky byla přísně axiálně nasazena nichromová spirála navinutá na ocelové tyči, trubka byla vertikálně upevněna na vibračním stroji a naplněna práškem periklasu procházejícím magnetickým separátorem. Tyč se poté z trubky vyjme a prochází kovacím strojem, který ji po obvodu zatluče, čímž se její průměr zmenší a periklas se velmi zhutní.

Utěsněné olověné izolátory jsou připevněny k okrajům trubky, načež ji lze díky periklasovému těsnění jakýmkoli způsobem ohnout a dát vhodný tvar. V této podobě mohou být trubkové prvky použity k ohřevu vzduchu (elektrické ohřívače), oleje, dusičnanů a dokonce i k tavení nízkotavitelných kovů, jako je cín, olovo, babbitt.V druhém případě, aby nedocházelo k rychlé korozi stěny kovové trubky, je předem vyplněna litinou, která tvoří masivní desku, uvnitř které je trubkové topné těleso.

Rýže. 8. Trubkové ohřívače.

Použití trubkových ohřívačů pro koupele s ledkem je velmi žádoucí, protože oproti vanám s externím ohřevem snižuje snížení energetické náročnosti, zvyšuje bezpečnost koupelí a obrovskou úsporu nichromu. Pro jejich uspokojivý provoz v dusičnanech, zejména při teplotách 500 °C a vyšších, je však nutné zhotovit dvojitý plášť trubice, přičemž na připravený ohřívač umístíte druhou trubici, niklovou, teplu odolnou.

Při použití v elektrických ohřívačích jsou žebrované, aby se zvýšil přenos tepla do vzduchu.

Trubkové ohřívače jsou velmi rozšířené pro výrobu topných zařízení pro domácnost.

Trubkové ohřívače pracují s výkonem od několika stovek wattů do několika kilowattů.

Údaje o trubkových ohřívačích vyráběných naším průmyslem jsou k dispozici v katalozích.