Villamos kemencék fűtőelemeinek tervei

A legtöbb ipari kemencében a fűtőelemek szalag vagy huzal. Az 1. ábrán a hagyományos nikrómhuzalos fűtőberendezés szerkezete, a tetőn, a falakon és a kemence kandallójában történő rögzítésére alkalmazott konstrukciók, valamint a vezetékek kialakítása látható. Az ipari kemencék fűtőberendezéseinek gyártásához általában 3-7 mm átmérőjű huzalt használnak. Az 1000 ° C és annál magasabb üzemi hőmérsékletű kemencéknél azonban nem szabad 5 mm-nél kisebb átmérőjű huzalt venni.

A spirál h emelkedése és D átmérője, valamint a d huzal átmérője (1. ábra, k) arányát úgy választjuk meg, hogy megkönnyítse a fűtőtestek elhelyezését a kemencében, biztosítva legyen kellő merevségük és ugyanakkor nem túlzottan bonyolult a hőátadás róluk a termékekre.

Minél nagyobb a spirál átmérője és minél vastagabb a menetemelkedése, annál könnyebben lehet fűtőtesteket elhelyezni a kemencében, de az átmérő növekedésével a spirál szilárdsága csökken, és fordulatainak egymásra fekvésének hajlama nő. .Másrészt a tekercs sűrűségének növekedésével a tekercseinek a termékek felé eső részének árnyékoló hatása növekszik a többire, és ezáltal romlik a felületének kihasználtsága.

A gyakorlat meglehetősen határozott, ajánlott arányokat állapított meg a huzalátmérő, a menetemelkedés és a spirálátmérő között a 3-7 mm átmérőjű vezetékeknél. Ezek az arányok a következők: h> 2d és D = (6 ÷ 8) d nikróm és kevésbé erős vas-króm-alumínium ötvözetek esetén D = (4 ÷ 6) d.

Rizs. 1. Drótfűtők: a — cikk-cakk drótfűtés fémkampókon az oldalfalon: b — cikk-cakk drótfűtés a kandallóban, c — ugyanez a boltozatban, d — ugyanilyen kerámia polcokon, e — drótspirál kiálló téglákon az oldalfalon c kampós csatlakozással, f — huzalspirál íves kövekben és kandallóaknákban, g — huzalspirál kerámiapolcokon, h — huzalspirál kerámia csövön, és — huzalfűtő kimenet, k — a fűtőtest szimbolikus jelölése a fűtőtest méretei vezetékkel

Vékonyabb huzaloknál általában nagyobbra vesszük a csavarvonal és a huzal átmérőjének arányát, valamint a csavarmenet menetemelkedését. Ezek az arányok a polcokon elhelyezett spirálokra vonatkoznak (hogy a spirálok ne duzzadjanak, 300 - 500 mm-enként a falazatba ágyazott horgokra kell kötni) és a falak és boltozatok bélésének csatornáiban, valamint a boltívekben kövek.

Az utóbbi időben azonban egyre elterjedtebbek a kerámiacsövekre épülő spirálfűtők (2. ábra).A kemence falán a sugárzás és a teljesítmény eloszlása ​​szempontjából az ilyen fűtőtestek szinte egyenértékűek a szabadon sugárzó spirálokkal, és fordítva, sokkal hatékonyabbak, mint a csatornákban vagy polcokon lévő spirálok.

Viszont náluk minden kanyar a cső felületére támaszkodik, és ha melegítéskor valamennyire megereszkedik (oválissá válik), ez nem csökkenti a tulajdonságait. Mivel egy ilyen fűtőberendezés ezért kevésbé terhelt, mint a többi, és benne az egyes menetek nem fekszenek egymáson, szükség esetén a spirál átmérőjének a huzal átmérőjéhez viszonyított arányát fel tudja hozni. 10 , vas-króm-alumínium ötvözeteknél pedig 8-ig.

Rizs. 2. Kerámia csövön huzalos spirálfűtők kivitelei: a — ívfűtők, b — csövek az oldalfalakon, rögzítés hőálló felfüggesztésekre, c — ugyanez a kerámia pillérek hornyaiban, d — csövek a kandallóban.

Ez a kialakítás az utóbbiak számára különösen kedvező, mivel lehetővé teszi az anyag szabad tágulását. Ezen túlmenően, mint a 2. ábra, a kerámia csövön huzalos fűtőtestek kialakítását fejlesztették ki, amelyek nemcsak a kemence falára, hanem a tetőbe és a kandallóba is beépíthetők, és ez utóbbi esetekben a fűtőtestek beépíthetők. mozgatható keretek formájában készültek, az ilyen keretek könnyen behelyezhetők a kemencébe és tüzelés közben cserélhetők. tartalék a kemence leállítása nélkül.

Így a kerámia csövön huzallal ellátott spirálfűtők kialakítása sokoldalú mind az anyagfelhasználás, mind a fűtőelemek kemencekamrában való elhelyezése szempontjából.A spirál belső átmérőjének és a cső külső átmérőjének aránya az ilyen fűtőberendezéseknél körülbelül 1,1-1,2, a csövek tengelyei közötti távolság pedig a spirál átmérőjének 1,5-2-szerese.

Elektromos fűtőtesteknél és kényszerlevegő-keringtetésű kemencéknél kevésbé kívánatos a kerámia csövön a spirális fűtőelemek használata, mivel ez csökkenti a fűtőelem hőátbocsátási tényezőjét, a polcokon vagy a béléscsatornákban a spirálok használata teljesen elfogadhatatlan a ugyanez az ok (kivéve azokat az eseteket, amikor a gázáramlás a spirál mentén, annak tengelye irányába irányítható).

Az ilyen kemencékben célszerűbb szabadon fújt spirálokkal ellátott szerkezeteket használni, amelyek bizonyos időközönként a szigetelők közé vannak szorítva, vagy az utóbbihoz vannak kötve (3. ábra). Ha kerámia csövek spirálfűtőit használják ilyen szerkezetekben (magasabb hőmérsékleten), akkor a spirál átmérőjének és a cső átmérőjének arányát 1,5-re kell növelni.

Rizs. 3. Elektromos fűtőtestek (a) vezetékes és (b) szalagfűtőelemeinek tervei.

A szalagfűtők különböző méretű cikkcakk formájában készülnek, és fém (hőálló acél vagy nikróm) vagy kerámia kampókra vannak felszerelve (4. ábra). A fém kampók a falak falazatába vannak beágyazva (a téglák közötti varratokba vagy a speciális téglák csatornáiba), a kerámia horgok a falazatba fektetett speciális kövek kinövései.

Az alsó részeknél a cikkcakk nem záródik vetemedéskor, közéjük távtartókat helyeznek el, amelyek a falazatba ágyazott hőálló vagy nikróm csapokra helyezett tűzálló agyag vagy alumínium kerámia perselyek.A perselyek nikróm csapokkal vannak a csapokhoz rögzítve. Kerámia horgoknál az elválasztók is teljes egészében kerámiából készülnek (4. ábra, a).

ábrán. 4, h a kivehető kerámia horgok és távtartók kialakítását mutatja. Ez a kialakítás nagyon hasznos, mivel lehetővé teszi a horgok könnyű cseréjét sérülés esetén.

A cikcakk fűtőtestek a kemence oldalfalaira is felszerelhetők kerámia állványra, de ez a kialakítás még kevésbé kényelmes a falra helyezett fajlagos teljesítmény és a fűtőtestek árnyékolási foka szempontjából, mint a huzalos rack konstrukció. melegítők. Ehhez hozzá kell tenni, hogy a kerámiapolcok általában rosszul teljesítenek a működés során, hiszen törésük esetén a sérült polc cseréjéhez a falazat eltolása szükséges (4. ábra, d).

Rizs. 4. Szalagfűtők kivitelei: a — fémkampók oldalfalán szalagcikk-cakk fűtőtestek, b — kandallóban szalagcikk-cakk fűtőtestek. c — boltozatban azonos, d — kerámia polcokon azonos, e — mozgatható magas hőmérsékletű keretelem, f — alacsony hőmérsékletű keretelem, g — "lapos hullámú" fűtőtest kerámia csövön, h — cikk-cakk szalagfűtés mozgatható kampókon, és — szimbolikus jelölés a szalagos cikcakk fűtőelem méretein.

A boltozatban vagy a szalagfűtők alján speciális alakú kövek (gerendák — 4. ábra, b és c) által kialakított falazott csatornákba illeszkedhetnek. Az ilyen fűtőtestek mozgatható keretként is elkészíthetők (4-53. ábra, e) Ezenkívül íves boltozattal a szalag cikkcakkjai mozgatható fémkampókra akaszthatók.

Az elektromos fűtőtestekben és a levegős kemencékben a szalagfűtőket úgy kell kialakítani, hogy a fűtőtest felülete a lehető legjobban hozzáférhető legyen a gázárammal való fújáshoz. Egy ilyen konstrukció példája látható az ábrán. 3, b.

Minél vastagabbak a cikk-cakk melegítők, annál hosszabb ideig lehet a fűtőtestet a sütőben elhelyezni, de minél nagyobb a fordulatok védelme, annál rosszabb a heveder felülete. Ezért megállapították a szalagos cikkcakk melegítők elfogadott méreteit, amelyek megfelelő szilárdságot és alacsony kölcsönös védelmet biztosítanak.

Ennek érdekében a következő arányokat igyekeznek kielégíteni (jelölések a 4. ábra i szerint): b / a = 5 ÷ 20, a szalag szélességének és vastagságának legáltalánosabb aránya 10. cikkcakk lépés h> 1.8b , a szalag sugara le van kerekítve, hogy elkerüljük a hajlító törést r>

Ipari kemencékben 1000 ° C-ig terjedő fűtőelem-hőmérséklethez legalább 1x10 mm méretű szalagot használnak, magasabb hőmérsékleten legalább 2x20 mm-t.

1000 ° C-ig terjedő hőmérsékleten a B cikkcakk magassága a falon 150 és 400-600 mm között változhat, de minden 200 mm-hez egy sor távtartóra van szükség, azaz 200-400 mm-nél egy sor távtartók, és 400-600 mm-nél - két vonal. A boltíven és a kandallóban a fűtőtestek leülepedésének elkerülése érdekében a B cikkcakk magasságát 250 mm-re kell korlátozni. Ezek az ajánlások kiterjeszthetők a vas-króm-alumínium ötvözetekre.

1000 és 1100 °C közötti fűtőelem-hőmérséklet esetén a megadott határméretek a Kh20N80 és Kh20N80T ötvözeteknél tarthatók fenn, a vas-króm-alumínium ötvözeteknél a B méretet a cikkcakk függőleges helyzetével 250 mm-re kell korlátozni, és vízszintes helyzettel 150 mm.

1100 ° C feletti fűtőelem-hőmérséklet esetén a szalagfűtők egyetlen elfogadható kialakítása mind a tetőn, mind az alján a kerámiacsövek lapos hulláma (2. ábra, g). A B cikkcakk hossza ebben az esetben 75-100 mm-re tehető. Az oldalfali fűtőtestekhez kerámia kampós kialakítás használható, a cikk-cakk magasságot 150 mm-re korlátozva.

Az elmúlt években a cikk-cakk huzalfűtők széles körben használatosak. Ezeknél a fűtőelemeknél a h cikkcakk lépés egyenlő (5 ÷ 9) d.

A vas-króm-alumínium ötvözetek 1000 °C feletti üzemi hőmérsékletű kemencékben történő alkalmazásakor a tűzálló falazat minden részét, amely érintkezhet a fűtőtestekkel (kerámia horgok és elválasztók, polcok, csövek, csatornák stb.) el kell készíteni. magas oxidtartalmú alumínium anyagok minimális vas-oxid tartalommal.

A szalagos cikkcakkokat általában kézzel tekerik fel egy egyszerű emelőeszköz segítségével. A spirálokat esztergagépen egy sima tüskére szorosan feltekerjük, majd a kapott spirált a kívánt menetemelkedésre nyújtjuk.

Rizs. 5. Zárt fűtőelem kimenet: 1 — ház, 2, 6 — szigetelő hüvelyek, 3 — távtartó gyűrű, 4 — azbeszt tömítés, 5 — csatlakozó anya, 7 — fűtőelem kimenet.

Mivel a spirál a tüskéről való eltávolítása után kissé kigördül, megnövelve az átmérőjét (kb. 1-3 mm-rel), ezért a tüskét a számításoknál kisebb átmérővel kell venni.Ez a csökkenés az anyag rugalmasságától függ, és minden tételnél kísérletileg kell meghatározni. Az erőművekben a cikk-cakk fűtőberendezéseket speciális gépeken gyártják.

A fűtőelemek 1000 ° C hőmérsékletig hőálló acélból, króm-nikkelből vagy krómból készülnek, magasabb hőmérséklet esetén 0X23Yu5A (EI-595) ötvözetből. Ebből a célból vegyen egy huzalrudat, a fűtőtest keresztmetszetének 3-4-szeresével megegyező keresztmetszetű rudat, hogy csökkentse a hőkibocsátást a vezetékekben. Az alacsony hőmérsékletű zónában található kimeneti része a drága anyagok megtakarítása érdekében közönséges szénacélból készülhet. A huzal- és szalagfűtők tipikus vezetékkialakításait az ábra mutatja. 5.

Cikcakkos szalagfűtőelemeknél az egyes cikkcakkok kölcsönös árnyékolása még a szalagszélesség kétszeresét meghaladó osztásnál is viszonylag nagy, előnyösebb lenne a fűtőtesteket úgy kialakítani, hogy a szalag a termék felé nézzen. a széles oldalon, de ez sok hegesztést igényel, mivel a szalag minden menetében két hegesztés van, és a fűtőberendezés drága és hajlamos a vetemedésre.

Ezért, bár az ilyen fűtőberendezéseket bizonyos esetekben használják, de csak kis kemencékhez. Jelentős anyagmegtakarítást biztosítanak a szalag- és különösen a huzalfűtőkhöz képest, és lehetővé teszik, hogy valamivel nagyobb fajlagos falfelületi teljesítményt kapjon ugyanazon anyagfelhasználás mellett.

A nikrómból öntött, speciális horgokra akasztott öntött peremmel ellátott fűtőtestek a lapos fűtőtestekhez is közelítenek (6. ábra).A különféle fűtőtestek természetesen csak nagy keresztmetszetűek készíthetők, ezért vagy nagy kemencékben használják, vagy csökkentett feszültséget igényelnek. Előnyük a nagy megbízhatóság és a hosszú, több tízezer órában mérhető élettartam. Általában úgy gondolják, hogy a megfelelően kiszámított és tervezett nikróm fűtőberendezéseknek 6000 és 12000 óra között kell működniük (áram alatt).

A tokos- és csőkemencékben a huzal- és szalagfűtőket közvetlenül kerámia tokosra vagy csőre tekercslik fel, sőt, hogy a hőtágulás során a tekercs menetei ne gyengüljenek és ne mozduljanak el a helyükről, a kerámiákat csatornákkal látják el. amelybe a szalagot vagy drótot lefektetik. A fűtőelem fordulatainak egy másik módja a kerámián történő rögzítésének az, hogy az utóbbit feltekercselés után tűzálló agyagréteggel vonják be tűzálló agyaggal.

Rizs. 6. Nyári melegítők.

Rizs. 7. Rúdcsöves melegítők.

A 400-500 ° C hőmérsékletű kemencékben sokkal több fűtőelem létezik. A nyitott vezetékes spirális és sávos cikcakk fűtőberendezések mellett, ugyanúgy, mint a magasabb hőmérsékletű kemencékben, vannak cserélhető fűtőelem-konstrukciók, amelyek kényelmesek, mivel bármilyen teljesítmény előállítására használhatók, és egyidejűleg, amikor kiégnek, pl. az elemek könnyen cserélhetők. tartalék.

A cső alakú rúdfűtőelemek hőálló vagy acélrúdra felfűzött, acélcsőbe helyezett, egyik végén hegesztett, másik végén ólomszigetelővel lezárt porcelán szigetelők készlete. Nikróm spirál van feltekerve porcelán szigetelőkre, amelyek egyik végén a szigetelőhuzalhoz, a másik végén pedig a központi rúdhoz vannak hegesztve.

Néha a cső és a fűtőelem közötti teret kvarchomok töltik ki. Az ilyen típusú fűtőberendezések 400-500 ° C-ig használhatók, és tűzálló csövekkel 1000 ° C-ig, és különösen kényelmesek nagy kemencékhez, amelyekben meg kell védeni a fűtőtestet a mechanikai sérülésektől vagy a korrozív gőzök hatásától ( 7. ábra).

Nagy érdeklődésre tartanak számot az úgynevezett "csőszerű" fűtőelemek (8. ábra). Acélcsőből állnak, amelynek tengelye mentén egy nikróm spirál van elhelyezve, amely a fűtőelem végein lévő kimeneti csavarokhoz van hegesztve. A spirál és a cső falai közötti teret periklász, kristályos magnézium-oxid tölti ki, amely jó elektromos szigeteléssel és egyben magas hővezető képességgel rendelkezik. A fűtőelemek gyártása a következőképpen történik.

Az előkészített megtisztított acélcsőbe szigorúan axiálisan egy acélrúdra tekercselt nikróm spirált szereltünk fel, a csövet vibrációs gépen függőlegesen rögzítettük, és a mágneses szeparátoron átvezetett periklázporral megtöltöttük. A rudat ezután eltávolítják a csőből, és átengedik egy kovácsológépen, amely a kerület mentén kalapálja, aminek következtében az átmérője csökken, és a periklász nagyon tömörödik.

A tömített ólomszigetelők a cső széleihez vannak rögzítve, ami után a perikláz tömítésnek köszönhetően bármilyen módon hajlítható és kényelmes formát kaphat. Ebben a formában a csőszerű elemek felhasználhatók levegő (elektromos fűtőtestek), olaj, nitrátok felmelegítésére, sőt alacsony olvadáspontú fémek, például ón, ólom, babbitt olvasztására is.Utóbbi esetben a fémcsőfal gyors korróziójának elkerülése érdekében öntöttvassal van előre megtöltve, amely egy masszív lemezt alkot, amelyen belül egy cső alakú fűtőelem található.

Rizs. 8. Cső alakú fűtőtestek.

A cső alakú fűtőtestek alkalmazása salétromos fürdőkhöz nagyon kívánatos, mert a külső fűtésű fürdőkhöz képest csökkenti az energiafogyasztást, növeli a fürdők biztonságát és hatalmas nikróm megtakarítást eredményez. Azonban a nitrátokban való kielégítő működésük érdekében, különösen 500 ° C-os és magasabb hőmérsékleten, dupla köpenyt kell készíteni a csőből, és az előkészített fűtőtestre kell helyezni egy második csövet, nikkelt, amely hőálló.

Amikor elektromos fűtőtestekben használják, bordázzák őket, hogy növeljék a levegő hőátadását.

A cső alakú fűtőtestek nagyon elterjedtek háztartási fűtőberendezések gyártására.

A csöves fűtőtestek több száz watttól több kilowattig terjedő teljesítménnyel működnek.

Az iparunk által gyártott csőfűtők adatai a katalógusokban találhatók.