Načrti grelnih elementov za električne peči

Grelni elementi večine industrijskih peči so trakovi ali žica. 1 prikazuje napravo običajnega grelnika nichrome žice, konstrukcije, ki so bile sprejete za pritrditev na streho, na stene in v kurišče peči, in zasnovo žic. Običajno se za proizvodnjo grelnikov za industrijske peči uporablja žica s premerom od 3 do 7 mm. Vendar pa za peči z delovno temperaturo 1000 ° C in več ne smete vzeti žice s premerom manj kot 5 mm.

Razmerja med korakom h spirale in njenim premerom D ter premerom žice d (slika 1, k) so izbrana tako, da olajšajo postavitev grelnikov v peč, da se zagotovi njihova zadostna togost in hkrati ni prenos toplote z njih na izdelke pretirano zapleten.

Večji kot je premer spirale in debelejši kot je njen korak, lažje je namestiti grelnike v peč, a z večanjem premera se zmanjša trdnost spirale in poveča se nagnjenost njenih zavojev, da ležijo drug na drugem. .Po drugi strani pa se z večanjem gostote navitja poveča zaščitni učinek dela njegovih zavojev, ki so obrnjeni proti izdelkom na preostalih delih, zato se uporaba njegove površine poslabša.

Praksa je pri žicah s premerom od 3 do 7 mm vzpostavila povsem dokončna, priporočena razmerja med premerom žice, korakom in premerom spirale. Ta razmerja so naslednja: h> 2d in D = (6 ÷ 8) d za nikrom in za manj močne zlitine železo-krom-aluminij D = (4 ÷ 6) d.

riž. 1. Žični grelniki: a — cikcak žični grelnik na kovinskih kavljih na stranski steni: b — cikcak žični grelnik v kurišču, c — enako v oboku, d — enako na keramičnih policah, e — žična spirala na štrlečih zidakih. na stranski steni c s povezovanjem s kavlji, f — žična vijačnica v obokanih kamnih in v ognjiščih, g — žična vijačnica na keramičnih policah, h — žična vijačnica na keramični cevi in ​​— izhod iz žičnega grelnika, k — simbolna oznaka dimenzije grelnika z žico

Pri tanjših žicah je razmerje premerov vijačnice in žice ter korak vijačnice običajno večji. Ta razmerja veljajo za spirale, nameščene na policah (da se spirale ne napihnejo, jih je treba vsakih 300-500 mm privezati na kavlje, vgrajene v zid) in v kanalih obloge sten in obokov ter v obokanih kamni.

V zadnjem času pa so spiralni grelci na osnovi keramičnih cevi vse pogostejši (slika 2).Z vidika porazdelitve sevanja in moči po stenah peči so takšni grelniki skoraj enakovredni prosto sevalnim spiralam, nasprotno pa so veliko učinkovitejši od spiral v kanalih ali na policah.

Po drugi strani pa pri njih vsak zavoj leži na površini cevi in ​​tudi če se pri segrevanju do neke mere povesi (pridobi ovalnost), to ne zmanjša njegovih lastnosti. Ker je tak grelnik torej manj obremenjen kot drugi in v njem posamezni zavoji ne morejo ležati drug na drugem, potem lahko po potrebi razmerje med premerom spirale in premerom žice doseže do 10 , in za zlitine železo-krom-aluminij - do 8.

riž. 2. Konstrukcije spiralnih grelnikov z žico na keramičnih ceveh: a - obločni grelniki, b - cevi na stranskih stenah, pritrjene na toplotno odporne suspenzije, c - enako v utorih keramičnih stebrov, d - cevi v ognjišču.

Ta oblika je še posebej ugodna za slednje, saj omogoča prosto širjenje materiala. Poleg tega, kot je prikazano na sliki 2, so bile razvite izvedbe grelnikov z žico na keramičnih ceveh za njihovo namestitev ne le na stene peči, temveč tudi v streho in v kurišče, v slednjih primerih pa grelnike lahko izdelani v obliki premičnih okvirjev, jih lahko enostavno vstavimo v peč in zamenjamo med žganjem. rezervno, ne da bi ustavili peč.

Tako je zasnova spiralnih grelnikov z žico na keramičnih ceveh vsestranska tako glede uporabe materialov kot glede lokacije grelnikov v komori peči.Razmerje med notranjim premerom spirale in zunanjim premerom cevi za takšne grelnike je približno 1,1-1,2, razdalja med osema cevi pa je 1,5-2-krat večja od premera spirale.

Pri električnih grelnikih in pečeh s prisilnim kroženjem zraka je uporaba spiralnih grelnikov na keramičnih ceveh manj zaželena, saj s tem zmanjšamo koeficient toplotne prehodnosti grelnika, uporaba spiral na policah ali v obložnih kanalih je popolnoma nesprejemljiva za isti razlog (razen v primerih, ko je lahko tok plina usmerjen vzdolž spirale, v smeri njene osi).

V takšnih pečeh je bolje uporabiti strukture s prosto pihanimi spiralami, vpetimi med izolatorje v določenih intervalih ali vezanimi na slednje (slika 3). Če se v takih konstrukcijah uporabljajo spiralni grelniki keramičnih cevi (pri višjih temperaturah), je treba razmerje med premerom spirale in premerom cevi povečati na 1,5.

riž. 3. Zasnove (a) žičnih in (b) tračnih grelnih elementov električnih grelnikov.

Grelniki trakov so izdelani v obliki cik-cakov različnih velikosti in so nameščeni na kovinske (toplotno odporno jeklo ali nikrom) ali keramične kavlje (slika 4). Kovinske kljuke so vdelane v zidove sten (v šive med opeko ali v kanale posebnih opek), keramične kljuke so izrastki posebnih kamnov, položenih v zid.

Pri spodnjih delih se cikcaki pri upogibanju ne zapirajo, med njimi so nameščeni distančniki, ki so šamotne ali aluminijeve keramične puše, nameščene na toplotno obstojne ali nikromirane zatiče, vdelane v zid.Puše so pritrjene na zatiče z nikromiranimi zatiči. S keramičnimi kavlji so tudi separatorji v celoti izdelani iz keramike (slika 4, a).

Na sl. 4, h prikazuje zasnovo odstranljivih keramičnih kavljev in distančnikov. Ta zasnova je zelo uporabna, saj omogoča preprosto zamenjavo kavljev v primeru poškodbe.

Cik-cak grelnike je mogoče namestiti tudi na stranske stene peči na keramičnih stojalih, vendar je ta izvedba še manj priročna glede specifične moči na steno in stopnje zaščite grelnikov kot konstrukcija žica na stojalu grelci . K temu je treba dodati, da se keramične police običajno slabo obnesejo, saj je v primeru njihovega zloma za zamenjavo poškodovane police potrebno prestaviti zid (slika 4, d).

riž. 4. Izvedbe tračnih grelnikov: a — tračni cikcak grelniki na stranski steni kovinskih kavljev, b — tračni cikcak grelnik v kurišču. c — enako v oboku, d — enako na keramičnih policah, e — premični visokotemperaturni okvirni element, f — nizkotemperaturni okvirni element, g — "flat wave" grelec na keramičnih ceveh, h — cik-cak tračni grelec na premičnih kavljih, in — simbolična oznaka na merah tračnega cikcakastega grelnika.

V oboku ali na dnu tračnih grelnikov se lahko prilegajo v zidane kanale, ki jih tvorijo posebni oblikovani kamni (nosilci — sl. 4, b in c). Takšni grelniki so lahko izdelani tudi kot premični okvirji (slika 4-53, e).Poleg tega se z obokanim obokom lahko cik-cak traku obesi na premične kovinske kavlje.

Pri električnih grelnikih in pečeh s prisilnim zračenjem morajo biti tračni grelniki zasnovani tako, da je površina grelnika čim bolj dostopna za vpihovanje s plinskim tokom. Primer takšne konstrukcije je prikazan na sl. 3, b.

Čim debelejši so cik-cak grelniki, tem dlje grelec lahko postavimo v pečico, a večja kot je zaščita zavojev, slabša je površina traku. Zato so bile določene sprejete dimenzije tračnih cikcak grelnikov, ki zagotavljajo njihovo zadostno trdnost in nizko medsebojno zaščito.

V ta namen poskušajo zadostiti naslednjim razmerjem (oznake po sliki 4, i): b / a = 5 ÷ 20, najpogostejše razmerje med širino traku in njegovo debelino je 10. cik-cak korak h> 1.8b je polmer traku zaokrožen, da se prepreči zlom zaradi upogiba r>

Za temperature grelnika do 1000 ° C v industrijskih pečeh se uporablja trak dimenzij najmanj 1X10 mm, pri višjih temperaturah pa najmanj 2X20 mm.

Pri temperaturah do 1000 °C se lahko višina cikcaka B na steni spreminja od 150 do 400-600 mm, vendar je za vsakih 200 mm potrebna vrsta distančnikov, to je pri 200-400 mm ena vrsta distančnikov. distančniki in pri 400-600 mm - dve vrstici. Na loku in v kurišču, da bi se izognili posedanju grelnikov, mora biti višina cikcak B omejena na 250 mm. Ta priporočila se lahko razširijo na zlitine železo-krom-aluminij.

Za temperature grelnika od 1000 do 1100 ° C se lahko navedene mejne mere rezervirajo za zlitino Kh20N80 in Kh20N80T, za zlitine železa, kroma in aluminija mora biti dimenzija B z navpičnim položajem cikcaka omejena na 250 mm in z vodoravnim položajem 150 mm.

Pri temperaturah grelnika nad 1100 ° C je edina sprejemljiva zasnova tračnih grelnikov tako za streho kot za dno ravno valovanje na keramičnih ceveh (slika 2, g). Dolžina cik-cak B v tem primeru je lahko 75-100 mm. Za stranske grelnike je mogoče uporabiti dizajn s keramičnimi kavlji, ki omejujejo cikcak višino na 150 mm.

V zadnjih letih se pogosto uporabljajo cik-cak žični grelniki. Za te grelnike je cik-cak korak h enak (5 ÷ 9) d.

Pri uporabi železo-krom-aluminijevih zlitin v pečeh z delovno temperaturo nad 1000 °C je treba izdelati vse dele ognjevarnega zidu, ki lahko pridejo v stik z grelci (keramični kavlji in pregrade, police, cevi, kanali itd.). visokooksidnih aluminijevih materialov z minimalno vsebnostjo železovih oksidov.

Cik-cak trakovi se običajno navijajo ročno z uporabo preproste vzvodne naprave. Spirale navijemo na stružnici na gladek trn na tesno, nato pa nastalo spiralo raztegnemo na želeni korak.

riž. 5. Zaprt izhod grelnika: 1 — ohišje, 2, 6 — izolacijski tulci, 3 — distančni obroč, 4 — azbestno tesnilo, 5 — spojna matica, 7 — izhod grelnika.

Ker se po odstranitvi spirale iz trna nekoliko odvije in poveča njen premer (za približno 1-3 mm), je treba trn vzeti z manjšim premerom od izračunov.To zmanjšanje je odvisno od elastičnosti materiala in ga je treba določiti eksperimentalno za vsako serijo. V elektrarnah se cik-cak grelniki proizvajajo na posebnih strojih.

Izhodi grelnikov do temperature 1000 ° C so izdelani iz toplotno odpornega jekla, krom-niklja ali kroma, za višje temperature - iz zlitine 0X23Yu5A (EI-595). V ta namen vzemite žično palico, palico s prečnim prerezom, ki je enak 3-4-kratnemu prerezu grelnika, da zmanjšate sproščanje toplote v žicah. Del izhoda, ki se nahaja v nizkotemperaturnem območju, je lahko zaradi varčevanja z dragimi materiali izdelan iz navadnega ogljikovega jekla. Tipične zasnove vodil za grelnike žice in trakov so prikazane na sl. 5.

Pri grelnih elementih z cik-cak trakom je medsebojna zaščita posameznih cik-cakov še vedno razmeroma velika, tudi pri koraku, ki presega dvakratno širino traku, ugodneje bi bilo, če bi grela oblikovali tako, da je trak obrnjen proti izdelku na široki strani, vendar to zahteva veliko varjenja, saj ima vsak zavoj traku dva zvara, zasnova grelnika pa je draga in nagnjena k zvijanju.

Zato, čeprav se takšni grelniki uporabljajo v nekaterih primerih, vendar le za majhne peči. Zagotavljajo znatne materialne prihranke v primerjavi s tračnimi in predvsem žičnimi grelniki in vam omogočajo, da ob enaki porabi materiala dobite nekoliko višjo specifično moč stene.

Grelniki z litimi platišči, uliti iz nikroma in obešeni na posebne kavlje, se približajo tudi ravnim grelcem (slika 6).Različne grelnike je seveda mogoče izdelati samo z velikimi prerezi, zato se bodisi uporabljajo v velikih pečeh bodisi zahtevajo zmanjšano napetost. Njihova prednost je visoka zanesljivost in dolga življenjska doba, merjena v več deset tisoč urah. Na splošno velja, da morajo pravilno izračunani in zasnovani nikromovi grelniki delovati od 6000 do 12000 ur (pod tokom).

V mufelnih in cevnih pečeh so žični in tračni grelniki naviti neposredno na keramični mufel ali cev, poleg tega pa je keramika opremljena s kanali, tako da zavoji tuljave med raztezanjem zaradi segrevanja ne oslabijo in se ne premaknejo s svojega mesta. v kateri je položen trak ali žica. Drugi način pritrditve zavojev grelnika na keramiko je, da slednjo po navitju premažemo s plastjo ognjevzdržne gline s šamotom.

riž. 6. Poletni grelniki.

riž. 7. Grelniki paličastih cevi.

V pečeh do temperatur 400-500 ° C je veliko več vrst grelnikov. Poleg spiralnih in tračnih cik-cak grelnikov z odprto žico, enako kot pri visokotemperaturnih pečeh, obstajajo zamenljivi modeli grelnih elementov, ki so priročni, ker jih je mogoče uporabiti za proizvodnjo poljubne moči in hkrati, ko izgorejo, npr. elementi se zlahka zamenjajo. rezervni.

Cevasti palični grelni elementi so niz porcelanskih izolatorjev, nanizanih na toplotno odporno ali jekleno palico in nameščenih v jekleno cev, ki je na enem koncu zavarjena in na drugem zaprta s svinčenim izolatorjem. Nikromova spirala je navita na porcelanske izolatorje, ki so na enem koncu privarjeni na izolatorsko žico, na drugem pa na sredinsko palico.

Včasih je prostor med cevjo in grelcem napolnjen s kremenčevim peskom. Grelniki te vrste se lahko uporabljajo do 400-500 ° C in z ognjevzdržnimi cevmi do 1000 ° C in so še posebej primerni za velike peči, v katerih je treba zaščititi grelec pred mehanskimi poškodbami ali pred delovanjem korozivnih hlapov ( Slika 7).

Zelo zanimivi so tako imenovani "cevni" grelni elementi (slika 8). Sestavljeni so iz jeklene cevi, vzdolž osi katere je nameščena nikromova spirala, privarjena na izhodne vijake na koncih grelnika. Prostor med spiralo in stenami cevi je zapolnjen s periklazom, kristalnim magnezijevim oksidom, ki ima dobro električno izolacijo in hkrati visoko toplotno prevodnost. Proizvodnja grelnih elementov poteka na naslednji način.

Nikromova spirala, navita na jekleno palico, je bila nameščena strogo aksialno v pripravljeno očiščeno jekleno cev, cev je bila fiksirana navpično na vibrirajočem stroju in napolnjena s periklaznim prahom, ki je potekal skozi magnetni separator. Palico nato odstranimo iz cevi in ​​jo spustimo skozi kovaški stroj, ki jo udari po obodu, zaradi česar se njen premer zmanjša in periklaz postane zelo zbit.

Zatesnjeni svinčeni izolatorji so pritrjeni na robove cevi, po katerih se lahko zaradi periklaznega tesnila na kakršen koli način upognejo in dobijo priročno obliko. V tej obliki se lahko cevasti elementi uporabljajo za segrevanje zraka (električni grelci), olja, nitratov in celo za taljenje kovin z nizkim tališčem, kot so kositer, svinec, babbit.V slednjem primeru je, da bi se izognili hitri koroziji stene kovinske cevi, predhodno napolnjena z litino, ki tvori masivno ploščo, znotraj katere je cevni grelni element.

riž. 8. Cevni grelniki.

Uporaba cevnih grelnikov za kopeli s solitrom je zelo zaželena, saj v primerjavi s kopelmi z zunanjim ogrevanjem zmanjša zmanjšanje porabe energije, poveča varnost kopeli in velik prihranek nikroma. Vendar pa je za njihovo zadovoljivo delovanje v nitratih, zlasti pri temperaturah 500 ° C in več, potrebno izdelati dvojni plašč cevi, tako da na pripravljen grelnik položite drugo cev, nikelj, odporno na vročino.

Pri uporabi v električnih grelnikih so rebrasti, da povečajo prenos toplote v zrak.

Cevni grelniki so zelo razširjeni za proizvodnjo gospodinjskih grelnih naprav.

Cevni grelci delujejo z močjo od nekaj sto vatov do nekaj kilovatov.

Podatki o cevnih grelcih, ki jih proizvaja naša industrija, so dostopni v katalogih.