При навивці спіралі з ніхрому для нагрівальних елементів, операцію найчастіше виконують методом проб і помилок, а потім подають напругу на спіраль і нагрівання ніхромового дроту, нитки підбирають необхідну кількість витків.
Зазвичай така процедура займає багато часу, а ніхром втрачає свої характеристики при множинних перегинах, що призводить до швидкого прогоряння в місцях деформації. У гіршому випадку з ділового ніхрому виходить ніхромовий брухт.
З її допомогою можна точно визначити довжину намотування виток до витка. Залежно від Ø ніхромового дроту та Ø стрижня, на який намотується ніхромова спіраль. Перерахувати довжину спіралі з ніхрому на інше напруження неважко, використавши просту математичну пропорцію.
Довжина ніхромової спіралі в залежності від діаметра ніхрому та діаметра стрижня.
|
Ø ніхрому 0,2 мм |
Ø ніхрому 0,3 мм | ніхрому 0,4 мм | Ø ніхрому 0,5 мм | Ø ніхрому 0,6 мм | Ø ніхрому 0,7 мм | ||||||
| Ø стрижня, мм | довжина спіралі, см |
Ø стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
Ø стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
Ø стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
Ø стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
Ø стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
| 1,5 | 49 | 1,5 | 59 | 1,5 | 77 | 2 | 64 | 2 | 76 | 2 | 84 |
| 2 | 30 | 2 | 43 | 2 | 68 | 3 | 46 | 3 | 53 | 3 | 64 |
| 3 | 21 | 3 | 30 | 3 | 40 | 4 | 36 | 4 | 40 | 4 | 49 |
| 4 | 16 | 4 | 22 | 4 | 28 | 5 | 30 | 5 | 33 | 5 | 40 |
| 5 | 13 | 5 | 18 | 5 | 24 | 6 | 26 | 6 | 30 | 6 | 34 |
| 6 | 20 | 8 | 22 | 8 | 26 | ||||||
Наприклад, потрібно визначити довжину ніхромової спіралі на напругу 380 В з дроту Ø 0,3 мм, стрижень для намотування Ø 4 мм. З таблиці видно, що довжина такої спіралі на напругу 220 буде дорівнювати 22 см. Складемо просте співвідношення:
220 В – 22 см
380 В - Х див
тоді:
X = 380 · 22/220 = 38 см
Намотавши ніхромову спіраль, підключіть її, не обрізаючи, до джерела напруги та переконайтесь у правильності намотування. У закритих спіралей довжину намотування збільшують на 1/3 значення, наведеного в таблиці.
Розрахунок електронагрівальних елементів з ніхромового дроту.
Довжину ніхромового дроту виготовлення спіралі визначають виходячи з необхідної потужності.
Приклад: Визначити довжину дроту з ніхрому для нагрівального елемента плитки потужністю P= 600 Вт при Uмережі = 220 Ст.
Рішення:
1) I = P/U= 600/220 = 2,72 А
2) R = U/I= 220/2,72 = 81 Ом
3) За цими даними (див. таблицю 1) вибираємо d=0,45; S=0,159
тоді довжина ніхрому
l = SR/ρ= 0,159 · 81 / 1,1 = 11,6 м
де l- Довжина дроту (м)
S- переріз дроту (мм 2)
R- опір дроту (Ом)
ρ - питомий опір (для ніхрому ρ=1.0÷1.2 Ом·мм 2 /м)
| Допустима сила струму (l), А | |||||||
| Ø ніхрому при 700 °C , мм |
0,17 |
0,45 |
0,55 |
0,65 Купити ніхромову спіраль в компанії ПАРТАЛ зручно та вигідно - онлайн замовлення Доставка замовлень по Росії, в Казахстан та Білорусь |
Розрахунок дротяного нагрівача електричної печі.
Ця стаття відкриває найбільші секрети конструкції електричних печей – секрети розрахунків нагрівачів.
Як пов'язані обсяг, потужність та темп нагрівання печі.
Як мовилося раніше у іншому місці, звичайних печей немає. Так само не буває печей для випалу фаянсу або іграшок, червоної глини або намистин. Буває просто піч (а тут ми говоримо виключно про електричні печі) з деяким об'ємом корисного простору, виготовлена з деяких вогнетривів. У цю піч можна поставити на випалювання одну велику або маленьку вазу, а можна - цілу етажерку плит, на яких лежатимуть товсті шамотні кахлі. Обпалювати вазу або кахлі потрібно, можливо, на 1000 o C, а може бути і на 1300 o C. З багатьох виробничих чи побутових міркувань, випалення має пройти за 5-6 годин або за 10-12.
Ніхто не знає, що вам потрібно від печі, краще, ніж ви самі. Тому, перш ніж приступити до розрахунку, потрібно прояснити собі всі ці питання. Якщо піч вже є, але в неї треба встановити нагрівачі або поміняти старі на нові, відпадає потреба у конструюванні. Якщо піч будується з нуля, треба починати з з'ясування габаритів камери, тобто з довжини, глибини, ширини.
Припустимо, Ви знаєте ці значення. Припустимо, Вам потрібна камера з висотою 490 мм, шириною і глибиною 350 мм. Далі в тексті пекти з такою камерою ми називатимемо 60-літровою. Одночасно ми проектуватимемо другу піч, більшу, з висотою H=800 мм, шириною D=500 мм та глибиною L=500 мм. Цю піч ми називатимемо 200-літрівкою.
Об'єм печі в літрах = H x D x L,
де H, D, L виражені дециметрах.
Якщо Ви правильно перевели міліметри в дециметри, об'єм першої печі має вийти 60 літрів, об'єм другої – справді 200! Не подумайте, що автор єхидничає: найпоширеніші помилки у розрахунках – помилки у розмірностях!
Приступаємо до наступного питання – з чого виготовлені стіни печі. Сучасні печі практично всі виконані з легких вогнетривів з низькою теплопровідністю та низькою теплоємністю. Дуже старі печі виготовлені з важкого шамоту. Такі печі легко дізнатися по масивній футеровці, товщина якої майже дорівнює ширині камери. Якщо у Вас цей випадок, Вам не пощастило: під час випалу 99% енергії буде витрачатися на нагрівання стін, а не виробів. Припускаємо, що стіни виконані із сучасних матеріалів (МКРЛ-08, ШВП-350). Тоді на нагрівання стін витрачатиметься всього 50-80% енергії.
Дуже невизначеною залишається маса завантаження. Хоча вона, як правило, менша, ніж маса вогнетривів стінок (плюс пода і склепіння) печі, ця маса, звичайно ж, внесе свій внесок у темп нагрівання.
Тепер про потужність. Потужність – це скільки тепла виділяє нагрівач за 1 секунду. Одиниця виміру потужності - ват (скорочено Вт). Яскрава лампочка розжарювання – це 100 Вт, електричний чайник – 1000 Вт, або 1 кіловат (скорочено 1 кВт). Якщо включити нагрівач потужністю 1 кВт, він щосекунди виділятиме тепло, яке за законом збереження енергії йтиме на нагрівання стінок, виробів, відлітати з повітрям через щілини. Теоретично, якщо ніяких втрат через щілини і стінки немає, 1 кВт може за нескінченний час нагріти все що завгодно до нескінченної температури. Практично для печей відомі реальні (зразкові середні) тепловтрати, тому є таке правило-рекомендація:
Для нормального темпу нагрівання печі 10-50 літрів потрібна потужність
100 Вт на кожний літр об'єму.
Для нормального темпу нагрівання печі 100-500 літрів потрібна потужність
50-70 Вт на кожний літр об'єму.
Значення питомої потужності потрібно визначати не лише з урахуванням обсягу печі, але й з урахуванням масивності футерування та завантаження. Чим більша маса завантаження, тим більше значення потрібно вибирати. В іншому випадку піч нагріється, але за більший час. Виберемо для нашої 60-літрівки питому потужність 100 Вт/л, а для 200-літрівки - 60 Вт/л. Відповідно отримаємо, що потужність нагрівачів 60-літрівки повинна становити 60 х 100 = 6000 Вт = 6 кВт, а 200-літрівки – 200 х 60 = 12000 Вт = 12 кВт. Дивіться, як цікаво: обсяг збільшився в 3 рази, а потужність - тільки в 2. Чому? (Питання для самостійної роботи).
Буває, що немає у квартирі розетки на 6 кВт, а є лише на 4. Але потрібна саме 60-літрівка! Що ж, можна порахувати нагрівач на 4 кіловати, але змиритися з тим, що стадія нагрівання при випаленні триватиме годин 10-12. Буває, що, навпаки, необхідний нагрівання за 5-6 годин дуже потужного завантаження. Тоді в 60-літрову піч доведеться вкласти 8 кВт і не звертати увагу на розчервонену дочереву проводку... Для подальших міркувань обмежимося класичними потужностями - 6 і 12 кВт відповідно.
Потужність, ампери, вольти, фази.
Знаючи потужність, ми знаємо потребу в теплі для нагрівання. За невблаганним законом збереження енергії ми маємо ту саму потужність забрати з електричної мережі. Нагадуємо формулу:
Потужність нагрівача (Вт) = Напруга на нагрівачі (В) х Струм (А)
або P = U x I
У цій формулі дві каверзи. Перше: напругу потрібно брати на кінцях нагрівача, а не взагалі в розетці. Напруга вимірюється у вольтах (скорочено). Другий: мається на увазі струм, який тече саме через цей нагрівач, а не через автомат. Струм вимірюється в амперах (скорочено А).
Нам завжди встановлено напругу в мережі. Якщо підстанція працює норамально і зараз не година пік, напруга у звичайній побутовій розетці буде 220 В. Напруга у промисловій трифазній мережі між будь-якою фазою та нульовим проводомтеж одно 220В, а напруга між будь-якими двома фазами- 380 В. Таким чином у випадку побутової, однофазної мережі у нас немає вибору в напрузі - тільки 220 В. У разі трифазної мережі вибір є, але невеликий - або 220, або 380 В. А як же ампери? Вони вийдуть автоматично з напруги та опору нагрівача за великим законом великого Ома:
Закон Ома для ділянки електричного кола:
Струм (А) = Напруга на ділянці (В) / Опір ділянки (Ом)
або I = U/R
Для того, щоб отримати 6 кВт з однофазної мережі, потрібен струм I = P/U= 6000/220 = 27,3 ампера. Це великий, але реальний струм хорошої побутової мережі. Наприклад, такий струм тече в електроплиті, у якої включені всі конфорки на повну потужність та духовка теж. Щоб отримати в однофазній мережі 12 кВт для 200-літрівки, потрібно вдвічі більший струм – 12000/220 = 54,5 ампера! Це неприпустимо для жодної побутової мережі. Краще користуватися трьома фазами, тобто. розподілити потужність на три лінії. У кожній фазі протікатиме 12000/3/220 = 18,2 ампера.
Звертаємо увагу на останнє обчислення. На даний момент ми не знаємо, які будуть нагрівачі в печі, ми не знаємо, яка напруга (220 або 380 В) буде подано на нагрівачі. Але ми точно ЗНАЄМО, що з трифазної мережі необхідно відібрати 12 кВт, навантаження розподілити поступово, тобто. по 4 кВт у кожному фазі нашої мережі, тобто. по кожному фазному проводу вхідного (загального) автомата печі потече 18,2А, і зовсім не обов'язково такий струм потече нагрівачем. До речі, 18,2 А проходитиме і через лічильник електроенергії. (І ще до речі: з нульового дроту струму не буде через особливості трифазного живлення. Ці особливості тут ігноруються, оскільки нас цікавить виключно теплова робота струму). Якщо у Вас у цьому місці викладу виникають питання, прочитайте ще раз. І подумайте: якщо в обсязі печі виділяється 12 кіловат, то за законом збереження енергії ті ж 12 кіловат проходять по трьох фазах, по кожній - 4 кВт.
Повернемося до однофазної 60-літрової пічки. Легко визначити, що опір нагрівача печі має становити R = U/I= 220 В/27,3 А = 8,06 Ома. Тому в найзагальнішому вигляді електросхема печі виглядатиме так:
По нагрівачеві з опором 8,06 Ома повинен текти струм 27,3 А
Для трифазної печі потрібно три однакові ланцюги нагріву: на малюнку - найзагальніша електросхема 200-літрівки.
Потужність 200-літрової печі треба рівномірно розподілити на 3 ланцюги – A, B та C.
Але кожен нагрівач можна включити або між фазою та нулем, або між двома фазами. У першому випадку на кінцях кожного ланцюга нагрівання буде 220 вольт, і його опір становитиме R = U/I= 220 В/18,2 А = 12,08 Ома. У другому випадку на кінцях кожного ланцюга нагрівання буде 380 вольт. Для отримання потужності 4 кВт потрібно, щоб струм був I = P/U= 4000/380 = 10,5 ампера, тобто. опір має бути R = U/I= 380 В/10,5 А = 36,19 Ома. Ці варіанти підключень називаються "зірка" та "трикутник". Як видно з значень необхідного опору, поміняти просто так схему живлення із зірки (нагрівачі по 12,08 Ома) на трикутник (нагрівачі по 36,19 Ома) не вийде - у кожному разі потрібні свої нагрівачі.
У схемі "зірка" кожен нагрівальний ланцюг
включена між фазою та нулем на напругу 220 Вольт. По кожному нагрівачеві опором 12,08 Ома тече струм 18,2 А. По дроту N струм не тече.
У схемі "трикутник" кожен нагрівальний ланцюг
включена між двома фазами на напругу 380 Вольт. По кожному нагрівачеві опором 36,19 Ома тече струм 10,5 А. По дроту, що з'єднує точку А1 з автоматом живлення (точка А) тече струм 18,2 А, так що 380 х 10,5 = 220 х 18,2 = 4 кіловата! Аналогічно з лініями B1 – В та С1 – С.
Домашнє завдання. У 200-літрівці була зірка. Опір кожного ланцюга – 12,08 Ома. Яка вийде потужність печі, якщо ці нагрівники включити на трикутник?
Граничні навантаження дротяних нагрівачів (Х23Ю5Т).
Повна перемога! Ми знаємо опір нагрівача! Залишилося просто відмотати шматок дроту потрібної довжини. Не втомлюватимемося розрахунками з питомим опором - усе вже давно пораховано з достатньою для практичних потреб точністю.
| Діаметр, мм | Метрів в 1 кг | Опір 1 метра, Ом |
| 1,5 | 72 | 0.815 |
| 2,0 | 40 | 0.459 |
| 2,5 | 25 | 0.294 |
| 3,0 | 18 | 0.204 |
| 3,5 | 13 | 0.150 |
| 4,0 | 10 | 0.115 |
Для 60-літрової печі потрібно 8,06 Ома, виберемо півторашку і отримаємо, що шуканий опір дадуть всього 10 метрів дроту, які будуть важити лише 140 грам! Вражаючий результат! Давайте ще раз перевіримо: 10 метрів дроту діаметром 1,5 мм мають опір 10 х 0,815 = 8,15 Ома. Струм при 220 вольт буде 220/8,15 = 27 ампер. Потужність вийде 220 х 27 = 5940 Ватт = 5,9 кВт. Ми й хотіли 6 кВт. Ніде не помилилися, насторожує лише те, що таких печей не буває.
Самотній розпечений нагрівач у 60-літровій печі.
Нагрівач дуже маленький. Таке створюється відчуття при розгляді вищенаведеної картинки. Але ми займаємося розрахунками, а не філософією, тож від відчуттів перейдемо до цифр. Цифри кажуть таке: 10 погонних метрів дроту діаметром 1,5 мм мають площу S = L x d x пі = 1000 x 0,15 x 3,14 = 471 кв. див. З цієї площі (а звідки ж ще?) обсяг печі випромінюється 5,9 кВт, тобто. на 1 кв. см площі припадає випромінювана потужність 12,5 Ватт. Опускаючи деталі, вкажемо, що нагрівачеві необхідно розжаритися до величезної температури, перш ніж температура печі істотно підвищиться.
Перепал нагрівача визначається значенням так званого поверхневого навантаження p, яку ми вище та порахували. На практиці для кожного типу нагрівача існують граничні значення p, що залежать від матеріалу нагрівача, діаметра та температури. З хорошим наближенням для дроту з вітчизняного сплаву Х23Ю5Т будь-якого діаметра (1,5-4 мм) можна скористатися значенням 1,4-1,6 Вт/см2 для температури 1200-1250 o C.
Фізично перепал можна пов'язати з різницею температури на поверхні дроту і всередині. Тепло виділяється у всьому обсязі, тому чим вище поверхневе навантаження, тим сильніше відрізнятимуться ці температури. При температурі на поверхні, близькі до граничної робочої температури, температура в серцевині дроту може наблизитися до температури плавлення.
Якщо піч проектується для невисоких температур, поверхневе навантаження можна вибрати більше, наприклад, 2 - 2,5 Вт/см 2 для 1000 o C. Тут можна зробити сумне зауваження: справжній кантал (це оргінальний сплав, аналогом якого є російський фехраль Х23Ю5Т) pдо 2,5 при 1250 o C. Робить такий кантал шведська фірма Кантал.
Повернемося до нашої 60-літрівки і виберемо з таблиці товстіший дріт - двійку. Зрозуміло, що двійки доведеться брати 8,06 Ом/0,459 Ом/м = 17,6 метра, а важитимуть вони вже 440 грам. Вважаємо поверхневе навантаження: p= 6000 Вт/(1760 х 0,2 х 3,14) см 2 = 5,43 Вт/см 2 . Багато. Для дроту діаметром 2,5 мм вийде 27,5 метра та p= 2,78. Для трійки - 39 метрів, 2,2 кілограми та p= 1,66. Нарешті.
Тепер нам доведеться мотати 39 метрів трійки (якщо лусне – починати мотати спочатку). Але можна використовувати ДВА нагрівача, включені паралельно. Звичайно, опір кожного має бути вже не 8,06 Ома, а вдвічі більше. Отже, для двійки вийде два нагрівачі по 17,6 х 2 = 35,2 м, на кожен припаде по 3 кВт потужності, а поверхневе навантаження становитиме 3000 Вт/(3520 х 0,2 х 3,14) см 2 = 1, 36 Вт/см 2 . І вага – 1,7 кг. Півкіло заощадили. Отримали в сумі багато витків, які можна рівномірно розподілити на всі стінки печі.
Добре розподілені нагрівачі у 60-літровій печі.
| Діаметр, мм | Граничний струм для p=2 Вт/см 2 при 1000 o C | Граничний струм для p=1,6 Вт/см 2 при 1200 o C |
| 1,5 | 10,8 | 9,6 |
| 2,0 | 16,5 | 14,8 |
| 2,5 | 23,4 | 20,7 |
| 3,0 | 30,8 | 27,3 |
| 3,5 | 38,5 | 34,3 |
| 4,0 | 46,8 | 41,9 |
Приклад розрахунку печі – 200 літрів.
Тепер, коли відомі основні принципи, покажемо, як вони використовуються для реальної 200 літрової печі. Всі стадії розрахунку, природно, можна формалізувати і записати в простеньку програму, яка буде багато робити сама.
Намалюємо нашу піч "у розгортці". Ми ніби дивимося на неї зверху, в центрі - під боками стінки. Розрахуємо площі всіх стінок, щоб потім правильно, пропорційно площі, організувати подачу тепла.
"Розгортка" 200-літрової печі.
Ми вже знаємо, що при з'єднанні зіркою у кожній фазі має протікати струм 18,2А. З вищенаведеної таблиці по граничним струмам слід, що для дроту діаметром 2,5 мм можна використовувати один нагрівальний елемент (граничний струм 20,7А), а для дроту 2,0 мм потрібно використовувати два паралельно включені елементи (т.к. граничний струм всього 14,8А), всього у печі їх буде 3 х 2 = 6.
За законом Ома розраховуємо необхідний опір нагрівачів. Для дроту діаметром 2,5 мм R= 220/18,2 = 12,09 Ом, або 12,09/0,294 = 41,1 метра. Знадобиться 3 таких нагрівача, приблизно по 480 витків кожен, якщо намотувати на оправку 25 мм. Загальна вага дроту становитиме (41,1 х 3)/25 = 4,9 кг.
Для дроту 2,0 мм у кожній фазі два паралельні елементи, тому опір кожного має бути вдвічі більшим - 24,18 Ома. Довжина кожного становитиме 24,18/0,459 = 52,7 метра. Кожен елемент матиме 610 витків при тій самій намотці. Загальна вага всіх 6 нагрівальних елементів (52,7 х 6)/40 = 7,9 кг.
Ніщо не заважає нам розділити будь-яку спіраль на кілька шматків, які потім послідовно з'єднати. Навіщо? По-перше, для зручності монтажу. По-друге, якщо вийде з ладу чверть нагрівача, поміняти треба буде лише цю чверть. Так само ніхто не заважає засунути в піч цілу спіраль. Тоді на двері буде потрібна окрема спіраль, а у нас, у випадку діаметра 2,5 мм, їх всього три...
Поставили одну фазу із дроту 2,5 мм. Нагрівач розділили на 8 незалежних коротких спіралей, вони з'єднані послідовно.
Коли ми поставимо аналогічно всі три фази (див. малюнок нижче), з'ясовується наступне. Ми забули про під! А він посідає 13,5% площі. Крім того, спіралі знаходяться у небезпечній електричній близькості один до одного. Особливо небезпечне сусідство спіралей на лівій стінці, де між ними напруга 220 Вольт (фаза – нуль – фаза – нуль…). Якщо через щось сусідні спіралі лівої стінки торкнуться один одного, не минати великого короткого замикання. Пропонуємо самостійно оптимізувати розташування та приєднання спіралей.
Поставили всі фази.
Якщо ми вирішили скористатися двійкою, схема показана нижче. Кожен елемент у 52,7 метра завдовжки поділений на 4 послідовні спіралі по 610/4 = 152 витки (намотки на оправку 25 мм).
Варіант розташування нагрівачів у разі дроту 2 мм.
Особливості намотування, встановлення, експлуатації.
Дріт зручний тим, що його можна намотати в спіраль, а потім спіраль розтягнути так, як зручно. Вважається, що діаметр навивки має бути більшим за 6-8 діаметрів дроту. Оптимальним кроком між витками є 2-2,5 діаметра дроту. Але намотувати треба виток до витка: розтягнути спіраль дуже легко, стиснути набагато важче.
Товстий дріт може лопнути під час намотування. Особливо прикро, якщо з 200 витків залишилося намотати 5. Ідеально проводити намотування на токарному верстаті на дуже повільній швидкості обертання оправки. Сплав Х23Ю5Т випускається відпущеним та невідпущеним. Останній лопається особливо часто, тому якщо у Вас є вибір, обов'язково купуйте дріт, відпущений для намотування.
Скільки потрібно витків? Не дивлячись на простоту питання, відповідь не очевидна. По-перше, точно не відомий діаметр оправки і, отже, діаметр одного витка. По-друге, точно відомо, що діаметр дроту злегка гуляє по довжині, тому опір спіралі теж гулятиме. По-третє, питомий опір металу конкретного варіння може відрізнятися від довідкового. Насправді намотують спіраль на 5-10 витків більше, ніж у розрахунку, потім вимірюють її опір - ДУЖЕ ТОЧНИМ приладом, якому можна вірити, а чи не мильницею. Зокрема, потрібно переконатися, що при короткозамкнених щупах прилад показує нуль, або число порядку 0,02 Ома, яке треба буде відняти від виміряного значення. При вимірі опору спіраль злегка розтягують, щоб унеможливити вплив міжвиткових замикань. Зайві витки відкушують.
Найкраще розташовувати спіраль у печі на мулліто-кремнеземистій трубці (МКР). Для діаметра навивки 25 мм підійде трубка із зовнішнім діаметром 20 мм, для діаметра навивки 35 мм – 30 – 32 мм.
Добре, якщо піч обігрівається рівномірно з п'яти сторін (чотири стінки + під). На поді потрібно концентрувати значну потужність, наприклад, 20 -25% усієї розрахункової потужності печі. Цим компенсується підсмоктування холодного повітря ззовні.
На жаль, абсолютної рівномірності нагрівання досягти все одно не можна. Наблизитись до неї можна, використовуючи вентиляційні системи з НИЖНІМ відбором повітря з печі.
Під час першого нагрівання або навіть перших двох-трьох нагрівів на поверхні дроту утворюється окалина. Потрібно не забути видалити її як з нагрівачів (щіткою), так і з поверхні плит, цегли і т.д. Окалина особливо небезпечна, якщо спіраль просто лежить на цеглині: оксиди заліза з алюмосилікатами при високій температурі (нагрівач в одному міліметрі!) утворюють легкоплавкі склади, через які нагрівач може перегоріти.
Вам знадобиться
- Спіраль, штангенциркуль, лінійка. Необхідно знати матеріал спіралі значення сили струму I і напруги U при яких буде працювати спіраль, і з якого матеріалу вона зроблена.
Інструкція
З'ясуйте, який опір R має бути у спіралі. Для цього скористайтеся законом Ома і підставте значення сили струму I ланцюга та напруги U на кінцях спіралі у формулу R=U/I.
За довідником визначте питомий електричний опір матеріалу, з якого буде зроблена спіраль. ρ має бути виражено в Ом м. Якщо значення ρ у довіднику дано в Ом мм²/м, то помножте його на 0,000001.Наприклад: питомий опір міді ρ=0,0175Ом мм²/м при перекладі в СІ маємо ρ=0 0175 0,000001 = 0,0000000175Ом м.
Довжину дроту знайдіть за такою формулою: Lₒ=RS/ρ.
Відміряйте лінійкою на спіралі довільну довжину l (наприклад: l=10см=0,1м). Порахуйте число витків n, що приходять на цю довжину. Визначте крок спіралі H=l/n або виміряйте штангенциркулем.
Знайдіть скільки витків N можна зробити із дроту завдовжки Lₒ: N= Lₒ/(πD+H).
Довжину самої спіралі знайдіть за такою формулою: L=Lₒ/N.
Шарф-спіраль також називають шарф-боа, шарф-хвиля. Тут головне - зовсім не вид пряжі, не малюнок в'язки і не забарвлення готового виробу, а техніка виконання та оригінальність моделі. Шарф-спіраль уособлює святковість, пишність, урочистість. Він схожий і на витончене мереживне жабо, і на екзотичне боа, і на звичайний, але оригінальний шарф.
Як зв'язати шарф-спіраль спицями
Щоб зв'язати шарф-спіраль, наберіть на спиці 24 петлі та пров'яжіть 1-й ряд:
- 1 кромкова петля;
- 11 лицьових;
- 12 виворітних петель.
Якість і колір пряжі для цієї моделі спірального шарфа – на вашу думку.
1-й ряд: спочатку 1 кромкова петля, потім 1 накид, далі 1 лицьова петля, після цього 1 накид і 8 лицьових петель. Одну зніміть на праву спицю як виворітну, протягніть нитку між спицями вперед. Зняти петлю поверніть на ліву спицю, протягніть нитку між спицями назад (при цьому петля вийде обгорненою ниткою). Поверніть роботу та зв'яжіть 12 виворітних петель.
2-й ряд: спочатку зв'яжіть 1 кромкову петлю, потім 1 накид, після цього пров'яжіть 3 петлі лицьові, 1 накид і 6 лицьових петель. Одну зніміть на праву спицю як виворітну, протягніть нитку між спицями вперед. Далі поверніть петлю на ліву спицю, протягніть нитку між спицями назад, після чого поверніть роботу та зв'яжіть 12 виворітних петель.
3-й ряд: зв'яжіть 1 кромкову петлю, потім 2 петлі разом лицьову, після цього 1 лицьову, далі 2 петлі разом лицьову та 4 лицьові петлі. Одну зніміть на праву спицю як виворітну, протягніть нитку між спицями вперед, поверніть петлю на ліву спицю, потім протягніть нитку між спицями назад. Після цього поверніть роботу та зв'яжіть 8 виворітних петель.
4-й ряд: зв'яжіть 1 кромкову, потім 3 петлі разом лицьову, після цього 4 лицьові петлі, * дістаньте знизу обгорнуту петлю і пров'яжіть разом з наступною лицьовою, 1 лицьова * (повторіть в'язання від * до * 3 рази). Не перевертаючи роботу, зв'яжіть виворотні петлі.
Таким чином, в'яжіть спіральний шарф до необхідної довжини блоками з цих 4 рядів.
Практично перед усіма жінками постає питання контрацепції. Одним із надійних та перевірених способів є внутрішньоматкова спіраль, яка затребувана і сьогодні.
Види спіралей
Внутрішньоматкові спіралі виготовляються із пластику та бувають двох видів: спіралі, що містять мідь (срібло) та спіралі, що містять гормони. Їх розмір – 3X4 см. Вибір методу контрацепції та самої спіралі відбувається на прийомі у гінеколога. Самостійно це робити не варто. Внутрішньоматкова спіраль встановлюється гінекологом під час місячних. Вона невелика за розмірами і нагадує формою букву Т.
Мідна спіраль виготовляється із мідного дроту. Її особливістю є здатність діяти на матку таким чином, що яйцеклітина не може прикріпитися до неї. Цьому сприяють два мідні вусики.
Гормональна спіраль має контейнер, що містить прогестін. Цей гормон запобігає настанню овуляції. У разі використання гормональної внутрішньоматкової спіралі сперматозоїди не можуть запліднити яйцеклітину. Як зазначають жінки, при використанні такої спіралі менструації стають мізернішими і менш болючими. Однак шкоди це не завдає, тому що пов'язано з дією гормонів, що знаходяться усередині спіралі. Гінекологи рекомендують жінкам, які страждають на болючі місячні, установку гормональної спіралі.
Вибір спіралі
Гінекологічні внутрішньоматкові спіралі бувають різних марок, як вітчизняного, і зарубіжного виробництва. Крім того, їхня вартість може варіюватися від 250 рублів до декількох тисяч. На це впливає багато факторів.
Достатню популярність серед російських жінок користується спіраль «Юнона Біо». Вона приваблює насамперед невисокою вартістю. Проте низька ефективність дії цієї спіралі тягне у себе високий ризик настання вагітності.
Добре зарекомендувала себе внутрішньоматкова спіраль «Мірена», однак вона є однією з найдорожчих у своєму ряду. При цьому використання внутрішньоматкової спіралі вважається найдешевшим і найдоступнішим видом контрацепції.
Це гормональна спіраль. Її виробники обіцяють, що спіраль "Мірена" рідше зміщується в матці або випадає. А саме це призводить до настання вагітності, тому пацієнткам рекомендується регулярно перевіряти наявність внутрішньоматкового контрацептиву на належному місці.
Стандартна напруга у побутовій електромережі U=220В. Сила струму обмежується запобіжниками в електрощитку і дорівнює, як правило, I=16А.
Джерела:
- Таблиці фізичних величин, І.К. Кікоїн, 1976
- довжина спіралі формула
Електричний паяльник, це ручний інструмент, призначений для скріплення між собою деталей за допомогою м'яких припоїв, шляхом розігріву припою до рідкого стану і заповнення ним зазору між деталями, що спаюються.
Електричні паяльники випускаються розраховані на напругу мережі 12, 24, 36, 42 і 220 В, і цьому є свої причини. Головною є безпека людини, друга – напруга мережі в місці виконана паяльних робіт. У виробництві, де все обладнання заземлено та є висока вологість, дозволено використовувати паяльники напругою не більше 36 В, при цьому корпус паяльника має бути обов'язково заземлений. Бортова мережа у мотоцикла має напругу постійного струму 6 В, легкового автомобіля – 12 В, вантажного – 24 В. В авіації використовують мережу частотою 400 Гц та напругою 27 В. Є й конструктивні обмеження, наприклад, паяльник потужністю 12 Вт складно зробити на напругу живлення 220 В, так як спіраль потрібно мотати з дуже тонкого дроту і тому намотати багато шарів, паяльник вийде великим, не зручним для дрібної роботи. Так як обмотка паяльника намотана з ніхромового дроту, то живити його можна як змінною, так і постійною напругою. Головне щоб напруга живлення відповідала напрузі, на яку розрахований паяльник.
Потужністю електричні паяльники бувають 12, 20, 40, 60, 100 Вт та більше. І це також не випадково. Для того, щоб припій при пайці добре розтікався по поверхнях деталей, що спаювалися, їх потрібно прогріти до температури трохи більшої, ніж температура плавлення припою. При контакті з деталлю тепло передається від натискання до деталі і температура натискання падає. Якщо діаметр жала паяльника недостатній або потужність нагрівального елемента мала, то віддавши тепло, жало не зможе нагрітися до заданої температури, і паяти неможливо. У кращому випадку вийде пухка і неміцна пайка. Більш потужним паяльником можна паяти невеликі деталі, але виникає проблема недоступності до місця паяння. Як, наприклад, запаяти в друковану плату мікросхему з кроком ніжок 1,25 мм жалом паяльника розміром 5 мм? Щоправда є вихід, на таке жало навивають кілька витків мідного дроту діаметром 1мм і кінцем цього дроту паяють. Але громіздкість паяльника роблять роботу практично неможливою. Є ще одне обмеження. При великій потужності, паяльник швидко прогріє елемент, а багато радіодеталі не допускають нагрівання вище 70˚С і тому, допустимий час їх паяння становить не більше 3 секунд. Це діоди, транзистори, мікросхеми.
Пристрій паяльника
Паяльник є стрижнем з червоної міді, який нагрівається спіраллю з ніхрому до температури плавлення припою. Стрижень паяльника виготовляється з міді завдяки високій її теплопровідності. Адже при паянні потрібно швидко передати жалу паяльника теплою від нагрівального елемента. Кінець стрижня має клиноподібну форму, є робочою частиною паяльника та називається жалом. Стрижень вставляється в сталеву трубку, обгорнуту слюдою або склотканиною. На слюду намотаний ніхромовий дріт, який служить нагрівальним елементом.
Поверх ніхрому намотаний шар слюди або азбесту, що служить для зниження втрат тепла та електричної ізоляції спіралі з ніхрому від металевого корпусу паяльника.
Кінці ніхромової спіралі з'єднані з мідними провідниками електричного шнура з вилкою на кінці. Для забезпечення надійності цієї сполуки кінці ніхромової спіралі зігнуті та складені вдвічі, що знижує нагрівання у місці з'єднання з мідним дротом. На додаток з'єднання обтиснуте металевою пластинкою, краще обжим робити з алюмінієвої пластини, яка має високу теплопровідність і ефективніше відводити тепло від місця з'єднання. Для електричної ізоляції на місце з'єднання надягають трубки з термостійкого ізоляційного матеріалу, склотканини або слюди.
Мідний стрижень і ніхромова спіраль закривається металевим корпусом, що складається з двох половинок або суцільної трубки, як на фотографії. Корпус паяльника на трубці фіксується накидними кільцями. На трубку, для захисту руки людини від опіку, насаджується ручка з матеріалу, що погано провидить тепло, дерева або термостійкої пластмаси.
При вставленні вилки паяльника в розетку електричний струм надходить на ніхромовий нагрівальний елемент, який нагрівається та передає тепло мідному стрижню. Паяльник готовий до паяння.
Малопотужні транзистори, діоди, резистори, конденсатори, мікросхеми та тонкі дроти паяють паяльником потужністю 12 Вт. Паяльники 40 і 60 Вт служать для паяння потужних і великогабаритних радіодеталей, товстих дротів та невеликих деталей. Для паяння великих деталей, наприклад, теплообмінників газової колонки, потрібно вже паяльник потужністю сто і більше Вт.
Як бачите на кресленні електрична схема паяльника дуже проста, складається з трьох елементів: вилки, гнучкого електропроводу і ніхромової спіралі.
Як видно зі схеми, у паяльнику відсутня можливість регулювання температури нагрівання джала. І навіть якщо потужність паяльника обрана правильно, то все одно не факт, що температура жала буде необхідною для паяння, так як довжина жала з часом зменшується за рахунок постійної його заправки, припої теж мають різні температури плавлення. Тому для підтримки оптимальної температури жала паяльника доводиться підключати його через тиристорні регулятори потужності з ручним регулюванням та автоматичною підтримкою заданої температури жала паяльника.
Розрахунок та ремонт нагрівальної обмотки паяльника
При ремонті або самостійному виготовленні електричного паяльника або будь-якого іншого нагрівального приладу доводиться мотати нагрівальну обмотку з ніхромового дроту. Вихідними даними для розрахунку та вибору дроту є опір обмотки паяльника або нагрівального приладу, який визначається виходячи з його потужності та напруги живлення. Розрахувати, який має бути опір обмотки паяльника або нагрівального приладу, можна за допомогою таблиці.
Дуже часто за бажання зробити або відремонтувати нагрівачелектропечі своїми руками у людини виникає багато запитань. Наприклад, якого діаметру взяти дріт, яка має бути його довжина або яку потужність можна отримати, використовуючи дріт або стрічку із заданими параметрами і т.д. При правильному підході до вирішення цього питання необхідно враховувати досить багато параметрів, наприклад силу струму, що проходить через нагрівач, робочу температуру, тип електричної мережі та інші.У цій статті наводяться довідкові дані про матеріали, найбільш поширені при виготовленні нагрівачів. електричних печей, а також методика та приклади їх розрахунку (розрахунки нагрівачів електричних печей).
Нагрівачі. Матеріали для виготовлення нагрівачів
Безпосередньо нагрівач– один із найважливіших елементів печі, саме він здійснює нагрівання, має найбільшу температуру та визначає працездатність нагрівальної установки в цілому. Тому нагрівачі повинні відповідати низці вимог, які наведені нижче.Вимоги до нагрівачів
Основні вимоги до нагрівачів (матеріалів нагрівачів):- Нагрівачі повинні мати достатню жаростійкість (окалиностійкість) і жароміцність. Жароміцність - механічна міцність при високих температурах. Жаростійкість - опір металів і сплавів газової корозії при високих температурах (детальніше властивості жаростійкості і жаростійкості описані на сторінці).
- Нагрівачв електропечі повинен бути зроблений з матеріалу, що має високий питомий електричний опір. Говорячи простою мовою, що стоїть електричний опір матеріалу, то сильніше він нагрівається. Отже, якщо взяти матеріал з меншим опором, потрібно нагрівач більшої довжини і з меншою площею поперечного перерізу. Не завжди печі може бути розміщений досить довгий нагрівач. Також варто враховувати, що, чим більше діаметр дроту, з якого виготовлений нагрівач, тим довше термін його служби . Прикладами матеріалів, що володіють високим електричним опором, є хромонікелевий сплав, залізохромоалюмінієвий сплав, які відносяться до прецизійних сплавів з високим електричним опором.
- Мінімальний температурний коефіцієнт опору є істотним фактором при виборі матеріалу для нагрівача. Це означає, що при зміні температури електричний опір матеріалу нагрівачазмінюється не сильно. Якщо температурний коефіцієнт електроопору великий, для включення печі в холодному стані доводиться використовувати трансформатори, що дають спочатку знижену напругу.
- Фізичні властивості матеріалів нагрівачів повинні бути незмінними. Деякі матеріали, наприклад карборунд, який є неметалевим нагрівачем, з часом можуть змінювати свої фізичні властивості, зокрема, електричний опір, що ускладнює умови їх експлуатації. Для стабілізації електричного опору використовують трансформатори з великою кількістю щаблів та діапазоном напруг.
- Металеві матеріали повинні мати хороші технологічні властивості, а саме: пластичність і зварюваність, - щоб з них можна було виготовити дріт, стрічку, а зі стрічки - складні конфігурації нагрівальні елементи. Також нагрівачіможуть бути виготовлені з неметалів. Неметалічні нагрівачі пресуються або формуються, перетворюючись на готовий виріб.
Матеріали для виготовлення нагрівачів
Найбільш підходящими та найбільш використовуваними у виробництві нагрівачів для електропечей є прецизійні сплави з високим електричним опором. До них відносяться сплави на основі хрому та нікелю ( хромонікелеві), заліза, хрому та алюмінію ( залізохромоалюмінієві). Марки та властивості даних сплавів розглянуті в «Сплави прецизійні. Марки». Представниками хромонікелевих сплавів є марок Х20Н80, Х20Н80-Н (950-1200 °С), Х15Н60, Х15Н60-Н (900-1125 °С), залізохромоалюмінієвих – марок Х23Ю5Т (950-15 ), Х23Ю5 (950-1200 ° С), Х15Ю5 (750-1000 ° С). Також існують залізохромонікелеві сплави - Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ.Перераховані вище сплави мають хороші властивості жароміцності та жаростійкості, тому вони можуть працювати при високих температурах. Гарну жаростійкістьзабезпечує захисна плівка з окису хрому, який утворюється на поверхні матеріалу. Температура плавлення плівки вище температури плавлення безпосередньо сплаву, вона не розтріскується при нагріванні та охолодженні.
Наведемо порівняльну характеристику ніхрому та фехралі.
Переваги ніхрому:
- хороші механічні властивості як за низьких, і при високих температурах;
- сплав крипостійкий;
- має гарні технологічні властивості – пластичність та зварюваність;
- добре обробляється;
- не старіє, немагнітний.
- висока вартість нікелю – одного з основних компонентів сплаву;
- нижчі робочі температури проти фехралью.
- більш дешевий метал проти ніхромом, т.к. не містить ;
- володіє кращою в порівнянні з ніхромом жаростійкістю, наприклад, фехраль Х23Ю5Т може працювати при температурі до 1400 ° С (1400 ° С - максимальна робоча температура для нагрівача з дроту Ø 6,0 мм і більше; Ø 3,0 - 1350 ° С; Ø 1,0 - 1225 ° С; Ø 0,2 - 950 ° С).
- крихкий і неміцний сплав, ці негативні властивості особливо сильно виявляються після перебування сплаву при температурі більше 1000 °С;
- т.к. фехраль має у своєму складі залізо, цей сплав є магнітним і може іржавіти у вологій атмосфері при нормальній температурі;
- має низький опір повзучості;
- взаємодіє з шамотним футеруванням та оксидами заліза;
- під час експлуатації нагрівачі із фехралі суттєво подовжуються.
Останнім часом розроблені метали типу Х15Н60Ю3 і Х27Н70ЮЗ, тобто. з додаванням 3% алюмінію, що значно поліпшило жаростійкість сплавів, а наявність нікелю практично виключило недоліки, що є у залізохромоалюмінієвих сплавів. Сплави Х15Н60ЮЗ, Х27Н60ЮЗ не взаємодіють з шамотом і окислами заліза, досить добре обробляються, механічно міцні, некрихкі. Максимальна робоча температура металу Х15Н60ЮЗ становить 1200 °С.
Крім перерахованих вище сплавів на основі нікелю, хрому, заліза, алюмінію для виготовлення нагрівачів застосовують інші матеріали: тугоплавкі метали, а також неметали.
Серед неметалів для виготовлення нагрівачів використовують карборунд, дисіліцид молібдену, вугілля, графіт. Нагрівачі з карборунду та дисіліциду молібдену використовують у високотемпературних печах. У печах із захисною атмосферою застосовують вугільні та графітові нагрівачі.
Серед тугоплавких матеріалів як нагрівачі можуть використовуватися , , тантал і ніобій. У високотемпературних вакуумних печах та печах із захисною атмосферою застосовуються нагрівачі з молібденуі вольфраму. Молібденові нагрівачі можуть працювати до температури 1700 ° С у вакуумі та до 2200 ° С – у захисній атмосфері. Така різниця температур обумовлена випаровуванням молібдену при температурах вище 1700 ° С у вакуумі. Вольфрамові нагрівачі можуть працювати до 3000 °С. В особливих випадках застосовують нагрівачі з танталу та ніобію.
Розрахунок нагрівачів електричних печей
Зазвичай в якості вихідних даних виступають потужність, яку повинні забезпечувати нагрівачі, максимальна температура, яка потрібна для здійснення відповідного технологічного процесу (відпустки, загартування, спікання і т.д.) і розміри робочого простору електричної печі. Якщо потужність печі не задана, її можна визначити за емпіричним правилом. У ході розрахунку нагрівачів потрібно отримати діаметр і довжину (для дроту) або площу перерізу та довжину (для стрічки), які необхідні для виготовлення нагрівачів.Також необхідно визначити матеріал, з якого слід робити нагрівачі(Цей пункт у статті не розглядається). У цій статті як матеріал для нагрівачів розглядається хромонікелевий прецизійний сплав з високим електричним опором, який є одним з найпопулярніших при виготовленні нагрівальних елементів.
Визначення діаметра та довжини нагрівача (ніхромового дроту) для заданої потужності печі (простий розрахунок)
Мабуть, найпростішим варіантом розрахунку нагрівачівз ніхрому є вибір діаметра і довжини при заданій потужності нагрівача, що живить напруги мережі, а також температури, яку матиме нагрівач. Незважаючи на простоту розрахунку, в ньому є одна особливість, на яку звернемо увагу нижче.Приклад розрахунку діаметра та довжини нагрівального елемента
Початкові дані:
Пристрій потужністю P
= 800 Вт; напруга мережі U
= 220; Температура нагрівача 800 °C. Як нагрівальний елемент використовується ніхромовий дріт Х20Н80.
1. Спочатку необхідно визначити силу струму, яка проходитиме через нагрівальний елемент:
I = P/U
= 800/220 = 3,63 А.
2. Тепер потрібно знайти опір нагрівача:
R = U/I
= 220/3,63 = 61 Ом;
3. Виходячи із значення отриманої в п. 1 сили струму, що проходить через ніхромовий нагрівачпотрібно вибрати діаметр дроту. І цей момент є важливим. Якщо, наприклад, при силі струму 6 А використовувати ніхромовий дріт діаметром 0,4 мм, то він згорить. Тому, розрахувавши силу струму, необхідно вибрати із таблиці відповідне значення діаметра дроту. У нашому випадку для сили струму 3,63 А та температури нагрівача 800 °C вибираємо ніхромовий дріт з діаметром d = 0,35 мм та площею поперечного перерізу S = 0,096 мм2.
Загальне правило вибору діаметра дротуможна сформулювати наступним чином: необхідно вибрати дріт, у якого допустима сила струму не менша, ніж розрахункова сила струму, що проходить через нагрівач. З метою економії матеріалу нагрівача слід вибирати дріт із найближчою більшою (ніж розрахункова) допустимою силою струму..
Таблиця 1
| Діаметр, мм | Площа поперечного перерізу ніхромового дроту, мм 2 | Температура нагрівання ніхромового дроту, °C | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 200 | 400 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | ||
| Максимальна допустима сила струму, А | ||||||||
| 5 | 19,6 | 52 | 83 | 105 | 124 | 146 | 173 | 206 |
| 4 | 12,6 | 37,0 | 60,0 | 80,0 | 93,0 | 110,0 | 129,0 | 151,0 |
| 3 | 7,07 | 22,3 | 37,5 | 54,5 | 64,0 | 77,0 | 88,0 | 102,0 |
| 2,5 | 4,91 | 16,6 | 27,5 | 40,0 | 46,6 | 57,5 | 66,5 | 73,0 |
| 2 | 3,14 | 11,7 | 19,6 | 28,7 | 33,8 | 39,5 | 47,0 | 51,0 |
| 1,8 | 2,54 | 10,0 | 16,9 | 24,9 | 29,0 | 33,1 | 39,0 | 43,2 |
| 1,6 | 2,01 | 8,6 | 14,4 | 21,0 | 24,5 | 28,0 | 32,9 | 36,0 |
| 1,5 | 1,77 | 7,9 | 13,2 | 19,2 | 22,4 | 25,7 | 30,0 | 33,0 |
| 1,4 | 1,54 | 7,25 | 12,0 | 17,4 | 20,0 | 23,3 | 27,0 | 30,0 |
| 1,3 | 1,33 | 6,6 | 10,9 | 15,6 | 17,8 | 21,0 | 24,4 | 27,0 |
| 1,2 | 1,13 | 6,0 | 9,8 | 14,0 | 15,8 | 18,7 | 21,6 | 24,3 |
| 1,1 | 0,95 | 5,4 | 8,7 | 12,4 | 13,9 | 16,5 | 19,1 | 21,5 |
| 1,0 | 0,785 | 4,85 | 7,7 | 10,8 | 12,1 | 14,3 | 16,8 | 19,2 |
| 0,9 | 0,636 | 4,25 | 6,7 | 9,35 | 10,45 | 12,3 | 14,5 | 16,5 |
| 0,8 | 0,503 | 3,7 | 5,7 | 8,15 | 9,15 | 10,8 | 12,3 | 14,0 |
| 0,75 | 0,442 | 3,4 | 5,3 | 7,55 | 8,4 | 9,95 | 11,25 | 12,85 |
| 0,7 | 0,385 | 3,1 | 4,8 | 6,95 | 7,8 | 9,1 | 10,3 | 11,8 |
| 0,65 | 0,342 | 2,82 | 4,4 | 6,3 | 7,15 | 8,25 | 9,3 | 10,75 |
| 0,6 | 0,283 | 2,52 | 4 | 5,7 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,7 |
| 0,55 | 0,238 | 2,25 | 3,55 | 5,1 | 5,8 | 6,75 | 7,6 | 8,7 |
| 0,5 | 0,196 | 2 | 3,15 | 4,5 | 5,2 | 5,9 | 6,75 | 7,7 |
| 0,45 | 0,159 | 1,74 | 2,75 | 3,9 | 4,45 | 5,2 | 5,85 | 6,75 |
| 0,4 | 0,126 | 1,5 | 2,34 | 3,3 | 3,85 | 4,4 | 5,0 | 5,7 |
| 0,35 | 0,096 | 1,27 | 1,95 | 2,76 | 3,3 | 3,75 | 4,15 | 4,75 |
| 0,3 | 0,085 | 1,05 | 1,63 | 2,27 | 2,7 | 3,05 | 3,4 | 3,85 |
| 0,25 | 0,049 | 0,84 | 1,33 | 1,83 | 2,15 | 2,4 | 2,7 | 3,1 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,65 | 1,03 | 1,4 | 1,65 | 1,82 | 2,0 | 2,3 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,46 | 0,74 | 0,99 | 1,15 | 1,28 | 1,4 | 1,62 |
| 0,1 | 0,00785 | 0,1 | 0,47 | 0,63 | 0,72 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
Примітка :
- якщо нагрівачі знаходяться всередині рідини, що нагрівається, то навантаження (допустиму силу струму) можна збільшити в 1,1 - 1,5 рази;
- при закритому розташуванні нагрівачів (наприклад, у камерних електропечах) необхідно зменшити навантаження в 1,2 - 1,5 рази (менший коефіцієнт береться для більш товстого дроту, більший - для тонкого).
R = ρ · l / S ,
де R - електричний опір провідника (нагрівача) [Ом], ρ - питомий електричний опір матеріалу нагрівача [Ом · мм 2/м], l - Довжина провідника (нагрівача) [мм], S - Площа поперечного перерізу провідника (нагрівача) [мм 2].
Таким чином, отримаємо довжину нагрівача:
l = R · S / ρ
= 61 · 0,096/1,11 = 5,3 м.
В даному прикладі як нагрівач використовується ніхромовий дріт Ø 0,35 мм. Відповідно до "Дрот із прецизійних сплавів з високим електричним опором. Технічні умови"номінальне значення питомого електричного опору ніхромового дроту марки Х20Н80 становить 1,1 Ом · мм 2 / м ( ρ = 1,1 Ом · мм 2/м), див. табл. 2.
Підсумком розрахунків є необхідна довжина ніхромового дроту, що становить 5,3 м, діаметр – 0,35 мм.
Таблиця 2
Визначення діаметра та довжини нагрівача (ніхромового дроту) для заданої печі (докладний розрахунок)
Розрахунок, представлений у цьому пункті, є складнішим, ніж вище. Тут ми зважимо на додаткові параметри нагрівачів, спробуємо розібратися з варіантами підключення нагрівачів до мережі трифазного струму. Розрахунок нагрівача проводитимемо на прикладі електричної печі. Нехай вихідними даними є розміри печі.1. Перше, що потрібно зробити - порахувати обсяг камери всередині печі. В даному випадку візьмемо h = 490 мм, d = 350 мм та l = 350 мм (висота, ширина та глибина відповідно). Таким чином, отримуємо обсяг V = h · d · l = 490 · 350 · 350 = 60 · 10 6 мм 3 = 60 л (міра об'єму).
2. Далі необхідно визначити потужність, яку має видавати пекти. Потужність вимірюється у Ваттах (Вт) і визначається за емпіричному правилу: для електричної печі об'ємом 10 - 50 літрів питома потужність складає 100 Вт/л (Ватт на літр об'єму), об'ємом 100 - 500 літрів - 50 - 70 Вт/л. Візьмемо для розглянутої печі питому потужність 100 Вт/л. Таким чином, потужність нагрівача електричної печі повинна становити P = 100 · 60 = 6000 Вт = 6 КВт.
Варто зазначити, що за потужності 5-10 кВт нагрівачівиготовляють, як правило, однофазними. За великих потужностей для рівномірного завантаження мережі нагрівачі роблять трифазними.
3. Потім потрібно знайти силу струму, що проходить через нагрівач I = P/U , де P - Потужність нагрівача, U - напруга на нагрівачі (між його кінцями), та опір нагрівача R = U/I .
Тут може бути два варіанти підключення до електричної мережі:
- до побутової мережі однофазного струму - тоді U = 220;
- до промислової мережі трифазного струму - U = 220 В (між нульовим проводом та фазою) або U = 380 (між двома будь-якими фазами).
I = P/U
= 6000 / 220 = 27,3 А - струм, що проходить через нагрівач.
Потім необхідно визначити опір нагрівача печі.
R = U/I
= 220/27,3 = 8,06 Ом.
Рисунок 1 Дротовий нагрівач у мережі однофазного струму
Шукані значення діаметра дроту та його довжини будуть визначені у п. 5 цього параграфу.
При цьому типі підключення навантаження розподіляється поступово три фази, тобто. по 6/3 = 2 кВт на фазу. Таким чином, нам потрібні 3 нагрівачі. Далі необхідно вибрати спосіб підключення безпосередньо нагрівачів (навантаження). Способів може бути 2: "ЗІРКА" або "ТРИКУТНИК".
Варто зауважити, що в цій статті формули для розрахунку сили струму ( I ) та опору ( R ) для трифазної мережі записані над класичному вигляді. Це зроблено для того, щоб не ускладнювати виклад матеріалу з розрахунку нагрівачів електротехнічними термінами та визначеннями (наприклад, не згадуються фазні та лінійні напруги та струми та співвідношення між ними). З класичним підходом та формулами розрахунку трифазних ланцюгів можна ознайомитись у спеціалізованій літературі. У цій статті деякі математичні перетворення, проведені над класичними формулами, приховані від читача, і на кінцевий результат це не впливає.
При підключенні типу “ЗІРКА”нагрівач підключається між фазою та нулем (див. рис. 2). Відповідно, напруга на кінцях нагрівача буде U
= 220 ст.
I = P/U
= 2000/220 = 9,10 А.
R = U/I
= 220/9,10 = 24,2 Ом.
Рисунок 2 Дротовий нагрівач у мережі трифазного струму. Підключення за схемою "ЗІРКА"
При підключенні типу “ТРИКУТНИК”нагрівач підключається між двома фазами (див. мал. 3). Відповідно, напруга на кінцях нагрівача буде U
= 380 ст.
Струм, що проходить через нагрівач -
I = P/U
= 2000/380 = 5,26 А.
Опір одного нагрівача -
R = U/I
= 380/5,26 = 72,2 Ом.
Рисунок 3 Дротовий нагрівач у мережі трифазного струму. Підключення за схемою "ТРИКУТНИК"
4. Після визначення опору нагрівача за відповідного підключення до електричної мережі необхідно підібрати діаметр та довжину дроту.
При визначенні вищевказаних параметрів необхідно аналізувати питому поверхневу потужність нагрівача, тобто. потужність, що виділяється із одиниці площі. Поверхнева потужність нагрівача залежить від температури нагрівається і від конструктивного виконання нагрівачів.
Приклад
З попередніх пунктів розрахунку (див. п. 3 цього параграфу) нам відомий опір нагрівача. Для 60-літрової печі при однофазному підключенні воно становить R
= 8,06 Ом. Як приклад візьмемо діаметром 1 мм. Тоді, щоб отримати необхідний опір, необхідно l = R/ρ
= 8,06/1,4 = 5,7 м ніхромового дроту, де ρ
- номінальне значення електричного опору 1 м дроту по [Ом/м]. Маса даного відрізка дроту з ніхрому складе m = l · μ
= 5,7 · 0,007 = 0,0399 кг = 40 г, де μ
- Маса 1 м дроту. Тепер необхідно визначити площу поверхні відрізка дроту завдовжки 5,7 м-коду. S = l · π · d
= 570 · 3,14 · 0,1 = 179 см 2 де l
- Довжина дроту [см], d
- Діаметр дроту [см]. Таким чином, із площі 179 см 2 має виділятися 6 кВт. Вирішуючи просту пропорцію, отримуємо, що з 1 см 2 виділяється потужність β = P/S
= 6000/179 = 33,5 Вт, де β
- Поверхнева потужність нагрівача.
Отримана поверхнева потужність дуже велика. Нагрівачрозплавиться, якщо нагріти його до температури, яка б забезпечила отримане значення поверхневої потужності. Ця температура буде вищою за температуру плавлення матеріалу нагрівача.
Наведений приклад є демонстрацією неправильного вибору діаметра дроту, який використовуватиметься для виготовлення нагрівача. У п. 5 цього параграфа буде наведено приклад із правильним підбором діаметра.
Для кожного матеріалу, залежно від необхідної температури нагрівання, визначено допустиме значення поверхневої потужності. Воно може визначатися з допомогою спеціальних таблиць чи графіків. У цих розрахунках використовуються таблиці.
Для високотемпературних печей(при температурі понад 700 – 800 °С) допустима поверхнева потужність, Вт/м 2 , рівна β доп = β еф · α , де β еф – поверхнева потужність нагрівачів залежно від температури теплосприймаючого середовища [Вт/м 2 ], α - Коефіцієнт ефективності випромінювання. β еф вибирається за таблицею 3, α - за таблицею 4.
Якщо піч низькотемпературна(температура менше 200 - 300 ° С), то допустиму поверхневу потужність можна вважати рівною (4 - 6) · 104 Вт/м 2 .
Таблиця 3
| Температура теплосприймаючої поверхні, °С | β еф, Вт/см 2 при температурі нагрівача, °С | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 800 | 850 | 900 | 950 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1300 | 1350 | ||
| 100 | 6,1 | 7,3 | 8,7 | 10,3 | 12,5 | 14,15 | 16,4 | 19,0 | 21,8 | 24,9 | 28,4 | 36,3 | |
| 200 | 5,9 | 7,15 | 8,55 | 10,15 | 12,0 | 14,0 | 16,25 | 18,85 | 21,65 | 24,75 | 28,2 | 36,1 | |
| 300 | 5,65 | 6,85 | 8,3 | 9,9 | 11,7 | 13,75 | 16,0 | 18,6 | 21,35 | 24,5 | 27,9 | 35,8 | |
| 400 | 5,2 | 6,45 | 7,85 | 9,45 | 11,25 | 13,3 | 15,55 | 18,1 | 20,9 | 24,0 | 27,45 | 35,4 | |
| 500 | 4,5 | 5,7 | 7,15 | 8,8 | 10,55 | 12,6 | 14,85 | 17,4 | 20,2 | 23,3 | 26,8 | 34,6 | |
| 600 | 3,5 | 4,7 | 6,1 | 7,7 | 9,5 | 11,5 | 13,8 | 16,4 | 19,3 | 22,3 | 25,7 | 33,7 | |
| 700 | 2 | 3,2 | 4,6 | 6,25 | 8,05 | 10,0 | 12,4 | 14,9 | 17,7 | 20,8 | 24,3 | 32,2 | |
| 800 | - | 1,25 | 2,65 | 4,2 | 6,05 | 8,1 | 10,4 | 12,9 | 15,7 | 18,8 | 22,3 | 30,2 | |
| 850 | - | - | 1,4 | 3,0 | 4,8 | 6,85 | 9,1 | 11,7 | 14,5 | 17,6 | 21,0 | 29,0 | |
| 900 | - | - | - | 1,55 | 3,4 | 5,45 | 7,75 | 10,3 | 13 | 16,2 | 19,6 | 27,6 | |
| 950 | - | - | - | - | 1,8 | 3,85 | 6,15 | 8,65 | 11,5 | 14,5 | 18,1 | 26,0 | |
| 1000 | - | - | - | - | - | 2,05 | 4,3 | 6,85 | 9,7 | 12,75 | 16,25 | 24,2 | |
| 1050 | - | - | - | - | - | - | 2,3 | 4,8 | 7,65 | 10,75 | 14,25 | 22,2 | |
| 1100 | - | - | - | - | - | - | - | 2,55 | 5,35 | 8,5 | 12,0 | 19,8 | |
| 1150 | - | - | - | - | - | - | - | - | 2,85 | 5,95 | 9,4 | 17,55 | |
| 1200 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 3,15 | 6,55 | 14,55 | |
| 1300 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 7,95 | |
Таблиця 4
Дротові спіралі, напівзакриті в пазах футерування
Дротові спіралі на поличках у трубках
Дротяні зигзагоподібні (стрижневі) нагрівачі
Припустимо, температура нагрівача 1000 °С, і хочемо нагріти заготовку до температури 700 °С. Тоді за таблицею 3 підбираємо β еф = 8,05 Вт/см 2 α = 0,2, β доп = β еф · α = 8,05 · 0,2 = 1,61 Вт/см 2 = 1,61 · 10 4 Вт/м 2 .
5. Після визначення допустимої поверхневої потужності нагрівача необхідно знайти його діаметр(для дротяних нагрівачів) або ширину та товщину(для стрічкових нагрівачів), а також довжину.
Діаметр дроту можна визначити за такою формулою: d
- Діаметр дроту, [м]; P
- Потужність нагрівача, [Вт]; U
- Напруга на кінцях нагрівача, [В]; β доп
- допустима поверхнева потужність нагрівача [Вт/м 2 ]; ρ t
- питомий опір матеріалу нагрівача при заданій температурі [Ом·м].
ρ t = ρ 20 · k
, де ρ 20
- питомий електричний опір матеріалу нагрівача при 20 °С, [Ом·м] k
- Поправочний коефіцієнт для розрахунку зміни електричного опору в залежності від температури (по).
Довжину дроту можна визначити за такою формулою:
l
- Довжина дроту, [м].
Підберемо діаметр і довжину дроту з ніхрому Х20Н80. Питомий електричний опір матеріалу нагрівача складає
ρ t = ρ 20 · k
= 1,13 · 10 -6 · 1,025 = 1,15 · 10 -6 Ом · м.
Побутова мережа однофазного струму
Для 60 літрової печі, підключеної до побутової мережі однофазного струму, попередніх етапів розрахунку відомо, що потужність печі становить P
= 6000 Вт, напруга на кінцях нагрівача - U
= 220 В, допустима поверхнева потужність нагрівача β доп
= 1,6 · 10 4 Вт/м2. Тоді отримуємо
Отриманий розмір необхідно округлити до найближчого стандартного. Стандартні розміри для дроту з ніхрому і фехралі можна знайти в , Додаток 2, Таблиця 8. В даному випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 2,8 мм. Діаметр нагрівача d = 28 мм.
Довжина нагрівача l = 43 м-коду.
Також іноді потрібно визначити масу необхідної кількості дроту.
m = l · μ
, де m
- Маса відрізка дроту, [кг]; l
- Довжина дроту, [м]; μ
- питома вага (маса 1 метра дроту), [кг/м].
У нашому випадку маса нагрівача m = l · μ = 43 · 0,052 = 2,3 кг.
Даний розрахунок дає мінімальний діаметр дроту, при якому вона може бути використана як нагрівач за заданих умов.. З погляду економії матеріалу такий розрахунок є оптимальним. При цьому також може бути використаний дріт більшого діаметра, але тоді його кількість зросте.
Перевірка
Результати розрахунку можуть бути перевіреніу такий спосіб. Було отримано діаметр дроту 2,8 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k)
= 8,06/(0,179 · 1,025) = 43 м, де l
- Довжина дроту, [м]; R
- Опір нагрівача, [Ом]; ρ
- номінальне значення електричного опору 1 м дроту [Ом/м]; k
- коефіцієнт поправки для розрахунку зміни електричного опору в залежності від температури.
Це значення співпадає зі значенням, отриманим в результаті іншого розрахунку.
Тепер необхідно перевірити, чи не перевищить поверхнева потужність обраного нами нагрівника допустиму поверхневу потужність, яка була знайдена в п. 4. β = P/S = 6000/(3,14 · 4300 · 0,28) = 1,59 Вт/см 2 . Отримане значення β = 1,59 Вт/см 2 не перевищує β доп = 1,6 Вт/см2.
Підсумки
Таким чином, для нагрівача потрібно 43 метри ніхромового дроту Х20Н80 діаметром 2,8 мм, це становить 2,3 кг.
Промислова мережа трифазного струму
Також можна знайти діаметр та довжину дроту, необхідного для виготовлення нагрівачів печі, підключеної до мережі трифазного струму.
Як описано в п. 3, на кожен із трьох нагрівачів припадає по 2 кВт потужності. Знайдемо діаметр, довжину та масу одного нагрівача.
Підключення типу “ЗІРКА”(Див. рис. 2)
У цьому випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 1,4 мм. Діаметр нагрівача d = 14 мм.
Довжина одного нагрівача l
= 30 м-коду.
Маса одного нагрівача m = l · μ
= 30 · 0,013 = 0,39 кг.
Перевірка
Було отримано діаметр дроту 1,4 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k)
= 24,2/(0,714 · 1,025) = 33 м.
β = P/S = 2000 / (3,14 · 3000 · 0,14) = 1,52 Вт/см 2 вона не перевищує допустиму.
Підсумки
Для трьох нагрівачів, підключених за схемою "ЗІРКА", знадобиться
l
= 3 · 30 = 90 м дроту, що становить
m
= 3 · 0,39 = 1,2 кг.
Підключення типу “ТРИКУТНИК”(Див. рис. 3)
У цьому випадку найближчим великим стандартним розміром є Ø 0,95 мм. Діаметр нагрівача d = 0,95 мм.
Довжина одного нагрівача l
= 43 м-коду.
Маса одного нагрівача m = l · μ
= 43 · 0,006 = 0,258 кг.
Перевірка
Було отримано діаметр дроту 0,95 мм. Тоді потрібна нам довжина становитиме
l = R / (ρ · k)
= 72,2/(1,55 · 1,025) = 45 м.
Це значення практично збігається зі значенням, отриманим в результаті іншого розрахунку.
Поверхнева потужність складе β = P/S = 2000 / (3,14 · 4300 · 0,095) = 1,56 Вт/см 2 вона не перевищує допустиму.
Підсумки
Для трьох нагрівачів, підключених за схемою "ТРИКУТНИК", потрібно
l
= 3 · 43 = 129 м дроту, що становить
m
= 3 · 0,258 = 0,8 кг.
Якщо порівняти 2 розглянутих вище варіанти підключення нагрівачів до мережі трифазного струму, можна помітити, що для “ЗІРКИ” потрібен дріт більшого діаметру, ніж для “ТРИКУТНИКА” (1,4 мм проти 0,95 мм), щоб забезпечити задану потужність печі 6 кВт. При цьому необхідна довжина ніхромового дроту при підключенні за схемою "ЗІРКА" менше довжини дроту при підключенні типу "ТРИКУТНИК"(90 м проти 129 м), а потрібна маса, навпаки, більше (1,2 кг проти 0,8 кг).
Розрахунок спіралі
Під час експлуатації основне завдання – це розмістити нагрівач розрахункової довжини в обмеженому просторі печі. Ніхромовий та фехралевий дріт піддаються навивці у вигляді спіралей або згинання у формі зигзагів, стрічка згинається у формі зигзагів, що дозволяє вмістити більшу кількість матеріалу (за довжиною) у робочу камеру. Найбільш поширеним варіантом є спіраль.Співвідношення між кроком спіралі і її діаметром і діаметром дроту вибирають таким чином, щоб полегшити розміщення нагрівачів в печі, забезпечити достатню їх жорсткість, максимально можливою мірою виключити локальний перегрів витків самої спіралі і в той же час не утруднити тепловіддачу від них до виробів.
Чим більший діаметр спіралі і чим менший її крок, тим легше розмістити в печі нагрівачі, але зі збільшенням діаметра зменшується міцність спіралі, збільшується схильність її витків лягти один на одного. З іншого боку, зі збільшенням частоти намотування збільшується екрануюча дія зверненої до виробів частини її витків на інші і, отже, погіршується використання поверхні, а також можуть виникнути місцеві перегріви.
Практика встановила цілком певні, рекомендовані співвідношення між діаметром дроту ( d ), кроком ( t ) та діаметром спіралі ( D ) для дроту від 3 до 7 мм. Ці співвідношення такі: t ≥ 2d і D = (7÷10)·d для ніхрому та D = (4÷6)·d - для менш міцних залізохромоалюмінієвих сплавів, таких як фехраль тощо. Для більш тонких дротів відношення D і d , а також t зазвичай беруться більше.
Висновок
У статті було розглянуто різні аспекти, що стосуються розрахунку нагрівачів електричних печей- Матеріали, приклади розрахунку з необхідними довідковими даними, посиланнями на стандарти, ілюстраціями.У прикладах були розглянуті методики розрахунку лише дротяних нагрівачів. Крім дроту з прецизійних сплавів виготовлення нагрівачів може застосовуватися і стрічка.
Розрахунок нагрівачів не обмежується вибором їх розмірів. Також необхідно визначити матеріал, з якого повинен бути зроблений нагрівач, тип нагрівача (дротяний або стрічковий), тип розташування нагрівачів та інші особливості. Якщо нагрівач виготовляється у вигляді спіралі, необхідно визначити кількість витків і крок між ними.
Сподіваємось, що стаття виявилася Вам корисною. Ми допускаємо її вільне поширення за умови збереження посилання на наш сайт http://www.сайт
У разі виявлення неточностей, просимо повідомити нас на адресу електронної пошти [email protected]сайт або за допомогою системи "Орфус", виділивши текст з помилкою та натиснувши Ctrl+Enter.
Список літератури
- Дьяков В.І. "Типові розрахунки з електроустаткування".
- Жуков Л.Л., Племеннікова І.М., Миронова М.М., Барка Д.С., Шумков Ю.В. "Сплави для нагрівачів".
- Сокунов Б.А., Гробова Л.С. "Електротермічні установки (електричні печі опору)".
- Фельдман І.А., Гутман М.Б., Рубін Г.К., Шадріч Н.І. "Розрахунок та конструювання нагрівачів електропечей опору".
- http://www.horss.ru/h6.php?p=45
- http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html
Розрахунок ніхромової спіралі. Готові для Вас виготовити ніхромову спіраль. Довжина ніхрому на 220 вольт.
Розрахунок ніхромової спіралі. Готові для Вас виготовити ніхромову спіраль.
При навивці спіралі з ніхрому для нагрівальних елементів, операцію найчастіше виконують методом проб і помилок, а потім подають напругу на спіраль і нагрівання ніхромового дроту, нитки підбирають необхідну кількість витків.
Зазвичай така процедура займає багато часу, а ніхром втрачає свої характеристики при множинних перегинах, що призводить до швидкого прогоряння в місцях деформації. У гіршому випадку з ділового ніхрому виходить ніхромовий брухт.
З її допомогою можна точно визначити довжину намотування виток до витка. Залежно від Ø ніхромового дроту та Ø стрижня, на який намотується ніхромова спіраль. Перерахувати довжину спіралі з ніхрому на інше напруження неважко, використавши просту математичну пропорцію.
|
Ø ніхрому 0,2 мм |
Ø ніхрому 0,3 мм | ніхрому 0,4 мм | Ø ніхрому 0,5 мм | Ø ніхрому 0,6 мм | Ø ніхрому 0,7 мм | ||||||
| Ø стрижня, мм | довжина спіралі, см |
стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
стрижня, мм |
довжина спіралі, см |
| 1,5 | 49 | 1,5 | 59 | 1,5 | 77 | 2 | 64 | 2 | 76 | 2 | 84 |
| 2 | 30 | 2 | 43 | 2 | 68 | 3 | 46 | 3 | 53 | 3 | 64 |
| 3 | 21 | 3 | 30 | 3 | 40 | 4 | 36 | 4 | 40 | 4 | 49 |
| 4 | 16 | 4 | 22 | 4 | 28 | 5 | 30 | 5 | 33 | 5 | 40 |
| 5 | 13 | 5 | 18 | 5 | 24 | 6 | 26 | 6 | 30 | 6 | 34 |
| 6 | 20 | 8 | 22 | 8 | 26 | ||||||
Наприклад, потрібно визначити довжину ніхромової спіралі на напругу 380 В з дроту Ø 0,3 мм, стрижень для намотування Ø 4 мм. З таблиці видно, що довжина такої спіралі на напругу 220 буде дорівнювати 22 см. Складемо просте співвідношення:
220 В – 22 см
380 В - Х див
X = 380 · 22/220 = 38 см
Розрахунок електронагрівальних елементів з ніхромового дроту.
Довжину ніхромового дроту виготовлення спіралі визначають виходячи з необхідної потужності.
Приклад: Визначити довжину дроту з ніхрому для нагрівального елемента плитки потужністю P = 600 Вт при мережі U = 220 В.
1) I = P/U = 600/220 = 2,72 A
2) R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом
3) За цими даними (див. таблицю 1) вибираємо d = 0,45; S=0,159
тоді довжина ніхрому
l = SR / ρ = 0,159 · 81 / 1,1 = 11,6 м
де l - Довжина дроту (м)
S - переріз дроту (мм2)
R - опір дроту (Ом)
ρ - питомий опір (для ніхрому ρ=1.0÷1.2 Ом·мм2/м)
Наша Компанія ПАРТАЛ готова виготовити ніхромову спіраль за ТУ та ескізами замовника
Купити ніхромову спіраль в компанії ПАРТАЛ вигідно
Ніхром для спіралі високої якості лише російського виробництва. Сувора відповідність за якістю та маркою
partalstalina.ru
Розрахунок ніхромової спіралі | Корисне
Розрахунок ніхромової спіралі, насправді, дуже важливий процес. Дуже часто, на заводах, виробництвах, фабриках цим нехтують і роблять розрахунок «на око», після чого включають спіраль в мережу, а потім підбирають потрібну кількість витків залежно від нагріву ніхромового дроту. Можливо, дана процедура дуже проста, проте вона займає великий проміжок часу і частина ніхрому просто витрачається даремно.
Однак цю процедуру можна виконати набагато точніше, простіше та швидше. Для того, щоб раціоналізувати свою працю, для розрахунку ніхромової спіралі на напругу 220 Вольт, можна використовувати нижче наведену таблицю. З розрахунку, що питомий опір ніхрому дорівнює (Ом мм2/м)C, можна швидко розрахувати довжину намотування виток до витка залежно від діаметра стрижня, на який намотують ніхромову нитку, і безпосередньо від самої товщини ніхромового дроту. А використовуючи просту математичну пропорцію, легко можна зробити розрахунок довжини спіралі для іншої напруги.
Наприклад, потрібно визначити довжину ніхромової спіралі на напругу 127 Вольт із дроту, товщина якого 0,3 мм, а стрижня для намотування 4 мм у діаметрі. Подивившись у таблицю, видно, що довжина цієї спіралі на напругу 220 Вольт дорівнюватиме 22 см. Складаємо просте співвідношення: 220 В - 22 см 127 В - Х см тоді: X = 127 22/220 = 12,7 см
Намотавши ніхромову спіраль, обережно підключіть її, не обрізаючи, до джерела напруги та переконайтеся у своїх розрахунках, а точніше у розрахунках правильності намотування. І варто пам'ятати, що у закритих спіралей довжину намотування збільшують на третину значення, наведеного в цій таблиці.
Ніхромовий дріт, розрахунок ваги ніхрому, застосування ніхромів.
www.olakis.ru
Виготовляємо спіралі електричні з НИХРОМУ за ТУ та ескізами замовника
Ніхромова спіраль
Кожен знає, що таке ніхромова спіраль. Це нагрівальний елемент у вигляді дроту, згорнутого гвинтом для компактного розміщення.
Цей дріт виготовляється з ніхрому – прецизійного сплаву, головними компонентами якого є нікель та хром.
"Класичний" склад цього сплаву - 80% нікелю, 20% хрому.
Композицією найменувань цих металів було утворено назву, якою позначається група хромонікелевих сплавів – «ніхром».
Найвідоміші марки ніхрому – Х20Н80 та Х15Н60. Перший із них близький до «класики». Він містить 72-73% нікелю та 20-23% хрому.
Другий розроблений з метою зниження вартості та підвищення оброблюваності дроту.
На основі цих сплавів були отримані їх модифікації з більш високою живучістю та стійкістю до окиснення за високої температури.
Це марки Х20Н80-Н (-Н-ВІ) та Х15Н60 (-Н-ВІ). Вони використовуються для нагрівальних елементів, що контактують з повітрям. Максимальна температура експлуатації, що рекомендується, – від 1100 до 1220 °С
Застосування ніхромового дроту
Головна якість ніхрому – це високий опір електричному струму. Воно визначає галузі застосування металу.
Ніхромова спіраль застосовується у двох якостях - як нагрівальний елемент або як матеріал для опорів електричних схем.
Для нагрівачів використовується електрична спіраль із сплавів Х20Н80-Н та Х15Н60-Н.
Приклади застосування:
- побутові терморефлектори та тепловентилятори;
- ТЕНи для побутових нагрівальних приладів та електричного опалення;
- нагрівачі для промислових печей та термообладнання.
Сплави Х15Н60-Н-ВІ та Х20Н80-Н-ВІ, одержувані у вакуумних індукційних печах, використовують у промисловому устаткуванні підвищеної надійності.
Спіраль з ніхрому марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВІ, Н80ХЮД-ВІ відрізняється тим, що його опір мало змінюється при зміні температури.
З нього виготовляють резистори, з'єднувачі електронних схем, відповідальні деталі вакуумних приладів.
Як навити спіраль з ніхрому
Резистивна або нагрівальна спіраль може бути виготовлена в домашніх умовах. Для цього потрібний дріт з ніхрому відповідної марки та правильний розрахунок необхідної довжини.
Розрахунок спіралі з ніхрому спирається на питомий опір дроту та необхідну потужність або опір, залежно від призначення спіралі. При розрахунку потужності потрібно враховувати максимально допустимий струм, у якому спіраль нагрівається до певної температури.
Облік температури
Наприклад, дріт діаметром 0,3 мм при струмі 2,7 А нагріється до 700 °С, а струм 3,4 А нагріє його до 900 °С.
Для розрахунку температури та струму існують довідкові таблиці. Але ще необхідно враховувати умови експлуатації нагрівача.
При зануренні у воду тепловіддача підвищується, тоді максимальний струм можна підвищити до 50 % від розрахункового.
Закритий трубчастий нагрівач, навпаки, погіршує відведення тепла. І тут і допустимий струм необхідно зменшити на 10-50 %.
На інтенсивність тепловідведення, отже, і на температуру нагрівача, впливає крок навивки спіралі.
Щільно розташовані витки дають сильніший нагрів, більший крок посилює охолодження.
Слід враховувати, що це табличні розрахунки наводяться для нагрівача, розташованого горизонтально. У разі зміни кута до горизонту умови тепловідведення погіршуються.
Розрахунок опору ніхромової спіралі та її довжини
Визначившись із потужністю, приступаємо до розрахунку необхідного опору.
Якщо визначальним параметром є потужність, спочатку знаходимо необхідну силу струму за формулою I=P/U.
Маючи силу струму, визначаємо необхідний опір. І тому використовуємо закон Ома: R=U/I.
Позначення загальноприйняті:
- P - потужність, що виділяється;
- U - напруга на кінцях спіралі;
- R – опір спіралі;
- I – сила струму.
Розрахунок опору ніхромового дроту готовий.
Тепер визначимо потрібну нам довжину. Вона залежить від питомого опору та діаметра дроту.
Можна зробити розрахунок, виходячи з питомого опору ніхрому: L=(Rπd2)/4ρ.
- L - довжина, що шукається;
- R – опір дроту;
- d – діаметр дроту;
- ρ – питомий опір ніхрому;
- π – константа 3,14.
Але простіше взяти готовий лінійний опір із таблиць ГОСТ 12766.1-90. Там можна взяти і температурні поправки, якщо потрібно враховувати зміну опору при нагріванні.
У цьому випадку розрахунок виглядатиме так: L=R/ρld, де ρld – це опір одного метра дроту, що має діаметр d.
Навивка спіралі
Тепер зробимо геометричний розрахунок ніхромової спіралі. У нас обрано діаметр дроту d, визначено необхідну довжину L і є стрижень діаметром D для навивки. Скільки потрібно зробити витків? Довжина одного витка становить: π(D+d/2). Кількість витків – N=L/(π(D+d/2)). Розрахунок закінчено.
Практичне рішення
На практиці рідко хто займається самостійним навиванням дроту для резистора або нагрівача.
Простіше купити ніхромову спіраль з необхідними параметрами і при необхідності відокремити від неї потрібну кількість витків.
Для цього варто звернутися до компанії «ПАРТАЛ», яка з 1995 року є великим постачальником прецизійних сплавів, зокрема дроту ніхромового, стрічки та спіралей для нагрівачів.
Наша компанія здатна повністю зняти питання про те, де купити ніхромову спіраль, оскільки ми готові виготовити її на замовлення за ескізами та технічними умовами замовника.
partalstalina.ru
Розрахунок та ремонт нагрівальної обмотки паяльника
При ремонті або самостійному виготовленні електричного паяльника або будь-якого іншого нагрівального приладу доводиться мотати нагрівальну обмотку з ніхромового дроту. Вихідними даними для розрахунку та вибору дроту є опір обмотки паяльника або нагрівального приладу, який визначається виходячи з його потужності та напруги живлення. Розрахувати, який має бути опір обмотки паяльника або нагрівального приладу, можна за допомогою таблиці.
Знаючи напругу живлення та вимірюваючи опір будь-якого нагрівального електроприладу, наприклад паяльника, електрочайника, електричного обігрівача або електричної праски, можна дізнатися споживану цим побутовим електроприладом потужність. Наприклад, опір електрочайника потужністю 1,5 кВт дорівнює 32,2 Ом.
| 12 | 48,0 | 108 | 1344 | 4033 |
| 6,0 | 24,0 | 54 | 672 | 2016 |
| 4,0 | 16,0 | 36 | 448 | 1344 |
| 3,4 | 13,7 | 31 | 384 | 1152 |
| 2,4 | 9,6 | 22 | 269 | 806 |
| 1.9 | 7.7 | 17 | 215 | 645 |
| 1,4 | 5,7 | 13 | 161 | 484 |
| 0,96 | 3,84 | 8,6 | 107 | 332 |
| 0,72 | 2,88 | 6,5 | 80,6 | 242 |
| 0,48 | 1,92 | 4,3 | 53,8 | 161 |
| 0,36 | 1,44 | 3,2 | 40,3 | 121 |
| 0,29 | 1,15 | 2,6 | 32,3 | 96,8 |
| 0,21 | 0,83 | 1,85 | 23,0 | 69,1 |
| 0,16 | 0,64 | 1,44 | 17,9 | 53,8 |
| 0,14 | 0,57 | 1,30 | 16,1 | 48,4 |
| 0,10 | 0,38 | 0,86 | 10,8 | 32,3 |
| 0,07 | 0,29 | 0,65 | 8,06 | 24,2 |
| 0,06 | 0,23 | 0,52 | 6,45 | 19,4 |
| 0,05 | 0,19 | 0,43 | 5,38 | 16,1 |
Розглянемо з прикладу як користуватися таблицею. Припустимо, потрібно перемотати паяльник потужністю 60 Вт, розрахований на напругу живлення 220 В. По самій лівій колонці таблиці вибираєте 60 Вт. По верхньому горизонтальному рядку вибираєте 220 В. В результаті розрахунку виходить, що опір обмотки паяльника, незалежно від матеріалу обмотки, має дорівнювати 806 Ом.
Якщо Вам знадобилося зробити з паяльника потужністю 60 Вт, розрахованого на напругу 220 В, паяльник, для живлення від мережі 36 В, то опір нової обмотки має вже дорівнює 22 Ом. Ви можете самостійно розрахувати опір обмотки будь-якого електронагрівального приладу за допомогою онлайн-калькулятора.
Після визначення необхідної величини опору обмотки паяльника з наведеної нижче таблиці вибирається підходящий, виходячи з геометричних розмірів обмотки, діаметр нихромового дроту. Ніхромовий дріт є хромонікелевим сплавом, який витримує температуру нагріву до 1000˚С і маркується Х20Н80. Це означає, що у сплаві міститься 20% хрому та 80% нікелю.
Для намотування спіралі паяльника має опір 806 Ом з прикладу вище, знадобиться 5,75 метрів ніхромового дроту діаметром 0,1 мм (потрібно поділити 806 на 140), або 25,4 м дроту діаметром 0,2 мм, і так далі.
При намотуванні спіралі паяльника витки укладаються впритул один до одного. При нагріванні до червона поверхня ніхромового дроту окислюється і утворює ізолюючу поверхню. Якщо вся довжина дроту не вміщається на гільзі в один шар, то намотаний шар покривається слюдою та мотається другою.
Для електричної та теплової ізоляції обмотки нагрівального елемента найкращими матеріалами є слюда, скловолоконна тканина та азбест. Азбест має цікаву властивість, його можна розмочити водою і він робиться м'яким, дозволяє надавати йому будь-яку форму, а після висихання має достатню механічну міцність. При ізолюванні обмотки паяльника мокрим азбестом треба врахувати, що мокрий азбест добре проводить еклектичний струм і включати паяльник в електромережу можна лише після повного висихання азбесту.
felstar.mypage.ru
ЯК РОЗРАХУВАТИ СПІРАЛЬ З НИХРОМУ?
Post written by admin at 18.01.2015 23:23Categories: 3. Домашня електрика, Електромайстерня
No Comments »
Намотування спіралі з ніхрому для нагрівальних приладів часто виконують "на око", а потім, включаючи спіраль в мережу, по нагріванню ніхромового дроту підбирають необхідну кількість витків. Зазвичай така процедура займає багато часу, та й ніхром витрачається даремно.
При використанні спіралі на напругу 220 можна скористатися даними, наведеними в таблиці, з розрахунку, що питомий опір ніхрому ρ=(Ом мм2/м). За допомогою цієї формули можна швидко визначити довжину намотування виток до витка залежно від товщини ніхромового дроту та діаметра стрижня, на який намотується спіраль.
Наприклад, якщо потрібно визначити довжину спіралі на напругу 127 з нихромового проводу товщиною 0,3 мм, стрижень для намотування діам. 4мм. З таблиці видно, що довжина такої спіралі на напругу 220 буде дорівнювати 22 см.
Складемо просте співвідношення:
220 В – 22 см
Х = 127 * 22/220 = 12,7 см.
Намотавши спіраль, підключіть її, не обрізаючи, до джерела напруги та переконайтесь у правильності намотування. У закритих спіралей довжину намотування збільшують на 1/3 значення, наведеного в таблиці.
Умовні позначення у таблиці: D – діаметр стрижня, мм; L – довжина спіралі, див.
| діам. ніхрому0,2 мм | діам. ніхрому0,3 мм | діам. ніхрому0,4 мм | діам. ніхрому0,5 мм | діам. ніхрому0,6 мм | діам. ніхрому0,7 мм | діам. ніхрому0,8 мм | діам. ніхрому0,9 мм | діам. ніхрому1,0 мм | |||||||||
| D | L | D | L | D | L | D | L | D | L | D | L | D | L | D | L | D | L |
| 1,5 | 49 | 1,5 | 59 | 1,5 | 77 | 2 | 64 | 2 | 76 | 2 | 84 | 3 | 68 | 3 | 78 | 3 | 75 |
| 2 | 30 | 2 | 43 | 2 | 68 | 3 | 46 | 3 | 53 | 3 | 62 | 4 | 54 | 4 | 72 | 4 | 63 |
| 3 | 21 | 3 | 30 | 3 | 40 | 4 | 36 | 4 | 40 | 4 | 49 | 5 | 46 | 6 | 68 | 5 | 54 |
| 4 | 16 | 4 | 22 | 4 | 28 | 5 | 30 | 5 | 33 | 5 | 40 | 6 | 40 | 8 | 52 | 6 | 48 |
| 5 | 13 | 5 | 18 | 5 | 24 | 6 | 26 | 6 | 30 | 6 | 34 | 8 | 31 | 8 | 33 | ||
| 6 | 20 | 8 | 22 | 8 | 26 | 10 | 24 | 10 | 30 | ||||||||
| 10 | 22 | ||||||||||||||||
elctricvs.ru
Електричний опір – це одна з найважливіших характеристик ніхрому. Воно визначається багатьма чинниками, зокрема електричний опір ніхрому залежить від розмірів дроту чи стрічки, марки сплаву. Загальна формула для активного опору має вигляд: R = ρ · l / S R – активний електричний опір (Ом), ρ – питомий електричний опір (Ом·мм), l – довжина провідника (м), S – площа перетину (мм2)
Щоб раціоналізувати цю роботу при використанні ніхромової спіралі на напругу 220 В, пропоную скористатися даними наведеними в таблиці, з розрахунку, що питомий опір ніхрому =(Ом · мм2/м)C. З її допомогою можна швидко визначити довжину намотування виток до витка залежно від товщини ніхромового дроту та діаметра стрижня, на який намотується ніхромова спіраль. Перерахувати довжину спіралі з ніхрому на інше напруження неважко, використавши просту математичну пропорцію.
Наприклад, потрібно визначити довжину ніхромової спіралі на напругу 380 з проводу товщиною 0,3 мм, стрижень для намотування Ø 4 мм. З таблиці видно, що довжина такої спіралі на напругу 220 буде дорівнювати 22 см. Складемо просте співвідношення: 220 В – 22 см 380 В – Х см тоді: X = 380 · 22/220 = 38 см Намотавши ніхромову спіраль, підключіть її, не обрізаючи, до джерела напруги та переконайтесь у правильності намотування. У закритих спіралей довжину намотування збільшують на 1/3 значення, наведеного в таблиці. У даній таблиці наведено теоретичну масу 1 метра ніхромового дроту та стрічки. Вона змінюється залежно від обсягів продукції.
|
www.metotech.ru
| Розрахунок нагрівального елемента приклад розрахунку. Дано:U=220В,t=700°C,тип Х20Н80,d=0,5мм-----------L,P-?Рішення:По таблиці 1 знайдемо, що діаметру d=0,5мм відповідає S=0,196мм², а струм при 700°С I=5,2А. Тип сплаву Х20Н80 - ніхром, питомий опір якого ρ=1,11 мкОм·м. 42,3 Ом.Звідси обчислимо довжину дроту: L=RS/ρ=42,3·0,196/1,11=7,47м.Визначаємо потужність нагрівального елемента:P=U·I=220·5,2=1,15кВт .При накрутці спіралі дотримуються наступного співвідношення:D=(7÷10)d, деD- діаметр спіралі, мм,d - діаметр дроту, мм.Примітка:- якщо нагрівачі знаходяться всередині рідини, що нагрівається, то навантаження (струм) можна збільшити в 1 ,1-1,5 рази;-у закритому виконанні нагрівача струм слід знизити в 1,2-1,5 рази. Найменший коефіцієнт береться для більш товстого дроту, більший – для тонкого. Для першого випадку коефіцієнт вибирається з точністю до навпаки. Зазначу: йдеться про спрощений розрахунок нагрівального елемента. Можливо комусь знадобиться таблиця значень електричного опору для 1 м ніхромового дроту, а також її вага.
|
||||||||
www.elektrikii.ru
У деяких побутових нагрівальних приладах досі використовується ніхромовий дріт. Вона має високу жаростійкість, характерну для сплаву нікелю і хрому. Цей матеріал має хорошу пластичність, високий питомий електричний опір і низький температурний коефіцієнт опору. Тому коли виконується розрахунок ніхромового дроту для нагрівача, дані параметри повинні обов'язково враховуватися. Інакше результати обчислень будуть неточними і дадуть бажаного результату.
Використання калькулятора-онлайн у розрахунках
Швидкі розрахунки можуть бути здійснені за допомогою онлайн-калькулятора. З його допомогою можна обчислити і встановити потрібну довжину ніхромового дроту. Як правило, розглядаються марки, що набули найбільш широкого поширення в нагрівальних приладах - Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60.
Для виконання розрахунків потрібні обов'язкові вихідні дані. Насамперед, це величина потужності нагрівача, яку планується отримати, діаметр ніхромового дроту і значення напруги живлення мережі.
Обчислення проводяться в такий спосіб. Насамперед потрібно встановити відповідно до заданих параметрів, за формулою: I = P/U. Після цього розраховується опір весь нагрівальний елемент. Далі знадобиться питомий електричний опір для конкретної марки ніхромового дроту. Ця величина буде потрібна для того, щоб встановити найбільш оптимальну довжину нагрівального елемента за іншою формулою: l = SR/ρ. Правильний вибір довжини призведе до опору нагрівача R до потрібного значення.
Після виконання розрахунків отримані дані рекомендується проконтролювати за допомогою таблиці і переконатися, що розрахунковий струм відповідає допустимому значенню. У разі перевищення розрахунковим струмом допустимих меж слід виконати повторні обчислення, збільшивши діаметр ніхромового дроту або зменшивши потужність самого нагрівального елемента. Необхідно враховувати той фактор, що всі наведені в таблицях параметри розраховані для нагрівачів, що знаходяться в горизонтальному положенні, що функціонують у повітряному середовищі.
Якщо ж ніхромову спіраль планується використовувати поміщеною в рідину, значення допустимого струму слід помножити на коефіцієнт 1,1-1,5. При закритому розташуванні спіралі, навпаки, потрібно зменшити у 1,2-1,5 рази.
Завантаження...