Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Содержание

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Материалы для нагревателей

Нагреватели это наиболее важный элемент печи, и они должны соответствовать многим требованиям.

  • Жаростойкость и жаропрочность. Проволочные нагреватели должны обладать хорошей жаростойкостью (сопротивление металла или сплава при высокой температуре к газовой коррозии), а также жаропрочностью.
  • Низкий температурный коэффициент сопротивления. Этот фактор важен при выборе материала. Низкий коэффициент говорит, что даже при нагревании материала, его электрическое сопротивление очень слабо меняется. Например, если этот температурный коэффициент велик, то, чтобы включить печь в холодном состоянии, нужно использовать трансформаторы пониженного напряжения в начальный момент.
  • Высокое удельное электрическое сопротивление. Этой характеристикой, должен обладать нагреватель в электропечи. Чем выше значение сопротивления, тем больше материал может нагреться, и тем меньшей длины его нужно. Чем больше диаметр нагревательной проволоки, тем больше ее срок службы. Материалы с очень высоким электрическим сопротивлением это хромоникелевые прецизионные сплавы нихром Х20Н80 и Х15Н60, и сплав фехраль Х23Ю5Т.
  • Хорошие технологические свойства. Материалы должны иметь хорошую пластичность, свариваемость, так как из них изготавливаются: проволоки, ленты, сложной формы нагревательные элементы.
  • Постоянные физические свойства. Ни не должны меняться при больших нагревах, большие промежутки времени.

Лучше всего для производства электрических нагревателей для электропечей подходят нихром и фехраль, которые имеют высокое электрическое сопротивление. Более подробно о марках  и их свойствах можно посмотреть ГОСТ 10994-74.

Марки нихрома подходящие для изготовления нагревателей: Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60, Х15Н60-Н.

Марки фехрали подходящие для изготовления нагревателей: Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х15Ю5, Х27Ю5Т.

Также железо — хромоникелевые сплавы: Х27Н70ЮЗ, Х15Н60Ю3.

Все эти сплавы обладают теми характеристиками, о которых писалось выше. Например, высокая жаростойкость обеспечивается благодаря образовывавшейся пленке на поверхности из окиси хрома.

Сравним нихром и фехраль

Достоинства нихрома:

  • Прекрасные механические свойства при любых температурах;
  • крипоустойчивость;
  • Пластичный и хорошо обрабатывается;
  • Имеет прекрасную свариваемость;
  • не стареет;
  • немагнитен.

Достоинства фехрали:

  • имеет более низкую цену чем нихром, так как нет в его составе дорогого никеля;
  • фехраль Х23Ю5Т имеет лучшую жаростойкость чем нихром. Фехралевая проволока толщиной 6 мм может работать при 1400 °С.

Недостатки нихрома:

  • Более дорогой чем фехраль, так как основной компонент никель имеет высокую стоимость;
  • Рабочая температура ниже чем у фехрали.

Недостатки фехрали:

  • сплав более хрупкий, особенно при температурах около 1000 °С и больше;
  • Низкое сопротивление ползучести;
  • сплав является магнитный, так как имеет в составе железо. Фехраль также ржавеет во влажной среде.
  • Взаимодействует с окислами железа и шамотной футеровкой;
  • Во время работы фехралевые нагреватели удлиняются.

Также есть сплавы Х27Н70ЮЗ и Х15Н60Ю3 которые содержат 3% алюминия. Этот элемент позволяет улучшить жаростойкость сплавов. Данные сплавы не воздействуют с окисями железа, и с шамотом. Они нехрупкие, прочны и хорошо обрабатываются. Максимальная рабочая температура составляет 1200 °С.

Также нагреватели изготавливают и с тугоплавких металлов, или неметаллов (уголь, дисилицид молибдена, графит, карборунд). Дисилицид молибдена и карборунд применяют для нагревателей в высокотемпературных печах. Графитовые и угольные нагреватели используют в печах с защитной атмосферой.

Тугоплавкие металлы, которые часто используют это тантал, молибден, ниобий, вольфрам. В печах з защитной атмосферой, а также высокотемпературных вакуумных печах применяют вольфрам и молибден. Нагреватели из молибдена используют в вакууме до 1700 °С и в защитной атмосфере при температуре до 2200 °С. Данная особенность в том, что молибден начинает испарятся при температуре 1700 °С (вакуум). Нагреватели из вольфрама способны работать при тем. до 3000 °С. Весьма редко для производства нагревателей используют ниобий и тантал.

Диаметр, мм.             

Толщина, мм.

Ширина, мм.

Длина, м.                    

Вес, кг.

Рассчитать

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей

Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели

Используются ленточные нагреватели

От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели

Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.

От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.

От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.

От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Устройство паяльника

Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается спиралью из нихрома до температуры плавления припоя. Стержень паяльника делается из меди благодаря высокой ее теплопроводности. Ведь при пайке нужно быстро передать жалу паяльника от нагревательного элемента тепло. Конец стержня имеет клиновидную форму, является рабочей частью паяльника и называется жалом. Стержень вставляется в стальную трубку, обернутую слюдой или стеклотканью. На слюду намотана нихромовая проволока, которая служит нагревательным элементом.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса паяльника.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Концы нихромовой спирали соединены с медными проводниками электрического шнура с вилкой на конце. Для обеспечения надежности этого соединения концы нихромовой спирали согнуты и сложены вдвое, что снижает нагрев в месте соединения с медным проводом. В дополнение соединение обжато металлической пластинкой, лучше всего обжим делать из алюминиевой пластины, которая имеет высокую теплопроводность и будет эффективнее отводить тепло от места соединения. Для электрической изоляции на место соединения надевают трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Медный стержень и нихромовая спираль закрывается металлическим корпусом, состоящим из двух половинок или сплошной трубки, как на фотографии. Корпус паяльника на трубке фиксируется накидными колечками. На трубку, для защиты руки человека от ожога, насаживается ручка из плохо провидящего тепло материала, дерева или термостойкой пластмассы.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

При вставлении вилки паяльника в розетку электрический ток поступает на нихромовый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.

Маломощные транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, микросхемы и тонкие провода паяют паяльником мощностью 12 Вт. Паяльники 40 и 60 Вт служат для пайки мощных и крупногабаритных радиодеталей, толстых проводов и небольших деталей. Для пайки крупных деталей, например, теплообменников газовой колонки, потребуется уже паяльник мощностью сто и более Вт.

Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Как видно из схемы, в паяльнике отсутствует возможность регулировки температуры нагрева жала. И даже, если мощность паяльника выбрана правильно, то все равно не факт, что температура жала будет требуемой для пайки, так как длина жала со временем уменьшается за счет постоянной его заправки, припои тоже имеют разные температуры плавления. Поэтому для поддержания оптимальной температуры жала паяльника приходится подключать его через тиристорные регуляторы мощности с ручной регулировкой и автоматическим поддержанием заданной температуры жала паяльника.

Популярные статьи  Как выбрать качественный штроборез: рейтинг и обзор лучших моделей

Изготовление муфеля.

Муфель можно изготовить множеством разных способов. Можно взять готовую
керамическую трубу. Лучше всего муллитокремнезёмистую МКР, можно трубу от
старого реостата, от плавкого большого предохранителя. Если предпочитаете
прямоугольную камеру, то лучше лепить самому. Поскольку мой сайт заточен на те
практические конструкции, какие мне удалось сделать самому, то вот рецепт моего
муфеля.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Каолин (каолиновая глина)- 1 часть. Можно найти
возле фарфорового завода. Привозят вагонами для производства фарфора, фаянса,
электротехнической керамики. Если нет, пойдёт любая глина пожирней.
 Песок- 3 части. Лучше карьерный песок, нежели речной.
 Всё это тщательно перемешиваем, затворяем водой до состояния, когда комок ещё
не растекается, а держит форму и оставляем в полиэтиленовом мешке на пару дней.
Затем достаём и снова перемешиваем до однородного состояния. Затем уже лепим
муфель.
 Отступление.
 Сейчас в продаже есть много того, чего ещё недавно не было. Сейчас я для
подобных работ пользуюсь вот таким связующим. Мертель екатеринбургского ооо Печник и его
характеристики. Стоит иметь в виду, что это готовый мертель, т. е. в нём
уже присутствует наполнитель дабы при сушке не терял объём. Поэтому
добавлять к нему крупную фракцию, такую как песок уже в меньшем объёме.

 
Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Итак, лепка муфеля. Прямоугольный муфель лепится в прямоугольном фанерном или из крагеса
ящике. Муфель с ровным подом и арочным сводом лепится в таком же ящике. Размер ящика равен внешнему размеру муфеля плюс
3-6 % усадки. Лепится всегда изнутри ящика, поскольку муфель при сушке сжимается
и при лепке снаружи трещины неизбежны. Чтобы смесь не прилипала к стенкам ящика,
стенки изнутри прокладываются полиэтиленом. Если смесь полусухая, то можно
положить бумагу. Так можно сэкономить время сушки.
 После того, как муфель вылеплен, оставляют сохнуть на несколько дней. Когда
стенки муфеля наберут необходимую прочность, переворачивают и снимают коробку с
муфеля. Далее, если муфель недостаточно прочен для обмотки спиралью, его
несколько дней сушат на батарее или в печи. Затем медленно обжигают до 900
градусов. Если у вас напряжёнка с обжигом, в крайнем случае можно оставить сухой
необожжённый муфель. Но прочность будет уже не та.
 Если муфель достаточно прочен, то обматывают спиралью, наносят обмазку и в
сборе сушат и обжигают. В сборе это делать предпочтительней, поскольку обмазка
лучше будет держаться на полусыром муфеле. Внимательно следите, чтобы внутри
спирали не было пустот, всё было заполнено обмазкой. Иначе будет локальный
перегрев нихрома.

Что потребуется в работе

Наиболее удобной в эксплуатации является вертикальная конструкция. Для ее изготовления потребуется:

  • болгарка, круги по металлу;
  • кусачки;
  • сварочный аппарат;
  • нихромовая проволока, ø1 мм;
  • лист стали толщиной 2,5 мм;
  • базальтовая вата;
  • уголки;
  • кирпич шамотный;
  • силиконовый герметик;
  • огнестойкая смесь;
  • респиратор, пластиковые очки.

Основные элементы конструкции

  1. Корпус. Для него подойдет старая электропечка или духовка, которые можно дешево купить по газетным объявлениям. Удаляются все пластиковые составляющие, после чего корпус покрывается антикоррозийной смесью. Если не удается отыскать что-либо подходящее, то корпус можно сварить из листов стали толщиной 2,5 мм, дополнительно укрепив стыки металлическими уголками. Второй вариант предпочтительнее, т. к. позволяет сделать печь любого размера с учетом свободного места в мастерской.
  2. Нагревательный элемент является основным компонентом любой муфельной печи. Таким элементом должна стать спираль из нихромовой проволоки ø1 мм. Ее длина зависит от температуры, которую требуется достичь.
  1. Термоизоляция конструкции должна состоять из двух слоев. Для внутреннего слоя используется шамотный кирпич, выдерживающий соответствующую температуру. Для кладки подбирается огнестойкий клей. Кирпич обрезается болгаркой. Наружный слой выполняется из базальтовой ваты.

Изготовление корпуса

Из стального листа вырезается прямоугольник соответствующих размеров, сгибается в радиус, а шов заваривается посредством сварочного аппарата. Полученный цилиндр покрывается огнестойкой краской и как только она высохнет, к нему приваривается дно (круг, вырезанный из того же листа). Дно и стенки дополнительно укрепляются арматурой. Объем цилиндра должен просчитываться таким образом, чтобы в нем можно было поместить термоизоляцию.

Мини-муфель

Резистор типа ПЭВ

Для мелких работ в качестве готового муфеля с нагревателем можно взять проволочный резистор ПЭ или ПЭВ на 50, 100 или 150 Вт (см. рис.).. Мощность его указывается на корпусе после типа, напр. ПЭВ-150. Внутренний диаметр резисторов ПЭВ соответственно около 20, 30 и 38 мм. Около – потому что трубки из электрофарфора разные заводы в разные времена применяли несколько различные.

Величина сопротивления на напряжение 220 В для 50 Вт 910-1000 Ом, для 100 Вт – 430-470 Ом, для 150 Вт – 330-360 Ом. Форсировать нагрев уменьшением сопротивления не нужно, все равно свыше 900 градусов такая печка не даст, а резистор быстро сгорит.

Слабое место ПЭВ как муфеля – контактные хомуты, они сделаны из латуни, поэтому для них необходим теплоотвод. Его делают из медных полосок толщиной не менее 2 мм, как показано на след. рис.. Очень хорошо подойдет эмалированная медная шина для обмоток мощных трансформаторов; эмаль даст дополнительную изоляцию.

Муфельная мини-печь из резистора

После установки теплоотводов (они же ножки), к клеммам резистора подключают провода питания, а ножки-теплоотводы изолируют 2-мя слоями стеклоленты с перехлестом витков на 50%. Изоляцию пропитывают термостойким (не ниже 130 градусов) лаком.

Последние этапы сборки – на печку надевают обечайку из тонкой стали и набивают ее теплоизоляцией. Края обечайки нужно заранее выколотить или загнуть внутрь на прямой угол, чтобы не прорезали изоляцию ножек. Делать полную отбортовку внутрь не нужно, так в обечайке лучше будет держаться изоляция. Все, печка из резистора готова к работе сразу после сборки.

Калькулятор рассчета нагревателей из фехраля и нихрома

Для расчета нагревателя печи нужно задать значение его мощности, диаметр проволоки, напряжение сети, а также значение удельного сопротивления. Удельное сопротивление проволоки Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м. Чтобы не было перекала проволоки, значение поверхностной нагрузки не должно превышать 1,4-1,6 Вт/см.

Расчет нагревателей из фехраля или нихрома

Более подробно о подборе и расчете нагревателей в печи для обжига можно почитать на нашем форуме: Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.

Калькулятор рассчета нагревателей из фехраля и нихрома

Для расчета нагревателя печи нужно задать значение его мощности, диаметр проволоки, напряжение сети, а также значение удельного сопротивления. Удельное сопротивление проволоки Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м. Чтобы не было перекала проволоки, значение поверхностной нагрузки не должно превышать 1,4-1,6 Вт/см.

Расчет нагревателей из фехраля или нихрома

Более подробно о подборе и расчете нагревателей в печи для обжига можно почитать на нашем форуме: Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.

Материалы для изготовления муфеля и крышки печи

Для изготовления печей мы используем самые современные материалы. Для рабочего слоя футеровки (муфель и крышка печи) мы используем легковесный огнеупорный кирпич, который привозим из Германии. Данный кирпич обладает отличными термо-характеристиками, а именно имеет низкую теплопроводность, высокую термо- и жаростойкость. Классификационная температура применения данного кирпича 1430°С. При всем этом кирпич достаточно легкий за счет малой плотности и хорошо обрабатывается механически. Это позволяет фрезеровать пазы в кирпичах под установку нагревательных элементов. Фрезерование обеспечивает наивысшую точность пазов под спираль.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи
Легковесный огнеупорный кирпич

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи
Легковесный огнеупорный кирпич

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи
Легковесный огнеупорный кирпич

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи
Крышка печи

Крышка печи изготавливается из двух слоев огнеупорного кирпича. При этом, второй слой перекрывает швы первого слоя, что позволяет увеличить прочность крышки. На большинстве печей западного и Российского производства идет только один слой кирпичей.

Так же в кирпичах выполнены фаски, что предотвращает сколы кирпичей при расширении (нагреве) материала.

Во внешних слоях муфеля и крышки печи мы применяем дополнительные изоляционные огнеупорные слои, которые имеют еще меньшую теплопроводность при значительно меньшем весе.

Популярные статьи  Блоки фбс: размеры и характеристики универсального строительного материала

В качестве таких материалов могут выступать огнеупорные маты из керамического волокна, муллитокремнеземистый картон (МКРКГ) и т.д.

Таким образом, чем меньше теплопроводность материалов, тем лучше тепловые показатели печи.

Материал Максимальная температура

применения,°C

Теплопроводность, Вт/м*К Плотность материала, кг/м3
Легковесный кирпич 1430 0,28 при 600°C 770
Керамическое волокно 1260 0,27 при 1000°C 128
Картон МКРКГ-400 1150 0,11 при 600°C 400

Комплексное применение данных материалов существенно экономит энергоресурсы, а так же экономит время на разогрев и охлаждение печей. К сожалению многие современные, как западные, так и Российские производители изготавливают печи для обжига из керамики только с применением огнеупорных кирпичей, делая печи менее эффективными.

Как рассчитать нагрев нихрома?

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Электрическое сопротивление — это одна из самых важных характеристик нихрома.

Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров проволоки или ленты, марки сплава.

Общая формула для активного сопротивления имеет вид:

R = ρ · l / S

R — активное электрическое сопротивление (Ом), ρ- удельное электрическое сопротивление (Ом·мм), l- длина проводника (м), S — площадь сечения (мм2)

Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки Х20Н80

1 Ø 0,1 137,00
2 Ø 0,2 34,60
3 Ø 0,3 15,71
4 Ø 0,4 8,75
5 Ø 0,5 5,60
6 Ø 0,6 3,93
7 Ø 0,7 2,89
8 Ø 0,8 2,2
9 Ø 0,9 1,70
10 Ø 1,0 1,40
11 Ø 1,2 0,97
12 Ø 1,5 0,62
13 Ø 2,0 0,35
14 Ø 2,2 0,31
15 Ø 2,5 0,22
16 Ø 3,0 0,16
17 Ø 3,5 0,11
18 Ø 4,0 0,087
19 Ø 4,5 0,069
20 Ø 5,0 0,056
21 Ø 5,5 0,046
22 Ø 6,0 0,039
23 Ø 6,5 0,0333
24 Ø 7,0 0,029
25 Ø 7,5 0,025
26 Ø 8,0 0,022
27 Ø 8,5 0,019
28 Ø 9,0 0,017
29 Ø 10,0 0,014

Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80

1 0,1×20 2 0,55
2 0,2×60 12 0,092
3 0,3×2 0,6 1,833
4 0,3×250 75 0,015
5 0,3×400 120 0,009
6 0,5×6 3 0,367
7 0,5×8 4 0,275
8 1,0×6 6 0,183
9 1,0×10 10 0,11
10 1,5×10 15 0,073
11 1,0×15 15 0,073
12 1,5×15 22,5 0,049
13 1,0×20 20 0,055
14 1,2×20 24 0,046
15 2,0×20 40 0,028
16 2,0×25 50 0,022
17 2,0×40 80 0,014
18 2,5×20 50 0,022
19 3,0×20 60 0,018
20 3,0×30 90 0,012
21 3,0×40 120 0,009
22 3,2×40 128 0,009

Расчет нихромовой спирали

При намотке спирали из нихрома для нагревательных приборов эту операцию зачастую выполняют «на глазок», а затем, включая спираль в сеть, по нагреву нихромового провода подбирают требующееся количество витков. Обычно такая процедура занимает много времени, да и нихром расходуется попусту.

Чтобы рационализировать эту работу при использовании нихромовой спирали на напряжение 220 В, предлагаю воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома = (Ом · мм2 / м) C.

С ее помощью можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается нихромовая спираль.

Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня

1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 2 76 2 84 3 68 3 78
2 30 2 43 2 68 3 46 3 53 3 64 4 54 4 72
3 21 3 30 3 40 4 36 4 40 4 49 5 46 6 68
4 16 4 22 4 28 5 30 5 33 5 40 6 40 8 52
5 13 5 18 5 24 6 26 6 30 6 34 8 31
6 20 8 22 8 26 10 24

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

220 В — 22 см

380 В — Х см

тогда:

X = 380 · 22 / 220 = 38 см

Намотав нихромовую спираль, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице.

Расчет массы нихрома Х20Н80 (проволока и лента)

В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.

Ø 0,4 8,4 0,126 0,001
Ø 0,5 8,4 0,196 0,002
Ø 0,6 8,4 0,283 0,002
Ø 0,7 8,4 0,385 0,003
Ø 0,8 8,4 0,503 0,004
Ø 0,9 8,4 0,636 0,005
Ø 1,0 8,4 0,785 0,007
Ø 1,2 8,4 1,13 0,009
Ø 1,4 8,4 1,54 0,013
Ø 1,5 8,4 1,77 0,015
Ø 1,6 8,4 2,01 0,017
Ø 1,8 8,4 2,54 0,021
Ø 2,0 8,4 3,14 0,026
Ø 2,2 8,4 3,8 0,032
Ø 2,5 8,4 4,91 0,041
Ø 2,6 8,4 5,31 0,045
Ø 3,0 8,4 7,07 0,059
Ø 3,2 8,4 8,04 0,068
Ø 3,5 8,4 9,62 0,081
Ø 3,6 8,4 10,2 0,086
Ø 4,0 8,4 12,6 0,106
Ø 4,5 8,4 15,9 0,134
Ø 5,0 8,4 19,6 0,165
Ø 5,5 8,4 23,74 0,199
Ø 5,6 8,4 24,6 0,207
Ø 6,0 8,4 28,26 0,237
Ø 6,3 8,4 31,2 0,262
Ø 7,0 8,4 38,5 0,323
Ø 8,0 8,4 50,24 0,422
Ø 9,0 8,4 63,59 0,534
Ø 10,0 8,4 78,5 0,659
1 x 6 8,4 6 0,050
1 x 10 8,4 10 0,084
0,5 x 10 8,4 5 0,042
1 x 15 8,4 15 0,126
1,2 x 20 8,4 24 0,202
1,5 x 15 8,4 22,5 0,189
1,5 x 25 8,4 37,5 0,315
2 x 15 8,4 30 0,252
2 x 20 8,4 40 0,336
2 x 25 8,4 50 0,420
2 x 32 8,4 64 0,538
2 x 35 8,4 70 0,588
2 x 40 8,4 80 0,672
2,1 x 36 8,4 75,6 0,635
2,2 x 25 8,4 55 0,462
2,2 x 30 8,4 66 0,554
2,5 x 40 8,4 100 0,840
3 x 25 8,4 75 0,630
3 x 30 8,4 90 0,756
1,8 x 25 8,4 45 0,376
3,2 x 32 8,4 102,4 0,860

Расчет массы вольфрамовой проволоки

8 0,008 0,19 0,0010 0,97 1031,32
9 0,009 0,25 0,0012 1,23 814,87
10 0,01 0,30 0,0015 1,52 660,04
11 0,011 0,37 0,0018 1,83 545,49
12 0,012 0,44 0,0022 2,18 458,36
13 0,013 0,51 0,0026 2,56 390,56
14 0,014 0,59 0,0030 2,97 336,76
15 0,015 0,68 0,0034 3,41 293,35
16 0,016 0,78 0,0039 3,88 257,83
17 0,017 0,88 0,0044 4,38 228,39
18 0,018 0,98 0,0049 4,91 203,72
19 0,019 1,09 0,0055 5,47 182,84
20 0,02 1,21 0,0061 6,06 165,01
30 0,03 2,73 0,0136 13,64 73,34
40 0,04 4,85 0,0242 24,24 41,25
50 0,05 7,58 0,0379 37,88 26,40
60 0,06 10,91 0,0545 54,54 18,33

Как рассчитать наименьшее сечение нагревательного элемента электропечи

Расчет электрических печей должен обязательно проводиться с учетом особенностей самого нагревательного элемента. Ведь если через него пройдет сила тока, больше чем он может вынести – выход из строя неизбежен. Планируя конструкцию муфельной или шахтной электропечи, обязательно учитывайте будущий диаметр нагревателя.

Рассчитывать его можно, зная силу тока и предполагаемую рабочую температуру. Рекомендуемые нормы указаны на фото ниже.

Таблица определения параметров нагревателя электропечи. Узнаем нужный диаметр и сечение

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Если в таблице отсутствует точное значение, которое совпадает с Вашим расчетом, это не критично. Когда наша сила тока будет равна 6.8 А, стоит брать за основу показатель 7.7, то есть, ближайший больший. Минимальный диаметр и сечение обеспечат бесперебойный и безопасный процесс обжига.

Можно даже заложить в расчет нагревательной печи более мощный элемент для накала. Уменьшать параметры категорически нельзя, поскольку тогда он очень быстро перегорит

Виды и типы

Такие печи подразделены на несколько групп.

Характеристика Описание
Вид топлива Работают на газе, электричестве или твердом топливе
Рабочая температура приборов Выпускаются:
  • с высоким уровнем нагрева деталей – рабочая температура 20000;
  • со средним уровнем обогрева – детали нагреваются до 14000;
  • слабомощная печь разогревается до 9000;
  • агрегаты для использования в домашних условиях или обжига мелких деталей. В них изделия разогреваются до 5000.
Мощность прибора В этой категории на выбор влияет размер будущих изделий. Средняя мощность печей для обжига – 5-10кВт. Для расчета используйте формулу – на 1 литр объема потребуется обеспечить мощность 0,7-1 кВт.
Тип конфигурации Такие устройства изготавливаются:
  • колпаковой формы – применяются на промышленных производствах для серийного выпуска изделий и закаливании объемных керамических деталей;
  • трубчатой – обеспечивают равномерный прогрев всего отсека закаливания керамики;
  • камерной – подойдет для промышленности, но для кустарного гончарного производства лучше использовать муфельную конструкцию.
Популярные статьи  Лдсп: размер листа, толщина и стоимость материала от ведущих производителей

Промышленные печи должны изготавливаться только из качественных огнеупорных и жаростойких материалов, с пониженным значением теплопроводности и способных выдержать нахождение в агрессивной среде долгий период.

Газовая печь для обжига керамики с шамотным кирпичом – такая конструкция не пользуется популярностью. Шамот заменен на современные материалы.

Все качества важно учитывать при выборе промышленной печи и разрабатывая конструкцию самодельной

Алгоритм расчёта для однофазных установок

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

Рс = Р/ (mn)

P — мощность установки, Вт;

m — количество фаз, для однофазной m = 1;

n — число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

Ic = P с/(Un)

U — напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θр = θд/(Км Кс)

θд — допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1 — Параметры материалов для электрических нагревателей.

Материал Удельное сопротивление при 20 °C, x10-6Ом·м Температурный коэффициент сопротивления, x10— 6 °C -1 Допустимая рабочая температура, °C Температура плавления, °C
Нихром двойной (Х20Н80-Н) 1,1 16,5 1200 1400
Нихром тройной (Х15Н60-Н) 1,1 16,3 1100 1390

Км — коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 — Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Конструктивное исполнение нагревателя Км
Провод при горизонтальном размещении 1,0
Спираль из провода без тепловой изоляции 0,8 — 0,9
Спираль из провода на огнеупорном каркасе 0,7
Провод на огнеупорном каркасе 0,6 — 0,7
Нагревательные сопротивления между двумя слоями тепловой изоляции 0,5
Нагревательные сопротивления с хорошей тепловой изоляцией 0,3 — 0,4

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс — коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 — Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Условия окружающей среды Кс
Спираль из провода в потоке воздуха со скоростью движения, м /с  
3 1,8
5 2,1
10 3,1
Нагревательный элемент в неподвижной воде 2,5
Нагревательный элемент в потоке воды 3,0−3,5

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм 2 выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 — Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф2S*10-6)/(ρ 20 Рс x103)

ρ 20 — удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α — температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Диаметр спирали:

D = (6…10) d, мм.

Определяем шаг спирали:

h = (2…4) d, мм

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

W = (lx103)/ (√h2+(πD)2)

Длина спирали:

L = h W x10-3

Нагреватели для машин для обработки пластмасс

Термопластавтоматы, экструдеры и выдувные машины поглощают тепло за счет теплопроводности

. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые или плоские нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из слюды или керамики (рис. 4). Конструкция кольцевого нагревателя из литого алюминия состоит из двух половин корпуса, часто включающих водяные или масляные трубы для жидкостного охлаждения или ребра для охлаждения обдувом. Для этого типа важна точная обработка до размеров ствола.

Рисунок 4. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из миканита или керамики.

Оба типа плотно прижимаются к цилиндрической поверхности, которая принимает тепло (обычно цилиндр) и проводит его через толстую стенку, чтобы расплавить полимер.

Для обеспечения максимального теплового потока сопрягаемые поверхности должны быть чистыми и герметичными

, без воздушных зазоров. Повторная затяжка в горячем состоянии улучшает тепловой контакт. Неплотная посадка обязательно приведет к перегоранию ТЭНа и недогреву зоны. Рабочая температура проволоки даже при нормальных условиях может быть на 500 o C выше, чем у полимера. У вас есть несколько граммов провода, и вы хотите выгрузить мощность около 5 кВт примерно в 50 кг стального цилиндра ствола, поэтому, чтобы избежать быстрого выгорания провода, вам лучше убедиться, что тепло может попасть туда, куда нужно.

Некоторые кольцевые нагревательные элементы и плоские нагреватели сконструированы как набор из керамических сегментов

. Спирали нагревателя пропущены через отверстия в сегментах, и излучение играет роль в передаче тепла. Разливы масла и полимеров в данных нагревателях могут представлять опасность для спиралей под напряжением.

Как рассчитать длину проволоки нагревателя для создания спирали

Методика расчета печи также подразумевает определение оптимальной длины проволоки для основы нагревательного элемента

Это очень важно, ведь именно от нее зависит создание необходимого резистивного нагрева

Для того чтобы провести точный расчет закалочной печи нам потребуются такие данные как:

  • Напряжение сети.
  • Сила тока.
  • Площадь сечения нагревателя.
  • Удельное сопротивление проводника.

Последний показатель можно найти на фото представленном ниже.

Величина удельного сопротивления, в зависимости от диаметра и материала нагревателя

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Далее расчет термических печей идет по формуле:

L= (U / I) x S/ p

В нашем случае, если использовать для нагревателя нихромовый сплав Х20Н80-Н, длина проволоки будет составлять: (220/6.8) х 0.785/1.11. То есть, приблизительно 23 метра.

Заключение

Таким образом вы можете посчитать длину проволоки для нихромовой спирали и определить нужный диаметр по мощности, сечению и температуре

Важно при этом учитывать:

  • условия окружающей среды;
  • расположение нагревательных элементов;
  • температуру спиралей;
  • температуру, до которой должна нагреться поверхность и другие факторы.

Даже приведенный расчет, несмотря на его сложность, нельзя назвать достаточно точным. Потому что расчет нагревательных элементов — это сплошная термодинамика и можно привести еще ряд факторов, которые влияют на его результаты, например, теплоизоляцию печи и прочее.

На практике после оценочных подсчетов спирали добавляют или убирают в зависимости от полученного результата или используют температурные датчики и устройства для её регулировки.

Нихромовая спираль — это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения. Проволока изготавливается из нихрома — прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром. «Классический» состав этого сплава — 80% никеля, 20% хрома. Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов — «нихром».

Самые известные марки нихрома — Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72-73 % никеля и 20-23 % хрома. Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки. Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17-29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре. Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: