Последовательность электрического расчета печи

1. На основании исходных данных для расчета (табл. 1) намечают расположе­ние нагревателя в печи исходя

- из конструкции печи,

-конструкции нагревателя,

-положения изделия,

 -требований к равномерности нагрева.

В простых случаях, когда отсутствуют специальные требования, целесооб­разно расположить нагреватели на боковых стенках печи.

2. Определяют удельную поверхностную тепловую мощность Р_уд на внутрен­ней поверхности печи F_ФУТ, где расположен нагреватель:

По номограмме (рис. 8), зная конечную температуру изделия t_И и Р_уд, опре­деляют необходимое значение температуры нагревателя t_H и ориентиро­вочное значение W_УД. Если   t_H получается более 1200 °С, что слишком много для металлическихнагревателей,необходимоувеличить F_фут за счет размеще­ния нагревателя на незанятых поверхностяхфутеровки.

3. Выбирают материал нагревателя(табл 2)из условия

4. Определяют W_ИД, для заданного материала изделия (рис. 9) по известным t_Н и t_И.

5. Определяют удельную поверхностную мощность реального нагревателя W =  aW_ИД, где коэффициент a определяют для заданной конструкции нагре­вателя и материала нагреваемого изделия (табл. 3).

6. Задаются электрической схемой нагревателя. Для выравнивания нагрузки по фазам обычно принимают симметричную трехфазную схему включения на­гревательных элементов (НЭ). Для маломощных печей целесообразно соеди­нить нагревательные элементы по схеме "звезда", т. к. при этом напряжение на НЭ меньше, а ток больше, что позволяет увеличить сечение НЭ и соответствен­но срок службы. Для более мощных печей применяют схемы "треугольник", ес­ли сечение НЭ получается достаточно большим. Для мощных печей нагревате­ли имеют две и более параллельные ветви (двойная "звезда").

Мощность одного НЭ Р_нэ ⁼ P_П/(m_Фn), где m_ф - число фаз, n - число парал­лельных ветвей.

7. Определяют размеры нагревательного элемента. Для одного НЭ из системы уравнений (1) можно получить

                  (8)

где S_Н.Э, П_H.Э - соответственно площадь и периметр поперечного сечения нагре­вательного элемента.

Для проволочного нагревателя круглого сечения, диаметром d, подставляя S_H.Э = π·d² /4, П_Н.Э= π·d в (8), получим

 

                          (9)

Для ленточного нагревателя прямоугольного сечения (a×b) S_H.Э= ab = m а²; П_Н.Э =2(а+b)=2(m+1) а, где m =b/ а = (5-15) - оптимальные со­отношения ширины b и толщины а ленты. Ориентировочно можно принять m = 10. После подстановки в (8) получим

                (10)

 

 

Варианты заданий

Таблица1

 

 

 

 

 

Цифра шифра	Наименование	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Первая	Мощность печи РП, кВт	25	30	40	50	60	70	80	90	100	120
	Высота печи HП (длина рабочей камеры печи LП), мм	800	900	1000	1200	1300	1500	1800	2000	2500	3000
	Диаметр печи DП (ширина и высота рабочей камеры печи BП), мм	600	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500
Вторая	Конструкция печи	камерная	шахтная	камерная	шахтная	камерная	шахтная	камерная	шахтная	камерная	шахтная
	Конечная температура изделии tИ,°С	400	600	800	900	1000	400	600	800	900	1000
	Материал изделия	алюминий	алюминий	медь	сталь	сталь	алюминий	латунь	медь	сталь	сталь
	Конструкция нагревателя (см.прим)	1	2	2	3	4	3	4	5	6	5

Примечание: 1- Проволочная спираль на керамической трубке

                  2 - проволочный зигзаг на стенке

                  3 - проволочная спираль на керамической полочке

                  4 - проволочный зигзаг на керамической полочке

                  5 - ленточный зигзаг на стенке

                  6 - ленточный зигзаг на полочке

Таблица 2

Основные характеристики материалов для нагревательных элементов

Наименование, марка, химический состав	Плот­ность при 0°С γ, кг/м3	Удельное электрическое сопротивление ρ·10-6,Ом·м, при t, °С	Температу­ра плавления tПЛ, °C	Максималь­ная рабочая темпера­тура tМ.Р. , °С	Глубина окисления за 100 ч, мм
Фехраль Х13Ю4 (ЭИ-60)	7400	1,26 + 6·10-5t	1450	800	0,023 (t = 700 °С) 0,023 (t = 800 °С)
Х25Н20 (ЭП-74)	7880	0,92+ 38·10-5t	1400-1430	1000	0,002 (t = 900 °С) 0,0033 (t = 950 °С) 0,0039(t = 1000°C)
Тройной нихром Х15Н60	8200	1,1 + 14·10-5t	1370-1410	1000	0,002 (t = 900 °С) 0,003 (t = 950 °С) 0,005 (t= 1000 °С)
Двойной нихром Х20Н80	8400	l,l + 8,5·10-5t	1390-1420	1100	0,0016 (t = 800 °С) 0,0075 (t = 1000 °С) 0,02 (t= 1100 °С)
ХН70Ю  (ЭИ-625)	7900	1,4.+5·10-5t	1390-1420	1200	0,0033 (t = 900 °С) 0,0017 (t=1000°C) |0,0018 (t=1050°C) 0,0045 (t= 1200°C)
ОХ23Ю5А (ЭИ-595)	7270	l,4 + 5·10-5t	1500-1510	1200	0,001 (t= 1050 °C) 0,002 (t= 1100°C) 0,013 (t= 1200°C)
ОХ27Ю5А (ЭИ-626)	7190	1,4 + 5·104t	1500-1510	1300	0,001 (t = 900°C) 0,002 (t=1000°C) 0,003 (t= 1050 °C) 0,014 (t= 1030°C)

 

Рис 8. Значение удельной поверхностной мощности идеального нагревателя W_ИД и мощности, размещаемой на 1м² футеровки, Р_УД и зависимости от темпе­ратур изделия t_И и нагревателя t_Н.

Рис.9 График удельных поверхностных мощностей для идеального нагревателя при нагреве изделий из различных материалов.

 

Таблица 3

 

Рекомендуемые коэффициенты α при нагреве различных материалов

Тип нагревателя	Сталь ε=0,8	Медь  ε= 0,7	Латунь ε= 0,6	Сталь в защит­ной атмосфере ε = 0,45	Алю­миний ε= 0,3
Ленточный зигзагообразный нагреватель (е/b = 0,8)	0,46	0,47	0,48	0,51	0,54
Проволочные спирали, открытые и на трубках  (s/d = 2,0; S/D0 = 2,0)	0,46	0,47	0,48	0,49	0,51
Ленточный зигзаг в пазу (е/b= 0,8; h/c = 0,3; S/c = 1,25)	0,44	0,45	0,46	0,50	0,54
Проволочная спираль в пазу (s/d= 2,0; S/D0= 2,0; h/c - 1,5; S/c =1,5)	0,31	0,32	0,33	0,34	0,36
Ленточный зигзаг на керамической полочке (е/b = 0,8; S' = 10,5 см)	0,41	0,43	0,44	0,47	0,50
Проволочная спираль на керамиче­ской полочке (s/d = 2,0; S' = 10,5 см)	0,39	0,40	0,41	0,44	0,47
Проволочный зигзаг (e'/d = 3,0)	0,68	0,69	0,71	0,73	0,75

 

 

После расчета d или а, задавшись значением m, выбирают ближайшее стан­дартное значение d или (а × b) из табл. 4, после чего определяют длину L_HЭ и массу G_НЭ нагревательного элемента.

                      (11)

                    (12)

где γ - плотность материала нагревателя, кг/м³

 

 

Таблица 4

Геометрические характеристики и масса 1м проволоки и ленты

Диаметр проволоки (размер ленты) d·103м	Площадь поперечного сечения 106, F·106 , м2	Поверхность 1 метра S·104, м2	Масса 1 м, г
			Х12Н60 Х20Н80	Х25Н80 ХН70Ю	ОХ23Ю5А ЩХ27Ю5А
Проволока
2,0	3,14	62,8	26,7	24,8	22,8
2,2	3,80	69,0	31,2	29.3	27,6
2,5	4,90	78,5	41,2	38,8	35,6
2,8	6,10	87,7	51,8	48,7	45,7
3,2	8,00	100,5	67,7	63,6	59,7
3,6	10,00	113,0	85,5	80,3	73,8
4,0	12,5	125,6	105,5	99,1	91,1
4,5	15,8	141,3	133,5	125,6	115,2
5,0	19,6	157,0	164,8	145,0	141,3
5,6	24,6	175,9	206,7	181,9	177,2
6,3	31,1	197,9	261,6	246,0	225,7
7,0	38,4	219,8	322,9	303,6	278,7
8,0	50,2	251,2	422,0	396,6	364,6
9,0	63,3	282,6	532,0	500,3	459,2
10,0	78,5	314,0	659,4	620,1	569,1
11,0	94,9	345,4	797,9	750,4	698,6
12,0	113,0	376,8	949,5	893,0	819,6
13,0	132,7	408.4	1114,4	1048,0	961,8
14,0	153,9	439,8	1292,3	1215,4	1063,2
15,0	176,7	471,2	1487,4	1395,2	1220,5
Лента
2,0×10	20,0	240	168	158	145
1,5×15	22,5	330	189	178	163
2,0×15	30,0	340	252	237	217
2,2×20	44,0	444	370	347	319
2,5×20	50,0	450	420	395	363
3,0×20	60,0	460	504	474	435
2,2×25	55,0	540	462	434	399
2,5×25	62,5	550	525	494	453
3,0×25	75,0	560	630	593	545
2,2×30	66,0	644	554	521	478
2,5×30	75,0	650	630	593	543
3,0×30	90,0	660	756	711	653
2,2×36	79,0	764	664	624	573
2,5×36	90,0	770	756	711	653
3,0×36	108,0	780	907	853	783
2,2×40	88,0	844	740	695	638

Для определения общей длины L_н и массы G_H нагревателя печи для трёх фаз ум­ножают L_НЭ и G_НЭ на число НЭ.

8. Выполняют эскиз размещения нагревателя в печи, руководствуясь рекомен­дуемыми соотношениями взаимного расположения проводников нагревателя приведёнными на рис. 3-5 и в табл. 5.

Таблица 5

Нагреваемый материал	εИ	Fakt
Сталь	0,8
Медь	0,7
Латунь	0,6
Сталь в защитной атмосфере	0,45
Алюминий, цветные металлы в защитной атмосфере	0,3

Для проволочного спирального нагревателяобщая длина спирали в свёрнутом виде

           (13)

Для зигзагообразного нагревателя общая длина зигзага в свёрнутом виде

               (14)

Эскиз выполняют в виде развёртки внутренней поверхностипечи, на которой размещены нагревательные элементы. Нагревательные элементы показывают в ви­де полей, ограниченных контуром, не изображая отдельных витков спирали или волн зигзага.

На эскизе должны быть показаны размеры, определяющие взаимное располо­жение рядов нагревателя на внутренней поверхности печи. Примеры выполнения эскиза приведены на рис. 10.

Число рядов нагревателя выбирают, учитывая число фаз, число нагревательных элементов, условие равномерности нагрева и эффективного использования по­верхности стенки печи. Длина ряда нагревателя должна быть на 100-200 мм мень­ше длины стенки печи, на которой он расположен.

Если выяснится, что нагреватель не может быть размещён в печи, то для умень­шения его размеров необходимо увеличить рабочую температуру нагревателя, при необходимости выбрав более жаростойкий материал, либо уменьшить напряжение на НЭ, например от 220 до 127 В, однако последнее заметно повышает стоимость печи за счет понижающего автотрансформатора. После этого расчет повторяют.

 

Рис.10 Примеры выполнения эскиза размещения нагревателей: а) камерная печь, зигзагообразный нагреватель на стенке; б) камерная печь, спи­ральный нагреватель на трубках; в) шахтная печь, спиральный нагреватель на полочках

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: