Návrhy vykurovacích telies pre elektrické pece

Vykurovacie telesá väčšiny priemyselných pecí sú buď pásové alebo drôtené. 1 je znázornené zariadenie konvenčného nichromového drôtového ohrievača, konštrukcie použité na jeho upevnenie na streche, na stenách a v ohnisku pece a vyhotovenie drôtov. Zvyčajne sa na výrobu ohrievačov pre priemyselné pece používa drôt s priemerom 3 až 7 mm. Pre pece s prevádzkovou teplotou 1000 ° C a viac by sa však nemal odoberať drôt s priemerom menším ako 5 mm.

Pomery medzi stúpaním h špirály a jej priemerom D a priemerom drôtu d (obr. 1, k) sú zvolené tak, aby uľahčili umiestnenie ohrievačov v peci, aby bola zabezpečená ich dostatočná tuhosť. a zároveň neprenos tepla z nich do výrobkov je nadmerne komplikovaný.

Čím väčší je priemer špirály a čím je jej stúpanie hrubšie, tým je ľahšie umiestniť ohrievače do pece, ale so zväčšujúcim sa priemerom klesá pevnosť špirály a zvyšuje sa tendencia jej závitov ležať na sebe. .Na druhej strane, ako sa hustota vinutia zvyšuje, zvyšuje sa tieniaci účinok časti jeho závitov smerujúcej k výrobkom na zvyšku, a preto sa zhoršuje využitie jeho povrchu.

Prax stanovila celkom jednoznačné, odporúčané pomery medzi priemerom drôtu, stúpaním a priemerom špirály pre drôty s priemerom od 3 do 7 mm. Tieto pomery sú nasledovné: h> 2d a D = (6 ÷ 8) d pre nichróm a pre menej pevné zliatiny železa, chrómu a hliníka D = (4 ÷ 6) d.

Ryža. 1. Drôtené ohrievače: a — cik-cak drôtený ohrievač na kovových hákoch na bočnej stene: b — cikcakový drôtený ohrievač v ohnisku, c — rovnaký v klenbe, d — rovnaký na keramických poličkách, e — drôtená špirála na vyčnievajúcich tehlách. na bočnej stene c napojením na háky, f — drôtená špirála v klenbových kameňoch a v šachtách ohniska, g – drôtená špirála na keramických poličkách, h – drôtená špirála na keramickej rúre, a – vývod drôteného ohrievača, k – symbolické označenie rozmery ohrievača s drôtom

Pri tenších drôtoch sa pomer priemerov špirály a drôtu, ako aj stúpanie špirály zvyčajne berie väčší. Tieto pomery platia pre špirály umiestnené na policiach (aby sa špirály nenafúkli, musia sa každých 300 – 500 mm priviazať k háčikom zapusteným v murive) a v kanáloch obloženia stien a klenieb, ako aj v klenbách. kamene.

V poslednej dobe sa však čoraz častejšie používajú špirálové ohrievače na báze keramických rúrok (obr. 2).Z hľadiska rozloženia žiarenia a výkonu na stenách pece sú takéto ohrievače takmer ekvivalentné voľne vyžarujúcim špirálam a naopak sú oveľa efektívnejšie ako špirály v kanáloch alebo na policiach.

Na druhej strane sa u nich každý ohyb opiera o povrch trubice a aj keď sa pri zahriatí do určitej miery prehne (nadobudne oválnosť), neznižuje to jej charakteristiku. Keďže takýto ohrievač je teda menej zaťažený ako ostatné a jednotlivé závity v ňom nemôžu ležať na sebe, môže v prípade potreby zvýšiť pomer priemeru špirály k priemeru drôtu až 10 a pre zliatiny železa, chrómu a hliníka - až 8.

Ryža. 2. Prevedenia špirálových ohrievačov s drôtom na keramických rúrach: a — oblúkové ohrievače, b — rúry na bočných stenách, upevnenie na žiaruvzdorné závesy, c — rovnaké v drážkach keramických stĺpov, d — rúry v ohnisku.

Tento dizajn je obzvlášť výhodný pre druhý, pretože umožňuje materiálu voľne expandovať. Okrem toho, ako je znázornené na obrázku 2, boli vyvinuté konštrukcie ohrievačov s drôtom na keramických rúrach pre ich inštaláciu nielen na steny pece, ale aj na strechu a v ohnisku, pričom v posledných prípadoch môžu byť ohrievače vyrobené vo forme pohyblivých rámov, takéto rámy sa dajú ľahko vložiť do pece a vymeniť počas vypaľovania. náhradné bez zastavenia pece.

Konštrukcia špirálových ohrievačov s drôtom na keramických rúrach je teda všestranná ako z hľadiska použitia materiálov, tak aj umiestnenia ohrievačov v komore pece.Pomer vnútorného priemeru špirály k vonkajšiemu priemeru rúrky pre takéto ohrievače možno brať ako približne 1,1-1,2, pričom vzdialenosť medzi osami rúrok je 1,5-2 násobok priemeru špirály.

Pre elektrické ohrievače a pece s nútenou cirkuláciou vzduchu je použitie špirálových ohrievačov na keramických rúrach menej žiaduce, pretože sa tým znižuje súčiniteľ prestupu tepla ohrievača, použitie špirál na policiach alebo v obkladových kanáloch je úplne neprijateľné. rovnaký dôvod (okrem prípadov, keď môže byť prúd plynu nasmerovaný pozdĺž špirály v smere jej osi).

V takýchto peciach je lepšie použiť konštrukcie s voľne fúkanými špirálami, zovretými medzi izolátory v určitých intervaloch alebo priviazané k nim (obr. 3). Ak sa v takýchto konštrukciách používajú špirálové ohrievače keramických rúrok (pri vyšších teplotách), potom by sa mal pomer priemeru špirály k priemeru rúry zvýšiť na 1,5.

Ryža. 3. Návrhy (a) drôtových a (b) pásových vykurovacích telies elektrických ohrievačov.

Páskové ohrievače sa vyrábajú vo forme cikcakov rôznych veľkostí a montujú sa na kovové (žiaruvzdorná oceľ alebo nichróm) alebo keramické háčiky (obr. 4). Kovové háčiky sú zapustené do muriva stien (do škár medzi tehlami alebo do žľabov špeciálnych tehál), keramické háčiky sú výrastky špeciálnych kameňov uložených v murive.

Pri spodných častiach sa cikcaky pri skrútení nezatvárajú, medzi ne sú umiestnené rozpery, čo sú šamotové alebo hliníkové keramické priechodky uložené na žiaruvzdorných alebo nichrómových čapoch zapustených v murive.Puzdrá sú pripevnené k čapom nichrómovými čapmi. Pri keramických háčikoch sú separátory tiež celé vyrobené z keramiky (obr. 4, a).

Na obr. 4, h je znázornené prevedenie odnímateľných keramických háčikov a rozperiek. Tento dizajn je veľmi užitočný, pretože umožňuje jednoduchú výmenu háčikov v prípade poškodenia.

Kľukaté ohrievače je možné namontovať aj na bočné steny pece na keramické stojany, ale tento dizajn je ešte menej vhodný z hľadiska merného výkonu umiestneného na stene a stupňa tienenia ohrievačov ako konštrukcia drôtu na stojane ohrievače . K tomu je potrebné dodať, že keramické police zvyčajne fungujú zle v prevádzke, pretože v prípade ich rozbitia je na výmenu poškodenej police potrebné posunúť murivo (obr. 4, d).

Ryža. 4. Prevedenia pásových ohrievačov: a — pásové cik-cak ohrievače na bočnej stene kovových hákov, b — pásové cik-cak ohrievače v ohnisku. c — rovnaké v trezore, d — rovnaké na keramických poličkách, e — pohyblivý vysokoteplotný rámový prvok, f — nízkoteplotný rámový prvok, g — „ploché“ ohrievač na keramických rúrach, h — cik-cak pásový ohrievač na pohyblivých hákoch, a — symbolické označenie rozmerov pásového cik-cak ohrievača.

V klenbe alebo na dne pásových ohrievačov môžu zapadnúť do murovaných žľabov tvorených špeciálnymi tvarovanými kameňmi (nosníky — obr. 4, b a c). Takéto ohrievače môžu byť vyrobené aj ako pohyblivé rámy (obr. 4-53, e) Okrem toho s oblúkovou klenbou môžu byť cikcaky pásky zavesené na pohyblivé kovové háčiky.

V elektrických ohrievačoch a peciach s núteným obehom vzduchu by mali byť pásové ohrievače navrhnuté tak, aby povrch ohrievača bol čo najprístupnejší pre fúkanie prúdom plynu. Príklad takejto konštrukcie je znázornený na obr. 3, b.

Čím sú ohrievače cik-cak hrubšie, tým dlhšie je možné ohrievač umiestniť do rúry, ale čím väčšia je ochrana závitov, tým horší je povrch pásu. Preto boli stanovené akceptované rozmery pásových cik-cak ohrievačov, ktoré zabezpečujú ich dostatočnú pevnosť a nízku vzájomnú ochranu.

Na tento účel sa snažia vyhovieť nasledujúcim pomerom (zápisy podľa obr. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, najbežnejší pomer šírky pásu k jeho hrúbke je 10. cik-cak krok h> 1.8b je polomer pásu zaoblený, aby sa zabránilo lomu r> pri ohybe

Pre teploty ohrievača do 1000 ° C v priemyselných peciach sa používa páska s rozmermi najmenej 1 x 10 mm, pri vyšších teplotách najmenej 2 x 20 mm.

Pri teplotách do 1 000 ° C sa výška cikcaku B na stene môže meniť od 150 do 400 - 600 mm, ale na každých 200 mm je potrebný rad dištančných vložiek, to znamená pri 200 - 400 mm jeden rad rozpery a pri 400 - 600 mm - dve čiary. Na oblúku a v ohnisku, aby sa zabránilo usadzovaniu ohrievačov, musí byť výška cikcaku B obmedzená na 250 mm. Tieto odporúčania možno rozšíriť na zliatiny železa, chrómu a hliníka.

Pre teploty ohrievača od 1000 do 1100 °C môžu byť uvedené limitné rozmery vyhradené pre zliatinu Kh20N80 a Kh20N80T, pre zliatiny železo-chróm-hliník by mal byť rozmer B s vertikálnou polohou cikcaku obmedzený na 250 mm a s horizontálnou polohou 150 mm.

Pri teplotách ohrievača nad 1100 ° C je jedinou prijateľnou konštrukciou pásových ohrievačov pre strechu aj dno plochá vlna na keramických rúrach (obr. 2, g). Dĺžka cikcaku B v tomto prípade môže byť 75-100 mm. Pre bočné ohrievače je možné použiť prevedenie s keramickými háčikmi, ktoré obmedzujú výšku cikcaku na 150 mm.

V posledných rokoch sa široko používajú ohrievače cikcakového drôtu. Pre tieto ohrievače sa cik-cak krok h rovná (5 ÷ 9) d.

Pri použití zliatin železa, chrómu a hliníka v peciach s prevádzkovou teplotou nad 1000 °C musia byť vyrobené všetky časti žiaruvzdorného muriva, ktoré môžu prísť do styku s ohrievačmi (keramické háky a deliace priečky, police, rúry, kanály atď.). z vysokooxidových hliníkových materiálov s minimálnym obsahom oxidov železa.

Páskové cikcaky sa zvyčajne navíjajú ručne pomocou jednoduchého pákového zariadenia. Špirály sú navinuté na sústruhu na hladkom tŕni pevne, potom sa výsledná špirála natiahne na požadované stúpanie.

Ryža. 5. Utesnený výstup ohrievača: 1 — kryt, 2, 6 — izolačné manžety, 3 — dištančný krúžok, 4 — azbestové tesnenie, 5 — spojovacia matica, 7 — výstup ohrievača.

Pretože po odstránení špirály z tŕňa sa trochu rozvinie, čím sa zväčší jej priemer (asi o 1-3 mm), tŕň by sa mal brať s menším priemerom ako výpočty.Toto zníženie závisí od elasticity materiálu a musí sa určiť experimentálne pre každú dávku. V elektrárňach sa cikcakové ohrievače vyrábajú na špeciálnych strojoch.

Vývody ohrievačov do teploty 1000 ° C sú vyrobené zo žiaruvzdornej ocele, chrómniklu alebo chrómu, pre vyššie teploty - zo zliatiny 0X23Yu5A (EI-595). Na tento účel vezmite drôtenú tyč, tyč s prierezom rovnajúcim sa 3-4 násobku prierezu ohrievača, aby ste znížili uvoľňovanie tepla v drôtoch. Časť výstupu umiestnená v zóne nízkej teploty, aby sa ušetrili drahé materiály, môže byť vyrobená z bežnej uhlíkovej ocele. Typické konštrukcie elektród pre ohrievače drôtov a pásikov sú znázornené na obr. 5.

U vykurovacích telies cik-cak pásov je vzájomné tienenie jednotlivých kľukatých pásov stále pomerne veľké, a to aj pri stúpaní presahujúcom dvojnásobok šírky pásu, výhodnejšie by bolo navrhnúť ohrievače tak, aby pás smeroval k výrobku s na širokej strane, ale to vyžaduje veľa zvárania, pretože každá otáčka pásu má dva zvary a konštrukcia ohrievača je drahá a náchylná na deformáciu.

Preto, aj keď sa takéto ohrievače používajú v niektorých prípadoch, ale iba pre malé pece. Poskytujú značnú úsporu materiálu v porovnaní s pásovými a najmä drôtenými ohrievačmi a umožňujú získať o niečo vyšší špecifický výkon povrchu steny pri rovnakej spotrebe materiálu.

Ohrievače s liatymi ráfikmi, odliate z nichrómu a zavesené na špeciálnych hákoch, sa približujú aj plochým ohrievačom (obr. 6).Rôzne ohrievače sa samozrejme dajú vyrobiť len s veľkými prierezmi, a preto sa používajú buď vo veľkých peciach, alebo vyžadujú znížené napätie. Ich výhodou je vysoká spoľahlivosť a dlhá životnosť, meraná v desiatkach tisíc hodín. Všeobecne sa verí, že správne vypočítané a navrhnuté nichrómové ohrievače by mali fungovať od 6000 do 12000 hodín (pod prúdom).

V muflových a rúrových peciach sú drôtené a pásové ohrievače navinuté priamo na keramickú mufle alebo rúrku, navyše, aby sa závity cievky počas expanzie z ohrevu nezoslabovali a nepohybovali zo svojho miesta, keramika sa dodáva s kanálmi v ktorej je položená páska alebo drôt. Ďalším spôsobom, ako upevniť závity ohrievača na keramiku, je potiahnuť ju po navinutí vrstvou žiaruvzdornej hliny so šamotom.

Ryža. 6. Letné ohrievače.

Ryža. 7. Ohrievače tyčových rúrok.

V peciach do teplôt 400-500 °C existuje oveľa viac typov ohrievačov. Okrem špirálových a pásových cik-cak ohrievačov s otvoreným drôtom, rovnako ako v peciach s vyššou teplotou, existujú konštrukcie výmenných vykurovacích telies, ktoré sú výhodné v tom, že sa dajú použiť na výrobu akéhokoľvek výkonu a zároveň pri vyhorení napr. prvky sa dajú ľahko vymeniť. rezervný.

Rúrkové tyčové vykurovacie telesá sú súpravou porcelánových izolátorov navlečených na žiaruvzdornej alebo oceľovej tyči a uložených v oceľovej rúrke, na jednom konci zvarené a na druhom uzavreté oloveným izolátorom. Na porcelánových izolátoroch privarených na jednom konci k drôtu izolátora a na druhom k stredovej tyči je navinutá nichrómová špirála.

Niekedy je priestor medzi potrubím a ohrievačom vyplnený kremenným pieskom. Ohrievače tohto typu je možné použiť do 400 - 500 ° C a so žiaruvzdornými rúrami do 1 000 ° C a sú vhodné najmä pre veľké pece, v ktorých je potrebné chrániť ohrievač pred mechanickým poškodením alebo pôsobením korozívnych pár ( Obr. 7).

Veľkou zaujímavosťou sú takzvané „rúrkové“ vykurovacie telesá (obr. 8). Pozostávajú z oceľovej rúrky, pozdĺž ktorej osi je umiestnená nichrómová špirála, privarená k výstupným skrutkám na koncoch ohrievača. Priestor medzi špirálou a stenami trubice je vyplnený periklasom, kryštalickým oxidom horečnatým, ktorý má dobrú elektrickú izoláciu a zároveň vysokú tepelnú vodivosť. Výroba vykurovacích telies sa uskutočňuje nasledovne.

Do pripravenej vyčistenej oceľovej rúrky bola prísne axiálne namontovaná nichrómová špirála navinutá na oceľovej tyči, rúrka bola vertikálne upevnená na vibračnom stroji a naplnená práškom periklasu prešla cez magnetický separátor. Tyčinka sa potom vyberie z rúry a prechádza kovacím strojom, ktorý ju po obvode zatĺka kladivom, čím sa jej priemer zmenší a periklas sa veľmi zhutní.

Na okrajoch trubice sú pripevnené utesnené olovené izolátory, po ktorých sa dá vďaka periklasovému tesneniu akýmkoľvek spôsobom ohnúť a dať jej vhodný tvar. V tejto forme môžu byť rúrkové prvky použité na ohrev vzduchu (elektrické ohrievače), oleja, dusičnanov a dokonca aj na tavenie kovov s nízkou teplotou topenia, ako je cín, olovo, babbitt.V druhom prípade, aby sa zabránilo rýchlej korózii steny kovovej rúry, je vopred vyplnená liatinou, ktorá tvorí masívnu dosku, vo vnútri ktorej je rúrkové vykurovacie teleso.

Ryža. 8. Rúrkové ohrievače.

Použitie rúrkových ohrievačov pre vane s ľadkom je veľmi žiaduce, pretože v porovnaní s vaňami s vonkajším ohrevom znižuje zníženie spotreby energie, zvyšuje bezpečnosť vaní a obrovskú úsporu nichrómu. Pre ich uspokojivú prevádzku v dusičnanoch, najmä pri teplotách 500 °C a vyšších, je však potrebné zhotoviť dvojitý plášť rúrky, pričom na pripravený ohrievač umiestnite druhú rúrku, niklovú, teplu odolnú.

Pri použití v elektrických ohrievačoch sú rebrované, aby sa zvýšil prenos tepla do vzduchu.

Rúrkové ohrievače sú veľmi rozšírené na výrobu vykurovacích zariadení pre domácnosť.

Rúrkové ohrievače pracujú s výkonom od niekoľkých stoviek wattov do niekoľkých kilowattov.

Údaje o rúrkových ohrievačoch vyrábaných v našom odvetví sú dostupné v katalógoch.