Добавление ответа

2 толщины проволоки - это рекомендация. Если будет поменьше, нестрашно.

d17-17.25  Сначала проштробить, чтобы было равномерно по всей печи , измерить длину штробы. Спираль растянуть на эту длину и уложить.

Здравствуйте.
Пытаюсь проектировать первую свою печь.
Объем - грубо 30 литров.
Калькулятор показывает примерно 50 метров для Х23Ю5Т.
Если взять диаметр навивки 2*7=14 плюс 4мм. самой проволоки плюс еще один-два мм. на то, что спираль вернется обратно немного, благодаря напряжению внутреннему. Таким образом примерно 20мм. внешний диаметр получится, верно понимаю?
И главный вопрос: Нигде не нашел формулу, по которой можно посчитать какой длины, примерно получится спираль из 50 метров проволоки. Да, прочитал, что шаг спирали - минимум 2 толщины проволоки, да длину окружности сосчитать легко. Но что-то здорово сомневаюсь в результатах таких расчетов. Пальцем в небо. А мне необходимо предварительно прикинуть сколько "штробить" каналов под спираль. Очень прошу поделиться опытом. Какая, примерно пропорция длины проволоки к длине спирали должна получиться.
Спасибо.

Как рассчитать нагреватель на температуру 60 - 80 градусов. Нужен собственноручно сделанный ТЕН. Таблица 1 начинается с 200. Нужна формула связывающая сечение провода, температуру и ток!!! Куда посмотреть???

Расчет электрического сопротивления нихромовой проволоки, ленты, нити - марка Х20Н80 http://partalstalina.ru/page/9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В статье были рассмотрены различные аспекты, касающиеся расчета нагревателей электрических печей - материалы, примеры расчета с необходимыми справочными данными, ссылками на стандарты, иллюстрациями.

В примерах были рассмотрены методики расчета только проволочных нагревателей. Помимо проволоки из прецизионных сплавов для изготовления нагревателей может применяться и лента.

Расчет нагревателей не ограничивается выбором их размеров. Также необходимо определить материал, из которого должен быть сделан нагреватель, тип нагревателя (проволочный или ленточный), тип расположения нагревателей и другие особенности. Если нагреватель изготавливается в виде спирали, то необходимо определить количество витков и шаг между ними.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Блажкин А.Т., Бессекерский В.А., Фролов Б.В. и др. Под ред. А.Т. Блажкина. “Общая электротехника”.
2. Дьяков В.И. “Типовые расчеты по электрооборудованию”.
3. Жуков Л.Л., Племянникова И.М., Миронова М.Н., Баркая Д.С., Шумков Ю.В. “Сплавы для нагревателей”.
4. Свенчанский А.Д. “Электрические промышленные печи. Часть первая. Электрические печи сопротивления”
5. Сокунов Б.А., Гробова Л.С. “Электротермические установки (электрические печи сопротивления)”.
6. Фельдман И.А., Гутман М.Б., Рубин Г.К., Шадрич Н.И. “Расчет и конструирование нагревателей электропечей сопротивления”.

Оригинал статьи в формате pdf:
http://forum.goncharnoe-delo.ru/img/ras … nagrev.pdf

Если сравнить 2 рассмотренных выше варианта подключения нагревателей к сети трехфазного тока, то можно заметить, что для “ЗВЕЗДЫ” требуется проволока большего диаметра, чем для “ТРЕУГОЛЬНИКА” (1,4 мм против 0,95 мм), чтобы обеспечить заданную мощность печи 6 кВт. При этом требуемая длина нихромовой проволоки при подключении по схеме “ЗВЕЗДА” меньше длины проволоки при подключении типа “ТРЕУГОЛЬНИК” (90 м против 129 м), а требуемая масса, наоборот, больше (1,2 кг против 0,8 кг).

Для эксплуатации рассчитанной нихромовой проволоки из нее необходимо сделать спираль. Диаметр спирали нагревателя принимают равным:

D = (4÷6) • d - для хромоалюминиевых сплавов,

D = (7÷10) • d - для хромоникелевых сплавов,

D - диаметр спирали [мм],
d - диаметр проволоки [мм].

Для устранения местных перегревов спираль необходимо растянуть, чтобы расстояние между витками было в 1,5-2 раза больше диаметра проволоки.

Подключение типа “ТРЕУГОЛЬНИК”
(см. рис. 3)

В данном случае, ближайшим большим стандартным размером является Ø 0,95 мм. Диаметр нагревателя d = 0,95 мм.

Длина одного нагревателя l = 43 м.
Масса одного нагревателя

m = l • μ = 43 • 0,006 = 0,258 кг.

Проверка
Был получен диаметр проволоки 0,95 мм. Тогда нужная нам длина составит

l = R / (ρ • k) = 72,2 / (1,55 • 1,025) ≈ 45 м.

Значение длины, полученное в результате проверки, практически совпадает со значением длины, полученным в результате расчета нагревателей.

Поверхностная мощность составит

β = P / S = 2000 / (3,14 • 4300 • 0,095) = 1,56 Вт/см2,

она не превышает допустимую.

Итоги
Для трех нагревателей, подключенных
по схеме “ТРЕУГОЛЬНИК”, потребуется

l = 3 • 43 = 129 м проволоки,

что составляет

m = 3 • 0,258 ≈ 0,8 кг.

[Промышленная сеть трехфазного тока]
   
Также можно найти диаметр и длину проволоки, необходимой для изготовления нагревателей печи, подключенной к сети трехфазного тока.                    
   
Как описано в 2.2 п. 3, на каждый из трех нагревателей приходится по 2 КВт мощности. Найдем диаметр, длину и массу одного нагревателя.

Подключение типа “ЗВЕЗДА”
(см. рис. 2)

В данном случае, ближайшим большим стандартным размером является Ø 1,4 мм. Диаметр нагревателя d = 1,4 мм.

Длина одного нагревателя l = 30 м. Масса одного нагревателя

m = l • μ = 30 • 0,013 = 0,39 кг.

Проверка
Был получен диаметр проволоки 1,4 мм. Тогда нужная нам длина составит

l = R / (ρ • k) = 24,2 / (0,714 • 1,025) ≈ 33 м.

Значение длины, полученное в результате проверки, практически совпадает со значением длины, полученным в результате расчета нагревателей.

Поверхностная мощность составит

β = P / S = 2000 / (3,14 • 3000 • 0,14) = 1,52 Вт/см2,

она не превышает допустимую.

Итоги
Для трех нагревателей, подключенных по схеме “ЗВЕЗДА”, потребуется

l = 3 30 = 90 м проволоки,

что составляет

m = 3 • 0,39 ≈ 1,2 кг.

[Бытовая сеть однофазного тока]

Для 60 литровой печи, подключенной к бытовой сети однофазного тока,
из предыдущих этапов расчета известно, что мощность печи составляет P = 6000 Вт (см. 2.2 п. 23), напряжение на концах нагревателя U = 220 В (2см. 2.2 п. 3), допустимая поверхностная мощность нагревателя βдоп = 1,6 • 10⁴ Вт/м2 (см. 2.2 п. 4).
Тогда получаем:

Полученный размер необходимо округлить до ближайшего большего стандартного. Стандартные размеры для проволоки из нихрома и фехрали можно найти в ГОСТ 12766.1-90, Приложение 2, Таблица 8.

В данном случае ближайшим большим стандартным размером является Ø 2,8мм. Диаметр нагревателя d = 2,8мм.

Теперь расчитаем длину нагревателя.

Длина нагревателя l = 43 м.
Также иногда требуется определить массу необходимого количества проволоки.

m = l • μ,

m - масса отрезка проволоки, [кг];
l - длина проволоки, [м];
μ - удельная масса (масса 1 метра проволоки), [кг/м].

В нашем случае масса нагревателя
m = l • μ = 43 • 0,052 ≈ 2,3 кг.

Данный расчет дает минимальный диаметр проволоки, при котором она может быть использована в качестве нагревателя при заданных условиях. С точки зрения экономии материала такой расчет является оптимальным. При этом также может быть использована проволока большего диаметра, но тогда ее количество возрастет.

Проверка

Результаты расчета могут быть проверены следующим способом. Был получен диаметр проволоки 2,8 мм. Тогда нужная нам длина составит

l = R / (ρ • k) =8,06 / (0,179 • 1,025) ≈ 43 м,

l - длина проволоки, [м];
R - сопротивление нагревателя, [Ом];
ρ - номинальное значение электрического сопротивления 1 м проволоки, [Ом/м];
k - поправочный коэффициент для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры. Данное значение совпадает со значением, полученным в результате другого расчета.

Теперь необходимо проверить, не превысит ли поверхностная мощность выбранного нами нагревателя допустимую поверхностную мощность, которая была найдена в 2.2 п. 4.

β = P / S = 6000 / (3,14 • 4300 • 0,28) ≈ 1,59 Вт/см2.

Полученное значение β ≈ 1,59 Вт/см2
не превышает βдоп = 1,6 Вт/см2.

Итоги       

Таким образом, для нагревателя потребуется 43 метра нихромовой проволоки Х20Н80 Ø 2,8 мм, это составляет 2,3 кг.

ТАБЛИЦА 4

Значение коэффициента эффективности излучения

Предположим, что температура нагревателя 1000 °С, и нам требуется нагреть заготовку до температуры 700 °С. Тогда по таблице 3 подбираем βэф = 8,05 Вт/см2, по таблице 4 - α = 0,2. Далее рассчитаем допустимую поверхностную мощность нагревателя

βдоп = βэф • α = 8,05 • 0,2 = 1,61 Вт/см2=
= 1,61 • 10⁴ Вт/м2.

5. После определения допустимой поверхностной мощности нагревателя необходимо найти его диаметр (для проволочных
нагревателей) или ширину и толщину (для ленточных нагревателей), а также длину.

Диаметр проволоки можно определить по следующей формуле:

d - диаметр проволоки,2[м];
P - мощность нагревателя, [Вт];
U - напряжение на концах нагревателя, [В];
βдоп - допустимая поверхностная мощность нагревателя, [Вт/м2];
ρt - удельное сопротивление материала нагревателя при заданной температуре [Ом•м]

ρt = ρ20 • k,

ρ20 =удельное⋅ электрическое сопротивление материала нагревателя при 20°С, [Ом•м]
k - поправочный коэффициент для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры (по ГОСТ 12766.1-90).

Длину проволоки можно определить по следующей формуле:

l - длина проволоки, [м].

Подберем диаметр и длину проволоки из нихрома Х20Н80.

Удельное электрическое сопротивление материала нагревателя составляет:

ρt = ρ20 • k, = 1,13 • 10^-6 • 1,025 = 1,15 • 10^-6 Ом•м

ТАБЛИЦА 3

Эффективная удельная поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды

4. После определения сопротивления нагревателя при соответствующем подключении к электрической сети необходимо подобрать диаметр и длину проволоки.

При определении диаметра и длины необходимо анализировать удельную поверхностную мощность нагревателя, т.е. мощность, которая выделяется с единицы площади.

Поверхностная мощность нагревателя зависит от температуры нагреваемого материала и от конструктивного выполнения нагревателей.

Приведем пример.

Из предыдущих пунктов расчета (см. п.3 данного параграфа) нам известно сопротивление нагревателя. Для 60 литровой печи при однофазном подключении оно составляет R = 8,06 Ом. В качестве примера возьмем нихромовую проволоку Х20Н80 диаметром 1 мм. Тогда, чтобы получить требуемое сопротивление, необходимо l = R / ρ = 8,06 / 1,4 = 5,7 м нихромовой проволоки, где ρ - номинальное значение электрического сопротивления 1 м проволоки по ГОСТ 12766.1-90, [Ом/м].

Масса данного отрезка проволоки из нихрома составит

m = l • μ = 5,7 • 0,007 = 0,0399 кг = 40 г,

μ - масса 1 м проволоки.

Теперь необходимо определить площадь поверхности отрезка проволоки длиной 5,7 м.

S = l • π • d = 570 • 3,14 • 0,1 = 179 см2,

l – длина проволоки [см],
d – диаметр проволоки [см].

Таким образом, с площади 179 см2 должно выделяться 6 кВт (см. 2.2 п. 2). Решая простую пропорцию, получаем, что с 1 см2 выделяется мощность 33,5 Вт.

β = P / S = 6000 / 179 = 33,5 Вт/см2,

β - поверхностная мощность нагревателя.

Полученная поверхностная мощность слишком велика. Нагреватель расплавится, если нагреть его до температуры, которая обеспечила бы полученное значение поверхностной мощности. Данная температура будет выше температуры плавления материала нагревателя.

Приведенный пример является демонстрацией неправильного выбора диаметра проволоки, которая будет использоваться для изготовления нагревателя. В п. 5 данного параграфа будет приведен пример с правильным подбором диаметра.

Для каждого материала в зависимости от требуемой температуры нагрева определено допустимое значение поверхностной мощности. Оно может определяться с помощью специальных таблиц или графиков. В данных расчетах используются таблицы. Стоит отметить, что обычно при расчетах нагревателей рассматривают температуру печи (T_печи). T_печи – условная температура, средняя между температурами стен и нагревателей.

Она ограничивается допустимой рабочей температурой нагревателей и должна быть по крайней мере на 50 °С меньше последней. С другой стороны, T_печи не должна сильно превышать заданную температуру нагрева изделия, т.к. это может привести к его перегреву в случае несвоевременного отключения печи.

Для высокотемпературных печей (при температуре более 700 – 800 °С) допустимая поверхностная мощность, Вт/м2, равна

βдоп = βэф • α,

βэф – поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды [Вт/м2],
α – коэффициент эффективности излучения.
(βэф выбирается по табл. 3, α - по табл. 4.)

Если печь низкотемпературная (температура менее 200 – 300 °С), то допустимую поверхностную мощность можно считать равной

(4 - 6) • 10 Вт/м2.