Дизајн грејних елемената за електричне пећи

Грејни елементи већине индустријских пећи су тракасти или жичани. На слици 1 приказан је уређај конвенционалног грејача од нихромске жице, конструкције усвојене за његово причвршћивање на кров, на зидове и у ложишту пећи и дизајн жица. Типично, за производњу грејача за индустријске пећи користи се жица пречника од 3 до 7 мм. Међутим, за пећи са радном температуром од 1000 ° Ц и више, не треба узимати жицу пречника мањег од 5 мм.

Односи између корака х спирале и њеног пречника Д и пречника жице д (слика 1, к) бирају се тако да олакшају постављање грејача у пећ, како би се обезбедила њихова довољна крутост. а истовремено не пренос топлоте са њих на производе је претерано компликован.

Што је већи пречник спирале и што је дебљи њен корак, лакше је поставити грејаче у пећ, али како се пречник повећава, јачина спирале се смањује и повећава се тенденција њених завоја да леже један на другом. .С друге стране, како се густина намотаја повећава, ефекат заштите дела његових завоја који је окренут према производима на остатку се повећава и самим тим се смањује употреба његове површине.

Пракса је утврдила сасвим одређене, препоручене односе између пречника жице, корака и пречника спирале за жице пречника од 3 до 7 мм. Ови односи су следећи: х> 2д и Д = (6 ÷ 8) д за нихром и за мање јаке легуре гвожђе-хром-алуминијум Д = (4 ÷ 6) д.

Пиринач. 1. Грејачи жице: а — цик-цак жичани грејач на металним кукама на бочном зиду: б — грејач цик-цак жице у огњишту, в — исто у своду, г — исто на керамичким полицама, д — жичана спирала на истуреним циглама. на бочном зиду ц повезивањем на куке, ф — спирала жице у лучним каменовима и у отвору за огњиште, г — спирала жице на керамичким полицама, х — спирала жице на керамичкој цеви, и — излаз грејача жице, к — симболична ознака димензије грејача са жицом

За тање жице, однос пречника спирале и жице, као и корак спирале, обично се узимају већи. Ови односи се односе на спирале постављене на полице (да спирале не набубре, морају се везати на сваких 300 — 500 мм за куке уграђене у зидове) и у канале облоге зидова и сводова, као и у засвођеним камење.

У последње време, међутим, све су чешћи спирални грејачи на бази керамичких цеви (слика 2).Са становишта дистрибуције зрачења и снаге на зидовима пећи, такви грејачи су скоро еквивалентни спиралама које зраче са слободним зрачењем, и обрнуто, много су ефикасније од спирала у каналима или на полицама.

С друге стране, код њих се свака кривина наслања на површину цеви, па чак и ако се при загревању донекле сагне (поприми овалност), то не умањује њене карактеристике. Пошто је такав грејач, дакле, мање оптерећен од других и у њему појединачни завоји не могу лежати један на другом, онда, ако је потребно, може довести однос пречника спирале и пречника жице до 10, а за легуре гвожђе-хром-алуминијум - до 8.

Пиринач. 2. Дизајн спиралних грејача са жицом на керамичким цевима: а — лучни грејачи, б — цеви на бочним зидовима, причвршћивање на суспензије отпорне на топлоту, ц — исто у жљебовима керамичких стубова, д — цеви у огњишту.

Овај дизајн је посебно повољан за ове последње јер омогућава материјалу да се слободно шири. Поред тога, као на слици 2, развијени су дизајни грејача са жицом на керамичким цевима за њихову уградњу не само на зидове пећи, већ и на кров и у ложиште, ау последњим случајевима грејачи могу бити направљени у облику покретних рамова, такви оквири се лако могу убацити у пећ и заменити током печења. резервни без заустављања пећи.

Дакле, дизајн спиралних грејача са жицом на керамичким цевима је свестран како у погледу употребе материјала, тако иу погледу локације грејача у комори пећи.Однос унутрашњег пречника спирале и спољашњег пречника цеви за такве грејаче може се узети као приближно 1,1-1,2, растојање између оса цеви 1,5-2 пута веће од пречника спирале.

За електричне грејаче и пећи са принудном циркулацијом ваздуха, употреба спиралних грејача на керамичким цевима је мање пожељна, јер се тиме смањује коефицијент пролаза топлоте грејача, а употреба спирала на полицама или у каналима за облагање је потпуно неприхватљива за исти разлог (осим у случајевима када се ток гаса може усмерити дуж спирале, у правцу њене осе).

У таквим пећима је боље користити структуре са слободно издуваним спиралама, стегнуте између изолатора у одређеним интервалима или везане за ове друге (слика 3). Ако се у таквим конструкцијама користе спирални грејачи керамичких цеви (на вишим температурама), онда однос пречника спирале и пречника цеви треба повећати на 1,5.

Пиринач. 3. Дизајн (а) жичаних и (б) тракастих грејних елемената електричних грејача.

Грејачи траке се израђују у облику цик-цак различитих величина и монтирају се на металне (челик отпоран на топлоту или нихром) или керамичке куке (слика 4). Металне куке су уграђене у зидове зидова (у шавовима између цигле или у каналима од специјалних цигала), керамичке куке су израслине специјалног камена положеног у зид.

За доње делове, цик-цак се не затварају приликом савијања, између њих се постављају одстојници, а то су шамотне или алуминијумске керамичке чауре постављене на топлотно отпорне или нихромске игле уграђене у зид.Чауре су причвршћене за клинове помоћу нихромских клинова. Код керамичких кука, сепаратори су такође у потпуности израђени од керамике (сл. 4, а).

На сл. 4, х приказује дизајн уклоњивих керамичких кука и одстојника. Овај дизајн је веома користан јер вам омогућава да лако замените куке у случају оштећења.

Цик-цак грејачи се могу монтирати и на бочне зидове пећи на керамичке полице, али је овај дизајн још мање згодан у погледу специфичне снаге постављене на зид и степена заштите грејача од конструкције жица на регалу. грејачи . Овоме треба додати да керамичке полице обично слабо раде, јер је у случају њиховог лома, да би се заменила оштећена полица, потребно померити зид (сл. 4, д).

Пиринач. 4. Дизајн тракастих грејача: а — тракасти цик-цак грејачи на бочном зиду металних кука, б — тракасти цик-цак грејач у огњишту. ц — исто у трезору, д — исто на керамичким полицама, е — покретни високотемпературни елемент оквира, ф — нискотемпературни елемент оквира, г — грејач „равног таласа“ на керамичким цевима, х — грејач са цик-цак тракама на покретним кукама, и — симболичка ознака на димензијама тракастог цик-цак грејача.

У своду или на дну тракастих грејача могу се уклопити у зидане канале формиране од камена посебног облика (греде — сл. 4, б и ц). Такви грејачи могу бити направљени и као покретни рамови (сл. 4-53, д).Осим тога, код лучног свода, цик-цак траке се могу окачити на покретне металне куке.

Код електричних грејача и пећи на принудни ваздух трачне грејаче треба да буду пројектоване тако да површина грејача буде што приступачнија за дување гасном струјом. Пример такве конструкције приказан је на сл. 3, б.

Што су цик-цак грејачи дебљи, дуже се грејач може поставити у пећницу, али што је већа заштита окрета, то је лошија површина каиша. Због тога су успостављене прихваћене димензије тракастих цик-цак грејача које обезбеђују њихову довољну чврстоћу и ниску међусобну заштиту.

У ту сврху покушавају да задовоље следеће односе (ознаке према сл. 4, и): б / а = 5 ÷ 20, најчешћи однос ширине траке према њеној дебљини је 10. цик-цак корак х> 1.8б, полупречник траке је заобљен да би се избегао прелом савијања р>

За температуре грејача до 1000°Ц у индустријским пећима користи се трака димензија најмање 1Кс10 мм, на вишим температурама најмање 2Кс20 мм.

На температурама до 1000°Ц висина цик-цак Б на зиду може да варира од 150 до 400-600 мм, али за сваких 200 мм потребан је ред одстојника, односно на 200-400 мм један ред одстојника. одстојници, а на 400 —600 мм - два реда. На луку иу огњишту, како би се избегло таложење грејача, висина цик-цак Б мора бити ограничена на 250 мм. Ове препоруке се могу проширити на легуре гвожђа-хром-алуминијума.

За температуре грејача од 1000 до 1100 ° Ц, наведене граничне димензије могу се резервисати за легуру Кх20Н80 и Кх20Н80Т, за легуре гвожђе-хром-алуминијум, димензија Б са вертикалним положајем цик-цак треба ограничити на 250 мм, а са хоризонталним положајем 150 мм.

На температурама грејача изнад 1100 ° Ц, једини прихватљив дизајн тракастих грејача и за кров и за дно је раван талас на керамичким цевима (слика 2, г). Дужина цик-цак Б у овом случају може се узети као 75-100 мм. За грејаче са бочних зидова може се користити дизајн са керамичким кукама, ограничавајући висину цик-цак на 150 мм.

Последњих година широко се користе грејачи на цик-цак жице. За ове грејаче, цик-цак корак х се узима једнак (5 ÷ 9) д.

Приликом употребе легура гвожђе-хром-алуминијум у пећима са радном температуром изнад 1000°Ц морају се израдити сви делови ватросталног зида који могу доћи у контакт са грејачима (керамичке куке и преграде, полице, цеви, канали итд.). од високооксидних алуминијумских материјала са минималним садржајем оксида гвожђа.

Цик-цак траке се обично намотава ручно помоћу једноставног уређаја са полугом. Спирале се чврсто намотају на стругу на глатки трн, а затим се добијена спирала растеже до жељеног корака.

Пиринач. 5. Затворени излаз грејача: 1 — кућиште, 2, 6 — изолационе чауре, 3 — одстојни прстен, 4 — азбестна заптивка, 5 — спојна навртка, 7 — излаз грејача.

Пошто се након уклањања спирале са трна, она мало одмотава, повећавајући пречник (за око 1-3 мм), трн треба узети са мањим пречником од прорачуна.Ово смањење зависи од еластичности материјала и мора се експериментално одредити за сваку серију. У електранама, цик-цак грејачи се производе на специјалним машинама.

Изводи грејача до температуре од 1000°Ц израђени су од челика отпорног на топлоту, хром-никл или хрома, за више температуре - од легуре 0Кс23Иу5А (ЕИ-595). За ту сврху узмите жичану шипку, шипку са попречним пресеком који је 3-4 пута већи од попречног пресека грејача, да бисте смањили ослобађање топлоте у жицама. Део излаза који се налази у зони ниске температуре, у циљу уштеде скупих материјала, може се направити од обичног угљеничног челика. Типични дизајн водова за грејаче жице и траке приказани су на Сл. 5.

Код грејних елемената за цик-цак траке, међусобна заштита појединачних цик-цак је и даље релативно велика, чак и када је корак већи од двоструке ширине траке.Било би повољније дизајнирати грејаче тако да трака буде окренута према производу. на широкој страни, али то захтева доста заваривања јер сваки окрет траке има два завара, а дизајн грејача је скуп и подложан савијању.

Стога, иако се такви грејачи користе у неким случајевима, али само за мале пећи. Они пружају значајну уштеду материјала у поређењу са тракастим и посебно жичаним грејачима и омогућавају вам да добијете нешто већу специфичну површинску снагу зида за исту потрошњу материјала.

Грејачи са ливеним ободима, ливени од нихрома и окачени на посебне куке, такође се приближавају равним грејачима (сл. 6).Различити грејачи се, наравно, могу направити само са великим попречним пресецима, па се стога или користе у великим пећима или захтевају смањен напон. Њихова предност је висока поузданост и дуг радни век, мерен десетинама хиљада сати. Уопштено се верује да правилно израчунати и пројектовани нихром грејачи треба да раде од 6000 до 12000 сати (под струјом).

У пригушним и цевним пећима, жичани и тракасти грејачи се намотају директно на керамичку пригушницу или цев, штавише, тако да завоји завојнице током ширења од загревања не ослабе и не померају се са свог места, керамика се снабдева каналима. у који је положена трака или жица. Други начин за фиксирање окрета грејача на керамици је да се после намотавања премаже слојем ватросталне глине са шамотом.

Пиринач. 6. Летњи грејачи.

Пиринач. 7. Грејачи штапних цеви.

У пећима до температуре од 400-500 ° Ц постоји много више врста грејача. Поред спиралних и тракастих цик-цак грејача са отвореном жицом, као и код пећи на вишим температурама, постоје заменљиви дизајни грејних елемената, погодни по томе што се могу користити за производњу било које снаге и истовремено када прегоре, нпр. елементи се лако замењују. резервни.

Грејни елементи са цевастим шипкама су скуп порцеланских изолатора нанизаних на топлотно отпорну или челичну шипку и смештених у челичну цев, заварену на једном крају и затворену оловним изолатором на другом. Нихромска спирала је намотана на порцеланске изолаторе заварене једним крајем за изолациону жицу, а другим за средишњу шипку.

Понекад је простор између цеви и грејача испуњен кварцним песком. Грејачи овог типа се могу користити до 400-500°Ц и са ватросталним цевима до 1000°Ц и посебно су погодни за велике пећи у којима је потребно заштитити грејач од механичких оштећења или од деловања корозивних испарења ( Слика 7).

Од великог интересовања су такозвани "цевасти" грејни елементи (слика 8). Састоје се од челичне цеви, дуж чије осе се налази нихромска спирала, заварена на излазне вијке на крајевима грејача. Простор између спирале и зидова цеви је испуњен периклазом, кристалним магнезијум оксидом, који има добру електричну изолацију и истовремено високу топлотну проводљивост. Производња грејних елемената врши се на следећи начин.

Нихромова спирала намотана на челичну шипку постављена је стриктно аксијално у припремљену очишћену челичну цев, цев је фиксирана вертикално на вибрационој машини и напуњена прахом перикласа који је прошао кроз магнетни сепаратор. Шипка се затим уклања из цеви и пролази кроз машину за ковање, која је забија по ободу, узрокујући да се њен пречник смањује и периклаза постаје веома збијена.

Запечаћени оловни изолатори су причвршћени за ивице цеви, након чега се, захваљујући периклазној заптивки, може савити на било који начин и дати погодан облик. У овом облику, цевасти елементи се могу користити за загревање ваздуха (електрични грејачи), уља, нитрата, па чак и за топљење метала ниског топљења као што су калај, олово, бабит.У последњем случају, како би се избегла брза корозија зида металне цеви, он је претходно напуњен ливеним гвожђем, који формира масивну плочу, унутар које се налази цевасти грејни елемент.

Пиринач. 8. Цевасти грејачи.

Употреба цевастих грејача за купатила са шалитром је веома пожељна, јер у поређењу са купатилима са спољним грејањем смањује се потрошња енергије, повећава сигурност купатила и огромна уштеда нихрома. Међутим, за њихов задовољавајући рад у нитратима, посебно на температурама од 500°Ц и више, потребно је направити дупли омотач цеви, стављајући на припремљени грејач другу цев, никловану, отпорну на топлоту.

Када се користе у електричним грејачима, они су ребрасти да би се повећао пренос топлоте у ваздух.

Цевасти грејачи су веома распрострањени за производњу уређаја за грејање у домаћинству.

Цевни грејачи раде са снагом од неколико стотина вати до неколико киловата.

Подаци о цевним грејачима наше индустрије доступни су у каталозима.