Для нагревательного элемента: Для нагревательного…Т0 = 1380 К, а = — 15 К/мин^2, b = … — Задание 10 ЕГЭ по математике (физические) — Мир Антенн

Содержание

информационная статья компании Полимернагрев на сайте tvoy-nagrev.ru

Нагреватели являются достаточно простыми устройствами, в конструкции которых легко разобраться, однако есть множество параметров, которые следует учитывать при их изготовлении.

Основными характеристиками, которые оказывают влияние на функционирование любого нагревателя, являются габаритные размеры ТЭНа, тип материалов, из которых он изготавливается, значения напряжения питания, силы тока, температуры работы и прочие. Также некоторые факторы характерны только для определенных типов нагревателей. К примеру, если греющая спираль в ТЭНе производится из резистивной проволоки с круглым поперечным сечением, нужно учесть длину проволоки, ее сечение, растяжение и прочее, а если нагреватель использует сплющенную проволоку в виде ленты, то характеристиками для расчетов будут ширина и толщина ленты, вес и площадь поверхности.

Это только то, что касается греющей спирали, а нужно учитывать также то, как она будет размещаться в более крупном нагревательном оборудовании, как будут меняться характеристики при работе прибора с различными условиями.

К примеру, какая изоляция будет использоваться для поддержки спирали, какие размеры изоляторов должны быть, повлияет ли размер изоляции на возможность установки нагревателя в оборудование? Также очень важно тщательно проработать все условия, которые меняются при нагреве спирали. Например, такое частое явление, как провисание греющего элемента. Нужно сразу учитывать, чем это можно предотвратить – нужно применять специальные изоляторы, увеличить их количество или же использовать большие размеры.

Если нагреватель состоит из нескольких греющих спиралей, которые могут включаться отдельно, стоит учесть их параметры при каждом варианте включения. Или же если перегорит одна из спиралей, что будет с остальными? Как увеличится нагрузка на них?

Конструкция нагревательного элемента

Следующие расчеты дают руководство по выбору резистивного электрического нагревательного элемента для вашего оборудования.

Расчет конструкции нагревательного элемента

Вот введение в электрическое сопротивление ленточных и проволочных нагревательных элементов, расчет сопротивления элементов и таблица температурного сопротивления.

Для работы в качестве нагревательного элемента лента или проволока должны противостоять току электричества. Это сопротивление преобразует электрическую энергию в тепло, которое связано с удельным электрическим сопротивлением металла и определяется как сопротивление единицы длины единицы площади поперечного сечения. Линейное сопротивление отрезка ленты или провода можно рассчитать по его удельному электрическому сопротивлению.

Обозначения:

ρ = удельное электрическое сопротивление (мкОм · см)
R = сопротивление элемента при 20 ° C (Ом)

d = Диаметр проволоки (мм)
t = толщина ленты (мм)
b = ширина ленты (мм)
l = длина ленты или провода (м)
a = Площадь поперечного сечения ленты или провода (мм²)

Для круглой проволоки

а = π x d² / 4

Для ленты

a = t ∙ (b — t) + (0,786 x t²)

R = (ρ ∙ l / a) ∙ 0,01

В качестве нагревательного элемента лента имеет большую площадь поверхности и, следовательно, более эффективное тепловое излучение в предпочтительном направлении, что делает ее идеальной для многих промышленных нагревателей, таких как плоские миканитовые нагреватели.

Важной характеристикой этих сплавов с электрическим сопротивлением является их устойчивость к нагреванию и коррозии, которая обусловлена образованием поверхностных слоев оксида, которые замедляют дальнейшую реакцию с кислородом воздуха. При выборе рабочей температуры сплава необходимо учитывать материал и атмосферу, с которой он контактирует. Поскольку существует так много типов оборудования, переменных в конструкции элемента и различных условий эксплуатации, следующие уравнения для конструкции элемента приведены только в качестве руководства.

Электрическое сопротивление при рабочей температуре

За очень немногими исключениями сопротивление металла будет изменяться в зависимости от температуры, что необходимо учитывать при проектировании нагревателя. Поскольку сопротивление элемента рассчитывается при рабочей температуре, необходимо для начала определить сопротивление элемента при комнатной температуре. Чтобы получить сопротивление элементов при комнатной температуре, разделите сопротивление при рабочей температуре на коэффициент температурного сопротивления, указанный ниже:

Тут :

F = коэффициент термостойкости
R _t = сопротивление элемента при рабочей температуре (Ом)
R = сопротивление элемента при 20 ° C (Ом)

R = R _t / F

Нагрузка на площадь поверхности

Можно разработать нагревательный элемент различных размеров, каждый из которых теоретически даст желаемую мощность нагрузки или плотность мощности, рассеиваемой на единицу площади. Однако важно, чтобы нагрузка на поверхность нагревательного элемента не была слишком высокой, поскольку передача тепла посредством теплопроводности, конвекции или излучения от элемента может быть недостаточно быстрой, чтобы предотвратить его перегрев и преждевременный выход из строя.

Предлагаемый диапазон поверхностной нагрузки для данного типа прибора и нагревательного элемента показан ниже, но он может быть ниже для нагревательного элемента, работающего с более частыми рабочими циклами, или при почти максимальной рабочей температуре, или в суровых атмосферных условиях.

Прибор	Тип элемента	Рекомендуемый диапазон нагрузки на поверхность (Вт / см²)
Камин	Открытая спираль	4,5 — 6,0
Камин	Спираль на керамическом стержне	6,0 — 9,5
Кольцевой нагреватель	Миканитовый кольцевой нагреватель	3,5 – 4,0
Тостер	Миканитовый плоский нагреватель	3,0 — 4,0
Конвектор	Спиральный элемент	3,5 — 4,5
Тепловентилятор	Спиральный элемент	9,0 — 15,0
Элемент духовки	Трубчатый нагревательный элемент ТЭН	8,0 — 12,0
Элемент гриля		15,0 — 20,0
Электроплита		17,0 — 22,0
Погружной нагреватель		25,0 — 35,0
ТЭН для чайника		35,0 — 50,0

Проектирование элемента из круглой проволоки

Тут:

U = напряжение (вольт)
P = мощность (Вт)
S = Нагрузка на площадь поверхности (Вт / см²)
R _t = сопротивление элемента при рабочей температуре (Ом)
R = сопротивление элемента при 20 ° C (Ом)
F = коэффициент термостойкости
L = Длина провода (м)
A = сопротивление на метр (Ом / м)

Вот как делаются проектные расчеты:

1. Рассчитайте диаметр и длину проволоки, необходимую для работы при максимальной температуре в °C, полное сопротивление элемента при рабочей температуре (R _t ) будет:

R _t = U² / P

2. Используя специальный провод из сплава нагревательного элемента, найдите коэффициент температурного сопротивления при рабочей температуре в ° C как F, таким образом, общее сопротивление элемента при 20 ° C (R) будет:

R = R _t / F

3. Зная размеры типа нагревательного элемента, можно оценить длину наматываемого на него провода. Таким образом, сопротивление, необходимое на метр провода, будет:

А = R / L

4. Найдите провод нагревательного элемента стандартного диаметра, сопротивление которого на метр ближе всего к A.

5. Чтобы проверить фактическую длину провода (L):

L = R / A

Изменение длины провода нагревательного элемента может означать добавление или вычитание шага провода для достижения требуемого общего сопротивления.

6. Чтобы проверить нагрузку на площадь поверхности (S):

S = P / (l ∙ d ∙ 31,416)

Нагрузка на площадь поверхности должна находиться в пределах диапазона, указанного в таблице выше для типа нагревательного элемента, при этом следует отметить, что чем выше значение, тем более горячий элемент. Нагрузка на площадь поверхности может быть выше или ниже, если считается, что теплопередача лучше или хуже, или в зависимости от важности срока службы нагревательных элементов.

Если расчетная нагрузка на площадь поверхности слишком высока или низка, вам следует ее пересчитать, изменив один или несколько параметров из следующего:

Длина и диаметр проволоки
Марка сплава нагревательного элемента

Спиральные нагревательные элементы

Проволочные нагревательные элементы, сформированные в виде катушки, позволяют разместить провод подходящей длины в относительно коротком пространстве, а также поглощают эффекты теплового расширения. При формировании катушки необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить проволоку за счет надрезов или истирания. Также важна чистота нагревательного элемента. Максимальные и минимальные рекомендуемые отношения диаметра внутренней катушки к диаметру проволоки составляют 6: 1 и 3: 1. Длину катушки с закрытой намоткой можно найти, используя уравнение ниже.

Тут:

d = Диаметр проволоки (мм)
D = внутренний диаметр рулона (мм)
L = Длина провода (м)
X = длина закрытой намотки катушки (мм)

Х = L ∙ d ∙ 1000 / π ∙ (D + d)

Когда эта катушка с закрытой намоткой растягивается, растяжение должно составлять примерно 3: 1, так как более тесная намотка приведет к более горячим виткам.

Помимо случайного повреждения, срок службы нагревательного элемента может быть сокращен из-за локальных перегораний (горячих точек). Это может быть вызвано изменением поперечного сечения провода (например, зазубринами, растяжением, перегибами) или экранированием области, где нагревательный элемент не может свободно рассеивать тепло, или плохими точками опоры или заделками.

Проектирование ленточного нагревателя

Метод создания ленточного нагревательного элемента аналогичен тому, который использовался при разработке нагревательного элемента из круглой проволоки.

Тут:

b = ширина ленты (мм)
t = толщина ленты (мм)

Вот как делаются конструкторские расчеты ленточного нагревательного элемента :

1. Чтобы рассчитать размер и длину ленты, необходимые для конкретного нагревательного элемента в нагревателе, работающего при максимальной температуре C ° C, общее сопротивление элемента при рабочей температуре (Rt) будет:

R _t = V² / Вт

2. Используя специальный провод из сплава нагревательного элемента , найдите коэффициент температурного сопротивления при рабочей температуре C ° C как F, таким образом, общее сопротивление элемента при 20 ° C (R) будет:

R _t = R _t / F

3. Зная размеры нагревателя, можно оценить длину ленты, которая может быть намотана на него. Таким образом, сопротивление, необходимое на метр ленты, будет:

А = R / L

4. Найдите ленту нагревательного элемента стандартного размера b x t мм, имеющую стандартное сопротивление на метр стандартного размера, близкое к А Ом / м.

5. Чтобы проверить фактическую длину ленты (L)

L = R / A

Изменение длины ленты может означать изменение шага ленты для достижения требуемого общего сопротивления.

6. Чтобы проверить нагрузку на площадь поверхности (S):

S = P / 20 ∙ (b + t) ∙ L

Если расчетная нагрузка на площадь поверхности слишком высока или низка, как указано в таблице выше, вам следует пересчитать, изменив одно или несколько из следующих значений:

Длина и размер ленты

Специалисты нашей компании Полимернагрев при проектировании нагревательных элементов учитывают все возможные факторы, которые могут повлиять на него в процессе эксплуатации. Мы используем только самые качественные материалы и современные технологии производства, чтобы наши нагревательные элементы имели высокий уровень надежности и длительный срок службы. Бесплатную консультацию по нагревательным элементам вы можете получить по телефону, размещенному в контактах, или же свяжитесь с нами через форму на сайте.

Материалы для нагревательного элемента Heatle

Примерно в 1900 году немецкая фирма WC Heraeus разработала первую коммерческую платиновую печь. В 1902 году компания выпустила на рынок печь с платиновой лентой, которая могла достигать температуры 1500ºC за 5 минут, работать при 1500ºC в течение нескольких часов и могла достигать температуры 1700ºC в течение коротких периодов времени. За последние почти 200 лет, с тех пор как эта печь была впервые разработана, резистивные электрические печи претерпели многочисленные улучшения в области изоляции, управления и применения нагревательных материалов.

Что такое нагревательные элементы?

Нагреватели для промышленного оборудования обычно питаются от источника электричества. Типичные нагревательные элементы изготавливаются из углеродистой стали или нержавеющей стали. Они используются в отопительной воде или аналогичных жидких средах общего назначения и обычно не подвержены коррозии. Другие используемые коррозионно-стойкие материалы представляют собой сплавы, такие как медь или титан. Они наиболее устойчивы к высоким температурам и выдерживают очень агрессивную среду. Недавно для более продвинутого применения были представлены специально изготовленные сплавы, такие как никель-хромовые суперсплавы.

Выбор нагревательных элементов во многом зависит от типа и характера среды, для которой он используется. Помимо среды, тип нагревателя, который будет установлен, также влияет на то, из какого сплава он должен быть изготовлен. Промышленные нагревательные элементы имеют заводскую конфигурацию любой формы и размера. Они могут работать и при довольно высокой температуре, так как некоторое оборудование должно работать с температурами выше 500 С.

Материал для нагревательных элементов варьируется в зависимости от области применения. Для погружных нагревателей часто требуется материал, обладающий высокой устойчивостью к разрушению при экстремальных температурах и позволяющий оставаться в погруженном состоянии без воздействия фактора эрозии. Учитывая эти условия, нержавеющая сталь является идеальным выбором для нагрева воды и различных химикатов. Нержавеющая сталь изготовлена из легированной стали с содержанием не менее 10,5%,FeCrAl сплава. Самым большим преимуществом нержавеющей стали по сравнению с обычной углеродистой сталью, очевидно, является стойкость к окислению. Однако нержавеющая сталь никоим образом не является полностью устойчивой к коррозии. Существуют определенные внешние среды, такие как низкий уровень кислорода, высокая соленость или плохая циркуляция, при которых нержавеющая сталь становится уязвимой для пассивной пленки оксидов хрома.

Использование экзотических сплавов для нагревательных элементов дополнительно увеличивает способность нагревателей противостоять присущей им коррозионной природе. Медь, например, не реагирует с водой, чтобы избежать нормального окисления. Однако он в конечном итоге реагирует на кислород воздуха при длительном использовании и образует слой оксида меди, а не оксида железа. Использование титана снижает опасность коррозии, так как одним из его свойств является высокая коррозионная стойкость. Дополнительным преимуществом титана является его легкий вес по сравнению с другими металлами.

Обзор материалов для нагревательного элемента

На мировом рынке комплектующих для нагревателей предлагается широкий спектр различных материалов, которые могут использоваться для изготовления нагревательных элементов для промоборудования. Эти расходные комплектующие включают изоляторы из керамических материалов на основе металлов, металлические сплавы и углеродные или графитовые материалы для греющих спиралей. В этой статье основное внимание уделяется традиционным металлическим сплавам для нагревательной спирали, такие как железо-хром-алюминий и никель-хром. Эти сплавы можно разделить на два класса: один пригоден для обработки в присутствии кислорода, а другой должен быть обеспечен адекватной защитой от кислорода. Класс сплавов, которые необходимо защищать от кислорода, включает тантал, вольфрам и молибден.

Когда температура повышается, атмосфера играет важную роль, поскольку материалы по-разному реагируют на различные соединения. Вполне возможно, что система, которая идеально работает при определенной температуре воздуха, может быстро выйти из строя, если используется при такой же температуре, но в другой атмосфере. Срок службы нагревательного элемента также является важным параметром эксплуатации. Важно выяснить, нужно ли вам, чтобы элемент проработал несколько недель, нескольких месяцев или лет. Для любого конкретного элемента, чем выше рабочая температура, тем короче срок его службы.

Типы материалов, используемых в качестве нагревательных элементов

К различным материалам, обсуждаемым ниже, относятся следующие:

Никель-хромовые сплавы

Никель-хромовые сплавы, или нихром, вероятно, являются старейшими электронагревательными материалами и широко используются даже сейчас. Они проявляют свойства пластичности, прочности в горячем состоянии и стабильности формы. Три наиболее часто используемых состава, используемых при нагревании, включают следующее:

NiCr 80:20 (80% никеля, 20% хрома)

NiCr 60:15 (60% никеля, 26% хрома, остаточное железо)

NiCr 30:20 (35% никеля, 20% хрома, остаточное железо)

Недавно был представлен еще один сплав, который содержит 70% никеля и 30% хрома, который называется сплав NiCr 70:30 . Среди этих сплавов NiCr 70:30 материал 70/30 имеет самую высокую максимальную температуру элемента 1250 ° C на воздухе и максимальную температуру камеры 1150 ° C. Основной причиной его внедрения было противостояние «Зеленой гнили». Зеленая гниль может быть определена как межкристаллитное окисление хрома, которое происходит в других сортах нихрома при использовании в эндотермической или экзотермической атмосфере в диапазоне температур от 800 до 900 ° С.

Железо-хром-алюминиевые сплавы

Сплавы железо-хром-алюминий, или фехраль, стандартно состоят из 72,5% железа, 22% хрома и 5,5% алюминия. Более высокие сорта, полученные с помощью традиционных технологий плавления, имеют ограничения по температуре до 1300 ° C. Также предлагается несколько других марок, в которых количество алюминия уменьшено, а остальное составляет железо. Рабочая температура и сопротивление высокие, а плотность низкая по сравнению с никель-хромовыми сплавами. Это обеспечивает рентабельный и долговечный нагревательный элемент. Некоторые недостатки включают низкую термостойкость, низкую пластичность и охрупчивание при использовании.

Мы в компании Хитл обычно при производстве нагревательных элементов используем нихромовую проволоку и ленту, но для некоторых типов нагревателей или для снижения стоимости нагревательных элементов по запросу заказчика иногда могут использоваться сплавы фехраль.

Металлические нагревательные элементы — Kanthal®

Информация

Типы элементов

Мы можем изготовить металлические нагревательные элементы по любым спецификациям и в короткие сроки. Примеры типов элементов:

Спиральные элементы (т. е. спиральные элементы и элементы с кромками)
ROB — Элементы меандра
Картриджные элементы (т.е. элементы пучковых стержней и клеточные элементы)
Tubothal ^® нагревательный элемент

Характеристики

Сплавы металлических нагревательных элементов

Сплавы Kanthal ^® и Alkrothal ^® FeCrAl характеризуются высоким удельным сопротивлением и способностью выдерживать высокие поверхностные нагрузки. Их можно использовать при максимальной температуре элемента 1425°C (2600°F).

Сплавы на основе NiCr характеризуются очень хорошими механическими свойствами в горячем состоянии, а также хорошими свойствами окисления и коррозии. Они подходят для температур элементов до 1250°C (2282°F).

Использование FeCrAl-сплавов Kanthal ^® вместо NiCr-сплавов приводит как к снижению веса, так и к увеличению срока службы элементов, что приводит к значительной экономии средств. Сравните вес и стоимость сплавов Kanthal ^® FeCrAl со сплавами NiCr

Марка	Максимальная непрерывная рабочая температура	Удельное сопротивление при 20ºC Ом мм ² м ^-1 / 68ºF Ом/см
FeCrAl сплавы
Кантал ^® АПМ	1425ºC (2600ºF)	1,45/872
Кантал ^® A-1	1400ºC (2550ºF)	1,45/872
Кантал ^® AF	1300ºC (2370ºF)	1,39/836
Кантал ^® D	1300ºC (2370ºF)	1,35/812
Алкротал ^®	1100ºC (2010ºF)	1,25/744
Никель-хромовые сплавы
Никротал ^® 80	1200ºC (2190ºF)	1,09/255
Никротал ^® 70	1250ºC (2280ºF)	1,18/709
Никротал ^® 60	1150ºC (2100ºF)	1. 11/668
Никротал ^® 40	1100ºC (2010ºF)	1,04/626

Перейти к описаниям материалов для сплавов Kanthal ^® и Nikrothal ^® в форме проволоки, ленты (плоской проволоки) и полосы

Загрузки

Сплавы и системы нагрева сопротивления для промышленных печей.pdf (PDF-документ, 1,9 МБ)

Связанные продукты

Другие продукты, которые могут вас заинтересовать

Нагревательные элементы Globar® SiC

Нагревательные элементы из карбида кремния (SiC) для температуры элемента до 1625°C (2927°F).

См. сведения о продукте

Кантал® Супер

Нагревательные элементы из дисилицида молибдена (MoSi ₂ ) для температур элементов до 1850°C (3360°F).

См. сведения о продукте

Нагревательный элемент Tubothal®

Металлические нагревательные элементы картриджного типа, рассчитанные на долгий срок службы и бесперебойную работу. Элементы Tubothal ^® можно использовать внутри всех типов радиационных труб или как отдельные элементы.

См. сведения о продукте

Примеры из практики

Удовлетворение растущей мировой потребности в литий-ионных батареях

Мировое производство литий-ионных аккумуляторов, которое уже быстро росло в последнее десятилетие, должно значительно вырасти в следующем десятилетии. Это скажется на спросе на высококачественный катодный материал.

Повышение производительности в термической промышленности

Grupo T. T.T., расположенная в районе Бильбао в Испании, представляет собой группу компаний, специализирующихся на термообработке и обработке поверхности металлов.

Надежность в установке термообработки

Компания Hughes Christensen признана во всем мире как один из ведущих мировых производителей буровых долот. Завод в Белфасте, Северная Ирландия, специализируется на производстве и разработке шарошечных долот.

Точность температуры на авиационном литейном заводе

Французская компания Snecma Moteurs является частью группы аэрокосмических двигателей и оборудования Snecma, которая специализируется, среди прочего, на производстве двигателей для гражданских и военных самолетов, ракетных двигателей, турбин и авиационного оборудования, такого как шасси, тормозные системы. , реверсивные подруливающие устройства, компоненты двигателей и многое другое.

Минимальное обслуживание плавильных и раздаточных печей

STG, Svensk Компания Tryckgjutning AB, расположенная на юге Швеции, специализируется на литье под давлением изделий из алюминия и цинка для клиентов из автомобильной, электронной, машиностроительной, транспортной и строительной отраслей.

Необслуживаемая система в печном производстве

Науглероживание обычно происходит при 930°C (1700°F), но в этом случае японская компания Dowa Mining Co. увеличила температуру до 1050°C (1920°F) и производительность печи примерно на 30 % с помощью Система Tubothal®. Первая коммерческая высокотемпературная печь непрерывного науглероживания стала реальностью, и она существует.

Послать сообщение