Izvedbe grijaćih tijela za električne peći

Grijaći elementi većine industrijskih peći su ili trakasti ili žičani. Na sl. Slika 1 prikazuje uređaj konvencionalnog grijača od nichrome žice, konstrukcije usvojene za njegovo pričvršćivanje na krovu, na zidovima i u ložištu peći, te dizajn žica. Obično se za proizvodnju grijača za industrijske peći koristi žica promjera od 3 do 7 mm. Međutim, za peći s radnom temperaturom od 1000 ° C i više, ne smije se uzimati žica promjera manjeg od 5 mm.

Omjeri između koraka h spirale i njenog promjera D i promjera žice d (slika 1, k) odabrani su na takav način da olakšaju postavljanje grijača u peć, kako bi se osigurala njihova dovoljna krutost. a istovremeno nije prijenos topline s njih na proizvode pretjerano kompliciran.

Što je veći promjer spirale i što je deblji njen korak, to je lakše postaviti grijače u peć, ali kako se promjer povećava, smanjuje se čvrstoća spirale i povećava se sklonost njenih zavoja da leže jedan na drugom. .S druge strane, kako se gustoća namota povećava, učinak zaštite dijela njegovih zavoja koji su okrenuti prema proizvodima na ostatku se povećava i stoga se pogoršava korištenje njegove površine.

Praksa je utvrdila sasvim određene, preporučene omjere između promjera žice, koraka i promjera spirale za žice promjera od 3 do 7 mm. Ovi omjeri su sljedeći: h> 2d i D = (6 ÷ 8) d za nikrom i za manje čvrste legure željezo-krom-aluminij D = (4 ÷ 6) d.

Riža. 1. Žičani grijači: a — cik-cak žičani grijač na metalnim kukama na bočnom zidu: b — cik-cak žičani grijač u ložištu, c — isto u svodu, d — isto na keramičkim policama, e — žičana spirala na stršećim ciglama. na bočnoj stijenci c spajanjem na kuke, f — žičana spirala u lučnom kamenju iu oknima ognjišta, g — žičana spirala na keramičkim policama, h — žičana spirala na keramičkoj cijevi, i — izlaz žičanog grijača, k — simbolička oznaka dimenzije grijača sa žicom

Za tanje žice omjer promjera zavojnice i žice, kao i korak zavojnice, obično se uzima veći. Ovi omjeri vrijede za spirale postavljene na policama (kako spirale ne bi nabubrile, moraju se privezati svakih 300 — 500 mm za kuke ugrađene u zid) i u kanalima obloge zidova i svodova, kao iu nadsvođenim kamenje.

Međutim, nedavno su sve češći spiralni grijači na bazi keramičkih cijevi (slika 2).S gledišta raspodjele zračenja i snage na stijenkama peći, takvi su grijači gotovo jednaki slobodno zračećim spiralama, i obrnuto, puno su učinkovitiji od spirala u kanalima ili na policama.

S druge strane, kod njih svaki zavoj naliježe na površinu cijevi, pa čak i ako se zagrijavanjem donekle ulegne (poprimi ovalnost), to ne smanjuje njegove karakteristike. Budući da je takav grijač, dakle, manje opterećen od drugih, au njemu pojedinačni zavoji ne mogu ležati jedan na drugom, tada, ako je potrebno, može dovesti omjer promjera spirale do promjera žice do 10, a za legure željezo-krom-aluminij - do 8.

Riža. 2. Dizajni spiralnih grijača s žicom na keramičkim cijevima: a — lučni grijači, b — cijevi na bočnim stijenkama, pričvršćivanje na ovjese otporne na toplinu, c — isti u utorima keramičkih stupova, d — cijevi u ognjištu.

Ovaj dizajn je posebno povoljan za potonje jer omogućuje slobodno širenje materijala. Osim toga, kao što je prikazano na slici 2, razvijeni su dizajni grijača sa žicom na keramičkim cijevima za njihovu ugradnju ne samo na zidove peći, već iu krov i ložište, au potonjim slučajevima grijači se mogu izrađeni u obliku pomičnih okvira, takvi se okviri mogu lako umetnuti u peć i zamijeniti tijekom pečenja. rezervni bez zaustavljanja peći.

Dakle, dizajn spiralnih grijača sa žicom na keramičkim cijevima je svestran kako u pogledu upotrebe materijala tako i smještaja grijača u komori peći.Omjer unutarnjeg promjera spirale prema vanjskom promjeru cijevi za takve grijače može se uzeti otprilike 1,1-1,2, udaljenost između osi cijevi 1,5-2 puta veća od promjera spirale.

Za električne grijače i peći s prisilnom cirkulacijom zraka manje je poželjna uporaba spiralnih grijača na keramičkim cijevima, jer se time smanjuje koeficijent prolaza topline grijača, uporaba spirala na policama ili u obložnim kanalima potpuno je neprihvatljiva za isti razlog (osim u slučajevima kada se protok plina može usmjeriti duž spirale, u smjeru njezine osi).

U takvim pećima bolje je koristiti strukture sa slobodno puhanim spiralama, stegnute između izolatora u određenim razmacima ili vezane za potonje (slika 3). Ako se u takvim konstrukcijama koriste spiralni grijači keramičkih cijevi (pri višim temperaturama), tada treba omjer promjera spirale i promjera cijevi povećati na 1,5.

Riža. 3. Izvedbe (a) žičanih i (b) trakastih grijaćih elemenata električnih grijača.

Trakasti grijači izrađeni su u obliku cik-cakova različitih veličina i montirani su na metalne (čelik otporan na toplinu ili nikrom) ili keramičke kuke (slika 4). Metalne kuke ugrađene su u zidove zidova (u šavove između opeka ili u kanale posebnih opeka), keramičke kuke su izdanci posebnog kamenja položenog u zid.

Za donje dijelove, cik-cak se ne zatvaraju prilikom savijanja, između njih se postavljaju razmaknice, koje su šamotne ili aluminijske keramičke čahure postavljene na klinove otporne na toplinu ili nikrom ugrađene u zid.Čahure su pričvršćene na klinove pomoću nikromiranih klinova. S keramičkim kukama, separatori su također izrađeni u potpunosti od keramike (slika 4, a).

Na sl. Slika 4, h prikazuje dizajn uklonjivih keramičkih kuka i odstojnika. Ovaj dizajn je vrlo koristan jer vam omogućuje jednostavnu zamjenu udica u slučaju oštećenja.

Cik-cak grijači također se mogu montirati na bočne stijenke peći na keramičkim policama, ali ovaj dizajn je još manje prikladan u smislu specifične snage postavljene na zid i stupnja zaštite grijača od konstrukcije žice na stalku grijalice . Tome treba dodati da se keramičke police obično loše ponašaju u radu, jer u slučaju njihovog loma, da bi se zamijenila oštećena polica, potrebno je pomaknuti zid (slika 4, d).

Riža. 4. Izvedbe trakastih grijača: a — trakasti cik-cak grijači na bočnoj stijenci metalnih kuka, b — trakasti cik-cak grijač u ložištu. c — isto u svodu, d — isto na keramičkim policama, e — pomični visokotemperaturni okvirni element, f — niskotemperaturni okvirni element, g — "flat wave" grijač na keramičkim cijevima, h — cik-cak trakasti grijač na pomičnim kukama, i — simbolička oznaka na dimenzijama tračnog cik-cak grijača.

U svodu ili na dnu trakastih grijača mogu se uklopiti u zidane kanale oblikovane kamenjem posebnog oblika (grede — sl. 4, b i c). Takvi grijači također mogu biti izrađeni kao pokretni okviri (slika 4-53, e).Osim toga, s lučnim svodom, cik-cak trake mogu se objesiti na pokretne metalne kuke.

Kod električnih grijača i peći s prisilnim zračenjem trakasti grijači trebaju biti izvedeni tako da površina grijača bude što pristupačnija za upuhivanje strujom plina. Primjer takve konstrukcije prikazan je na sl. 3, b.

Što su cik-cak grijači deblji, to se grijač može duže staviti u pećnicu, ali što je veća zaštita zavoja, to je površina remena lošija. Stoga su utvrđene prihvaćene dimenzije trakastih cik-cak grijača koje osiguravaju njihovu dovoljnu čvrstoću i nisku međusobnu zaštitu.

U tu svrhu nastoje se zadovoljiti sljedeći omjeri (oznake prema sl. 4, i): b / a = 5 ÷ 20, najčešći omjer širine trake i njezine debljine je 10. cik-cak korak h> 1.8b, radijus trake je zaobljen kako bi se izbjegao lom savijanjem r>

Za temperature grijača do 1000 °C u industrijskim pećima koristi se traka dimenzija najmanje 1X10 mm, na višim temperaturama najmanje 2X20 mm.

Na temperaturama do 1000 °C visina cik-cak B na zidu može varirati od 150 do 400-600 mm, ali na svakih 200 mm potreban je red odstojnika, odnosno na 200-400 mm jedan red odstojnici, a na 400 —600 mm - dvije linije. Na luku i u ložištu, kako bi se izbjeglo taloženje grijača, visina cik-cak B mora biti ograničena na 250 mm. Ove se preporuke mogu proširiti na legure željezo-krom-aluminij.

Za temperature grijača od 1000 do 1100 ° C, navedene granične dimenzije mogu se rezervirati za leguru Kh20N80 i Kh20N80T, za legure željezo-krom-aluminij, dimenzija B s okomitim položajem cik-cak treba biti ograničena na 250 mm, i s horizontalnim položajem 150 mm.

Na temperaturama grijača iznad 1100 ° C, jedini prihvatljiv dizajn trakastih grijača za krov i dno je ravni val na keramičkim cijevima (slika 2, g). Duljina cik-cak B u ovom slučaju može se uzeti kao 75-100 mm. Za bočne grijače može se koristiti dizajn s keramičkim kukama, ograničavajući visinu cik-cak na 150 mm.

Posljednjih godina naširoko se koriste cik-cak žičane grijalice. Za ove grijače, korak cik-cak h uzima se jednak (5 ÷ 9) d.

Pri korištenju legura željezo-krom-aluminij u pećima s radnom temperaturom iznad 1000 °C moraju se izraditi svi dijelovi vatrostalnog zida koji mogu doći u dodir s grijačima (keramičke kuke i pregrade, police, cijevi, kanali itd.) visokooksidnih aluminijskih materijala s minimalnim sadržajem željeznih oksida.

Cik-cak trake obično se namotavaju ručno pomoću jednostavne poluge. Spirale se namotaju na tokarilici na glatki trn čvrsto, a zatim se dobivena spirala rasteže na željeni korak.

Riža. 5. Zatvoreni izlaz grijača: 1 — kućište, 2, 6 — izolacijski rukavci, 3 — odstojni prsten, 4 — azbestna brtva, 5 — spojna matica, 7 — izlaz grijača.

Budući da se nakon uklanjanja spirale s trna malo odmotava, povećavajući svoj promjer (za oko 1-3 mm), trn treba uzeti s manjim promjerom od proračuna.Ovo smanjenje ovisi o elastičnosti materijala i mora se odrediti eksperimentalno za svaku šaržu. U elektranama se cik-cak grijači proizvode na posebnim strojevima.

Izlazi grijača do temperature od 1000 ° C izrađeni su od čelika otpornog na toplinu, krom-nikla ili kroma, za više temperature - od legure 0X23Yu5A (EI-595). U tu svrhu uzmite žičanu šipku, šipku presjeka jednakog 3-4 puta većem presjeku grijača, kako biste smanjili oslobađanje topline u žicama. Dio izlaza koji se nalazi u zoni niske temperature, radi uštede skupih materijala, može biti izrađen od običnog ugljičnog čelika. Tipični dizajni provodnika za grijače žice i trake prikazani su na sl. 5.

U cik-cak trakastim grijaćim elementima, međusobna zaštita pojedinačnih cik-cak traka je još uvijek relativno velika, čak i sa korakom većim od dvostruke širine trake. Bilo bi bolje dizajnirati grijače na takav način da je traka okrenuta prema proizvodu na širokoj strani, ali to zahtijeva puno zavarivanja jer svaki zavoj trake ima dva zavara, a dizajn grijača je skup i sklon savijanju.

Stoga, iako se takvi grijači koriste u nekim slučajevima, ali samo za male peći. Omogućuju značajne uštede materijala u usporedbi s tračnim i posebno žičanim grijačima i omogućuju vam da dobijete nešto veću specifičnu snagu zidne površine za istu potrošnju materijala.

Grijači s lijevanim rubovima, lijevani od nikroma i obješeni na posebne kuke, također se približavaju ravnim grijačima (slika 6).Razni grijači, naravno, mogu se izraditi samo s velikim presjecima, pa se stoga ili koriste u velikim pećima ili zahtijevaju smanjeni napon. Njihova prednost je visoka pouzdanost i dug životni vijek koji se mjeri desecima tisuća sati. Općenito se vjeruje da pravilno izračunati i dizajnirani nichrome grijači trebaju raditi od 6000 do 12000 sati (pod strujom).

U pećima s muflom i cijevima grijači žice i trake namotani su izravno na keramički mufl ili cijev, osim toga, tako da zavoji zavojnice tijekom ekspanzije od zagrijavanja ne oslabe i ne pomaknu se sa svog mjesta, keramika se isporučuje s kanalima u koji je položena traka ili žica. Drugi način pričvršćivanja zavoja grijača na keramici je premazivanje potonjeg nakon namotavanja slojem vatrostalne gline s šamotom.

Riža. 6. Ljetne grijalice.

Riža. 7. Grijači šipke cijevi.

U pećima do temperatura od 400-500 ° C postoji mnogo više vrsta grijača. Uz spiralne i trakaste cik-cak grijače s otvorenom žicom, kao i kod peći na višim temperaturama, postoje izvedbe izmjenjivih grijaćih elemenata, prikladne po tome što se mogu koristiti za proizvodnju bilo koje snage, au isto vrijeme kada izgore, npr. elementi se lako zamjenjuju. rezervni.

Cjevasti štapni grijaći elementi su skup porculanskih izolatora nanizanih na toplinski otpornu ili čeličnu šipku i smještenih u čeličnu cijev, zavarenu na jednom kraju i zatvorenu olovnim izolatorom na drugom. Nichrome spirala je namotana na porculanske izolatore koji su jednim krajem zavareni na izolatorsku žicu, a drugim na središnju šipku.

Ponekad je prostor između cijevi i grijača ispunjen kvarcnim pijeskom. Grijači ovog tipa mogu se koristiti do 400-500 °C, a s vatrostalnim cijevima do 1000 °C i posebno su pogodni za velike peći u kojima je potrebno zaštititi grijač od mehaničkih oštećenja ili od djelovanja korozivnih para ( Slika 7).

Od velikog su interesa takozvani "cijevni" grijaći elementi (slika 8). Sastoje se od čelične cijevi, duž čije se osi nalazi nikromirana spirala, zavarena na izlazne vijke na krajevima grijača. Prostor između spirale i stijenki cijevi ispunjen je periklazom, kristalnim magnezijevim oksidom, koji ima dobru električnu izolaciju, a ujedno i visoku toplinsku vodljivost. Proizvodnja grijaćih elemenata provodi se na sljedeći način.

Nikromova spirala namotana na čeličnu šipku postavljena je strogo aksijalno u pripremljenu očišćenu čeličnu cijev, cijev je fiksirana okomito na vibrirajućem stroju i ispunjena prahom periklaza koji je prošao kroz magnetski separator. Šipka se zatim vadi iz cijevi i prolazi kroz stroj za kovanje, koji je udara čekićem po obodu, uzrokujući smanjenje promjera i jako zbijanje periklaza.

Zatvoreni olovni izolatori pričvršćeni su na rubove cijevi, nakon čega se, zahvaljujući periklaznoj brtvi, može saviti na bilo koji način i dati joj prikladan oblik. U ovom obliku, cijevni elementi se mogu koristiti za zagrijavanje zraka (električni grijači), ulja, nitrata, pa čak i za topljenje metala niskog tališta kao što su kositar, olovo, babit.U potonjem slučaju, kako bi se izbjegla brza korozija stijenke metalne cijevi, ona je prethodno napunjena lijevanim željezom, koja tvori masivnu ploču, unutar koje se nalazi cijevni grijaći element.

Riža. 8. Cjevasti grijači.

Primjena cijevnih grijača za kupke sa salitrom vrlo je poželjna, jer u usporedbi s kupkama s vanjskim grijanjem, smanjuje smanjenje potrošnje energije, povećava sigurnost kupelji i veliku uštedu nikroma. Međutim, za njihov zadovoljavajući rad u nitratima, posebno na temperaturama od 500 °C i više, potrebno je napraviti dvostruki omotač cijevi, postavljajući na pripremljeni grijač drugu cijev, nikl, otpornu na toplinu.

Kada se koriste u električnim grijačima, imaju rebra kako bi se povećao prijenos topline u zrak.

Cijevni grijači vrlo su rašireni za proizvodnju kućanskih grijaćih uređaja.

Cijevni grijači rade sa snagom od nekoliko stotina vata do nekoliko kilovata.

Podaci o cijevnim grijačima naše industrije dostupni su u katalozima.