Elektriahjude kütteelementide konstruktsioonid

Enamiku tööstuslike ahjude kütteelemendid on kas lint või traat. 1 on kujutatud tavapärase nikroomtraatsoojendi seadet, selle katusele, seintele ja ahju koldesse kinnitamiseks kasutatavaid konstruktsioone ning juhtmete konstruktsiooni. Tavaliselt kasutatakse tööstuslike ahjude küttekehade tootmiseks traati läbimõõduga 3–7 mm. Kuid ahjude puhul, mille töötemperatuur on 1000 ° C ja rohkem, ei tohiks võtta traati, mille läbimõõt on alla 5 mm.

Spiraali sammu h ja selle läbimõõdu D ning traadi läbimõõdu d (joon. 1, k) suhted on valitud selliselt, et hõlbustada küttekehade paigutamist ahju, tagada nende piisav jäikus. ja samal ajal on soojuse ülekandmine neilt toodetele ülemäära keeruline.

Mida suurem on spiraali läbimõõt ja paksem on selle samm, seda lihtsam on küttekehasid ahju paigutada, kuid läbimõõdu suurenedes spiraali tugevus väheneb ja selle keerdude kalduvus üksteise peale asetseda suureneb. .Teisest küljest suureneb mähise tiheduse kasvades selle pöörete toodetele suunatud osade varjestusefekt ja seetõttu halveneb selle pinna kasutus.

Praktika on kehtestanud 3–7 mm läbimõõduga juhtmete puhul üsna kindlad soovitatavad suhted traadi läbimõõdu, sammu ja spiraali läbimõõdu vahel. Need suhted on järgmised: h> 2d ja D = (6 ÷ 8) d nikroomi ja vähem tugevate raud-kroom-alumiiniumisulamite puhul D = (4 ÷ 6) d.

Riis. 1. Traatsoojendid: a — siksakiline traatküttekeha metallkonksudel külgseinal: b — siksakiline traatküttekeha koldes, c — samasugune võlvis, d — samasugune keraamilistel riiulitel, e — traatspiraal väljaulatuvatel tellistel. külgseinal c ühendades konksudega, f — traadispiraal kaarekujulistes kivides ja koldešahtides, g — traatspiraal keraamilistel riiulitel, h — traatspiraal keraamilisel torul ja — traatküttekeha väljalaskeava, k — traadi spiraal küttekeha mõõtmed koos juhtmega

Peenemate juhtmete puhul võetakse tavaliselt suuremaks spiraali ja traadi läbimõõtude suhe ning spiraali samm. Need suhted kehtivad riiulitele asetatud spiraalide kohta (et spiraalid ei paisuks, tuleb need iga 300–500 mm järel müüritisesse kinnitatud konksude külge siduda) ning seinte ja võlvide voodri kanalites, samuti võlvides. kivid.

Viimasel ajal on aga levinud keraamilistel torudel põhinevad spiraalsoojendid (joon. 2).Ahju seintele kiirguse ja võimsuse jaotumise seisukohalt on sellised küttekehad peaaegu samaväärsed vabalt kiirgavate spiraalidega ja vastupidi, need on palju tõhusamad kui kanalites või riiulitel olevad spiraalid.

Seevastu nende puhul toetub iga painutus toru pinnale ja isegi kui see kuumutamisel mingil määral alla vajub (omaneb ovaalsus), ei vähenda see selle omadusi. Kuna selline kütteseade on seetõttu vähem koormatud kui teised ja selles ei saa üksikud pöörded üksteise peal asetseda, võib see vajadusel viia spiraali läbimõõdu ja traadi läbimõõdu suhte kuni 10 ja raud-kroom-alumiiniumisulamite puhul - kuni 8.

Riis. 2. Keraamilistel torudel traadiga spiraalsoojendite konstruktsioonid: a — kaarküttekehad, b — torud külgseintel, kinnitamine kuumakindlatele vedrustustele, c — sama keraamiliste sammaste soontes, d — torud koldes.

See disain on eriti soodne viimaste jaoks, kuna võimaldab materjalil vabalt laieneda. Lisaks, nagu joonisel 2, on välja töötatud keraamilistel torudel traadiga küttekehade konstruktsioonid nende paigaldamiseks mitte ainult ahju seintele, vaid ka katusesse ja koldesse ning viimastel juhtudel saab küttekehasid paigaldada. valmistatud liigutatavate raamidena, selliseid raame saab kergesti ahju sisestada ja põletamise ajal välja vahetada. varu ilma ahju peatamata.

Seega on keraamilistel torudel traadiga spiraalsoojendite konstruktsioon mitmekülgne nii materjalikasutuse kui ka küttekehade asukoha poolest ahjukambris.Selliste küttekehade spiraali siseläbimõõdu ja toru välisläbimõõdu suhet võib võtta ligikaudu 1,1-1,2, torude telgede vahekaugust 1,5-2 korda spiraali läbimõõdust.

Elektriliste küttekehade ja sundõhuringlusega ahjude puhul on spiraalsoojendite kasutamine keraamilistel torudel vähem soovitav, kuna see vähendab küttekeha soojusülekandetegurit, spiraalide kasutamine riiulitel või voodrikanalites on spiraalide kasutamine keraamilistel torudel täiesti vastuvõetamatu. samal põhjusel (välja arvatud juhtudel, kui gaasivoolu saab suunata piki spiraali, selle telje suunas).

Sellistes ahjudes on parem kasutada vabalt puhutud spiraalidega konstruktsioone, mis on teatud intervallidega isolaatorite vahele kinnitatud või viimaste külge seotud (joonis 3). Kui sellistes konstruktsioonides (kõrgematel temperatuuridel) kasutatakse keraamiliste torude spiraalküttekehasid, tuleks spiraali läbimõõdu ja toru läbimõõdu suhet suurendada 1,5-ni.

Riis. 3. Elektrisoojendite (a) traat- ja (b) ribakütteelementide konstruktsioonid.

Lintküttekehad on valmistatud erineva suurusega siksakidena ja kinnitatud metallist (kuumuskindel teras või nikroom) või keraamilistele konksudele (joonis 4). Metallkonksud on põimitud seinte müüritisse (tellistevahelistesse õmblustesse või spetsiaalsete telliste kanalitesse), keraamilised konksud on müüritisse laotud spetsiaalsete kivide väljakasvud.

Alumiste osade puhul siksakid kõverdumisel ei sulgu, nende vahele asetatakse vahetükid, mis on müüritisesse põimitud kuumakindlatele või nikroomtihvtidele asetatud šamott- või alumiiniumkeraamilised puksid.Puksid kinnitatakse tihvtide külge nikroomtihvtidega. Keraamiliste konksude puhul on ka eraldajad täielikult keraamikast (joon. 4, a).

Joonisel fig. 4, h näitab eemaldatavate keraamiliste konksude ja vahedetailide kujundust. See disain on väga kasulik, kuna võimaldab kahjustuste korral konksud hõlpsalt välja vahetada.

Siksakküttekehasid saab paigaldada ka ahju külgseintele keraamilistele riiulitele, kuid see konstruktsioon on seinale asetatava erivõimsuse ja küttekehade varjestusastme poolest veelgi vähem mugav kui traat-resti konstruktsioon. küttekehad. Sellele tuleb lisada, et keraamilised riiulid töötavad tavaliselt halvasti, kuna nende purunemise korral on kahjustatud riiuli asendamiseks vaja müüritist nihutada (joon. 4, d).

Riis. 4. Ribaküttekehade konstruktsioonid: a — metallkonksude külgseinal ribasiksakküttekehad, b — koldes ribasiksakküttekehad. c — samasugune võlvkeldris, d — samasugune keraamilistel riiulitel, e — liigutatav kõrge temperatuuriga raamielement, f — madala temperatuuriga raamielement, g — keraamilistel torudel "lamelaine" kütteseade, h - liigutatavatel konksudel siksakiline kütteseade, ja — sümboolne tähis siksakilise küttekeha mõõtmetele.

Võlvis või ribaküttekehade põhjas mahuvad need spetsiaalse kujuga kividest (talad — joon. 4, b ja c) moodustatud müüritistesse kanalitesse. Selliseid küttekehasid saab teha ka liigutatavate raamidena (joon. 4-53, e) Lisaks saab kaarevõlviga lindi siksakid riputada liikuvate metallkonksude külge.

Elektrikeristes ja sundõhkahjudes tuleks lintküttekehad projekteerida nii, et kerise pind oleks gaasijoaga puhumiseks võimalikult ligipääsetav. Sellise konstruktsiooni näide on näidatud joonisel fig. 3, b.

Mida paksemad on siksak-soojendid, seda pikemaks ajaks saab kerise ahju panna, kuid mida suurem on pöörete kaitse, seda kehvem on rihma pind. Seetõttu kehtestati riba-siksakküttekehade aktsepteeritud mõõtmed, mis tagavad nende piisava tugevuse ja madala vastastikuse kaitse.

Selleks püütakse rahuldada järgmisi suhteid (tähistused vastavalt joonisele 4, i): b / a = 5 ÷ 20, kõige levinum riba laiuse ja paksuse suhe on 10. siksakiline samm h> 1.8b , on riba raadius ümardatud, et vältida paindemurdu r>

Küttekeha temperatuuridel kuni 1000 ° C tööstuslikes ahjudes kasutatakse linti mõõtmetega vähemalt 1X10 mm, kõrgematel temperatuuridel vähemalt 2X20 mm.

Temperatuuridel kuni 1000 ° C võib siksaki B kõrgus seinal varieeruda vahemikus 150–400–600 mm, kuid iga 200 mm kohta on vaja rida vahepukse, st 200–400 mm kõrgusel üks rida vahetükid ja 400–600 mm juures - kaks rida. Kaarel ja koldes tuleb küttekehade settimise vältimiseks piirata siksaki B kõrgust 250 mm-ni. Neid soovitusi saab laiendada raud-kroom-alumiiniumisulamitele.

Küttekeha temperatuuride 1000–1100 °C korral saab kindlaksmääratud piirmõõtmed reserveerida Kh20N80 ja Kh20N80T sulamitele, raud-kroom-alumiiniumisulamite jaoks peaks mõõde B koos siksaki vertikaalse asendiga olema piiratud 250 mm-ga ja horisontaalasendiga 150 mm.

Kui küttekeha temperatuur on üle 1100 ° C, on ribaküttekehade ainus vastuvõetav disain nii katuse kui ka põhja jaoks lame laine keraamilistel torudel (joonis 2, g). Siksaki B pikkuseks võib sel juhul võtta 75-100 mm. Külgseinasoojendite puhul saab kasutada keraamiliste konksudega disaini, piirates siksaki kõrgust 150 mm-ni.

Viimastel aastatel on laialdaselt kasutatud siksak-traatküttekehasid. Nende kütteseadmete puhul võetakse siksakiline samm h võrdseks (5 ÷ 9) d.

Raua-kroom-alumiiniumi sulamite kasutamisel ahjudes, mille töötemperatuur on üle 1000 ° C, tuleb valmistada kõik tulekindla müüritise osad, mis võivad küttekehadega kokku puutuda (keraamilised konksud ja vaheseinad, riiulid, torud, kanalid jne). kõrge oksiidisisaldusega alumiiniummaterjalidest minimaalse raudoksiidisisaldusega.

Lindi siksakid keritakse tavaliselt käsitsi, kasutades lihtsat kangiseadet. Spiraalid keritakse treipingil siledale tornile tihedalt, seejärel venitatakse saadud spiraal soovitud sammuni.

Riis. 5. Suletud küttekeha väljalaskeava: 1 — korpus, 2, 6 — isolatsioonihülsid, 3 — vaherõngas, 4 — asbestitihend, 5 — ühendusmutter, 7 — küttekeha väljalaskeava.

Kuna pärast spiraali südamikust eemaldamist rullub see veidi lahti, suurendades läbimõõtu (umbes 1-3 mm), siis tuleks toru võtta arvutustest väiksema läbimõõduga.See vähenemine sõltub materjali elastsusest ja tuleb iga partii jaoks katseliselt määrata. Elektrijaamades toodetakse spetsiaalsetel masinatel siksakküttekehasid.

Kuni 1000 ° C temperatuuriga küttekehade väljalaskeavad on valmistatud kuumakindlast terasest, kroomniklist või kroomist, kõrgemate temperatuuride jaoks - sulamist 0X23Yu5A (EI-595). Selleks võtke valtsvarras, mille ristlõige on 3-4 korda suurem kui küttekeha ristlõige, et vähendada soojuse eraldumist juhtmetes. Madala temperatuuri tsoonis asuva väljalaskeava osa võib kallite materjalide säästmiseks valmistada tavalisest süsinikterasest. Traadi- ja ribaküttekehade tüüpilised juhtkonstruktsioonid on näidatud joonisel fig. 5.

Siksak-riba kütteelementides on üksikute siksakkide vastastikune varjestus endiselt suhteliselt suur, isegi kui samm ületab kahekordse riba laiuse.Soojendid oleks soodsam kujundada nii, et riba oleks toote poole. laiemal küljel, kuid see nõuab palju keevitamist, kuna riba igal pöördel on kaks keevisõmblust ja küttekeha on kallis ja kõverdub.

Seetõttu, kuigi selliseid kütteseadmeid kasutatakse mõnel juhul, kuid ainult väikeste ahjude jaoks. Võrreldes lint- ja eriti traatsoojenditega võimaldavad need oluliselt säästa materjali ning võimaldavad saada sama materjalikulu juures veidi suuremat seinapinna erivõimsust.

Nikroomist valatud ja spetsiaalsete konksude külge riputatud valatud velgedega küttekehad lähenevad ka tasapinnalistele küttekehadele (joon. 6).Erinevaid küttekehasid saab muidugi teha vaid suurte ristlõikega ja seetõttu kasutatakse neid kas suurtes ahjudes või vajavad alandatud pinget. Nende eeliseks on kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga, mõõdetuna kümnetes tuhandetes tundides. Üldiselt arvatakse, et õigesti arvutatud ja projekteeritud nikroomkütteseadmed peaksid töötama 6000 kuni 12000 tundi (voolu all).

Muhvel- ja toruahjudes keritakse traat- ja ribaküttekehad otse keraamilisele muhvelile või torule, lisaks on keraamika varustatud kanalitega, et spiraali pöörded kuumutamisel paisumisel ei nõrgeneks ega liiguks oma kohalt. millesse lint või traat asetatakse. Teine võimalus kerise pöördeid keraamikale kinnitada on katta viimane peale kerimist šamottiga tulekindla savi kihiga.

Riis. 6. Suvised küttekehad.

Riis. 7. Varraste torusoojendid.

Ahjudes, mille temperatuur on kuni 400–500 ° C, on palju rohkem küttekehasid. Lisaks avatud juhtmega spiraal- ja lint-siksak-soojenditele, nagu kõrgema temperatuuriga ahjudes, on ka vahetatavad küttekehade konstruktsioonid, mis on mugavad selle poolest, et nendega saab toota mis tahes võimsust ja samal ajal kui need läbi põlevad, elemendid on kergesti asendatavad. tagavaraks.

Torukujulised vardakütteelemendid on portselanist isolaatorite komplekt, mis on kinnitatud kuumakindlale või terasvardale ja asetatakse terastorusse, keevitatakse ühest otsast ja suletakse teisest pliisolaatoriga. Nikroomspiraal keritakse portselanist isolaatoritele, mis on keevitatud ühest otsast isolaatoritraadi ja teisest otsast keskvarda külge.

Mõnikord täidetakse toru ja küttekeha vaheline ruum kvartsliivaga. Seda tüüpi küttekehasid saab kasutada kuni 400-500 ° C ja tulekindlate torudega kuni 1000 ° C ning need on eriti mugavad suurte ahjude jaoks, kus on vaja kaitsta kütteseadet mehaaniliste kahjustuste või söövitavate aurude eest ( joonis 7).

Suurt huvi pakuvad nn "torukujulised" kütteelemendid (joon. 8). Need koosnevad terastorust, mille teljel paikneb nikroomspiraal, mis on keevitatud küttekeha otstes olevate väljundpoltide külge. Spiraali ja toru seinte vaheline ruum on täidetud periklaasiga, kristallilise magneesiumoksiidiga, millel on hea elektriisolatsioon ja samas kõrge soojusjuhtivus. Kütteelementide tootmine toimub järgmiselt.

Terasvardale keritud nikroomspiraal paigaldati rangelt aksiaalselt ettevalmistatud puhastatud terastorusse, toru kinnitati vertikaalselt vibreerivale masinale ja täideti magnetseparaatorist läbi lastud periklaasipulbriga. Seejärel eemaldatakse varras torust ja lastakse läbi sepistamismasina, mis lööb selle ümber ümbermõõdu, mistõttu selle läbimõõt väheneb ja periklaas tiheneb väga.

Toru servadele kinnitatakse suletud pliisolaatorid, misjärel saab tänu periklaasi tihendile seda mis tahes viisil painutada ja sobiva kuju anda. Sellisel kujul saab torukujulisi elemente kasutada õhu (elektriküttekehad), õli, nitraatide ja isegi madala sulamistemperatuuriga metallide nagu tina, plii, babbitt sulatamiseks.Viimasel juhul on metalltoru seina kiire korrosiooni vältimiseks see eeltäidetud malmiga, mis moodustab massiivse plaadi, mille sees on torukujuline kütteelement.

Riis. 8. Torukujulised küttekehad.

Torukujuliste küttekehade kasutamine soolavannide jaoks on väga soovitav, sest võrreldes välisküttega vannidega vähendab see energiatarbimist, suurendab vannide ohutust ja säästab tohutult nikroomi. Kuid nende rahuldavaks tööks nitraatides, eriti temperatuuril 500 ° C ja kõrgemal, on vaja torust teha topeltkate, asetades ettevalmistatud küttekehale teise kuumusekindla nikli toru.

Elektrisoojendites kasutamisel on need ribidega, et suurendada soojusülekannet õhku.

Kodumajapidamises kasutatavate kütteseadmete tootmiseks on torukujulised kütteseadmed väga laialt levinud.

Torukujulised kütteseadmed töötavad võimsusega mitmesajast vatist mitme kilovatini.

Andmed meie tööstuse toodetud toruküttekehade kohta on saadaval kataloogides.