Электрическая печь сопротивления для нагрева стальных изделий в окислительной атмосфере имеет мощность на фазу Pф=45 кВт и напряжение Uф=380 В.
Требуется:
1. Описать принцип работы колпаковой печи сопротивления.
2. Рассчитать ленточный и проволочный зигзагообразные свободно подвешенные металлические нагреватели при температуре нагрева изделия tu=950 ºC, приняв коэффициент теплового излучения стали ε2=0,8
3. Выбрать стандартные размеры сечений нагревательных элементов. Уточнить расчет по удельной поверхностной мощности.
Решение
Принцип движения газов в печи - свободный. Печь состоит из колпаков в виде перевернутых вверх дном сосудов, которые могут быть расположены друг над другом или один за другим. Обязательным условием является их обязательное сообщение между собой при помощи сухого шва, а именно, пространства в 2-3 см, незаполненного раствором или теплоизолятором, через который и переходят газы из одного колпака в другой.
Первый колпак и топка объединены в единое пространство. При таком устройстве наиболее горячие газы поднимаются вверх. Спустя некоторы промежуток времени от них происходит передача части тепловой энергии стенам. По мере остывания газов, происходит их спуск более холодных газов и их замещение более горячими.
Поскольку одного колпака для эффективного отбора тепла недостаточно, то в большинстве случаев используется два или три свода в зависимости от мощности
. В верхней зоне второго свода размещается теплообменник или любое другое необходимое для каких-либо целей устройство.
2. При выборе материала нагревателя делаем запас рабочей температуры в 50-200ºС, поэтому выбираем сплав Х15Н60-Н, обладающий следующими свойствами: плотность 7900кгм3, удельное электрическое сопротивление при 20 ºС: 1,1×10-6 Ом×м; температурный коэффициент электрического сопротивления 0,1×10-31ºС, температура плавления 1390 ºС, максимальная рабочая температура 1000ºС.
Для выбранного материала с учетом его максимальной рабочей температуры и определенной конструкции нагревателя определяем значение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя ωд.
Допустимую удельную поверхностную мощность нагревателя ωд определяем по формуле:
ωд=αэф×ωид=0,46×6298,9=2897,5Втм2
где αэф - коэффициент эффективности излучения нагревателя, который определяем по табл.1.2.; ωид - удельная поверхностная мощность идеального нагревателя.
ωид=5,71ε1+1ε2-1×Tн1004-tu1004,Втм2
Величину коэффициента излучения материала нагревателя ε1 принимаем равной 0,7.
ωид=5,710,7+10,8-1×10001004-9501004=6298,9Втм2
Расчетный диаметр (м) нагревателя круглого сечения (проволочный зигзаг, спиральный) определяем по формуле:
d=34×Pф2×ρгорπ2×Uф2×ωд
где ρгор - удельное электрическое сопротивление материала в горячем состоянии, Ом×м; ωд - допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя, Втм2.
d=34×450002×1,1×10-63,142×3802×2897,5=0,0135 м
Округляем величину до ближайшего стандартного сечения, но не менее 5 мм:
d=15 мм
Расчетная длина проволоки на фазу, м:
Lф=π×Uф2×d24×Pф×ρгор=3,14×3802×0,01524×45000×1,1×10-6=515,25 м
Для ленточного нагревателя прямоугольного сечения размеры сечения (м) определяем по формуле:
a=3Pф2×ρгор2×m×m+1×Uф2×ωд=3450002×1,1×10-62×10×10+1×3802×2897,5=0,03 м
где m=ba
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
