Einige Haushaltsheizgeräte verwenden immer noch Nichromdraht. Es weist eine hohe Hitzebeständigkeit auf, die für eine Legierung aus Nickel und Chrom charakteristisch ist. Dieses Material weist eine gute Duktilität, einen hohen elektrischen Widerstand und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands auf. Daher müssen diese Parameter bei der Berechnung von Nichromdraht für eine Heizung berücksichtigt werden. Andernfalls sind die Berechnungsergebnisse ungenau und führen nicht zum gewünschten Ergebnis.

Verwendung eines Online-Rechners für Berechnungen

Schnelle Berechnungen können mit einem Online-Rechner durchgeführt werden. Mit seiner Hilfe können Sie die erforderliche Länge des Nichromdrahtes berechnen und ungefähr einstellen. In der Regel berücksichtigen wir die Marken, die in Heizgeräten am häufigsten verwendet werden – X20N80, X20N80-N, X15N60.

Um Berechnungen durchführen zu können, sind zwingende Ausgangsdaten erforderlich. Dies ist zunächst die Menge der zu erhaltenden Heizleistung, der Durchmesser des Nichromdrahtes und der Wert der Versorgungsspannung.

Berechnungen werden durchgeführt auf die folgende Weise. Zunächst müssen Sie es gemäß den angegebenen Parametern installieren, gemäß der Formel: I = P/U. Anschließend wird der Widerstand für das gesamte Heizelement berechnet. Als nächstes benötigen Sie den elektrischen Widerstand für eine bestimmte Nichromdrahtmarke. Dieser Wert wird benötigt, um das meiste zu ermitteln optimale Länge Heizelement mit einer anderen Formel: l = SR/ρ. Richtige Wahl Länge bringt den Heizwiderstand R auf den gewünschten Wert.

Nach Durchführung der Berechnungen empfiehlt es sich, die erhaltenen Daten anhand der Tabelle zu überprüfen und sicherzustellen, dass der berechnete Strom dem zulässigen Wert entspricht. Wenn der berechnete Strom die zulässigen Grenzen überschreitet, sollten wiederholte Berechnungen durchgeführt werden, indem der Durchmesser des Nichromdrahts vergrößert oder die Leistung des Heizelements selbst verringert wird. Es ist zu berücksichtigen, dass alle in den Tabellen angegebenen Parameter für Heizgeräte berechnet werden, die sich in horizontaler Position befinden und in einer Luftumgebung betrieben werden.

Wenn Sie planen, eine in einer Flüssigkeit platzierte Nichromspirale zu verwenden, sollte der Wert des zulässigen Stroms mit dem Faktor 1,1-1,5 multipliziert werden. Bei einer geschlossenen Spiralanordnung hingegen ist eine Reduzierung um das 1,2- bis 1,5-fache erforderlich.

Sehr oft, wenn Sie etwas herstellen oder reparieren möchten Heizung Bei der Herstellung von Elektroöfen mit eigenen Händen hat eine Person viele Fragen. Welchen Durchmesser sollte der Draht beispielsweise haben, wie lang sollte er sein oder welche Leistung kann mit einem Draht oder Band mit den angegebenen Parametern usw. erzielt werden. Bei der richtigen Lösung dieses Problems müssen viele Parameter berücksichtigt werden, beispielsweise die Stärke des durchfließenden Stroms Heizung, Betriebstemperatur, Art des Stromnetzes und andere.

Dieser Artikel bietet Hintergrundinformationen zu den Materialien, die bei der Herstellung von Heizgeräten am häufigsten verwendet werden Elektroöfen, sowie Methoden und Beispiele ihrer Berechnung (Berechnung von Heizungen für Elektroöfen).

Heizungen. Materialien zur Herstellung von Heizgeräten

Direkt Heizung- eines der wichtigsten Elemente des Ofens, es führt die Erwärmung durch, hat die höchste Temperatur und bestimmt die Leistung der gesamten Heizanlage. Daher müssen Heizgeräte eine Reihe von Anforderungen erfüllen, die im Folgenden aufgeführt sind.

Anforderungen an Heizgeräte

Grundanforderungen an Heizgeräte (Heizmaterialien):

• Heizgeräte müssen eine ausreichende Hitzebeständigkeit (Zunderbeständigkeit) und Hitzebeständigkeit aufweisen. Hitzebeständigkeit – mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen. Hitzebeständigkeit – Beständigkeit von Metallen und Legierungen gegen Gaskorrosion bei hohen Temperaturen (die Eigenschaften Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit werden auf der Seite ausführlicher beschrieben).
• Heizung in einem Elektroofen muss aus einem Material mit hohem elektrischem Widerstand bestehen. Apropos in einfacher Sprache Je höher der elektrische Widerstand des Materials ist, desto stärker erwärmt es sich. Wenn Sie also ein Material mit geringerem Widerstand verwenden, benötigen Sie eine Heizung mit größerer Länge und kleinerer Fläche Querschnitt. Es ist nicht immer möglich, eine ausreichend lange Heizung in den Ofen zu stellen. Es ist auch eine Überlegung wert, dass je größer der Durchmesser des Drahtes ist, aus dem die Heizung besteht, desto längerfristig seine Dienste . Beispiele für Materialien mit hohem elektrischen Widerstand sind Chrom-Nickel-Legierungen und Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen, bei denen es sich um Präzisionslegierungen mit hohem elektrischen Widerstand handelt.
• Ein niedriger Temperaturkoeffizient des Widerstands ist ein wesentlicher Faktor bei der Materialauswahl für eine Heizung. Dies bedeutet, dass sich der elektrische Widerstand des Materials ändert, wenn sich die Temperatur ändert Heizungändert sich nicht viel. Wenn der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands hoch ist, müssen zum Einschalten des Ofens im kalten Zustand Transformatoren verwendet werden, die zunächst eine reduzierte Spannung liefern.
• Die physikalischen Eigenschaften von Heizmaterialien müssen konstant sein. Einige Materialien, wie zum Beispiel Karborund, ein nichtmetallischer Heizer, können ihre Eigenschaften im Laufe der Zeit ändern. physikalische Eigenschaften, insbesondere elektrischer Widerstand, was ihre Betriebsbedingungen erschwert. Zur Stabilisierung des elektrischen Widerstands werden Transformatoren mit einer großen Stufenzahl und einem Spannungsbereich eingesetzt.
• Metallmaterialien Damit sie für die Herstellung verwendet werden können, müssen sie über gute technologische Eigenschaften verfügen, nämlich Duktilität und Schweißbarkeit Draht, Band und aus dem Band - Heizelemente mit komplexer Konfiguration. Auch Heizungen kann aus Nichtmetallen hergestellt werden. Nichtmetallische Heizgeräte werden zu einem fertigen Produkt gepresst oder geformt.

Materialien zur Herstellung von Heizgeräten

Die am besten geeigneten und bei der Herstellung am häufigsten verwendeten Heizgeräte für Elektroöfen sind Präzisionslegierungen mit hohem elektrischem Widerstand. Dazu gehören Legierungen auf Basis von Chrom und Nickel ( Chrom-Nickel), Eisen, Chrom und Aluminium ( Eisen-Chrom-Aluminium). Die Qualitäten und Eigenschaften dieser Legierungen werden in besprochen „Präzisionslegierungen. Briefmarken". Vertreter der Chrom-Nickel-Legierungen sind die Sorten X20N80, X20N80-N (950–1200 °C), X15N60, X15N60-N (900–1125 °C), Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen – Sorten , X27Yu5T (950-1350 °C), X23Yu5 (950-1200 °C), X15YU5 (750-1000 °C). Es gibt auch Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen – Kh15N60Yu3, Kh27N70YUZ.

Die oben aufgeführten Legierungen haben gute Eigenschaften Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit, sodass sie bei hohen Temperaturen betrieben werden können. Gut Hitzebeständigkeit bietet Schutzfilm aus Chromoxid, das sich auf der Oberfläche des Materials bildet. Der Schmelzpunkt des Films ist höher als der Schmelzpunkt der Legierung selbst; er reißt beim Erhitzen und Abkühlen nicht.

Geben wir Vergleichsmerkmale Nichrom und Fechral.
Vorteile von Nichrom:

• Gut mechanische Eigenschaften sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen;
• die Legierung ist kriechfest;
• verfügt über gute technologische Eigenschaften – Duktilität und Schweißbarkeit;
• gut verarbeitet;
• altert nicht, nicht magnetisch.

Nachteile von Nichrom:

• hohe Nickelkosten – einer der Hauptbestandteile der Legierung;
• niedrigere Betriebstemperaturen im Vergleich zu Fechral.

Vorteile von Fehrali:

• eine billigere Legierung im Vergleich zu Nichrom, weil beinhaltet nicht ;
• hat im Vergleich zu Nichrom eine bessere Hitzebeständigkeit; beispielsweise kann Fechral X23Yu5T bei Temperaturen bis zu 1400 °C betrieben werden (1400 °C ist das Maximum). Arbeitstemperatur für eine Heizung aus Draht Ø 6,0 mm oder mehr; Ø 3,0 - 1350 °C; Ø 1,0 - 1225 °C; Ø 0,2 - 950 °C).

Nachteile von Fehrali:

• Da es sich um eine spröde und schwache Legierung handelt, sind diese negativen Eigenschaften besonders ausgeprägt, wenn die Legierung Temperaturen über 1000 °C ausgesetzt war.
• Weil Da Fechral Eisen enthält, ist diese Legierung magnetisch und kann in feuchter Atmosphäre bei normalen Temperaturen rosten;
• hat eine geringe Kriechfestigkeit;
• interagiert mit Schamottauskleidung und Eisenoxiden;
• Während des Betriebs dehnen sich Fechral-Heizungen erheblich aus.

Auch Legierungsvergleich fechral Und Nichrom im Artikel produziert.

IN In letzter Zeit Es wurden Legierungen vom Typ Kh15N60Yu3 und Kh27N70YuZ entwickelt, d.h. mit der Zugabe von 3 % Aluminium, was die Hitzebeständigkeit der Legierungen deutlich verbesserte, und das Vorhandensein von Nickel beseitigte praktisch die Nachteile von Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen. Die Legierungen Kh15N60YUZ, Kh27N60YUZ interagieren nicht mit Schamotte und Eisenoxiden, sind ziemlich gut verarbeitet, mechanisch fest und nicht zerbrechlich. Die maximale Betriebstemperatur der X15N60YUZ-Legierung beträgt 1200 °C.

Neben den oben genannten Legierungen auf Basis von Nickel, Chrom, Eisen und Aluminium werden für die Herstellung von Heizgeräten auch andere Materialien verwendet: Refraktärmetalle sowie Nichtmetalle.

Unter den Nichtmetallen werden für die Herstellung von Heizgeräten Karborund, Molybdändisilizid, Kohle und Graphit verwendet. Karborund- und Molybdändisilizid-Heizungen werden in Hochtemperaturöfen eingesetzt. In Öfen mit Schutzatmosphäre werden Kohle- und Graphitheizungen eingesetzt.

Unter den feuerfesten Materialien können Tantal und Niob als Heizer verwendet werden. Sie werden in Hochtemperatur-Vakuumöfen und Öfen mit Schutzatmosphäre eingesetzt Molybdän-Heizungen Und Wolfram. Molybdän-Heizungen können im Vakuum bis zu Temperaturen von 1700 °C und in Schutzatmosphäre bis zu 2200 °C betrieben werden. Dieser Temperaturunterschied ist auf die Verdampfung von Molybdän bei Temperaturen über 1700 °C im Vakuum zurückzuführen. Wolframheizungen können bis zu 3000 °C betrieben werden. In besonderen Fällen werden Heizer aus Tantal und Niob verwendet.

Berechnung von Elektroofenheizungen

Typischerweise sind die Ausgangsdaten für die Heizgeräte die Leistung, die die Heizgeräte bereitstellen müssen, die maximale Temperatur, die zur entsprechenden Umsetzung erforderlich ist technologischer Prozess(Anlassen, Härten, Sintern usw.) und die Abmessungen des Arbeitsraums des Elektroofens. Wenn die Ofenleistung nicht angegeben ist, kann diese anhand einer Faustformel ermittelt werden. Bei der Berechnung von Heizkörpern ist es notwendig, den Durchmesser und die Länge (für Draht) bzw. die Querschnittsfläche und Länge (für Band) zu ermitteln, die für erforderlich sind Herstellung von Heizgeräten.

Es ist auch notwendig, das Material zu bestimmen, aus dem hergestellt werden soll Heizungen(Dieser Punkt wird im Artikel nicht behandelt). Als Material für Heizgeräte wird in diesem Artikel eine Chrom-Nickel-Präzisionslegierung mit hohem elektrischem Widerstand betrachtet, die zu den beliebtesten bei der Herstellung von Heizelementen zählt.

Bestimmung des Durchmessers und der Länge der Heizung (Nichromdraht) bei gegebener Ofenleistung (einfache Berechnung)

Vielleicht am meisten einfache Möglichkeit Heizungsberechnungen Bei Nichrom handelt es sich um die Wahl des Durchmessers und der Länge für eine bestimmte Heizleistung, Versorgungsspannung sowie die Temperatur, die das Heizgerät haben wird. Trotz der Einfachheit der Berechnung weist sie eine Besonderheit auf, auf die wir im Folgenden eingehen werden.

Ein Beispiel für die Berechnung des Durchmessers und der Länge eines Heizelements

Ausgangsdaten:
Geräteleistung P = 800 W; Netzspannung U = 220 V; Heiztemperatur 800 °C. Als Heizelement wird Nichromdraht X20N80 verwendet.

1. Zuerst müssen Sie die Stromstärke bestimmen, die durch das Heizelement fließt:
I=P/U = 800 / 220 = 3,63 A.

2. Jetzt müssen Sie den Heizwiderstand ermitteln:
R=U/I = 220 / 3,63 = 61 Ohm;

3. Basierend auf dem Wert der Stromstärke, der im Durchgang durch Schritt 1 erhalten wurde Nichrom-Heizung, müssen Sie den Drahtdurchmesser auswählen. Und dieser Punkt ist wichtig. Wenn Sie beispielsweise bei einem Strom von 6 A Nichromdraht mit einem Durchmesser von 0,4 mm verwenden, brennt dieser. Daher ist es nach der Berechnung der Stromstärke erforderlich, den entsprechenden Wert für den Drahtdurchmesser aus der Tabelle auszuwählen. In unserem Fall wählen wir für einen Strom von 3,63 A und eine Heiztemperatur von 800 °C einen Nichromdraht mit einem Durchmesser D = 0,35 mm und Querschnittsfläche S = 0,096 mm 2.

Allgemeine Regel Auswahl des Drahtdurchmessers kann wie folgt formuliert werden: Es ist notwendig, einen Draht auszuwählen, dessen zulässige Stromstärke nicht geringer ist als die berechnete Stromstärke, die durch die Heizung fließt. Um Heizmaterial einzusparen, sollten Sie einen Draht mit der nächsthöheren (als berechneten) zulässigen Stromstärke wählen.

Tabelle 1

Der zulässige Strom, der durch eine Heizvorrichtung aus Nichromdraht fließt, entspricht bestimmten Erwärmungstemperaturen des horizontal darin aufgehängten Drahtes ruhige Luftnormale Temperatur

Durchmesser, mm	Querschnittsfläche von Nichromdraht, mm 2	Heiztemperatur des Nichromdrahtes, °C
		200	400	600	700	800	900	1000
		Maximal zulässiger Strom, A
5	19,6	52	83	105	124	146	173	206
4	12,6	37,0	60,0	80,0	93,0	110,0	129,0	151,0
3	7,07	22,3	37,5	54,5	64,0	77,0	88,0	102,0
2,5	4,91	16,6	27,5	40,0	46,6	57,5	66,5	73,0
2	3,14	11,7	19,6	28,7	33,8	39,5	47,0	51,0
1,8	2,54	10,0	16,9	24,9	29,0	33,1	39,0	43,2
1,6	2,01	8,6	14,4	21,0	24,5	28,0	32,9	36,0
1,5	1,77	7,9	13,2	19,2	22,4	25,7	30,0	33,0
1,4	1,54	7,25	12,0	17,4	20,0	23,3	27,0	30,0
1,3	1,33	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,2	1,13	6,0	9,8	14,0	15,8	18,7	21,6	24,3
1,1	0,95	5,4	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,0	0,785	4,85	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
0,9	0,636	4,25	6,7	9,35	10,45	12,3	14,5	16,5
0,8	0,503	3,7	5,7	8,15	9,15	10,8	12,3	14,0
0,75	0,442	3,4	5,3	7,55	8,4	9,95	11,25	12,85
0,7	0,385	3,1	4,8	6,95	7,8	9,1	10,3	11,8
0,65	0,342	2,82	4,4	6,3	7,15	8,25	9,3	10,75
0,6	0,283	2,52	4	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,55	0,238	2,25	3,55	5,1	5,8	6,75	7,6	8,7
0,5	0,196	2	3,15	4,5	5,2	5,9	6,75	7,7
0,45	0,159	1,74	2,75	3,9	4,45	5,2	5,85	6,75
0,4	0,126	1,5	2,34	3,3	3,85	4,4	5,0	5,7
0,35	0,096	1,27	1,95	2,76	3,3	3,75	4,15	4,75
0,3	0,085	1,05	1,63	2,27	2,7	3,05	3,4	3,85
0,25	0,049	0,84	1,33	1,83	2,15	2,4	2,7	3,1
0,2	0,0314	0,65	1,03	1,4	1,65	1,82	2,0	2,3
0,15	0,0177	0,46	0,74	0,99	1,15	1,28	1,4	1,62
0,1	0,00785	0,1	0,47	0,63	0,72	0,8	0,9	1,0

Notiz :

• Befinden sich die Heizgeräte in der erhitzten Flüssigkeit, kann die Belastung (zulässiger Strom) um das 1,1- bis 1,5-fache erhöht werden;
• Bei einer geschlossenen Anordnung von Heizgeräten (z. B. in Kammer-Elektroöfen) muss die Belastung um das 1,2- bis 1,5-fache reduziert werden (bei dickerem Draht wird ein kleinerer Koeffizient, bei dünnerem Draht ein größerer Koeffizient angenommen).

4. Bestimmen Sie als Nächstes die Länge des Nichromdrahts.
R = ρ l/S ,
Wo R - elektrischer Widerstand des Leiters (Heizung) [Ohm], ρ - spezifischer elektrischer Widerstand des Heizmaterials [Ohm mm 2 / m], l - Länge des Leiters (Heizung) [mm], S - Querschnittsfläche des Leiters (Heizung) [mm 2 ].

Somit erhalten wir die Länge der Heizung:
l = R S / ρ = 61 · 0,096 / 1,11 = 5,3 m.

IN in diesem Beispiel Als Heizung wird Nichromdraht Ø 0,35 mm verwendet. Gemäß „Draht aus Präzisionslegierungen mit hohem elektrischem Widerstand. Technische Bedingungen" Der Nennwert des elektrischen Widerstands von Nichromdraht der Sorte X20N80 beträgt 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ = 1,1 Ohm mm 2 / m), siehe Tabelle. 2.

Das Ergebnis der Berechnungen ist die erforderliche Länge des Nichromdrahtes, die 5,3 m und der Durchmesser 0,35 mm beträgt.

Tabelle 2

Bestimmung des Durchmessers und der Länge des Heizgeräts (Nichromdraht) für einen bestimmten Ofen (detaillierte Berechnung)

Die in diesem Absatz dargestellte Berechnung ist komplexer als die obige. Dabei berücksichtigen wir die zusätzlichen Parameter der Heizgeräte und versuchen die Möglichkeiten zum Anschluss der Heizgeräte an ein Drehstromnetz zu verstehen. Wir berechnen die Heizung am Beispiel eines Elektroofens. Lassen Sie die Anfangsdaten sein InnenmaßeÖfen.

1. Als Erstes müssen Sie das Volumen der Kammer im Ofen berechnen. In diesem Fall nehmen wir H = 490 mm, D = 350 mm und l = 350 mm (Höhe, Breite bzw. Tiefe). Somit erhalten wir die Lautstärke V = h d l = 490 · 350 · 350 = 60 · 10 6 mm 3 = 60 l (Volumenmaß).

2. Als nächstes müssen Sie die Leistung bestimmen, die der Ofen erzeugen soll. Die Leistung wird in Watt (W) gemessen und bestimmt durch Faustregel: Bei einem Elektrobackofen mit einem Volumen von 10 – 50 Litern beträgt die spezifische Leistung 100 W/l (Watt pro Liter Volumen), bei einem Volumen von 100 – 500 Litern 50 – 70 W/l. Nehmen wir für den jeweiligen Ofen die spezifische Leistung von 100 W/l. Daher sollte die Heizleistung des Elektroofens sein P = 100 · 60 = 6000 W = 6 kW.

Bemerkenswert ist das bei einer Leistung von 5-10 kW Heizungen werden in der Regel einphasig gefertigt. Um bei hohen Leistungen eine gleichmäßige Belastung des Netzes zu gewährleisten, sind die Heizungen dreiphasig ausgeführt.

3. Dann müssen Sie den Strom ermitteln, der durch die Heizung fließt I=P/U , Wo P - Heizleistung, U - Spannung am Heizgerät (zwischen seinen Enden) und Heizwiderstand R=U/I .

Es kann sein zwei Möglichkeiten zum Anschluss an das Stromnetz:

• an ein einphasiges Haushaltsnetz - dann U = 220 V;
• an ein industrielles Drehstromnetz - U = 220 V (zwischen Neutralleiter und Phase) oder U = 380 V (zwischen zwei beliebigen Phasen).

Weitere Berechnungen werden getrennt für einphasige und dreiphasige Anschlüsse durchgeführt.

I=P/U = 6000 / 220 = 27,3 A – Strom fließt durch die Heizung.
Als nächstes müssen Sie den Widerstand der Ofenheizung bestimmen.
R=U/I = 220 / 27,3 = 8,06 Ohm.

Abbildung 1 Drahtheizung in einem Einphasenstromnetz

Die erforderlichen Werte des Drahtdurchmessers und seiner Länge werden in Absatz 5 dieses Absatzes festgelegt.

Bei dieser Anschlussart wird die Last gleichmäßig auf drei Phasen verteilt, d. h. 6 / 3 = 2 kW pro Phase. Wir brauchen also 3 Heizungen. Als nächstes müssen Sie eine Methode zum direkten Anschluss der Heizgeräte (Last) auswählen. Es gibt zwei Möglichkeiten: „STERN“ oder „DREIECK“.

Es ist erwähnenswert, dass in diesem Artikel die Formeln zur Berechnung der aktuellen Stärke ( ICH ) und Widerstand ( R ) für ein Drehstromnetz sind nicht eingeschrieben klassischer Look. Dies geschieht, um die Präsentation des Materials zur Berechnung von Heizgeräten mit elektrischen Begriffen und Definitionen nicht zu erschweren (z. B. werden Phasen- und Linearspannungen und -ströme sowie die Beziehungen zwischen ihnen nicht erwähnt). Die klassische Vorgehensweise und Formeln zur Berechnung von Drehstromkreisen finden sich in der Fachliteratur. In diesem Artikel werden einige an klassischen Formeln durchgeführte mathematische Transformationen dem Leser verborgen, und dies hat keinen Einfluss auf das Endergebnis.

Beim Anschlusstyp „STAR“. Die Heizung wird zwischen Phase und Null angeschlossen (siehe Abb. 2). Dementsprechend beträgt die Spannung an den Enden der Heizung U = 220 V.
I=P/U = 2000 / 220 = 9,10 A.
R=U/I = 220 / 9,10 = 24,2 Ohm.

Abbildung 2 Drahtheizung in einem Drehstromnetz. STAR-Verbindung

Beim Anschluss vom Typ „TRIANGLE“. Die Heizung wird zwischen zwei Phasen angeschlossen (siehe Abb. 3). Dementsprechend beträgt die Spannung an den Enden der Heizung U = 380 V.
Strom fließt durch die Heizung -
I=P/U = 2000 / 380 = 5,26 A.
Widerstand einer Heizung -
R=U/I = 380/ 5,26 = 72,2 Ohm.

Abbildung 3 Drahtheizung in einem Drehstromnetz. Verbindung nach dem „TRIANGLE“-Schema

4. Nach der Bestimmung des Widerstands des Heizgeräts bei entsprechendem Anschluss an das Stromnetz Es ist notwendig, den Durchmesser und die Länge des Drahtes auszuwählen.

Bei der Bestimmung der oben genannten Parameter ist eine Analyse erforderlich spezifische Oberflächenleistung des Heizgeräts, d.h. Leistung, die pro Flächeneinheit freigesetzt wird. Die Oberflächenleistung der Heizung hängt von der Temperatur des zu erhitzenden Materials und von der Bauart der Heizungen ab.

Beispiel
Aus den vorherigen Berechnungspunkten (siehe Absatz 3 dieses Absatzes) kennen wir den Widerstand der Heizung. Für einen 60-Liter-Herd mit einphasigem Anschluss ist dies der Fall R = 8,06 Ohm. Nehmen wir als Beispiel einen Durchmesser von 1 mm. Dann ist es notwendig, den erforderlichen Widerstand zu erhalten l = R / ρ = 8,06 / 1,4 = 5,7 m Nichromdraht, wobei ρ - Nennwert des elektrischen Widerstands von 1 m Kabel, [Ohm/m]. Die Masse dieses Stücks Nichromdraht beträgt m = l μ = 5,7 · 0,007 = 0,0399 kg = 40 g, wobei μ - Masse von 1 m Draht. Jetzt müssen Sie die Oberfläche eines 5,7 m langen Drahtstücks bestimmen. S = l π d = 570 · 3,14 · 0,1 = 179 cm 2, wobei l – Drahtlänge [cm], D – Drahtdurchmesser [cm]. Somit sollen auf einer Fläche von 179 cm2 6 kW freigesetzt werden. Wenn wir eine einfache Proportion lösen, stellen wir fest, dass ab 1 cm 2 Kraft freigesetzt wird β = P/S = 6000 / 179 = 33,5 W, wobei β - Oberflächenleistung des Heizgeräts.

Die resultierende Oberflächenleistung ist zu hoch. Heizung schmilzt, wenn es auf eine Temperatur erhitzt wird, die den resultierenden Oberflächenleistungswert ergibt. Diese Temperatur liegt über dem Schmelzpunkt des Heizmaterials.

Das gegebene Beispiel ist eine Demonstration der falschen Wahl des Drahtdurchmessers, der zur Herstellung der Heizung verwendet wird. In Abschnitt 5 dieses Absatzes wird ein Beispiel für die richtige Auswahl des Durchmessers gegeben.

Für jedes Material wird abhängig von der erforderlichen Heiztemperatur der zulässige Wert der Oberflächenleistung ermittelt. Sie kann anhand spezieller Tabellen oder Grafiken ermittelt werden. Diese Berechnungen verwenden Tabellen.

Für Hochtemperaturöfen(bei Temperaturen über 700 - 800 °C) beträgt die zulässige Oberflächenleistung W/m2 β zusätzlich = β eff · α , Wo β eff – Oberflächenleistung der Heizkörper in Abhängigkeit von der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums [W/m2], α – Strahlungseffizienzkoeffizient. β eff ausgewählt nach Tabelle 3, α - gemäß Tabelle 4.

Wenn Niedertemperaturofen(Temperatur unter 200 - 300 °C), dann kann die zulässige Oberflächenleistung mit (4 - 6) · 10 4 W/m2 angenommen werden.

Tisch 3

Effektive spezifische Oberflächenleistung von Heizgeräten in Abhängigkeit von der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums

Temperatur der wärmeaufnehmenden Oberfläche, °C	β eff, W/cm 2 bei Heiztemperatur, °C
	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350
100	6,1	7,3	8,7	10,3	12,5	14,15	16,4	19,0	21,8	24,9	28,4	36,3
200	5,9	7,15	8,55	10,15	12,0	14,0	16,25	18,85	21,65	24,75	28,2	36,1
300	5,65	6,85	8,3	9,9	11,7	13,75	16,0	18,6	21,35	24,5	27,9	35,8
400	5,2	6,45	7,85	9,45	11,25	13,3	15,55	18,1	20,9	24,0	27,45	35,4
500	4,5	5,7	7,15	8,8	10,55	12,6	14,85	17,4	20,2	23,3	26,8	34,6
600	3,5	4,7	6,1	7,7	9,5	11,5	13,8	16,4	19,3	22,3	25,7	33,7
700	2	3,2	4,6	6,25	8,05	10,0	12,4	14,9	17,7	20,8	24,3	32,2
800	-	1,25	2,65	4,2	6,05	8,1	10,4	12,9	15,7	18,8	22,3	30,2
850	-	-	1,4	3,0	4,8	6,85	9,1	11,7	14,5	17,6	21,0	29,0
900	-	-	-	1,55	3,4	5,45	7,75	10,3	13	16,2	19,6	27,6
950	-	-	-	-	1,8	3,85	6,15	8,65	11,5	14,5	18,1	26,0
1000	-	-	-	-	-	2,05	4,3	6,85	9,7	12,75	16,25	24,2
1050	-	-	-	-	-	-	2,3	4,8	7,65	10,75	14,25	22,2
1100	-	-	-	-	-	-	-	2,55	5,35	8,5	12,0	19,8
1150	-	-	-	-	-	-	-	-	2,85	5,95	9,4	17,55
1200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,15	6,55	14,55
1300	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	7,95

Tabelle 4

Drahtspiralen, halbgeschlossen in Futterrillen

Drahtspiralen auf Regalen in Rohren

Draht-Zickzack-(Stab-)Heizungen

Nehmen wir an, dass die Heiztemperatur 1000 °C beträgt und wir das Werkstück auf eine Temperatur von 700 °C erhitzen möchten. Dann wählen wir gemäß Tabelle 3 aus β eff = 8,05 W/cm2, α = 0,2, β zusätzlich = β eff · α = 8,05 · 0,2 = 1,61 W/cm2 = 1,61 · 10 4 W/m2.

5. Nach der Ermittlung der zulässigen Oberflächenleistung des Heizgeräts ist diese erforderlich Finden Sie seinen Durchmesser(für Drahtheizungen) oder Breite und Dicke(für Bandheizungen), sowie Länge.

Der Drahtdurchmesser lässt sich mit folgender Formel ermitteln: D - Drahtdurchmesser, [m]; P - Heizleistung, [W]; U - Spannung an den Enden des Heizgeräts, [V]; β zusätzlich - zulässige Oberflächenleistung des Heizgeräts, [W/m 2 ]; ρ t - spezifischer Widerstand des Heizmaterials bei einer bestimmten Temperatur, [Ohm·m].
ρ t = ρ 20 k , Wo ρ 20 - spezifischer elektrischer Widerstand des Heizmaterials bei 20 °C, [Ohm·m] k - Korrekturfaktor zur Berechnung der Änderungen des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur (von ).

Die Länge des Drahtes lässt sich mit folgender Formel ermitteln:
l - Kabellänge, [m].

Wählen Sie den Durchmesser und die Länge des Drahtes aus Nichrom X20N80. Der spezifische elektrische Widerstand des Heizmaterials beträgt
ρ t = ρ 20 k = 1,13 · 10 -6 · 1,025 = 1,15 · 10 -6 Ohm m.

Einphasiges Haushaltsnetzwerk
Für einen 60-Liter-Herd, der an ein einphasiges Haushaltsnetz angeschlossen ist, ist aus den vorherigen Berechnungsschritten bekannt, dass die Herdleistung beträgt P = 6000 W, Spannung an den Enden der Heizung - U = 220 V, zulässige Flächenheizleistung β zusätzlich = 1,6 · 10 4 W/m2. Dann bekommen wir

Die resultierende Größe muss auf den nächstgrößeren Standard gerundet werden. Standardgrößen für Nichrom- und Fechraldraht finden Sie in: Anhang 2, Tabelle 8. In diesem Fall beträgt das nächstgrößere Standardmaß Ø 2,8 mm. Durchmesser des Heizgeräts D = 2,8 mm.

Länge der Heizung l = 43 m.

Manchmal ist es auch notwendig, die Masse zu bestimmen benötigte Menge Draht.
m = l μ , Wo M - Gewicht eines Drahtstücks, [kg]; l - Drahtlänge, [m]; μ - spezifisches Gewicht (Gewicht von 1 Meter Draht), [kg/m].

In unserem Fall die Heizmasse m = l μ = 43 · 0,052 = 2,3 kg.

Diese Berechnung gibt den minimalen Drahtdurchmesser an, bei dem es unter bestimmten Bedingungen als Heizung verwendet werden kann. Unter dem Gesichtspunkt der Materialeinsparung ist diese Berechnung optimal. In diesem Fall kann auch Draht mit größerem Durchmesser verwendet werden, allerdings erhöht sich dann die Menge.

Untersuchung
Berechnungsergebnisse kann überprüft werden auf die folgende Weise. Es wurde ein Drahtdurchmesser von 2,8 mm erhalten. Dann wird die Länge sein, die wir brauchen
l = R / (ρ k) = 8,06 / (0,179 1,025) = 43 m, wobei l - Drahtlänge, [m]; R - Heizwiderstand, [Ohm]; ρ - Nennwert des elektrischen Widerstands von 1 m Draht, [Ohm/m]; k - Korrekturfaktor zur Berechnung von Änderungen des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur.
Dieser Wert stimmt mit dem Wert überein, der sich aus einer anderen Berechnung ergibt.

Jetzt müssen wir prüfen, ob die Oberflächenleistung des von uns gewählten Heizgeräts die zulässige Oberflächenleistung, die in Schritt 4 ermittelt wurde, nicht überschreitet. β = P/S = 6000 / (3,14 · 4300 · 0,28) = 1,59 W/cm2. Erhaltener Wert β = 1,59 W/cm 2 nicht überschreitet β zusätzlich = 1,6 W/cm2.

Ergebnisse
Somit benötigt die Heizung 43 Meter Nichromdraht X20N80 mit einem Durchmesser von 2,8 mm, was 2,3 kg entspricht.

Dreiphasiges Industrienetzwerk
Außerdem finden Sie dort den Durchmesser und die Länge des Drahtes, der für die Herstellung von Ofenheizungen erforderlich ist, die an ein Drehstromnetz angeschlossen sind.

Wie in Absatz 3 beschrieben, hat jeder der drei Heizkörper eine Leistung von 2 kW. Lassen Sie uns den Durchmesser, die Länge und die Masse eines Heizgeräts ermitteln.

STAR-Verbindung(siehe Abb. 2)

In diesem Fall beträgt das nächstgrößere Standardmaß Ø 1,4 mm. Durchmesser des Heizgeräts D = 1,4 mm.

Einzelne Heizkörperlänge l = 30 m.
Gewicht einer Heizung m = l μ = 30 · 0,013 = 0,39 kg.

Untersuchung
Es wurde ein Drahtdurchmesser von 1,4 mm erhalten. Dann wird die Länge sein, die wir brauchen
l = R / (ρ k) = 24,2 / (0,714 · 1,025) = 33 m.

β = P/S = 2000 / (3,14 · 3000 · 0,14) = 1,52 W/cm2, es überschreitet nicht den zulässigen Grenzwert.

Ergebnisse
Für drei in einer „STAR“-Konfiguration angeschlossene Heizgeräte benötigen Sie Folgendes:
l = 3 30 = 90 m Draht, also
M = 3 · 0,39 = 1,2 kg.

TRIANGLE-Verbindung(siehe Abb. 3)

In diesem Fall beträgt das nächstgrößere Standardmaß Ø 0,95 mm. Durchmesser des Heizgeräts D = 0,95 mm.

Einzelne Heizkörperlänge l = 43 m.
Gewicht einer Heizung m = l μ = 43 · 0,006 = 0,258 kg.

Untersuchung
Es wurde ein Drahtdurchmesser von 0,95 mm erhalten. Dann wird die Länge sein, die wir brauchen
l = R / (ρ k) = 72,2 / (1,55 · 1,025) = 45 m.

Dieser Wert stimmt praktisch mit dem Wert überein, der sich aus einer anderen Berechnung ergibt.

Die Oberflächendicke beträgt β = P/S = 2000 / (3,14 · 4300 · 0,095) = 1,56 W/cm2, es überschreitet nicht den zulässigen Grenzwert.

Ergebnisse
Für drei Heizgeräte, die in einem „DREIECK“-Muster angeschlossen sind, benötigen Sie:
l = 3 43 = 129 m Draht, also
M = 3 · 0,258 = 0,8 kg.

Wenn Sie die beiden oben besprochenen Möglichkeiten zum Anschluss von Heizgeräten an ein Drehstromnetz vergleichen, werden Sie das bemerken „STAR“ erfordert einen größeren Drahtdurchmesser als „TRIANGLE“ (1,4 mm gegenüber 0,95 mm), um eine gegebene Ofenleistung von 6 kW zu gewährleisten. Dabei Die erforderliche Länge des Nichrom-Drahts beim Anschluss nach dem „STAR“-Schema ist geringer als die Länge des Drahtes beim Anschluss nach dem „TRIANGLE“-Typ(90 m gegenüber 129 m) und die benötigte Masse hingegen ist größer (1,2 kg vs. 0,8 kg).

Spiralberechnung

Während des Betriebs besteht die Hauptaufgabe darin, den Heizer der berechneten Länge im begrenzten Raum des Ofens zu platzieren. Nichrom- und Fechraldraht werden in Form von Spiralen gewickelt oder in Form von Zickzacks gebogen, das Band ist in Form von Zickzacks gebogen, wodurch Sie eine größere Materialmenge (entlang der Länge) in die Arbeitskammer unterbringen können. Die häufigste Variante ist die Spirale.

Das Verhältnis zwischen der Steigung der Spirale und ihrem Durchmesser sowie dem Durchmesser des Drahtes wird so gewählt, dass die Platzierung der Heizelemente im Ofen erleichtert wird und deren ausreichende Steifigkeit maximal gewährleistet ist möglichen Umfang um eine lokale Überhitzung der Windungen der Spirale selbst auszuschließen und gleichzeitig die Wärmeübertragung von ihnen auf die Produkte nicht zu behindern.

Je größer der Durchmesser der Spirale und je kleiner ihre Steigung ist, desto einfacher ist es, Heizgeräte im Ofen zu platzieren. Mit zunehmendem Durchmesser nimmt jedoch die Festigkeit der Spirale ab und die Tendenz ihrer Windungen, übereinander zu liegen, nimmt zu . Andererseits erhöht sich mit zunehmender Wickelfrequenz die Abschirmwirkung des den Produkten zugewandten Teils seiner Windungen auf den Rest und damit die Ausnutzung seiner Oberfläche, und es kann auch zu örtlicher Überhitzung kommen.

Die Praxis hat klar definierte, empfohlene Beziehungen zwischen dem Durchmesser des Drahtes ( D ), Schritt ( T ) und der Durchmesser der Spirale ( D ) für Draht-Ø von 3 bis 7 mm. Diese Verhältnisse sind wie folgt: t ≥ 2d Und D = (7÷10) d für Nichrom und D = (4÷6) d - für weniger haltbare Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen wie Fechral usw. Für mehr dünne Drähte Attitüde D Und D , und auch T Normalerweise nehme ich mehr.

Abschluss

Der Artikel diskutierte verschiedene Aspekte im Zusammenhang mit Berechnung von Elektroofenheizungen- Materialien, Berechnungsbeispiele mit den notwendigen Referenzdaten, Links zu Normen, Abbildungen.

In den Beispielen wurden nur Berechnungsmethoden berücksichtigt Drahtheizungen. Neben Drähten aus Präzisionslegierungen können auch Bänder zur Herstellung von Heizgeräten verwendet werden.

Die Berechnung von Heizgeräten beschränkt sich nicht nur auf die Wahl ihrer Größen. Auch Es ist notwendig, das Material zu bestimmen, aus dem die Heizung hergestellt werden soll, die Art der Heizung (Draht oder Band), die Art der Position der Heizungen und andere Merkmale. Wenn die Heizung in Form einer Spirale ausgeführt ist, müssen die Anzahl der Windungen und der Abstand zwischen ihnen bestimmt werden.

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Referenzliste

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• Sokunov B.A., Grobova L.S. „Elektrothermische Anlagen (elektrische Widerstandsöfen)“.
• Feldman I.A., Gutman M.B., Rubin G.K., Shadrich N.I. „Berechnung und Auslegung von elektrischen Widerstandsofenheizungen“.
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• http://www.electromonter.info/advice/nichrom.html

Eine Nichrom-Spirale ist ein Heizelement in Form eines Drahtes, der zur kompakten Platzierung mit einer Schraube zusammengerollt ist. Der Draht besteht aus Nichrom- eine Präzisionslegierung, deren Hauptbestandteile Nickel und Chrom sind. Die „klassische“ Zusammensetzung dieser Legierung ist 80 % Nickel, 20 % Chrom. Die Zusammensetzung der Namen dieser Metalle bildete den Namen, der die Gruppe der Chrom-Nickel-Legierungen bezeichnet – „Nichrom“.

Der bekannteste Nichromsorten - Х20Н80 und Х15Н60. Der erste von ihnen steht den „Klassikern“ nahe. Es enthält 72–73 % Nickel und 20–23 % Chrom. Das zweite Ziel ist es, die Kosten zu senken und die Bearbeitbarkeit des Drahtes zu verbessern. Der darin enthaltene Nickel- und Chromgehalt wurde auf 61 % bzw. 18 % reduziert. Aber die Eisenmenge wurde erhöht – 17-29 % gegenüber 1,5 bei X20N80.

Basierend auf diesen Legierungen wurden Modifikationen mit höherer Überlebensfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erhalten. Dies sind die Marken X20N80-N (-N-VI) und X15N60 (-N-VI). Sie werden für Heizelemente in Kontakt mit Luft verwendet. Empfohlene maximale Betriebstemperatur – von 1100 bis 1220 °C

Anwendung von Nichromdraht

Die Hauptqualität von Nichrom ist seine hohe Beständigkeit elektrischer Strom. Sie bestimmt die Einsatzmöglichkeiten der Legierung. Nichrom-Spirale wird in zwei Funktionen verwendet: als Heizelement oder als Material für elektrische Widerstände elektrische Diagramme.

Wird für Heizgeräte verwendet elektrische Spirale aus den Legierungen X20N80-N und X15N60-N. Anwendungsbeispiele:

• Thermoreflektoren und Heizlüfter für den Haushalt;
• Heizelemente für Haushaltsheizgeräte und Elektroheizungen;
• Heizgeräte für Industrieöfen und thermische Ausrüstung.

Legierungen Kh15N60-N-VI und Kh20N80-N-VI, hergestellt im Vakuum Induktionsöfen, verwendet in Industrieanlagen mit erhöhter Zuverlässigkeit.

Nichrom-Spirale Sorten Х15Н60, Х20Н80 Der Unterschied zwischen X20N80-VI und X20N80-VI besteht darin, dass sich sein elektrischer Widerstand bei Temperaturänderungen kaum ändert. Daraus werden Widerstände und Steckverbinder hergestellt elektronische Schaltkreise, kritische Teile von Vakuumgeräten.

So wickeln Sie eine Spirale aus Nichrom

Resistiv oder Heizspirale kann zu Hause gemacht werden. Dazu benötigen Sie Nichromdraht geeigneter Güte und die korrekte Berechnung der benötigten Länge.

Auf dieser Seite werden wir einen Blick darauf werfen Hintergrundinformationüber die Materialien, die für die Herstellung von Elektroheizungen verwendet werden, und geben auch Beispiele für Berechnungen von Nichrom-Heizungen für Elektroöfen.

Heizmaterialien

Heizungen sind das wichtigste Element des Ofens und müssen viele Anforderungen erfüllen.

• Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit. Drahtheizer müssen eine gute Hitzebeständigkeit (die Beständigkeit eines Metalls oder einer Legierung bei hohen Temperaturen gegenüber Gaskorrosion) sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.
• Niedriger Temperaturkoeffizient des Widerstands. Dieser Faktor ist wichtig bei der Materialauswahl. Ein niedriger Koeffizient bedeutet, dass sich der elektrische Widerstand des Materials selbst bei Erwärmung nur sehr wenig ändert. Wenn dieser Temperaturkoeffizient beispielsweise groß ist, müssen zum Einschalten des Ofens im kalten Zustand zunächst Transformatoren mit reduzierter Spannung verwendet werden.
• Hoher elektrischer Widerstand. Die Heizung in einem Elektroofen muss diese Eigenschaft aufweisen. Je höher der Widerstandswert, desto stärker kann sich das Material erwärmen und desto kürzer ist die benötigte Zeit. Je größer der Durchmesser des Heizdrahtes ist, desto länger ist seine Lebensdauer. Materialien mit sehr hohem elektrischen Widerstand sind Chrom-Nickel-Präzisionslegierungen und, und.
• Gute technologische Eigenschaften. Die Materialien müssen eine gute Duktilität und Schweißbarkeit aufweisen, da sie zur Herstellung von Drähten, Bändern und Heizelementen mit komplexer Form verwendet werden.
• Konstante physikalische Eigenschaften. Beides sollte sich bei hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum nicht ändern.

Nichrom und Fechral, ​​​​die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, eignen sich am besten für die Herstellung von Elektroheizungen für Elektroöfen. Weitere Informationen zu den Sorten und ihren Eigenschaften finden Sie in GOST 10994-74.

Für die Herstellung von Heizgeräten geeignete Nichromsorten:

Für die Herstellung von Heizgeräten geeignete Fechral-Typen: .

Auch Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen: Kh27N70YuZ, Kh15N60Yu3.

Alle diese Legierungen weisen die oben beschriebenen Eigenschaften auf. Beispielsweise wird durch die Bildung eines Chromoxidfilms auf der Oberfläche eine hohe Hitzebeständigkeit gewährleistet.

Vergleichen Sie Nichrom und Fechral

Vorteile von Nichrom:

• Hervorragende mechanische Eigenschaften bei jeder Temperatur;
• Kriechfestigkeit;
• Kunststoff und gut verarbeitet;
• Hat eine ausgezeichnete Schweißbarkeit;
• altert nicht;
• nicht magnetisch.

Vorteile von Fehrali:

• hat mehr niedriger Preis als Nichrom, da es kein teures Nickel enthält;
• Fechral X23Yu5T hat eine bessere Hitzebeständigkeit als Nichrom. Fechraldraht mit einer Dicke von 6 mm kann bei 1400 °C betrieben werden.

Nachteile von Nichrom:

• Teurer als Fechral, ​​da der Hauptbestandteil Nickel hohe Kosten verursacht;
• Die Betriebstemperatur ist niedriger als die von Fechral.

Nachteile von Fehrali:

• die Legierung ist spröder, insbesondere bei Temperaturen von etwa 1000 °C und mehr;
• Geringe Kriechfestigkeit;
• Die Legierung ist magnetisch, weil sie Eisen enthält. Fechral rostet auch in feuchter Umgebung.
• Interagiert mit Eisenoxiden und Schamottauskleidung;
• Während des Betriebs dehnen sich Fechral-Heizungen aus.

Es gibt auch die Legierungen Kh27N70YuZ und Kh15N60Yu3, die 3 % Aluminium enthalten. Dieses Element ermöglicht es, die Hitzebeständigkeit von Legierungen zu verbessern. Diese Legierungen reagieren nicht mit Eisenoxiden oder Schamotte. Sie sind unzerbrechlich, langlebig und gut verarbeitet. Die maximale Betriebstemperatur beträgt 1200 °C.

Heizgeräte werden auch aus feuerfesten Metallen oder Nichtmetallen (Kohle, Molybdändisilizid, Graphit, Karborund) hergestellt. Molybdändisilizid und Karborund werden für Heizungen in Hochtemperaturöfen verwendet. Graphit- und Kohlenstoffheizer werden in Öfen mit Schutzatmosphäre eingesetzt.

Häufig verwendete Refraktärmetalle sind Tantal, Molybdän, Niob und Wolfram. Wolfram und Molybdän werden in Öfen mit Schutzatmosphäre sowie Hochtemperatur-Vakuumöfen eingesetzt. Molybdän-Heizungen werden im Vakuum bis 1700 °C und in Schutzatmosphäre bei Temperaturen bis 2200 °C eingesetzt. Dieses Merkmal besteht darin, dass Molybdän bei einer Temperatur von 1700 ° C (Vakuum) zu verdampfen beginnt. Wolframheizgeräte können bei ... betrieben werden. bis 3000 °C. Niob und Tantal werden sehr selten zur Herstellung von Heizgeräten verwendet.

Berechnung von Heizungen für Elektroöfen

Bei der Berechnung von Heizgeräten für Elektroöfen werden folgende Ausgangsdaten berücksichtigt:

• Volumen des Ofenarbeitsraums;
• Heizleistung;
• maximale Temperatur (erforderlich für den technologischen Prozess: Härten, Anlassen, Sintern).

Wichtig: Liegen keine Angaben zur Leistung des Ofens vor, wird diese nach einer empirischen Regel berechnet. Sie müssen wissen: die Länge und den Durchmesser des Drahtes oder die Länge und Querschnittsfläche des Bandes, der Heizung.

Wir werden uns eine der beliebtesten Legierungen für die Herstellung von Heizgeräten ansehen – Nichrom X20N80.

Einfache Berechnung der Länge und des Durchmessers des Heizdrahtes für eine bestimmte Ofenleistung. Mit einer kleinen Besonderheit.

Beispiel. Nichromdraht X20N80.

Ausgangsdaten:

• Geräteleistung P = 1,5 kW = 1500 W.
• Die maximale Aufheiztemperatur des Heizgeräts beträgt 900 °C.
• Spannung U = 220 V.

1. Die aktuelle Stärke wird wie folgt ermittelt:

1. Der Heizwiderstand wird wie folgt bestimmt:

1. Bei der Auswahl des Durchmessers des Nichrom-Heizdrahts spielt die Stromstärke eine entscheidende Rolle. Anhand der folgenden Tabelle wählen wir den erforderlichen Durchmesser aus. In unserem Beispiel beträgt der Strom = 6,8181 A und die Heiztemperatur = 900 °C, dann beträgt der Drahtdurchmesser d = 0,55 mm und dementsprechend beträgt der Querschnitt S = 0,238 mm2.

Wir haben solche Werte erhalten, weil der Draht so ausgewählt ist, dass er eine zulässige Stromstärke hat. Was wiederum geringer ist als die berechnete Stromstärke. Das heißt, wir wählen den Nichrom-Draht, der am nächsten liegt Größerer Wert zulässige Stromstärke.

Notiz:

Sofern sich die Nichrom-Heizung innerhalb der Heizflüssigkeit befindet, erhöht sich die zulässige Stromstärke um 10-50 %.

Befindet sich die Heizung im geschlossenen Zustand, verringert sich der zulässige Strom bei dickem Draht um 20 % und bei dünnem Draht um 50 %.

1. Bestimmung der Drahtlänge.

R - elektrischer Widerstand, Ohm,

p – elektrischer Widerstand des Materials, Ohm mm2/m,

l – Länge des Heizgeräts, m,

S – Querschnittsfläche, mm2.

Basierend auf der obigen Formel ermitteln wir, dass die Länge der Heizung wie folgt berechnet wird:

Im Beispiel wurde ein Drahtdurchmesser von d = 0,55 mm verwendet.

Der Nennwert des elektrischen Widerstands des X20N80-Drahts ist Tabelle 2 gemäß GOST 12766.1-90 entnommen und hat einen Wert von ρ = 1,1 Ohm mm2/m.

Berechnungszusammenfassung zeigte, dass unter den Bedingungen:

Geräteleistung P = 1,5 kW = 1500 W;

Heiztemperatur 900 °C;

Sie benötigen Nichromdraht mit einem Tal von 6,91 m und einem Durchmesser von 0,55 mm.

Tabelle 2

Detaillierte Berechnung der Länge und des Durchmessers von Nichromdraht für Heizgeräte eines bestimmten Ofens.

Hier ist eine komplexe Berechnung, die Folgendes berücksichtigt: zusätzliche Parameter der Heizungen, Verschiedene Optionen deren Anschluss an ein Drehstromnetz.

Die Berechnung erfolgt auf Basis des Innenvolumens des Ofens.

1. Das Kammervolumen wird nach der bekannten Formel berechnet:

Nehmen wir zum Beispiel:

• Höhe h = 490 mm,
• Kammerbreite d = 350 mm,
• Kammertiefe l = 350 mm.

Die Lautstärke beträgt:

1. Die Leistung des Ofens wird nach der Faustformel berechnet: Elektroöfen mit einem Volumen von 10 bis 50 Litern haben eine spezifische Leistung von etwa 100 W/l, Öfen mit einem Volumen von 100 – 500 Litern jeweils eine Leistung von 50 bis 70 W/l.

In unserem Beispiel beträgt die spezifische Leistung des Ofens 100 W/l.

Auf dieser Grundlage sollte die Leistung der Nichrom-Heizung sein:

Wichtig!

Heizgeräte mit einer Leistung von 5-10 kW werden einphasig hergestellt. Bei einer Leistung über 10 kW werden die Heizgeräte dreiphasig ausgeführt.

1. Die Stromstärke, die durch die Heizung fließt, wird berechnet durch:

P ist die Leistung der Nichrom-Heizung,

U ist Spannung.

Der Heizwiderstand wird nach folgender Formel berechnet:

Wenn die Heizung an eine Phase angeschlossen ist, dann ist U = 220 V, wenn sie an eine Dreiphase angeschlossen ist, dann liegt U = 220 V zwischen Null und jeder anderen Phase, oder U = 380 V liegt zwischen zwei Phasen.

Einphasenstrom (Haushaltsnetz)

– Stromstärke am Heizkabel.

— Widerstand der Ofenheizung.

Bei einem dreiphasigen Anschluss verteilt sich die Last gleichmäßig auf drei Phasen, also 6 geteilt durch 3 und man erhält 2 kW für jede Phase. Daraus folgt, dass wir 3 Heizgeräte mit je 2 kW benötigen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, drei Heizgeräte gleichzeitig anzuschließen. „DREIECK“ und „STERN“.

Der „STAR“-Anschluss bedeutet, dass jeder Heizer zwischen Null und seiner Phase angeschlossen wird (Abb. 2). Die Spannung beträgt in diesem Fall U = 220 V.

Aktuelle Stärke:

Widerstand:

Reis. 1 „STAR“-Anschluss in einem Dreiphasennetz

Die „DREIECK“-Verbindung impliziert die Position des Heizgeräts zwischen zwei Phasen (Abb. 3). Daraus folgt, dass die Spannung U = 380 V ist.

Aktuelle Stärke:

Widerstand:

Reis. 2 „DREIECK“-Anschluss in einem Dreiphasennetz

1. Nachdem Sie den Widerstand des Nichrom-Heizgeräts bestimmt haben, müssen Sie dessen Durchmesser und Länge berechnen.

Es ist auch notwendig, die spezifische Oberflächenleistung des Drahtes zu analysieren (die Leistung, die von 1 cm2 Oberfläche freigesetzt wird). Diese Leistung hängt von der Konstruktion des Heizgeräts selbst und der Temperatur des erhitzten Materials ab.

Mit einphasigem Anschluss, für 60 l. Ofenwiderstand: R = 8,06 Ohm.

Wir nehmen den Draht X20N80 mit einem Durchmesser von d=1 mm.

Um unseren Widerstand zu ermitteln, müssen wir die Länge berechnen:

ρ ist der Nennwert des elektrischen Widerstands eines 1 Meter langen Drahtes gemäß GOST 12766.1-90 (Ohm/m).

Das benötigte Stück Nichromdraht hat folgende Masse:

μ ist die Masse von 1 Meter Nichromdraht.

Die Oberfläche einer Drahtlänge l=5,7 Meter wird nach folgender Formel berechnet:

l – Länge in Zentimetern.

d – Durchmesser in Zentimetern.

Berechnungen zufolge haben wir festgestellt, dass die Drahtoberfläche von 179 cm2 6 kW abgibt. Somit setzt 1 cm2 Drahtfläche Strom frei:

β ist die Oberflächenleistung des Heizdrahtes.

In diesem Beispiel haben wir zu viel Oberflächenenergie vom Draht erhalten, weshalb die Heizung einfach schmilzt, wenn sie auf die Temperatur erhitzt wird, die zum Erreichen der Oberflächenenergie erforderlich ist. Diese Temperatur wird definitiv höher sein als der Schmelzpunkt von Nichrom. Dieses Berechnungsbeispiel zeigt die falsche Wahl des Durchmessers des Heizdrahtes für die Herstellung des Heizgeräts.

Jedes Material hat abhängig von der Temperatur seinen eigenen zulässigen Oberflächenleistungswert. Die Werte sind den Tabellen entnommen.

Hochtemperaturöfen (700 - 800 °C) haben eine zulässige Oberflächenleistung (W/m2), die nach folgender Formel berechnet wird:

βeff – Oberflächenleistung abhängig von der Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums, (W/m2).

α ist der Strahlungseffizienzkoeffizient.

Tisch 4

Ein Niedertemperaturofen (200 – 300 °C) hat eine zulässige Oberflächenleistung von (4 – 6) × 104 W/m2.

Nehmen wir an, dass die Temperatur unserer Heizung 1000 °C beträgt und wir das bedingte Werkstück auf 700 °C erhitzen müssen. Dann vom Tisch. 3 ist vergeben

βeff = 8,05 W/cm2,

und berechne:

1. Als nächstes müssen Sie den Durchmesser des Drahtheizgeräts oder die Dicke und Breite des Bandheizgeräts und natürlich die Länge des Heizgeräts berechnen.

Der Durchmesser wird durch die Formel bestimmt:

d – Durchmesser, m;

U ist die Spannung an den Enden der Heizung, V;

P – Leistung, W;

βadd – zulässige Oberflächenleistung, W/m2.

ρt ist der spezifische Widerstand des Materials bei einer bestimmten Temperatur, Ohm m;

ρ20 ist der elektrische Widerstand des Materials bei einer Temperatur von 20 °C, Ohm m.

k – Korrekturfaktor, der zur Berechnung der temperaturabhängigen Änderung des elektrischen Widerstands verwendet wird.

Die Länge des Nichromdrahtes wird wie folgt bestimmt:

l – Länge, m.

Elektrischer Widerstand X20N80 –

Einphasenstrom (Haushaltsnetz)

Bei Betrachtung der vorherigen Berechnungen wurde deutlich, dass für einen 60-Liter-Ofen, der an ein einphasiges Netzwerk angeschlossen ist:

U = 220 V, P = 6000 W, zulässige Flächenleistung βadd = 1,6 × 104 W/m2. Wenn wir diese Zahlen in die Formel einsetzen, erhalten wir die Dicke des Drahtes.

Diese Dicke wird auf die nächste Standardgröße gerundet, die in Tabelle 8 gemäß GOST 12766.1-90 aufgeführt ist.

Anhang 2, Tabelle. 8.

In unserem Beispiel wird der Drahtdurchmesser aus der Formel auf d = 2,8 mm gerundet.

Die Heizung wird diese Länge haben

Unser Beispiel erfordert eine Drahtlänge l = 43 m.

Manchmal müssen Sie auch die Masse aller benötigten Drähte ermitteln.

Dafür gibt es eine Formel:

m ist die Masse des benötigten Drahtstücks, kg;

l – Länge, m.

μ – spezifisches Gewicht (1 m Draht), kg/m;

Die Berechnung ergab, dass unser Nichromdraht eine Masse m = 43 × 0,052 = 2,3 kg haben wird.

Mit unserem Berechnungsbeispiel können wir ermitteln, welcher Mindestdrahtdurchmesser für die Heizung unter bestimmten Bedingungen erforderlich ist. Diese Methode ist die wirtschaftlichste und optimalste. Selbstverständlich können Sie auch Draht mit größerem Durchmesser verwenden, die Menge erhöht sich dann aber natürlich.

Untersuchung

Die Berechnung von Nichromdraht kann überprüft werden.

Wir haben einen Drahtdurchmesser d = 2,8 mm erhalten. Die Länge errechnet sich wie folgt:

l – Länge, m;

ρ ist der Nennwert des elektrischen Widerstands eines 1 m langen Drahtes, Ohm/m.

R – Widerstand, Ohm;

k ist der Korrekturfaktor für den elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur;

Die Berechnung ergab, dass die erhaltene Länge des Drahtes mit der in einer anderen Berechnung ermittelten Länge übereinstimmt.

Zur Überprüfung der Flächenleistung und Vergleich mit der zulässigen Leistung. Gemäß Absatz 4.

und überschreitet nicht den zulässigen βadd = 1,6 W/cm2.

Endeffekt

In unserem Beispiel benötigen wir 43 Meter Nichromdraht der Sorte X20N80 mit einem Durchmesser d = 2,8 mm. Drahtgewicht - 2,3 kg.

Drehstrom (Industrienetz)

Wir ermitteln die Länge und den Durchmesser des Drahtes, der für die Herstellung von Heizgeräten erforderlich ist.

Anschluss an Drehstrom nach dem Typ „STAR“.

Wir verfügen über 3 Heizgeräte, die jeweils 2 kW Leistung benötigen.

Wir ermitteln die Länge, den Durchmesser und die Masse nur eines Heizkörpers.

Die nächstgrößere Standardgröße ist d = 1,4 mm.

Länge, l = 30 Meter.

Gewicht des Heizgeräts

Überprüfung

Berechnen Sie die Länge bei einem Nichromdrahtdurchmesser d = 1,4 mm

Die Länge entspricht nahezu der obigen Berechnung.

Die Oberflächenleistung des Drahtes beträgt

Komplette Anzahl

Wir haben drei identische Heizgeräte, die nach dem Typ „STAR“ angeschlossen sind, und für sie benötigen wir:

l = 30×3 = 90 Meter Draht mit einem Gewicht von m = 0,39×3 = 1,2 kg.

Anschluss an Drehstrom nach Typ „TRIANGLE“. (Abb. 3)

Vergleichen Sie unseren erhaltenen Wert mit dem nächstgrößeren Wert Standardgröße, d = 0,95 mm.

Eine Heizung hat eine Länge von l = 43 Metern.

Gewicht des Heizgeräts

Überprüfung der Berechnung

Bei einem Drahtdurchmesser d = 0,95 mm berechnen wir die Drahtlänge:

Die Werte für die Drahtlänge sind bei beiden Berechnungen nahezu gleich.

Die Oberflächenleistung beträgt:

und den zulässigen Grenzwert nicht überschreitet.

Zusammenfassen

Wenn Sie drei Heizungen nach dem „TRIANGLE“-Schema anschließen, benötigen Sie:

l = 43×3 = 129 Meter Draht, Gewicht

m = 0,258×3 = 0,8 kg.

Fasst man die Ergebnisse für beide Anschlussarten „STAR“ und „DELTA“ auf drei Phasen zusammen, so erhält man interessante Daten.

Für einen „STERN“ benötigen Sie einen Draht mit einem Durchmesser von d=1,4 mm und für ein „DREIECK“ einen Durchmesser von d=0,95 mm,

Die Länge des Drahtes beträgt für das „STAR“-Schema 90 Meter mit einer Masse von 1,2 kg und für das „TRIANGLE“-Schema 129 Meter mit einer Masse von 0,8 kg, also 800 g.

Um Nichromdraht zu verwenden, wird dieser spiralförmig gewickelt. Als Durchmesser der Spirale wird angenommen:

für Chrom-Nickel-Legierungen.

- für Chrom-Aluminium.

D – Spiraldurchmesser, mm.

d – Drahtdurchmesser, mm.

Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird die Spirale so weit gedehnt, dass der Abstand zwischen den Windungen 1,5-2 mal größer ist als der Durchmesser des Nichromdrahtes selbst.

Wir haben Informationen zu Elektroheizungen und Beispiele für die Berechnung von Drahtheizungen für Elektroöfen überprüft.

Es ist auch zu bedenken, dass neben Draht auch Klebeband als Heizung verwendet werden kann. Neben der Auswahl der Drahtgröße sollten auch Material, Typ und Standort des Heizelements berücksichtigt werden.

Es gibt verschiedene Arten der Tandoor-Heizung. Heutzutage wird die elektrische Methode immer weiter verbreitet, da sie keinen Brennstoffkauf erfordert, keine Verbrennungsprodukte freisetzt und die Verwendung hinter dem Ofen erleichtert.

Zusammenbruch

Die Beheizung des Gerätes erfolgt durch Erhitzen der Spiralen und anschließender gleichmäßiger Wärmeübertragung. Der Artikel geht ausführlich auf die Merkmale der Tandoor-Spirale ein. Diese Informationen helfen Ihnen bei der Auswahl und Installation des Heizelements am Ofen.

Was ist eine Tandoor-Spirale?

Die Spirale ist ein wichtiges Element des Tandoor, ohne sie funktioniert das Gerät nicht. Wärmt sich recht schnell auf. Ermöglicht die Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur lange Zeit, was besonders wichtig ist, wenn Sie den ganzen Tag auf dem Herd kochen müssen.

So sieht eine Spirale aus

Das Heizelement besteht aus Draht mit hohem elektrischem Widerstand. Da der Draht ziemlich lang ist, ist er der Einfachheit halber abwechselnd verdrillt. Spiralen können die Form von Zylindern oder Flachspulen haben und mit Kontaktleitungen ausgestattet sein. Heizgeräte werden auf Keramik- oder Metallsockeln mit speziellen hitzebeständigen Einsätzen oder Isolatoren am Ofen befestigt.

Zweck der Spirale

Die Hauptfunktion einer Tandoor-Spule ist das Glühen und die anschließende gleichmäßige Wärmeverteilung. Dazu muss das Element folgende Eigenschaften aufweisen:

• Hitzebeständigkeit (kollabiert bei hohen Temperaturen im Tandoor nicht).
• Hohe Stromfestigkeit (davon hängen die Heizrate, die resultierende Temperatur und die Lebensdauer des Elements ab).
• Konstanz der Eigenschaften (ändert sich nicht je nach Umgebungsbedingungen, Betriebsdauer).

Arten

Die praktischsten Materialien zum Erhitzen von Teilen sind Nichrom- und Fechralverbindungen. Betrachten wir kurz ihre Eigenschaften.

Nichrom

Nichrome-Spiralen werden aus hergestellt Cr+Ni. Diese Legierung ermöglicht eine Erwärmung des Geräts auf bis zu 1200 Grad. Es zeichnet sich durch Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit aus. Der Nachteil ist der geringere Temperaturbereich im Vergleich zu Fechrallegierungen.

Der Preis für Nichrome-Produkte ist erschwinglich. Zum Beispiel Marke Х20Н80(20 % Chrom, 80 % Nickel), geeignet für eine Standardspannung von 220 Volt, kostet 150-170 Rubel. pro Meter

Fechral

Fechral ist eine Kombination Chrom, Eisen, Aluminium und Titan. Das Material ist unterschiedlich gute Leistung Stromwiderstand. Es verfügt über eine erhöhte Hitzebeständigkeit: Die maximale Schmelztemperatur von Spiralen aus diesem Material erreicht 1500 Grad.

Fechralspirale

Typen

Bei der Auswahl eines Heizgeräts ist es wichtig, nicht nur auf das Material, sondern auch auf die Art des Produkts zu achten: Bei einem 220- oder 380-Volt-Tandoor-Heizregister gibt es einige Unterschiede.

220 V ist die Standardspannung für elektrische Heimnetze (d. h. für den Anschluss an normale Steckdosen in Wohnungen und Wohnungen). Landhäuser). Kann auch in kleinen Restaurants mit geringer Produktivität eingesetzt werden. Gemäß den Sicherheitsvorschriften werden Spiralen mit einer Leistung von 3,5 bis 7 Kilowatt an 220 Volt angeschlossen.

Ein leistungsstarker Tandoor ist nicht an ein normales Verbraucherstromnetz angeschlossen. Dadurch brennt die Heizung durch und es kommt zu einem Kurzschluss. Erfordert den Anschluss an eine industrielle dreiphasige Stromversorgung mit 380 Volt. Die Leistung jeder Spirale im Tandoor erhöht sich in diesem Fall auf 12 Kilowatt. Besondere Anforderungen an Drähte, die in Heizelementen verwendet werden: Sie müssen einen Querschnitt von mindestens 4 mm haben.

Wie wählt man die richtige Spirale aus?

Die Abmessungen des zur Herstellung von Heizgeräten verwendeten Kabels werden durch die Leistung des Tandoors, die Spannung im Stromnetz und die Wärme bestimmt, die der Ofen erzeugen soll. Zunächst müssen Sie die aktuelle Stärke anhand der Formel ermitteln: I = P:U

• P ist die technische Leistung des Ofens.
• U ist die Spannung im Stromnetz.

Bei einem 800-Watt-Herd und einer Netzspannung von 220 Volt beträgt die Stromstärke beispielsweise 3,6 Ampere. Anschließend wird anhand der vorgegebenen Parameter (Temperatur und Stromstärke) in einer speziellen Tabelle nach geeigneten Leitungsdimensionen gesucht.

Die Länge des Drahtes für die Spirale wird nach der Formel berechnet l=RxS:ρ. Beispielsweise ergibt sich bei einem Widerstand von 61 Ohm eine Querschnittsgröße von 0,2 Quadratmetern. mm und ein Widerstand von 1,1 erfordert eine Spirale aus 5,3 Meter langem Draht.

Installationsarbeit

Für den Einbau von Heizelementen in einen Ofen verlangen Spezialisten etwa 2300-3000 Rubel. Wenn Sie Geld sparen und die Spirale selbst in das Tandoor einbauen möchten, finden Sie hier einige wichtige Tipps:

• Stellen Sie das Heizelement nicht senkrecht auf. Der heiße Draht ist weich und kann sich aufgrund der Schwerkraft verbiegen. Es ist besser, es horizontal zu verlegen.
• Es wird nicht empfohlen, die Heizung in der Nähe des Isoliersteins zu installieren – die Gefahr einer Überhitzung steigt. Zwischen den Ofenwänden und dem Draht entsteht ein kleines „Luftpolster“.
• Bei der Installation müssen Sie die Spirale so dehnen, dass alle Windungen einen geringen Abstand voneinander haben (Experten empfehlen, dass der Abstand zwischen den Ringen 1,5 bis 2 Mal größer ist als der Durchmesser des Drahtes).

Eine alternative Möglichkeit: Am Boden des Tandoors ist ein Heizelement (elektrischer Rohrheizkörper mit einer Drahtspirale im Inneren) installiert. Dies ist eine bequeme und sichere Option. Aber wie die Praxis zeigt, erfolgt die Erwärmung durch das Heizelement Langsamer als bei einer offenen Spirale.

Die folgenden Fotos zeigen verschiedene Arten der Spiralinstallation:

Beispiel einer Spiralinstallation

Ein anderer Weg

Heizelement anstelle einer Spirale

Abschluss

Richtig und sicheres Arbeiten Tandoor hängt davon ab wichtiges Element wie eine Spirale. Wenn Sie einen fertigen Ofen kaufen oder ein Gerät mit Ihren eigenen Händen herstellen, ist es wichtig, eine Wahl zu treffen geeignetes Material, Typ, Größe der Heizgeräte. Wenn Sie kein Vertrauen in Ihre Fähigkeiten und Kenntnisse haben, vertrauen Sie die Auswahl und Installation von Schaumstoffspiralen besser Spezialisten an.

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