Desain elemen pemanas untuk tungku listrik

Elemen pemanas dari sebagian besar tungku industri berupa strip atau kawat. 1 menunjukkan perangkat pemanas kawat nichrome konvensional, konstruksi yang diadopsi untuk memasangnya di atap, di dinding dan di perapian tungku, dan desain kabel. Biasanya, untuk produksi pemanas untuk tungku industri, kawat dengan diameter 3 hingga 7 mm digunakan. Namun, untuk tungku dengan suhu operasi 1000 ° C atau lebih, kawat dengan diameter kurang dari 5 mm tidak boleh diambil.

Rasio antara pitch h spiral dan diameternya D dan diameter kawat d (Gbr. 1, k) dipilih sedemikian rupa untuk memfasilitasi penempatan pemanas di tungku, untuk memastikan kekakuannya yang memadai. dan pada saat yang sama tidak ada perpindahan panas dari mereka ke produk yang terlalu rumit.

Semakin besar diameter spiral dan semakin tebal nadanya, semakin mudah untuk menempatkan pemanas di tungku, tetapi dengan bertambahnya diameter, kekuatan spiral berkurang dan kecenderungan belokannya untuk bertumpuk meningkat. .Di sisi lain, ketika kerapatan belitan meningkat, efek pelindung dari bagian belokannya yang menghadap produk pada bagian lainnya meningkat dan, oleh karena itu, penggunaan permukaannya memburuk.

Praktik telah menetapkan rasio yang cukup pasti dan direkomendasikan antara diameter kawat, diameter pitch dan spiral untuk kabel dengan diameter 3 hingga 7 mm. Rasio ini adalah sebagai berikut: h> 2d dan D = (6 ÷ 8) d untuk nichrome dan untuk paduan besi-kromium-aluminium yang kurang kuat D = (4 ÷ 6) d.

Beras. 1. Pemanas kawat: a — pemanas kawat zigzag pada kait logam di dinding samping: b — pemanas kawat zigzag di perapian, c — sama di lemari besi, d — sama di rak keramik, e — kawat spiral pada batu bata yang menonjol di dinding samping c dengan menghubungkan ke kait, f — heliks kawat di batu melengkung dan di poros perapian, g — heliks kawat pada rak keramik, h — heliks kawat pada pipa keramik, dan — outlet pemanas kawat, k — penunjukan simbolis dari dimensi pemanas dengan kawat

Untuk kabel yang lebih tipis, rasio diameter heliks dan kawat, serta jarak heliks, biasanya diambil lebih besar. Rasio ini berlaku untuk spiral yang ditempatkan di rak (agar spiral tidak membengkak, spiral harus diikat setiap 300-500 mm ke kait yang tertanam di pasangan bata) dan di saluran lapisan dinding dan kubah, serta di kubah batu.

Namun baru-baru ini, pemanas spiral berdasarkan tabung keramik menjadi lebih umum (Gbr. 2).Dari sudut pandang distribusi radiasi dan daya di dinding tungku, pemanas semacam itu hampir setara dengan spiral yang memancar bebas, dan sebaliknya, jauh lebih efisien daripada spiral di saluran atau di rak.

Di sisi lain, dengan mereka, setiap tikungan bertumpu pada permukaan tabung, dan bahkan jika itu melorot sampai batas tertentu (memperoleh ovalitas) saat dipanaskan, ini tidak mengurangi karakteristiknya. Karena pemanas seperti itu, oleh karena itu, kurang dimuat daripada yang lain, dan di dalamnya masing-masing belokan tidak dapat saling tumpang tindih, maka, jika perlu, ia dapat meningkatkan rasio diameter spiral dengan diameter kawat. 10 , dan untuk paduan besi-kromium-aluminium - hingga 8.

Beras. 2. Desain pemanas spiral dengan kawat pada pipa keramik: a — pemanas busur, b — pipa di dinding samping, dipasang pada suspensi tahan panas, c — sama di alur pilar keramik, d — pipa di perapian.

Desain ini sangat menguntungkan untuk yang terakhir karena memungkinkan material untuk mengembang dengan bebas. Selain itu, seperti Gambar 2, desain pemanas dengan kawat pada tabung keramik telah dikembangkan untuk pemasangannya tidak hanya di dinding tungku, tetapi juga di atap dan di perapian, dan dalam kasus terakhir pemanas dapat dibuat dalam bentuk rangka yang dapat digerakkan, rangka tersebut dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam tungku dan diganti selama pembakaran. cadangan tanpa menghentikan tungku.

Dengan demikian, desain pemanas spiral dengan kawat pada tabung keramik serbaguna baik dari segi penggunaan bahan maupun lokasi pemanas di ruang tungku.Rasio diameter bagian dalam spiral dengan diameter luar tabung untuk pemanas semacam itu dapat diambil kira-kira 1,1-1,2, jarak antara sumbu tabung 1,5-2 kali diameter spiral.

Untuk pemanas listrik dan tungku dengan sirkulasi udara paksa, penggunaan pemanas spiral pada tabung keramik kurang diinginkan, karena ini mengurangi koefisien perpindahan panas pemanas, penggunaan spiral di rak atau di saluran pelapis sama sekali tidak dapat diterima untuk alasan yang sama ( kecuali untuk kasus di mana aliran gas dapat diarahkan sepanjang spiral, ke arah porosnya).

Dalam tungku seperti itu, lebih baik menggunakan struktur dengan spiral yang ditiup bebas, dijepit di antara isolator pada interval tertentu atau diikat ke yang terakhir (Gbr. 3). Jika pemanas spiral tabung keramik digunakan dalam struktur seperti itu (pada suhu yang lebih tinggi), maka rasio diameter spiral dengan diameter tabung harus dinaikkan menjadi 1,5.

Beras. 3. Desain elemen pemanas (a) kawat dan (b) strip pemanas listrik.

Pemanas pita dibuat dalam bentuk zig-zag dengan berbagai ukuran dan dipasang pada kait logam (baja tahan panas atau nichrome) atau keramik (Gbr. 4). Kait logam tertanam di pasangan bata dinding (di lapisan antara batu bata atau di saluran batu bata khusus), kait keramik adalah hasil dari batu khusus yang diletakkan di pasangan bata.

Untuk bagian bawah, zigzag tidak menutup saat melengkung, spacer ditempatkan di antara mereka, yang merupakan busing keramik fireclay atau aluminium yang ditempatkan pada pin tahan panas atau nichrome yang tertanam di pasangan bata.Busing dipasang ke pin dengan pin nichrome. Dengan pengait keramik, separator juga seluruhnya terbuat dari keramik (Gbr. 4, a).

Dalam gambar. 4, h menunjukkan desain kait dan spacer keramik yang dapat dilepas. Desain ini sangat berguna karena memungkinkan Anda mengganti pengait dengan mudah jika terjadi kerusakan.

Pemanas zigzag juga dapat dipasang di dinding samping tungku pada rak keramik, tetapi desain ini bahkan kurang nyaman dalam hal daya spesifik yang ditempatkan di dinding dan tingkat perlindungan pemanas daripada konstruksi kawat di rak. pemanas. Untuk ini harus ditambahkan bahwa rak keramik biasanya bekerja dengan buruk, karena jika terjadi kerusakan, untuk mengganti rak yang rusak, perlu untuk menggeser pasangan bata (Gbr. 4, d).

Beras. 4. Desain pemanas strip: a — pemanas zigzag strip di dinding samping kait logam, b — pemanas zigzag strip di perapian. c — sama di lemari besi, d — sama di rak keramik, e — elemen bingkai suhu tinggi yang dapat dipindahkan, f — elemen bingkai suhu rendah, g — pemanas "gelombang datar" pada tabung keramik, h — pemanas pita zigzag pada kait yang dapat digerakkan, dan — penunjukan simbolis pada dimensi pita pemanas zigzag.

Di lemari besi atau di bagian bawah pemanas strip, mereka dapat masuk ke saluran pasangan bata yang dibentuk oleh batu berbentuk khusus (balok - Gbr. 4, b dan c). Pemanas semacam itu juga dapat dibuat sebagai bingkai yang dapat digerakkan (Gbr. 4-53, e) Selain itu, dengan kubah melengkung, zigzag pita dapat digantung pada kait logam yang dapat digerakkan.

Pada pemanas listrik dan tungku udara paksa, pemanas pita harus dirancang sedemikian rupa sehingga permukaan pemanas dapat diakses semaksimal mungkin untuk dihembuskan dengan aliran gas. Contoh konstruksi seperti itu ditunjukkan pada gambar. 3, b.

Semakin tebal pemanas zigzag, semakin lama pemanas dapat ditempatkan di dalam oven, tetapi semakin besar perlindungan belokan, semakin buruk permukaan sabuk. Oleh karena itu, dimensi yang diterima dari pemanas strip zigzag ditetapkan, yang memastikan kekuatannya yang cukup dan perlindungan timbal balik yang rendah.

Untuk tujuan ini, mereka mencoba memenuhi rasio berikut (notasi menurut Gambar 4, i): b / a = 5 ÷ 20, rasio lebar strip yang paling umum dengan ketebalannya adalah 10. langkah zigzag h> 1.8b , jari-jari strip dibulatkan untuk menghindari patah tulang r>

Untuk suhu pemanas hingga 1000 ° C di tungku industri, digunakan pita dengan dimensi minimal 1X10 mm, pada suhu yang lebih tinggi, minimal 2X20 mm.

Pada suhu hingga 1000 ° C, ketinggian zigzag B di dinding dapat bervariasi dari 150 hingga 400-600 mm, tetapi untuk setiap 200 mm diperlukan deretan spacer, yaitu pada 200-400 mm, satu baris spacer, dan pada 400 —600 mm - dua baris. Di lengkungan dan di perapian, untuk menghindari pengendapan pemanas, ketinggian zigzag B harus dibatasi hingga 250 mm. Rekomendasi ini dapat diperluas ke paduan besi-kromium-aluminium.

Untuk suhu pemanas dari 1000 hingga 1100 ° C, dimensi batas yang ditentukan dapat disediakan untuk paduan Kh20N80 dan Kh20N80T, untuk paduan besi-kromium-aluminium, dimensi B dengan posisi vertikal zigzag harus dibatasi hingga 250 mm, dan dengan posisi horizontal 150 mm.

Pada suhu pemanas di atas 1100 ° C, satu-satunya desain pemanas strip yang dapat diterima untuk atap dan bagian bawah adalah gelombang datar pada tabung keramik (Gbr. 2, g). Panjang zigzag B dalam hal ini dapat diambil 75-100 mm. Untuk pemanas dinding samping, desain dengan pengait keramik dapat digunakan, membatasi tinggi zigzag hingga 150mm.

Dalam beberapa tahun terakhir, pemanas kawat zigzag telah banyak digunakan. Untuk pemanas ini, langkah zigzag h diambil sama dengan (5 ÷ 9) d.

Saat menggunakan paduan besi-kromium-aluminium dalam tungku dengan suhu operasi di atas 1000 ° C, semua bagian batu tahan api yang dapat bersentuhan dengan pemanas (kait dan pembagi keramik, rak, pipa, saluran, dll.) harus dibuat bahan aluminium oksida tinggi dengan kandungan oksida besi minimum.

Pita zigzag biasanya dililitkan dengan tangan menggunakan alat tuas sederhana. Spiral dililitkan pada mesin bubut pada mandrel halus dengan rapat, kemudian spiral yang dihasilkan direntangkan ke nada yang diinginkan.

Beras. 5. Saluran keluar pemanas tertutup: 1 — rangka, 2, 6 — selongsong isolasi, 3 — cincin pengatur jarak, 4 — paking asbes, 5 — mur sambungan, 7 — saluran keluar pemanas.

Karena setelah melepas spiral dari mandrel, ia membuka gulungannya sedikit, meningkatkan diameternya (sekitar 1-3 mm), mandrel harus diambil dengan diameter yang lebih kecil dari perhitungan.Pengurangan ini bergantung pada elastisitas bahan dan harus ditentukan secara eksperimental untuk setiap batch. Di pembangkit listrik, pemanas zigzag diproduksi pada mesin khusus.

Outlet pemanas hingga suhu 1000 ° C terbuat dari baja tahan panas, krom-nikel atau krom, untuk suhu yang lebih tinggi - dari paduan 0X23Yu5A (EI-595). Untuk tujuan ini, ambil batang kawat, batang dengan penampang sama dengan 3-4 kali penampang pemanas, untuk mengurangi pelepasan panas di kabel. Bagian outlet yang terletak di zona suhu rendah, untuk menghemat material yang mahal, dapat dibuat dari baja karbon biasa. Desain timah tipikal untuk pemanas kawat dan strip ditunjukkan pada Gambar. 5.

Dalam elemen pemanas strip zigzag, pelindung timbal balik dari masing-masing zigzag masih relatif besar, bahkan dengan jarak yang melebihi dua kali lebar strip.Akan lebih menguntungkan untuk mendesain pemanas sedemikian rupa sehingga strip menghadap produk dengan di sisi lebar, tetapi ini membutuhkan banyak pengelasan karena setiap belokan strip memiliki dua lasan dan desain pemanasnya mahal dan rentan terhadap bengkok.

Oleh karena itu, meskipun pemanas semacam itu digunakan dalam beberapa kasus, tetapi hanya untuk tungku kecil. Mereka memberikan penghematan material yang signifikan dibandingkan dengan strip dan terutama pemanas kawat dan memungkinkan Anda mendapatkan daya permukaan dinding spesifik yang sedikit lebih tinggi untuk konsumsi material yang sama.

Pemanas dengan pelek cor, dicetak dari nichrome dan digantung pada kait khusus, juga mendekati pemanas datar (Gbr. 6).Berbagai pemanas, tentu saja, hanya dapat dibuat dengan penampang melintang yang besar, dan oleh karena itu digunakan dalam tungku besar atau memerlukan voltase yang dikurangi. Keunggulan mereka adalah keandalan yang tinggi dan masa pakai yang lama, diukur dalam puluhan ribu jam. Secara umum diyakini bahwa pemanas nichrome yang dihitung dan dirancang dengan benar harus beroperasi dari 6000 hingga 12000 jam (di bawah arus).

Pada tungku meredam dan tabung, pemanas kawat dan strip dililitkan langsung pada peredam atau tabung keramik, terlebih lagi, agar lilitan kumparan selama pemuaian dari pemanasan tidak melemah dan tidak berpindah dari tempatnya, keramik dilengkapi dengan saluran. di mana pita atau kawat diletakkan. Cara lain untuk memperbaiki belokan pemanas pada keramik adalah melapisi yang terakhir setelah berkelok-kelok dengan lapisan tanah liat tahan api dengan tanah liat.

Beras. 6. Pemanas musim panas.

Beras. 7. Batang pemanas tabung.

Di tungku hingga suhu 400-500 ° C, ada lebih banyak jenis pemanas. Selain pemanas spiral dan pita zigzag dengan kabel terbuka, sama seperti pada tungku suhu yang lebih tinggi, ada desain elemen pemanas yang dapat dipertukarkan, nyaman karena dapat digunakan untuk menghasilkan daya apa pun dan pada saat yang sama ketika terbakar, seperti elemen mudah diganti. meluangkan.

Elemen pemanas batang tubular adalah satu set isolator porselen yang digantung pada batang tahan panas atau baja dan ditempatkan dalam tabung baja, dilas di satu ujung dan ditutup dengan isolator timah di ujung lainnya. Spiral nichrome dililitkan pada isolator porselen yang dilas di satu ujung ke kawat isolator dan ujung lainnya ke batang tengah.

Terkadang ruang antara pipa dan pemanas diisi dengan pasir kuarsa. Pemanas jenis ini dapat digunakan hingga 400-500 ° C dan dengan tabung refraktori hingga 1000 ° C dan sangat nyaman untuk tungku besar yang perlu melindungi pemanas dari kerusakan mekanis atau dari aksi uap korosif ( Gambar 7).

Yang disebut elemen pemanas "tubular" sangat menarik (Gbr. 8). Mereka terdiri dari tabung baja, di sepanjang sumbu di mana spiral nichrome berada, dilas ke baut keluaran di ujung pemanas. Ruang antara spiral dan dinding tabung diisi dengan periklas, kristal magnesium oksida, yang memiliki insulasi listrik yang baik dan pada saat yang sama memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Produksi elemen pemanas dilakukan sebagai berikut.

Luka spiral nichrome pada batang baja dipasang secara aksial di dalam tabung baja yang telah dibersihkan, tabung dipasang secara vertikal pada mesin getar dan diisi dengan bubuk periklas melewati pemisah magnetik. Batang tersebut kemudian dikeluarkan dari pipa dan melewati mesin penempaan, yang memaluinya di sekelilingnya, menyebabkan diameternya mengecil dan periklas menjadi sangat padat.

Insulator timbal yang disegel dipasang ke tepi tabung, setelah itu, berkat paking periclase, dapat ditekuk dengan cara apa pun dan diberi bentuk yang nyaman. Dalam bentuk ini, elemen tubular dapat digunakan untuk memanaskan udara (pemanas listrik), minyak, nitrat, dan bahkan untuk melelehkan logam dengan titik leleh rendah seperti timah, timah, babbitt.Dalam kasus terakhir, untuk menghindari korosi yang cepat pada dinding pipa logam, itu diisi sebelumnya dengan besi tuang, yang membentuk pelat masif, di dalamnya terdapat elemen pemanas berbentuk tabung.

Beras. 8. Pemanas tabung.

Penggunaan pemanas tubular untuk bak mandi dengan sendawa sangat diinginkan, karena dibandingkan dengan bak mandi dengan pemanas eksternal, ini mengurangi pengurangan konsumsi energi, meningkatkan keamanan bak mandi dan penghematan nichrome yang sangat besar. Namun, untuk pengoperasian yang memuaskan dalam nitrat, terutama pada suhu 500 ° C ke atas, perlu membuat selubung ganda dari tabung, menempatkan tabung kedua, nikel, tahan panas pada pemanas yang telah disiapkan.

Saat digunakan dalam pemanas listrik, mereka bersirip untuk meningkatkan perpindahan panas ke udara.

Pemanas tubular sangat luas untuk produksi alat pemanas rumah tangga.

Pemanas tubular beroperasi dengan daya dari beberapa ratus watt hingga beberapa kilowatt.

Data tentang pemanas tabung yang diproduksi oleh industri kami tersedia di katalog.