Расчет свободно излучающих металлических нагревателей: Методические указания к практическим занятиям по дисциплинам "Оборудование термических цехов", "Технологическое оборудование, механизация и автоматизация в производстве, обработке и переработке новых материалов" и "Конструирование механизмов и приборов", к курсовому и дипломному проектированию, страница 4

Использование рекомендуемых оптимальных областей относительных межвитковых расстояний дает значительную экономическую эффективность, а именно:

1) уменьшаются единовременный и эксплуатационный расходы материала, так, например, переход с e/b=0,9 на e/b=2 для ленточного нагревателя и с t/d=2 на t/d=4 для проволочного спирального нагревателя в 1,5 раза снижает расход дефицитного сплава;

2) повышается надежность любой системы нагревателей благодаря увеличению шага;

3) увеличивается радиус гибки зигзагообразных нагревателей, что существенно облегчает их изготовление;

4) снижается необходимое количество крючков для зигзагообразных нагревателей, что также приводит к экономии сплавов и снижению трудоемкости изготовления и монтажа.

Следовательно, можно сделать вывод, что для большинства типов промышленных электропечей наиболее рациональным является  применение проволочного зигзагообразного нагревателя. Проволочный спиральный нагреватель  должен  применяться  лишь в тех случаях, когда проволочный зигзагообразный нагреватель по тем или иным причинам неприемлем. Ленточный зигзагообразный нагреватель занимает промежуточное положение. В лабораторных печах по конструктивным соображениям удобнее применять спиральные нагреватели.

 Значения a_г определяют по табл. 2. Для указанных выше оптимальных межвитковых расстояний значения a_г выделены жирным шрифтом, а допустимые (с повышенным удельным расходом материала) — курсивом.

a_с —  коэффициент, учитывающий зависимость w_д от C_пр, когда степень черноты нагревателя e_н или металла e_м и  тем  более обе не  равны 0,8 или соотношение F_м/F_н < 0,8. Он рассчитывается по:

 a_с = С_пр/3,9.                                                                                   (5)

a_р — коэффициент соотношения тепловоспринимающей F_ми теплоизлучающей поверхностей F_н, учитывает влияние размеров садки и зависит от отношения F_м/F_н :

  a_р = 0,4 + 1,2·( F_м/F_н — 0,3)      при  0,3 £ F_м/F_н £ 0,8.                 (6)

При F_м/F_н >0,8 принимать a_р = 1, а при F_м/F_н <0,3  нагреватель “не видит” садку и надо рассчитывать систему “нагреватель — кладка” с a_р = 1, а вместо Т_м в формулу (2) подставлять Т_кл— температуру внутренних стенок печи.

 Под расчетной поверхностью изделия подразумевается поверхность садки, обращенная непосредственно к нагревателям. На рис. 3 она обозначена пунктиром.  В случаях аи б, когда толщина садки во много раз меньше ее длины и ширины, нагреватели в печи делятся на две группы (рис. 3): основные 1, у которых большая доля выделяемого ими тепла расходуется на нагрев металла, и вспомогательные 3, которые предназначены лишь для компенсации тепловых потерь через стенки печи.

В таких случаях  при расчете w_д  учитывается только поверхность изделия, обращенная к основным нагревателям, и соответственно поверхность стен, занятых ими.

Определив по (4) допустимую  удельную   поверхностную   мощность w_д, переходят к расчету конструктивных и электрических параметров нагревателя.

Для нагревателей из материала круглого сечения (проволока, пруток) рассчитывается диаметр

 , мм                                                           (7)

и длина

, м.                                                          (8)

Для  нагревателей  из  материала   прямоугольного  сечения (лента), при соотношении сторон b/a = m, рассчитывается толщина ленты

, мм.                                          (9)

Длина  ленты для нагревателя составит

, м.                                                 (10)

Полученное значение округляется до ближайшего  значения  по ГОСТ 12766—67 и 2771—57 (табл. П.2).

Примеры конструкций металлических нагревателей и их размещения и крепления на стенках рабочей камеры печи приведены на рис. 4.

Сечение и длина развернутого нагревателя могут определяться по номограммам Будрина Д.В., которые приведены на рис. 5 и рис. 6. Сразу после расчета w_д можно подобрать не только сечение и длину проволоки или ленты, но и число нагревателей в печи или зоне.