Расчет электрической печи сопротивления: (PDF) Расчет печей сопротивления

(PDF) Расчет печей сопротивления

1.5 Рекомендации по выбору футеровочных материалов

Обычно выбор материалов для огнеупорного и теплоизоляционных слоев футеровки

обосновывают исходя из их рабочей температуры и теплоизолирующих свойств. Данные

об огнеупорности, допускаемой температуре применения, плотности, теплоемкости и ко-

эффициенте теплопроводности можно найти в справочных изданиях [4].

В настоящем разделе будут рассмотрены только особенности химической стойкости

различных футеровочных материалов, так как в ЭПС, в которых происходят химические

процессы и используются специальные атмосферы, это свойство материалов приобретает

важное значение.

Корундовые материалы устойчивы к действию почти всех металлов, шлаков, боль-

шинства газов, восстановительных агентов, вакуума, водородных сред.

Шамотные материалы применяются в воздушной (слабокислой) атмосфере и неко-

торых защитных углеродсодержащих атмосферах.

Муллитокремнеземистые материалы, кроме легковесных, стойки к действию почти

всех металлов, шлаков, газов.

Динасовые материалы в парах щелочей разрушаются при температуре 1000оС из-за

образования легкоплавких стекол. В среде водорода в динасовых материалах форсируется

превращение кварца в кристабалит, что уменьшает их прочность.

Магнезитовые и доломитовые материалы поглощают пары воды при температуре

ниже 600оС, что приводит к их разрушению. С хлором образуют легкоплавкий хлорид

MgCl2 (Тпл= 712оС).

Хромомагнезитовые и магнезитохромитовые материалы подвергаются восстановле-

нию в восстановительных газовых средах при температуре более 1600оС, а при темпера-

туре ниже 1600оС идет их окисление. Из-за чередования этих процессов происходит рас-

трескивание футеровки

Карбидокремниевые материалы окисляются кислородом воздуха и парами воды,

разрушаются восстановителя, в т.ч. основными шлаками и щелочами. Кислотоупорны.

Цирконистые материалы стойки против действия шлаков, расплавов черных и цвет-

ных металлов, расплавленных хлоридов. Разрушаются фтором, фосфорным ангидридом,

окислами железа, мартеновскими шлаками, стекольным расплавом.

Графитовые футеровки окисляются кислородом воздуха и парами воды. Набухают в

водородсодержащих атмосферах.

14

«Расчет электрической печи сопротивления периодического действия»

Санкт-Петербургский государственный институт

(Технический университет)

Кафедра технологии электротермических Факультет V

и плазмохимических производств Курс V

Группа 566

Студент /__________/ Блинова Марина Владимировна

Руководитель /__________ / Лавров Борис Александрович

Оценка за курсовую работу ____________

СПб

2010 г.

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 Тепловой расчет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.1 Расчет полезной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.2 Определение установленной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Расчет тепловых потерь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Расчет и конструирование нагревательных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.1 Материал нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Рекомендации по конструированию металлических нагревателей . . .11

2.3 Определение допустимой удельной поверхности мощности нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.4 Расчет размеров нагревателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5 Определение ориентировочного срока службы нагревателя . . . . . . . . 16

Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Введение

Электрические печи сопротивления (ЭПС) – это самый распространенный тип электрического аппарата в химической технологии. В них электрическая энергия преобразуется в тепловую в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Наиболее распространенный тип печей сопротивления – печи косвенного нагрева, в которых электрический ток протекает по специальному элементу – нагревателю. Передача тепла от нагревателя к загрузке печи может осуществляться теплопроводностью, конвекцией, излучением. При температурах выше 600 °С преобладает теплопередача излучением, при этом другими видами теплопередачи можно пренебречь. Такие печи относят к средне- и высокотемпературным, а их расчет осуществляют на основании законов физики и ряда эмпирических закономерностей, обнаруженных на опыте.

В последнее время в связи с бурным развитием металлургии большое значение приобретает термическая обработка металлов. Так термическая обработка сталей требует очень точной выдержки заданного температурного режима и высокой степени равномерности нагрева изделий, регулировать же этот режим и обеспечивать его равномерность в электрической печи можно намного легче и точнее, чем в топливной. Также электрическую печь легко герметизировать и создать в ней нужную газовую атмосферу, при помощи электронагревательных устройств можно получить избирательный нагрев отдельных участков изделия или его поверхности. Поэтому в металлургии все больше применяются электрические печи и индукционные установки для термической обработки самых разнообразных конструкций.

Для проведения режима термообработки, требующего равномерного прогрева детали и поддержание температуры с высокой точностью отлично подходят электропечи муфельного типа. Главной особенностью таких печей является наличие так называемого муфеля, защищающего обрабатываемый материал и являющегося главным рабочим пространством муфельной печи (то есть, муфель предохраняет материал от контакта с топливом и продуктами его сгорания, в том числе газами).

В данной курсовой работе проведем расчет муфельной электропечи для отпуска изделия.

Печи сопротивления — Нагревательная печь сопротивления — Электрические печи сопротивления

ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ — это оборудование, предназначенное для термической обработки изделий путем нагрева теплом, выделяемым электрическим током при прохождении через проводники с активным сопротивлением. Нагревательная печь сопротивления работает в температурном режиме от 600 до 1250 градусов. РОСИНДУКТОР — это электрические печи сопротивления от профессионалов, подберем электропечи различной модификаций, объемом и температурным режимом. Электрическая печь сопротивления для термообработки металла имеет отличное качество, низкую цену и гарантию 2 года.

Содержание

Электрические печи сопротивления — Электропечь сопротивления

Электрические печи сопротивления используются при нагреве металлов в термических и литейных производствах. Электропечь сопротивления в основном производится с косвенным нагревом. Важно иметь определенные технические навыки и знания техники безопасности при работе с электрическими печами. Правильный расчет электрической печи сопротивления позволит определить сечение и длину нагревателей для обеспечения нужной мощности, выделяемой сопротивлением, и в соответствии с условиями теплообмена между нагреваемыми элементами и нагревателями.

Печь сопротивления с выдвижным подом

Печь сопротивления с выдвижным подом предназначена для любых видов термической обработки металлических, керамических и других изделий. Такие печи отличаются малыми потерями тепла, высококачественной футеровкой и низкой температурой кожуха. Конструкция печи представляет собой выдвижной под и рабочую камеру, образованную огнеупорной кирпичной футеровкой, отделенной от кожуха теплоизоляционным слоем. Печи сопротивления с выкатным подом просты в эксплуатации, долговечны и занимают минимальную площадь.

Нагревательные элементы печей сопротивления

Нагревательные элементы в печах сопротивления должны обладать жаростойкостью, чтобы не окисляться под действием воздуха и высоких температур. Для того чтобы сократить пусковые толчки, нагреватели должны обладать малым температурным коэффициентом сопротивления. Нагревательные элементы электрических печей сопротивления изготавливаются из разных материалов, применение которых зависит от температуры нагрева печи. Так, до 1100 градусов используются сплавы железа, хрома и никеля, до 1400 градусов — из карбида кремния и дисилицид молибдена, до 3000 градусов — из молибдена, вольфрама, тантала, угля и графита. Для того чтобы правильно вычислить длину и сечение проводника, необходимо определить сопротивление нагревательного элемента электрической печи. Для того чтобы обмотка в печах сопротивления была долговечной, лучше выбирать материалы с максимальным удельным электрическим сопротивлением.

Вакуумная печь сопротивления

Вакуумные электрические печи сопротивления подходят для нагрева изделия перед обработкой давлением, для дегазации и спекания, для отжига, закалки и пайки, для химикотехнологических процессов. Вакуумные печи имеют следующее устройство: теплоизолированная герметичная камера, внутри которой расположены нагревательные элементы. Воздух из камеры отсасывается диффузионными насосами. Вакуумные печи бывают как садочными, так и методическими.

Печь сопротивления для плавки

Плавильные печи сопротивления чаще всего применяются при производстве изделий из легкоплавких металлов и сплавов. При использовании оборудования такого типа себестоимость плавления получается сравнительно низкой.

Печи сопротивления для алюминия

Электрические печи сопротивления идеально подходят для плавки сплавов алюминия. Процесс плавления металла происходит в тигле из чугуна при температуре 850-1000 градусов. Нагрев металла осуществляется за счет нихромовых элементов, размещенных на выступах футеровки.

Печи сопротивления — назначение

Печи сопротивления могут иметь разное технологическое назначение. Существуют печи для изготовления отливок из разных металлов и сплавов, печи для термической обработки цветных и черных металлов, керамики, металлокерамики, стекла и других материалов, печи, предназначенные для сушки литейных форм, лакокрасочных покрытий, эмалей и т.п. Электрические печи сопротивления широко используются во многих отраслях промышленности, благодаря ряду достоинств: возможности равномерного нагрева изделия путем циркуляции печной атмосферы или правильного размещения нагревателей по стенкам камеры, достижения в камере печи любых температур вплоть до 3000 градусов, легкости управления температурным режимом и мощностью печи.

Печи сопротивления принцип работы

Принцип работы печей сопротивления основан на выделении тепла в проводнике с активным сопротивлением, при прохождении по нему тока. В качестве элемента сопротивления может использоваться как сама нагреваемая деталь, так и специальный проводник. Таким образом, печи сопротивления можно разделить на печи прямого и косвенного нагрева. Для нагрева металла используются печи косвенного нагрева, т.к. сопротивление металлов недостаточно для выделения в нем достаточной мощности.

Выделяют нагревательные печи сопротивления периодического и непрерывного действия. В печах периодического действия положение нагреваемого тела остается неизменным в течение всего времени обработки в печи. В методических печах (непрерывного действия) возможно создание нескольких температурных зон. Обрабатываемые детали непрерывно перемещаются в соответствии с графиком обработки. Широкий выбор стандартных печей представлен на сайте. Так же возможен подбор оборудования по индивидуальным размерам заказчика.

Расчет параметров электронагревателей для печи, расчет нихромовой спирали

В работе электрической печи одним из самых ключевых элементов является нагреватель. Именно за счет него печь вырабатывает необходимые температуры. От качества нагревательного элемента еще зависит и работоспособность печной установки в целом. По этой причине выбранный нагреватель должен строго соответствовать определенным требованиям, которые будут указаны далее. 

Качества, которыми должен обладать электронагреватель для печи:

• Нагревательный элемент должен обладать высокой жаростойкостью и прочностью в условиях повышенной температуры.

• Материал нагревателя должен обладать высоким удельным сопротивлением. От данного критерия зависит максимальная способность нагрева. Зачастую в качестве таких материалов используют сплавы нихрома и фехрали, которые характеризуются как прецизионные.

• Невысокий коэффициент температуры сопротивления важный критерий при выборе сплава для нагревательного устройства. Если данный показатель высокий придется использовать трансформатор для понижения напряжения на начальном этапе работы. Физические характеристики сплавов электронагревателя должны быть постоянными. Некоторые материалы, такие как карборунд, являющийся неметаллическим нагревателем, могут со временем изменять свои физические свойства, включая электросопротивление, что усложняет условия их эксплуатации. Для стабилизации сопротивления используют трансформаторы с большим числом ступеней и диапазоном напряжения.

• Металлические материалы должны иметь хорошие технологические свойства, а именно: пластичность и свариваемость, чтобы изготавливать их них ленты или проволоку. Из лент в дальнейшем можно производить элементы сложной конфигурации. Нагреватели также могут быть изготовлены из неметаллического сырья. Неметаллические нагреватели прессуют, или отливают, превращая в готовый продукт.

Материалы для производства нагревателей

Самыми подходящими и наиболее применяемыми при изготовлении нагревателей для электропечей являются прецизионные сплавы с высоким электросопротивлением. К ним относят сплавы на основе хрома и никеля (никель-хром), железа, хрома и алюминия (железо-хром-алюминий). Марки и свойства этих сплавов учтены в ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные». Представителями никель — хромовых сплавов являются нихром марок X20H80, X20H80-H (950-1200°C), X15H60, X15H60-H (900-1125°C), феррохромоалюминий — фехраль марок h33YU5T (950-1400). ° С), Х27Ю5Т (950-1350 ° С), Х23Ю5 (950-1200 ° С), Х15Ю5 (750-1000 ° С). Существуют также железо-хромоникелевые сплавы — Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ.

Вышеуказанные материалы для нагревателей обладают хорошей тепло- и термостойкостью. Хорошую термостойкость обеспечивает защитная пленка из оксида хрома, которая образуется на поверхности материала. Температура плавления пленки выше, чем температура плавления самого сплава; он не растрескивается при нагревании и охлаждении.

Достоинства нихрома:

• Отличные механические свойства, как при низких, так и при высоких температурах;

• Сплав крипоустойчивый;

• Имеет хорошие технологические свойства;

• Хорошо поддается обработке;

• Не устаревает, немагнитится.

Недостатки нихрома:

• Дорогостоящий;

• Рабочие температуры ниже, чем у фехраля;

• Преимущества фехраля:

• Сравнительно с никелем недорогой;

• Более жаростойкий.

Недостатки фехрали:

Расчет нагревателей электрических печей

Как правило, в качестве исходных данных для определения параметров электронагревателя для печи берется его необходимая мощность, максимальные показатели вырабатываемой температуры и параметры рабочего пространства. Если мощность печной установки не известна, то ее определяют по эмпирическому правилу. При расчете нагревательных элементов важно определить диаметр и длину (для проволоки) или площадь поперечного сечения и длину (для ленты), которые необходимы для производства нагревательных элементов. Нужно сразу определить и материал, из которого будут изготавливаться нагреватели. Мы же будем рассматривать хромоникелевый сплав Х20Н80.

Вычисление диаметра и длины электронагревателя (проволоки из нихрома) для имеющейся мощности простым способом

Простейшим вариантом определения параметров нагревателя есть вычисление его диаметра и длины в условиях уже известной мощности, напряжения сети, а также температуры, которую будет иметь нагреватель. 

Но, такой расчет имеет одну особенность, о которой будет рассказано далее.

Пример вычисления длины и диаметра нагревательной проволоки

Исходные данные:

Оборудование имеет мощность P = 1200 Вт; подключается к сети с напряжением U = 240 В; нагреватель подает температуру 900 °C. В качестве нагревателя применен нихром маркировкой Х20Н80

1. В первую очередь нам необходимо определить силу тока, проходящую через элемент нагрева, подставляя имеющиеся данные:

    I = P / U = 1200 / 240 = 5 А.

2. Затем находим сопротивление нагревательной проволоки:

    R = U / I = 240 / 5 = 48 Ом;

3. Имея значения силы тока, которая проходит по нагревательной проволоке, высчитываем диаметр нагревательного элемента. Это очень важный момент. К примеру, если сила тока составляет 10 А нихромовая проволока диаметром 0,5 мм сразу же перегорит. Высчитав силу тока, следует из специальной таблицы расчета, которая предоставлена в открытом доступе, подобрать соответствующее значение диаметра проволоки. Исходя из нашего примера, где сила тока составляет 5 А, а термическая подача от нагревателя — 900 °C диаметр нагревателя должен составлять d = 0,4 мм. Площадь поперечного сечения S = 0,126 мм2.

Примечание:

Если нагревательное устройство будет эксплуатироваться в жидкостной среде, то нагрузка может быть увеличена в полтора раза.

В условиях закрытой эксплуатации, как в случае использования электропечи, нагрузка должна наоборот уменьшаться в полтора раза.

4. Следующим шагом будет определение длины нихромового элемента нагрева по формуле:

    R = ρ · l / S,

где R — электросопротивление нагревательной проволоки [Ом], ρ — удельное электросопротивление материала нагревательного элемента [Ом · мм2 / м], l – длина [мм], S — площадь поперечного сечения [мм2].

Подставляем свои данные и получаем:

    l = R · S / ρ = 48 · 0,126 / 1,11 = 5,44 м.

В этом примере нагреватель имеет диаметр Ø 0,4 мм, что соответствует ГОСТ 12766.1-90. Номинальное значение удельного электросопротивления нихромового проводника марки Х20Н80 составляет 1,1 Ом · мм2 / м (ρ = 1,1 Ом · мм2 / м), см. табл. 

Удельное электрическое сопротивление нихрома (номинальное значение).

Марка сплава	Диаметр, мм	Удельное сопротивление, мкОм*м
Х20Н80-Н	0,1-0,5	1,08
	0,5-3,0	1,11
	более 3,0	1,13
Х15Н60, Х15Н60-Н	0,1-3,0	1,11
	более 3,0	1,12
Х23Ю5Т	любой диаметр	1,39

 

Итогом расчетов является необходимая длина нихромового проводника, составляющая 5,44 м, диаметр — 0,4 мм.

Вычисление параметров диаметра и длины нихромового проводника для заданной электропечи (более сложный и подробный расчет)

В данном случае будут учтены дополнительные параметры нагревательной проволоки и ее подключение к трехфазной сети. В качестве исходных данных будут взяты внутренние размеры электропечи.

1. В первую очередь определяется внутренний объем камеры печной установки. К примеру: h = 530 мм, d = 420 мм и l = 420 мм (высота, ширина и глубина). Таким образом, получаем объем V = h · d · l = 530· 420 · 420 = 93,4 · 10 6 мм3 = 93,4 л (мера объема).

2. На следующем этапе вычисляется мощность печи, которая будет определяться по эмпирическому правилу: для печной установки объемом 10 — 50 литров удельная мощность составляет 100 Вт/л (Ватт на литр объема), объемом 100 — 500 литров — 50 — 70 Вт/л.

В качестве примера приведем печь с мощностью 100 Вт/л и сразу высчитаем, что мощность элемента нагрева должна составить P = 100 • 93,4 = 9340 Вт = 9,34 КВт. Такие печи предназначаются для однофазной сети. Если нагрузки значительно выше, то такое оборудование предназначается для трехфазного подключения.

3. Далее определяем силу тока, которая будет проходить через нагревательную проволоку по формуле: I = P / U

где P — мощность нагревательной проволоки,

U — напряжение нагревателя между концами,

и его сопротивление R = U / I.

Подключение  при указанных параметрах может происходить по одному из следующих способов:

К однофазному току бытовой сети — 220 В;

К промышленной трехфазной сети 220 В (между нулевым проводом и фазой) или U = 380 В (между двумя любыми фазами).

Бытовая сеть однофазного тока 

 I = P / U = 9340 / 220 = 42,5 А — ток протекающий через нагревательную проволоку.

Определение сопротивления электронагреватели для печи.

     R = U / I = 220 / 42,5 = 5,18 Ом.

Промышленная сеть трехфазного тока 

Нагрузка при таком типе подключения распределиться равномерно на три фазы. Поэтому понадобятся сразу три нагревательных элемента. Способов подключения существует два, из них и следует выбирать.

Обратите внимание, что применяемые формулы для определения силы тока и сопротивления к трехфазной сети не классические. Мы их подобрали для упрощения расчетов. Точность полученных данных не искажена.

Подключение по схеме «ЗВЕЗДА» подразумевает подсоединение нагревателя между фазой и нулем. В соответствии с этим напряжение на концах нагревательной проволоки будет составлять 220 В.

Ток, который проходит по нагревателю:

     I = P / U = 3113 / 220 = 14,15 А.

Сопротивление одного нагревательного элемента:

     R = U / I = 220 / 14,15 = 15,54 Ом.

При использовании схемы “ТРЕУГОЛЬНИК” нагревательный элемент подключают между двумя фазами и напряжение на его концах — 380 В.

Ток, который проходит по нагревателю:

     I = P / U = 3113 / 380 = 8,19 А.

Сопротивление одного нагревательного элемента:

     R = U / I = 380/ 8,19 = 46,4 Ом.

4. Определив сопротивление нагревательной проволоки для соответствующего типа подключения к сети далее нужно вычислить диаметр и длину проволоки.

Удельная поверхностная мощность

Вычислив все указанные параметры, следует проанализировать удельную поверхностную мощность электронагревателя, которая зависит от термических значений материала поддающегося нагреву и от конструкции выбранного элемента нагрева.

Пример

В предыдущих расчетах мы определили сопротивление электронагревателя. Для печной установки в 93,4 литра, которая включается в однофазную сеть сопротивление равно R = 5,18 Ом. Для примера подберем нихромовый сплав маркировкой Х20Н80 диаметром 1 мм. Для получения требуемого сопротивления, нужно: l = R /  = 5,18 / 1,4 = 3,7 м нихромовой проволоки,  где  — номинальное значение электрического сопротивления 1 м проволоки по ГОСТ 12766.1-90, [Ом/м].

Масса имеющегося отрезка проводника составит m = l ·  = 3,7 · 0,007 = 0,0259 кг = 26 г, где  — масса 1 м проволоки. Затем определяем площадь поверхности отрезка проводника из нихромового сплава длиной 3,7 м. S = l ·  · d = 370 · 3,14 · 0,1 = 116,2 см2, где l – длина нагревательного элемента [см], d – его диаметр [см]. Исходя из этого, из площади 116,2 см2 должно выделяться 9,34 кВт. Прибегнув к простой пропорции выявляем, что с 1 см2 выделяется мощность  = P / S = 9340 / 116,2 = 80,4 Вт, где  — поверхностная мощность нагревательного элемента.

Такая мощность слишком большая. Нихромовый сплав ее не выдержит, если прогревать его до температур, которые обеспечили бы полученное значение поверхностной мощности. Приведенный пример является демонстрацией неправильного выбора диаметра проволоки, которая будет использоваться для изготовления нагревателя.

 

Каждому материалу, зависимо от требуемых термических значений характерно свое допустимое значение поверхностной мощности. Его можно высчитать за счет специальных табличек и графиков.

Высокотемпературным печам  (700 – 800 °С) допустима поверхностная мощность, которая равна βдоп = βэф · α, где βэф – поверхностная мощность нагревательных элементов зависящая от температуры воспринимающей тепло среды [Вт / м2], α – коэффициент эффективности излучения. Низкотемпературных печам (менее 200 – 300 °С) допустима поверхностная мощность (4 — 6) · 104 Вт/м2.

Используя приведенные примеры, вы сможете с легкостью рассчитать необходимые параметры нагревателей для электропечей, в том числе муфельных печей при разных схемах подключения. При заказе электронагревателей у компании «ТЭН24» расчет нихромовой спирали, фехралевой спирали и параметров устройства нагрева проводится совместно с технологом для каждой печи и типа подключения индивидуально.

Печи сопротивления — Справочник химика 21

    Печи с электротермическим источником теплогенерации (печи электрические) подразделяются по способу превращения электрической энергии в тепловую — сопротивления, дуговые, дуговые печи сопротивления, электроннолучевые и индукционные. [c.14]

    Нагревательные устройства для местной термической обработки (газовые печи, печи сопротивления и устройства для индукционного нафева) зависят от вида применяемого топлива. [c.199]

    Теплообмен в рабочем объеме футеровки электрических печей сопротивления непрямого нагрева осуществляется излучением активной поверхности нагревательных элементов, поверхностью футеровки и исходных материалов и конвекцией печной среды. [c.63]

    В производстве люминофоров применяют только электрические печи сопротивления, которые по конструктивным особенностям могут быть разделены на три типа камерные, муфельные (трубчатые) и туннельные. [c.174]

    Обычно работают на двух видах электропечей сопротивления и дуговые. Печи сопротивления — на неподвижном слое угля, а дуговые — с углем, находящимся во взвешенном состоянии. [c.236]

    Сплавы Сг—А1—Ре обладают исключительно высокой жаростойкостью. Например, сплав, содержащий 30% Сг, 5% А1, 0,5% 81, устойчив на воздухе до 1300° С. Эти сплавы используют, в частности, в качестве материала для изготовления спиралей и деталей нагревательных элементов печей сопротивления. К их недостаткам относятся низкая жаропрочность и склонность к хрупкости при комнатной температуре после продолжительного нагрева на воздухе, вызываемая в известной степени образованием нитридов алюминия. По этой причине положение спиралей в печах должно быть фиксировано, а для беспрепятственного термического расширения и сжатия спирали обычно гофрируют. Жаростойкость никеля еще больше повышается при добавлении хрома. Сплав 20% Сг и 80% N1 устойчив на воздухе до 1150 С. Этот сплав — один из лучших жаростойких и жаропрочных сплавов. [c.218]

    Электрические печи сопротивления косвенного действия получили большое распространение. Б них тепло выделяется при прохождении электрического тока по специальным нагревательным элементам выделяющееся тепло передается материалу лучеиспускат ем, теплопроводностью и конвекцией. В таких печах осуществляется нагревание до температур 1000 — 1100° С. Схема такой печи показана на рис. 7-10. Футеровка печи 2 выполнена из огнеупорного кирпича. В пазах футеровки уложены спиральные нагревательные элементы 4, к которым подводится ток через электрошины 5. Тепло, выделяющееся при прохожденпп электрического тока через спиральные нагревательные элементы, передается обогреваемому аппарату 7 лучеиспусканием и конвекцией. Тепловая изоляция 3 уменьшает потери тепла в окружающую среду. [c.172]

    Промышленный способ получения карбида кальция основан на сплавлении компонентов в карбидных электрических печах с полузакрытой и закрытой ванной, имеющих мощность 60 МВ-А и работающих как печи сопротивления. [c.44]

    Для получения сероуглерода применяются также электрические печи сопротивления и дуговые. [c.45]

    На джоулевой теплоте работают все печи сопротивления. [c.53]

    В электрических печах теплогенерация осуществляется за счет преобразования электрической энергии в тепловую различными способами. Несложна эксплуатация печей сопротивления, плазменных, индукционных и др. [c.257]

    На практике используют два основных способа нагревания реагирующих материалов — прямой и косвенный. В зависимости от метода подачи энергии различают электротермические установки (печи) сопротивления, дуговые, индукционные и др. [c.80]

    Обогрев аппарата до небольших температур можно вести паром низкого давления, до более высоких температур — насыщенным паром высокого давления, а при очень высоких температурах — маслом и перегретым паром. Применяют также электрические нагревательные устройства — индукционные печи и печи сопротивления. [c.124]

    При графитации в печах сопротивления также всегда отмечалась более высокая плотность тока во внутренних частях электродов, чем на поверхности. В этом заключается отличие электронагрева кокса от нагрева газами или радиантного нагрева, при которых передача тепла происходит от периферии к центру и увеличение размеров кусков кокса приводит к снижению эффекта обессеривания. Опыты по термическому обессериванию в электрокальцинаторе были повторены затем [c.163]

    Теплосодержание газов, выходящих из печи, утилизируется в регенераторах и используется для подогрева воздуха и сгорающего газа. Производительность подобных печей составляет 300 т/сутки. Помимо печей пламенного типа, для варки стекломассы применяют электрические печи сопротивления и печи с комбинированным газоэлектрическим нагревом шихты. [c.319]

    Крекинг проводился в кварцевой трубке, нагреваемой в электрической печи сопротивления. Температура измерялась в печи, рядом с трубкой, с помощью термопары. Результаты опытов даны в табл. 16. [c.44]

    Хотя уравнение (79) выведено применительно к условиям Теплообмена в пламенной печи, однако понятие эффективной температуры может быть распространено и на любую другую систему, а сама температура может быть отнесена к любой излучающей части этой системы. Например, в дуговой печи она может быть отнесена к поверхности дуги, в электрической печи сопротивления — к поверхности резистора и т. д. [c.65]

    Движение теплоносителя между нагревателем и поверхностью нагрева может быть также обеспечено с помощью центробежных или пропеллерных вентиляторов, причем взаимное расположение нагревателей и поверхности нагрева (нагреватель экранирован от поверхности нагрева) может быть весьма различным, откуда и разнообразие конструктивных форм подобных печей. Такое решение задачи обычно используется в электрических печах сопротивления, когда теплоносителем является защитная атмосфера. [c.98]

    Печи руднотермические для возгонки желтого фосфора. Общие сведения. Руднотермическая печь является основным агрегатом для электротермического получения желтого фосфора и относится к печам прямого нагрева. Теплота, необходимая для проведения технологического процесса, выделяется непосредственно в ванне печи при горении дуг и в результате активного сопротивления шихты и шлака прохождению электрического тока, подведенного самоспекающимися электродами. Поэтому руднотермические. печи относятся к классу дуговых печей сопротивления. [c.119]
    Степень графитации ПУ, полученного при 700-900 С в индукционной печи (горячая стенка), выше чем у ПУ, осажденного в печи сопротивления [7-1, 51]. [c.455]

    Беспропиточная карбонизация войлоков проводится в изометрическом или свободном режиме в засыпке хлористого аммония. Нагрев до 900-1350 С достигается пропусканием тока через систему передающих валков, находящихся в печи. Время нагрева и охлаждения составляет примерно 30 ч. Потеря массы при пиролизе около 65%. Для высокотемпературных печей применяются войлоки, графитированные в печах сопротивления или высокочастотного нагревало 2200-2500 С. Содержание углерода в графитированных войлоках не ниже 99%. [c.625]

    Электрические печи сопротивления. В настоящее время наибольшее распространение получили однофазные электропечи с графити-рованными или металлическими электродами. На рис. 85 показана однофазная электропечь с графити-рованными электродами. Ее показатели следующие  [c.237]

    Сырьем для изготовления непрозрачного кварцевого стекла служат специально обогащенные кварцевые пески или крупка жильного кварца с содержанием ЗЮг не менее 99,8%. Блок непрозрачного кварцевого стекла наплавляется из песка в электрической печи сопротивления вокруг графитового стержня, нагреваемого электрическим током до температуры 1800—2000 °С. Затем из наплавленного блока горячим формованием — раздувкой сжатым воздухом в формах изделия формуют. [c.39]

    Массивные изделия сплошного сечения, например припас для стекловаренных печей, изготовляют в горизонтальных многостержневых электрических печах сопротивления. Наплавленные блоки разрезают алмазными пилами. [c.39]

    В работе используют вакуумную установку, принципиальная схема которой представлена на рис. 5.4. В вакуумном реакторе /, обогреваемом печью сопротивления 2, с помощью насосов 7, 11 создается разрежение около 10 мм рт. ст., которое контролируется манометром o. Насос предварительной откачки 7 (фор-вакуумный типа НВР-5Д или ВМ-461) используется только для откачки неагрессивных газов (воздух). Сорбционный насос // служит только для удаления реагентов и продуктов реакции. Напуск паров низкомолекулярного реагента осуществляется из ампул 16—18 через вакуумные вентили 13—15. [c.112]

    Элекгрические печи сопротивления работают на постоянном и переменном токе, причем для их питания используются сварочные генераторы и грансформаторы. [c.200]

    Одним из путей интенсификации сварочных работ является использование для подогрева изделий перед сваркой индукционного способа электронагрева. Индукционный нагрев по сравнению с другими видами нагрева (в электрических печах сопротивления, газовыми горелками) имеет ряд существенных преимуществ возможность использования больших скоростей нагрева при достаточном прогреве по сечению более точное измерение температуры нагреваемого участка с помощью термопарнагревательного устройства возможность создания более простого и надежного автоматического устройства для регулирования и регистрации температурного режима нагрева, выдержки и охлаждения долговечность работы индуктора. Индукционная установка, на которой осуществляют подогрев кольцевых швов аппаратов диаметром 700—1200 мм, спроектирована на базе индукционной закалочной установки типа МГЗ-102АБ. Часть оборудования установки размещается на сварочной тележке с кон- [c.83]

    Поврежденные участки заплавляются в горизонтальном положении изделия с подогревом до 300—350 °С. Подогрев осуществляется электрическими печами сопротивления. Сквозные повреждения заплавляются на подкладках. Заплавка выполняется на постоянном токе. Режимы заплавки — общепринятые для соответствующей марки электрода, его диаметра и материала корпуса. [c.149]

    Процесс происходит с поглощением большого количества тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через слой загруженной шихты, расплава от электродов к поду печи, а также за счет тепла, выделяемого электрической дугой. Карбидные печи работают как дуговые печи сопротивления. [c.130]

    Для расчета термической стойкости материалов следует учитывать их постоянство объема при продолжительной эксплуатации с механическими и химическими нагрузками, возникающими в футеровке печи. Сопротивление алюмосиликатных огнеупоров действию механических нагрузок при высоких температурах может при длительной эксплуатации значительно уменьшиться вследствие образования стекла. В присутствии углерода и водяных паров с температурой 1200 °С могут происходить кристаллические превращения кремниевой кислоты в материале с одновременным изменением его объема. Все это может привести к значительным повреждениям кирпичной футеровки. Опыт показывает, что большей частью переоценивают термическую стойкость строительных материалов, используемых для подвергаемой высоким нагрузкам внутренней кирпичной футеровки печей. Это, в частности, относится к таким бесформенным изоляционным материалам как волокнистые и наполнительные, которые могут выдерживать только ограниченные термические нагрузки, являясь слабостойкими против водяных паров и кислых конденсатов, и вследствие изменения их структуры не сохраняют постоянство объема. [c.293]

    В электрических печах сопротивления прямого нагрева проводником служит сам обрабатываемый материал. Подобные печи используют для производства графитовых и угольных изделий, карбита кремния, стекла и др. Электрическая мощность подобных печей составляет от нескольких кВА до 5-15 МВА. Для питания печей служат специальные печные трансформаторы с широким интервалом регулирования вторичного напряжения трансформаторы включают на напряжение 6-10 кВ через специальную коммутационную аппаратуру. [c.80]

    По способу превращения электрической энергии в тепловую различают электрические печи сопротивления индукционные и дуговые. Электрические печи сопротивления делятся на нечи прямого действия и печи косвенного действия. [c.172]

    Для изучения закономерностей процесса электротермического обессеривания кокса в БашНИИ НП была сооружена пилотная установка (электрокальцннатор) производительностью 0,5 т1сутки, на которой были отработаны основные параметры процесса. Эта установка представляет собой вертикальную шахтную электрическую печь сопротивления сечением 250X250 мм из высокоглиноземистого кирпича (рис. 1). Принцип работы электрокальцинатора основан на свойстве кокса резко снижать электросопротивление при прокалке. Кокс загружается в бункер, откуда по переточной трубе поступает в шахту печи, в которой имеются следующие зоны  [c.151]

    Графитация проводится в электрических печах. Графитировочные печи относятся к группе электрических печей сопротивления, в которых те-шюобразующим элементом сопротивления служит материал, подвергающийся графитации. Графитировочные печи можно разделить на два типа  [c.35]

    Применяемые для термоанализа печи выполнены в основном по одной схеме металлический кожух с изоляцией, внутри которого находится нагревательный элемент. В зависимости от требуемой конечной температуры анализа нагревательные элементы для печей сопротивления могут быть изготовлены из нихрома — до 1000°С, хромеля — до 1100, молибдена — до 1200, тантала — до [c.9]

    Рентгеновская высокотемпературная установка УРВТ-1300 предназначена для исследования методом Дебая поликристаллических образцов в интервале температур от комнатной до 1300°С в вакууме и до 1100°С в воздухе или атмосфере инертного газа. С помощью установки УРВТ-1300 можно изучать высокотемпературные фазовые переходы, измерять параметры кристаллической решетки и коэффициент термического расширения и др. Нагревание образца в установке осуществляется электрической печью сопротивления. [c.104]

    Рентгеновская высокотемпературная приставка УРВТ-1500 используется для исследования фазовых переходов, определения параметров кристаллической решетки, коэффициента термического расширения и т. д. различных материалов на дифрактометрах УРС-50-ИМ и ДРОН-1 при температурах до 1500°С в вакууме и до 1200°С в воздухе или атмосфере инертного газа. Нагрев образца осуществляется электрической печью сопротивления. Приставка снабжена системой автоматического поддерживания температуры и ее измерения (точность поддерживания температуры 3°С, точность измерения 5°С). [c.104]

    Высокие температуры. Для получения высоких температур в высокотемпературной рентгенографии используются различные способы нагрева образца, например, пут ем пропускания электрического тока через образец либо его индукционный или радиационный нагрев. Широко применяются электрические печи сопротивления,Гсоздающие достаточно широкое и равномерное температурное поле. В ряде случаев для нагрева образца используют сфокусированное на его поверхности световое излучение. [c.137]

---

важные моменты проектирования. Методика расчета печи с формулами и допусками

Одним из наиболее значимых элементов электропечи является ее нагреватель. Именно он напрямую влияет на мощность, рабочую температуру и общие функциональные характеристики оборудования. Абсолютно неважно, о каких типах приборов идет речь — трубчатых электропечах, шахтных или муфельных моделях. Для всех применимы базовые правила расчета.

Как определить мощность и силу тока печи

Начинается расчет печи с ее будущей мощности. Также определяется сила тока, которая будет проходить по телу нагревателя. Для этого можно использовать базовые эмпирические нормы соотношения размера камеры прибора к ее мощности.

Если объем насчитывает от 1 до 5 литров, желательно, чтобы мощность оборудования была в диапазоне от 300 до 500 Вт на литр. Когда камера планируется для промышленного использования, и ее объем достигает 100 литров и более, расчет муфельной печи должен учитывать примерно 50-60 Вт на каждый из них.

Детальная таблица рекомендуемых норм мощности для различных объемов камер

Провести нужные вычисления совсем несложно. Сам объем легко рассчитывается исходя из данных о высоте, ширине и глубине камеры, а потом умножается на нужный показатель. К примеру, печь на 5 литров и нагрузкой 300 Вт/л будет иметь общую мощность 1500 Вт.

Определить силу тока также достаточно просто. Базовое напряжение сети известно, и составляет 220 В.

После этого производится расчет печей, формула которого имеет следующий вид:

I=P/U

P – предварительно рассчитанная мощность, в нашем случае 1500 Вт.

U – напряжение сети.

Таким образом, имеем: 1500/220 = 6.8 А.

Как рассчитать наименьшее сечение нагревательного элемента электропечи

Расчет электрических печей должен обязательно проводиться с учетом особенностей самого нагревательного элемента. Ведь если через него пройдет сила тока, больше чем он может вынести – выход из строя неизбежен. Планируя конструкцию муфельной или шахтной электропечи, обязательно учитывайте будущий диаметр нагревателя.

Рассчитывать его можно, зная силу тока и предполагаемую рабочую температуру. Рекомендуемые нормы указаны на фото ниже.

Таблица определения параметров нагревателя электропечи. Узнаем нужный диаметр и сечение

Если в таблице отсутствует точное значение, которое совпадает с Вашим расчетом, это не критично. Когда наша сила тока будет равна 6.8 А, стоит брать за основу показатель 7.7, то есть, ближайший больший. Минимальный диаметр и сечение обеспечат бесперебойный и безопасный процесс обжига.

Можно даже заложить в расчет нагревательной печи более мощный элемент для накала. Уменьшать параметры категорически нельзя, поскольку тогда он очень быстро перегорит

Как рассчитать длину проволоки нагревателя для создания спирали

Методика расчета печи также подразумевает определение оптимальной длины проволоки для основы нагревательного элемента. Это очень важно, ведь именно от нее зависит создание необходимого резистивного нагрева.

Для того чтобы провести точный расчет закалочной печи нам потребуются такие данные как:

• Напряжение сети.
• Сила тока.
• Площадь сечения нагревателя.
• Удельное сопротивление проводника.

Последний показатель можно найти на фото представленном ниже.

Величина удельного сопротивления, в зависимости от диаметра и материала нагревателя

Далее расчет термических печей идет по формуле:

L= (U / I) x S/ p

В нашем случае, если использовать для нагревателя нихромовый сплав Х20Н80-Н, длина проволоки будет составлять: (220/6.8) х 0.785/1.11. То есть, приблизительно 23 метра.

Как проверить правильность поверхностной мощности нагревательного элемента

Если Вы планируете создать долговечные трубчатые печи, расчет обязательно должен включать и пункт проверки поверхностной мощности нагревательного элемента с допустимым значением. Это поможет вовремя обнаружить возможный выход из строя и определить грани возможностей данной составляющей оборудования.

Поверхностная удельная мощность указывает сколько тепловой энергии нужно получать с каждой единицы площади нагревателя

Методика расчета трубчатых печей вначале подразумевает поиск допустимого значения. Его можно получить по формуле:

βдоп = βэф х α

βдоп – непосредственно допустимая мощность.

βэф – мощность, которая зависит от диапазона рабочих температур.

α – коэффициент эффективности излучения тепла нагревательным элементом.

В расчет печи для обжига включаем показатель βэф и α из таблиц, представленных на фото ниже.

Таблица для расчета эффективной мощности на основе температуры заготовок и самого нагревателя

Коэффициент α также подбирается из табличных данных. Он напрямую зависит от местоположения спирали нагревателя внутри конструкции печи.

Значения поправочного коэффициента – важный аспект, который стоит учитывать, выполняя расчет шахтных печей

Впоследствии эти 2 показателя умножаются между собой и дают нам граничное значение допустимой мощности.

Это станет последним этапом проектирования оборудования.

Как видите, расчет нагревательных элементов – дело достаточно непростое. Поэтому, проще и лучше заказать электропечи для обжига и других видов термообработки от надежного производителя. Именно таким является литовский изготовитель SNOL, продукция которого представлена на нашем сайте. Не откладывайте и скорее выбирайте нужную модель!

Производство и модернизация электрических печей сопротивления

Стоимость капитального ремонта	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 1 200 000 руб	Ц-105 с системой Fibrothal 2 500 000 руб
Время разогрева печи с 20 до 900 гр С	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 6,1 часа	Ц-105 с системой Fibrothal 3,3 часа
Потери из-за медленного нагрева	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 10 т/год	Ц-105 с системой Fibrothal —
Расход эл.энергии на нагрев 1 тонны заготовок	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 380 кВтч	Ц-105 с системой Fibrothal 260кВтч
Периодичность ремонта нагревателей	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 3 месяца	Ц-105 с системой Fibrothal 5 лет
Стоимость комплекта нагревателей Кантал	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями —	Ц-105 с системой Fibrothal 320 000 руб
Затраты на подварку нагревателей, средние затраты около 40 кг/год	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 48 000 р/год	Ц-105 с системой Fibrothal —
Время простоя в ремонте, в течение года	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 150 ч/год	Ц-105 с системой Fibrothal —
Расходы на ремонты при средней стоимости человеко-часа 400 руб	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 60 000 руб/год	Ц-105 с системой Fibrothal —
Потери из-за простоев при ремонтах	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 20 т/год	Ц-105 с системой Fibrothal —
Производительность, при 2-х сменном режиме работы, 5/2	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 470 т/год	Ц-105 с системой Fibrothal 500 т/год
Расход электроэнергии в год	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 178 600 кВтч	Ц-105 с системой Fibrothal 130 000 кВтч
Затраты на электроэнергию в год, при средней стоимости 5 руб/кВт	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 893 000 руб/год	Ц-105 с системой Fibrothal 650 000 руб/год
Стоимость капитального ремонта через 5 лет	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 1 200 000 000 руб	Ц-105 с системой Fibrothal —
Срок службы футеровки	Ц-105 с кирпичной кладкой и нихромовыми спиралями 5 лет до потери половины теплоизоляционных свойств	Ц-105 с системой Fibrothal 10 лет  без потери теплоизоляционных

Электрический резистивный нагреватель

— обзор

Показатели эффективности

В идеале, энергоменеджмент является наиболее экономичным эффективным использованием энергии. Таким образом, эффективность — важное понятие для энергоменеджера. Эффективность можно рассматривать с точки зрения первого или второго законов термодинамики. Первый закон эффективности относится к преобразованию энергии из одной формы в другую и сохранению общего количества энергии без прямого учета качества энергии.При оценке общего использования топлива или форм энергии применяются соображения второго закона , поскольку они учитывают качество энергии и помогают определить верхние границы эффективности. Эффективность второго закона выражается в количестве, известном как доступной работы .

В своей основной форме эффективность первого закона конкретной задачи можно представить как отношение полезной энергии, переданной задаче, к требуемой затраченной энергии. Однако есть много задач, для которых это базовое определение неадекватно или не подходит.Таким образом, возникли по крайней мере две другие широкие категории энергоэффективности. Здесь они называются «коэффициентами производительности» (COP) или коэффициентами эффективности использования энергии (EUPF).

Пример : КПД электродвигателя. Каков КПД по первому закону однофазного электродвигателя мощностью 1 л.с., номинального напряжения 240 В, тока полной нагрузки 4,88 А и коэффициента мощности 80%? См. Ответ в уравнении 7.1. Обратите внимание, что мы используем энергию в единицу времени в этом уравнении и в уравнениях 7.С 2 по 7.4 ниже.

[7.1] η = потребляемая поставленная энергия (в данном случае «работа») Потребляемая энергия = л.с. × LF (#phases) (V) (A) (pf) η = (1 л.с.) (0,746 кВт / л.с.) (1.0) (1) (240 В) (4,88 А) (0,8) (10−3 кВт / Вт) η = 0,796 = 80%

, где

η = КПД, безразмерный (или%)

л.с. = двигатель мощность, л.с.

LF = коэффициент нагрузки, безразмерный

# фаз = количество фаз двигателя, безразмерный

В = номинальное напряжение, В

A = ток полной нагрузки, A

pf = коэффициент мощности, безразмерный

Этот расчет показывает рабочий КПД 80%.Это верно для заявленных условий (т.е. при полной нагрузке и при коэффициенте мощности 80%). При работе с другими коэффициентами мощности или при нагрузке ниже полной КПД ниже. Коэффициент мощности остается довольно постоянным при номинальном значении полной нагрузки до тех пор, пока нагрузка не упадет ниже примерно 50–60%. Когда нагрузка падает примерно до одной трети полной нагрузки, коэффициент мощности может упасть до 20–30%.

В таблицах 7.1a и 7.1b показаны типичные значения КПД электродвигателя при полной нагрузке для двигателей премиум-класса. Обратите внимание, что стандарты NEMA и стандарты ЕС во многих случаях идентичны.Когда эти данные сравниваются с КПД двигателя в первом издании этой книги, КПД увеличился с 76–85,5% (1,0 л.с.) и с 91–95,4% (100 л.с.).

Таблица 7.1A. Номинальная эффективность при полной нагрузке: Высокоэффективные электродвигатели NEMA

	ОТКРЫТАЯ РАМА			ЗАКРЫТАЯ РАМА
л.с. 6 ПОЛЮСОВ
1	77.0	85,5	82,5	77,0	85,5	82,5
3	85,5	89,5	88,5	86,5	89,5	89,5	86,5	89,5	89,5	89,5	88,5	89,5	89,5
10	89,5	91,7	91,7	90,2	91,7	91.0
30	91,7	94,1	93,6	91,7	93,6	93,0
50	93,0	94,5						94,5		94,1	100	93,6	95,4	95,0	94,1	95,4	95,0
300	95,4	95,8	95,4	95.8	96,2	95,8

Источник: NEMA MG-1 (2006) Таблица 12–12.

Таблица 7.1B. Двигатели премиум-класса Европейского Союза IE3 (трехфазные асинхронные двигатели)

кВт	2 полюса 50 Гц / 60 Гц	4 полюса 50 Гц / 60 Гц	6 полюсов 50 Гц / 60 Гц
0,75	80,7 / 77,0	82,5 / 85,5	78,9 / 82,5
2,2	85.9 / 86,5	86,7 / 89,5	84,3 / 89,5
7,5	90,1 / 90,2	90,4 / 91,7	89,1 / 91,0
22	92,7 / ,7	92,2 / 93,0
37	93,7 / 93,0	93,9 / 94,5	93,3 / 94,1
75	94,7 / 94,1	95,0 / 95,4	94,686 95,0	6	95,8 / 95.8	96,0 / 96,2	95,8 / 95,8

Источник: IEC 60034-30 (2009).

Как упоминалось выше, эффективность лучше всего при полной нагрузке или близкой к ней. Когда нагрузка на двигатель падает с полной нагрузки до менее чем 50%, КПД двигателя начинает падать, снижаясь до 40–80%, когда нагрузка составляет всего 10–15%. Падение больше для небольших двигателей.

Это первое, что мы хотим подчеркнуть в этой главе: Эффективность обычно зависит от нагрузки .«Нагрузка», как здесь используется, может означать множество вещей: температуру, давление, силу, работу и т. Д.

Пример: Электрический резистивный нагреватель. Нагреватель рассчитан на 240 В и 4,167 А и подает 3412 БТЕ в час. В чем его эффективность? Предположим, что коэффициент нагрузки равен 100%, а коэффициент мощности — 100%.

[7.2] η = полученная потребляемая энергия (в данном случае «тепло») потребляемая энергия = Q˙ × LF (В) (A) (pf) η = (3412 БТЕ / ч) (0,29307 Вт · ч / БТЕ) (1,0) (240 В) ( 4,167A) (1,0) η = 1,0 = 100%

, где

Q˙ = Тепло, выделяемое за единицу времени, БТЕ / ч (или Вт)

Этот расчет подразумевает, что вся потребляемая энергия — это То есть, электричество — доставляется к нагрузке в виде тепла.Очевидно, мы пренебрегли потерями, возникающими в процессе преобразования топлива в электричество, и любыми потерями, связанными с доставкой тепла к нагрузке (например, радиационными потерями, потерями в вентиляционных или дымовых трубах и т. Д.).

Это приводит ко второму пункту: Эффективность определяется только в определенных определенных границах системы .

Пример: Электрическая лампа накаливания. Лампа рассчитана на 100 Вт и 120 В. Это означает, что входная мощность составляет 100 Вт при полной нагрузке, то есть без затемнения.Световой поток 1500 лм. Коэффициент преобразования люменов в ватт составляет 1,496 × 10 ⁻³ Вт / люмен. Это дает следующую эффективность лампы накаливания:

[7.3] η = потребляемая энергия (в данном случае «свет») Потребляемая энергия = лм × LFE˙inη = (1500 лм) (1,496 × 10−3 Вт / лм) (1,0) (100 Вт) η = 0,0224 = 2,24%

, где

лм = люмен, лм

E˙in = энергия в, в данном случае мощность лампы, Вт

Это не слишком полезно в качестве мера эффективности, так как отношение входной энергии к доставляемому свету неясно.Обычно используемым показателем является отношение светового потока в люменах к входной мощности в ваттах, которое называется эффективностью :

[7,4] Эффективность = 1,500 лм 100 Вт = 15 лм / Вт

Эффективность является примером эффективности использования энергии. фактор; то есть фактор, который измеряет, как энергия используется для достижения конкретной цели производительности.

Пример: Оконный кондиционер. Это устройство использует входную мощность 1000 Вт для обеспечения охлаждения 10 200 БТЕ / ч. Кондиционеры используют входящую энергию (работу) для передачи тепла из области с более низкой температурой (внутреннее пространство) в область с более высокой температурой (снаружи), тем самым охлаждая внутреннее пространство.Тепловые насосы в режиме охлаждения работают так же, как кондиционеры, но в режиме обогрева они работают в обратном направлении. При обогреве тепловые насосы используют работу для передачи тепла от более низкой температуры наружного воздуха к более высокотемпературному внутреннему пространству.

Вместо использования символа η , который обычно зарезервирован для значений КПД от 0 до 1,0, один подход, используемый для представления КПД кондиционеров и тепловых насосов, заключается в определении коэффициента производительности (COP), который определяется как:

[7.5] COP = достигнутые характеристики (т. Е. Количество произведенного нагрева или охлаждения) Потребляемая энергия (электричество) = QinE˙inCOP = (10 200 БТЕ / ч) (0,29307 Вт-ч / БТЕ) (1000 Вт) COP = 2,99

Коэффициенты производительности всегда больше единицы для тепловых насосов и может быть больше или меньше единицы для кондиционеров.

Другой подход к измерению производительности кондиционирования (или производительности тепловых насосов в режиме охлаждения) — это коэффициент энергоэффективности (EER), который аналогичен COP, но не безразмерен:

[7.6] EER = Количество поставляемой охлаждающей жидкости (электричество в) EER = (10 200 БТЕ / ч) (1000 Вт) EER = 10,2 БТЕ / Втч = (COP) (3,412 БТЕ / Втч)

Еще одним показателем охлаждающей способности кондиционеров или тепловых насосов является сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), который представляет собой отношение общего количества тепла, отведенного в течение сезона охлаждения (Btu), к общему количеству электроэнергии, потребляемой в течение сезона охлаждения (Wh).

Кроме того, сезонный коэффициент полезного действия отопления (HSPF) является мерой производительности теплового насоса в режиме отопления.Это отношение общего объема отопления помещения, необходимого в течение отопительного сезона (БТЕ), к общему объему электроэнергии, потребляемой в течение отопительного сезона (Втч).

Вот и все, что касается эффективности первого закона. Как видно из приведенных выше примеров, эффективность (как обычно используется) относится только к соотношению работы или тепловой мощности по сравнению с затраченной энергией. Этот показатель отражает количеств задействованной энергии, но ничего не говорит о качестве .

Качество формы энергии — это мера ее способности выполнять полезную работу.Например, галлон масла имеет теплотворную способность приблизительно 148 МДж (140 000 британских тепловых единиц). Это примерно столько же энергии, сколько 1000 галлонов теплой воды, нагретой на 9 ° C (17 ° F) выше температуры окружающей среды. Хотя количество энергии одинаково в обоих случаях, способность масла выполнять полезную работу намного больше, чем способность теплой воды. Качество масла намного лучше.

Доступность (также называемая доступная работа или exergy ) — это метрика, используемая для количественной оценки качества энергии.Он представляет собой максимальный объем доступной работы системы относительно эталонного состояния. Он также определяется как минимальная работа, необходимая для приведения системы из эталонного состояния в повышенное состояние. Для системы контрольной массы (например, поршня и цилиндра) доступность обозначается как непроточная доступность и может быть выражена следующим образом:

[7,7] Bcm = (U − U0) + P0 (V − V0). ) −T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B _см = отсутствие потока, Дж

U = внутренняя энергия, Дж

P = давление, Па

V = объем, м ³

T = температура, К

S = энтропия, Дж / К

mv22 = кинетическая энергия, где м — масса (кг) и v — скорость (м / с), Дж

mgz = потенциальная энергия, где g — ускорение (м / с ² ) силы тяжести и z — высота (м), J

и нижний индекс 0 относится к эталонному состоянию

Для системы контрольного объема (например,g., турбина), доступность называется , доступность потока и может быть выражена следующим образом:

[7,8] Bcv = (H − H0) −T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B _cv = доступность потока, Дж

H = энтальпия, Дж

Доступность потока имеет отношение ко многим термодинамическим циклам.

Для данной энергии, объема и состава системы B уменьшается по мере увеличения энтропии системы; B также уменьшается по мере приближения внутренней энергии или энтальпии системы к эталонному состоянию.(Обратите внимание, что во многих энергетических системах терминами кинетической и потенциальной энергии можно пренебречь.)

Если применить к углеводородному топливу, B — это минимальная полезная работа, необходимая для образования топлива в данном состоянии из воды и углекислого газа. в атмосфере. Поскольку минимум — это также полезная работа обратимого процесса, B также представляет собой максимальную полезную работу, которая может быть получена путем окисления топлива и возврата продуктов в атмосферу.

В относительном смысле качество (доступность) электроэнергии и топлива, такого как нефть, уголь и газ, довольно высокое.Точно так же пар под высоким давлением и высокой температурой имеет высокую доступность. И наоборот, горячая вода, низкотемпературное технологическое тепло или пар низкого давления имеют относительно низкую доступность.

Мера термодинамической эффективности (или второго закона эффективности) использования энергии для процесса может быть определена как отношение увеличения доступной работы, достигаемой продуктами в процессе, к максимально доступной полезной работе потребляемого топлива . Другой способ определить это как отношение теоретического минимума доступной работы для выполнения задачи к фактической полезной работе, необходимой для выполнения задачи.Мы можем думать об этом как о доступности восстановленных , разделенных на доступность , предоставленных . Разница между тем, что было поставлено, и тем, что было восстановлено, потеряно или уничтожено доступно. Таким образом, концепция доступности обеспечивает полезную меру эффективности, выходящую за рамки ограничений эффективности первого закона. Кроме того, анализ доступности помогает точно определить этапы процесса или области, в которых возможно повышение эффективности.

Пример: Паровой котел.Разница между популярными представлениями об эффективности и концепции эффективности иллюстрируется работой парового котла. Подходящим котлом считается тот, у которого КПД составляет около 90%. То есть только 10% подводимой энергии рассеивается в дымовых газах или за счет потерь тепла. С точки зрения первого закона, мы можем быть удовлетворены 90% -ной эффективностью и считаем, что делаем все возможное в соответствии с нынешними технологическими стандартами. Тем не менее, при этом не учитывается вопрос о том, максимально ли мы использовали топливо.На основе термодинамической доступности этот «эффективный» работающий котел имеет КПД всего 40–45%, что указывает на ненужные потери работы при производстве пара. Для более полного обсуждения потерь в котле см. Главу 11 «Управление технологической энергией».

Теперь мы повторим анализ, выполненный в уравнениях 7.1, 7.2 и 7.5, на этот раз вычисляя эффективность, а не эффективность. В таблице 7.2 приведены результаты первого и второго закона эффективности для обычных процессов, использующих энергию.Читателю следует обратиться к литературе для более подробного обсуждения имеющихся работ.

Таблица 7.2. Эффективность первого и второго закона для устройств с одним источником и одним выходом

6 9006 например, электродвигатель)

	Источник
	Работа E в	Топливо: Теплота сгорания | Δ H | доступная работа B	Heat E 1 из горячего резервуара при T 1
Конечное использование
	1.	2.	3.
Работа	η = Eout / Ein	η = Eout / | ΔH |	η = Eout / E1
E out	∈ = η	∈ = EoutB (≃η)	∈ = η1− (t0 / T1)	(например, электростанция)	(например, геотермальная установка)
Тепло E 2 добавлено в теплый резервуар при T 2	4.	5.	6.
	η (COP) = E2 / Ein∈ = η (1 − T0T2)	η (COP) = E2 / | ΔH | ∈ = E2B (1 − T0T2)	η (COP) = E2 / E1∈ = η1− (T0 / T2) 1− (T0 / T1)
	(например, тепловой насос с электрическим приводом)	(например, тепловой насос с приводом от двигателя)	(например, , печь)
Тепло E 3 , извлеченное из холодного резервуара при T 3	7.	8.	9.
	η (COP) = E3 / Ein∈ = η (T0T3−1)	η (COP) = E3 / | ΔH | ∈ = E3B (T0T3−1)	η (COP) = E3 / E1∈ = η (T0 / T3) −11− (T0 / T1)
	(напр.г., электрический холодильник)	(например, газовый кондиционер)	(например, абсорбционный холодильник)

Для электродвигателя. Мы исходим из предположения, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство и доставку электроэнергии. В данном случае

[7.9] ϵ = Эффективность = WorkdeliveredEnergyin, Ein = η = 80%

Это тот же результат, что и раньше. Если вместо этого мы определим знаменатель как максимальную доступную энергию в первичном топливе, используемом для производства электроэнергии, эффективность будет ниже из-за потерь при генерации, передаче и распределении.

Для резистивного нагревателя. Предположим, обогреватель подает теплый воздух с температурой 43 ° C (316 K) в дом с температурой наружного воздуха 0 ° C (273 K). Доступная полезная работа передается следующим образом:

[7.10] W˙rev = Q˙ (1 – T0T2)

где:

W˙rev = теоретическая максимальная доступная работа теплового двигателя, работающего между двумя нагревами. перекачивающие резервуары в реверсивном цикле, Вт

Q˙ = тепловая мощность нагревателя, 3412 БТЕ / ч или 1000 Вт

T ₀ = температура радиатора, 0 ° C или 273 K

T ₂ = температура теплого резервуара, 43 ° C или 316 K

Максимально возможная работа, которую можно с пользой переносить для той же функции при том же потребляемой энергии, составляет 240 В × 4.167 A = 1000 Вт, опять же при условии, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство электроэнергии. Таким образом, эффективность составляет:

[7.11] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ (1 – T0T2) E˙in = η (1 − T0T2) ϵ = 100% (1−273K316K) = 13,6%

Это показывает что потеря доступной работы является результатом использования высококачественной высокотемпературной формы энергии (электричества) для производства низкотемпературного тепла. Эффективность была бы намного выше (около ϵ = 68%), если бы T ₂ было ближе к 600 ° C.Эффективность также была бы выше, если бы это был тепловой насос, а не резистивный нагреватель. В этом случае ϵ будет равно (1– T ₀ / T ₂ ), умноженному на COP, который обычно составляет порядка 3,0.

Для кондиционера. Фактический КПД кондиционера составляет 2,99. В типичных погодных условиях жаркого летнего дня его эффективность определяется по формуле:

[7.12] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ | 1 − T0T3 | E˙in = COP (T0T3−1) ϵ = 2,99 (313K293K− 1) = 20.4%

где:

T ₀ = температура радиатора, 40 ° C или 313 K

T ₃ = температура охлаждающего резервуара, 20 ° C или 293 K

Это означает, что эффективность второго закона или эффективность кондиционера низка, когда температура наружного воздуха близка к температуре кондиционируемого помещения. Еще раз, поскольку электричество с высокой доступностью используется для охлаждения помещения с небольшим перепадом температур по сравнению с окружающей средой (и, следовательно, с низкой доступностью для работы), имеется значительная потеря доступной работы (текстовое поле 7.1).

Текстовое поле 7.1

Предупреждение уместно в отношении интерпретации концепции теоретической минимальной требуемой энергии. Теоретически автомобиль, движущийся из Денвера в Лос-Анджелес, не должен использовать топливо и, по сути, должен давать полезную энергию (из-за разницы в высоте). Таким образом, хотя теоретический минимум является полезным понятием для оценки потенциала экономии топлива, нет никаких указаний на то, что достижение такой цели практически или даже возможно.

Как определить исправность электрического нагревателя с помощью омметра

Автор: Admin — 6 ноября 2020 г.

---

Ваш электрический обогреватель Watlow® рассчитан на годы эксплуатации в тяжелых промышленных условиях. Со временем электрическая изоляция может ухудшиться, и у вас могут возникнуть проблемы с производительностью. И нагреватели, и регуляторы мощности и температуры подвержены проблемам с производительностью, поэтому важно проверить их на наличие признаков износа и поломки.Здесь мы расскажем все, что вам нужно знать об сопротивлениях, омметрах и признаках того, что ваш электрический обогреватель необходимо отремонтировать или заменить новым устройством Watlow.

Понимание сопротивления

Прежде чем вы проверите свои отопительные приборы, чтобы убедиться, что они работают эффективно, важно понять сопротивление, ватт, вольт и ампер. Эти электрические блоки позволяют сравнивать мощность различных нагревателей и определять признаки неэффективного или неисправного нагревателя. По закону Ома ток равен напряжению, деленному на сопротивление.Это также можно выразить в следующем уравнении:

I = V / R (где I = ток, V = напряжение и R = сопротивление)

Ток термопары или другого электрического устройства измеряется в амперах, напряжение измеряется в вольтах, а сопротивление измеряется в омах. Чтобы преобразовать электрическую энергию в тепловую, необходим высокий уровень сопротивления. Толщина, материал и другие факторы проводника влияют на его эффективность и доступный диапазон температур.

Резисторы изготовлены из материалов с высоким уровнем электрического сопротивления. Это означает, что эти материалы неэффективны при проведении электричества, но это также означает, что они преобразуют большое количество электрической энергии в тепловую, что делает их эффективными нагревательными устройствами.

Расчет сопротивления электронагревателя

Электронагреватели и другие современные тепловые изделия имеют определенный уровень сопротивления, при котором они работают эффективно.Слишком большое сопротивление препятствует прохождению какой-либо электрической нагрузки через нагревательный элемент, а слишком маленькое сопротивление создает перегрузку, как правило, короткое замыкание в проводке или другое нарушение сопротивления. Идеальное сопротивление разное для каждой ситуации нагрева, поэтому важно проверить текущую настройку нагревателя, прежде чем проверять сопротивление.

Как делают электронагреватели

В электрических обогревателях используется та же базовая технология, что и в лампах накаливания. Если вы когда-нибудь обжигали руку лампой накаливания, вы понимаете, насколько похожими могут быть два электрических процесса.И в лампах накаливания, и в электрических обогревателях используются резисторы, которые выделяют тепло.

Промышленные электрические обогреватели должны обеспечивать постоянное тепло в различных рабочих условиях. Погружные, циркуляционные и гибкие нагреватели — это всего лишь несколько вариантов, которые обеспечивают постоянный нагрев, при этом защищая проводку от коррозии, короткого замыкания и других неисправностей.

Основные компоненты

В нагревателе Watlow для подачи электрического тока используется керамика, стекло, сталь или другие материалы.Сопротивление материала изменяет количество электрической энергии, которая преобразуется в тепловую, в то время как контроллеры мощности и температуры регулируют напряжение, подаваемое на электрический нагреватель.

После преобразования электроэнергии ее необходимо доставить в ваш продукт. Тепло может передаваться тремя основными способами:

• Излучение
• Проводимость
• Конвекция

Излучение — это процесс передачи тепла посредством электромагнитных волн. Кондуктивный нагрев происходит, когда нагревательный элемент физически контактирует с твердым материалом и передает тепло.Наконец, конвекция передает тепловую энергию через жидкости или газы. Watlow предлагает промышленные обогреватели, в которых используется один или несколько из этих типов теплопередачи для обеспечения эффективного нагрева.

В некоторых нагревателях используется прямая линия материала для передачи тепловой энергии, в то время как в других используется формованный кусок материала для увеличения площади поверхности. В зависимости от области применения производителям оригинального оборудования могут потребоваться изоляционные материалы для направления тепла или защиты нагревательного элемента от коррозии и других проблем.

Отличие Уотлоу

Выбирая отопительные приборы Watlow, вы выбираете лучшую в отрасли отопительную технику.Принцип работы наших нагревательных приборов тот же, но наша приверженность качественным материалам, низким допускам и инновационным конструкциям обеспечивает широкий спектр электрических нагревательных изделий, которые подходят для вашего промышленного применения.

С помощью омметра

Даже самые лучшие нагревательные изделия со временем выходят из строя, поэтому инженерам-конструкторам нужен надежный способ устранения неисправностей нагревателей и повышения их производительности. Используйте омметр, чтобы измерить сопротивление между двумя компонентами и определить источник неисправности нагревателя.

Все омметры работают одинаково, но конкретные шаги могут отличаться. Вот типичные шаги по использованию омметра для вашего электрического нагревателя:

1. Подключите или установите батарею в омметр.
2. Обнулите измеритель, соединив провода вместе и установив показание на ноль Ом.
3. Отключите электрический нагреватель, чтобы избежать повреждений или риска поражения электрическим током.
4. Настройте шкалу омметра, выбирая при необходимости десятки, сотни или тысячи.
5. Коснитесь щупами противоположных концов цепи и сравните показания с ожидаемым сопротивлением вашего нагревателя.

Руководства по эксплуатации ваших нагревательных приборов Watlow предлагают идеальные значения сопротивления для вашего конкретного нагревателя. Устраните проблему с нагревателем в зависимости от показаний. Если показания в омах верны, обратитесь к своему ПИД-регулятору за другим возможным решением.

Тестирование МОм против МОм

Проблема с электропроводностью может проявляться в омах. Еще одна причина, по которой ваш обогреватель может не нагреваться должным образом, — это пробой изоляции.Используйте мегомный тест, чтобы проверить целостность изоляции вашей системы отопления. И омические, и мегаомные тесты важны, так как они проверяют различные возможные проблемы с вашим электронагревателем.

Чрезмерная коррозия, старение, неправильная установка и другие особенности могут нарушить изоляцию вашей проводки. В мегаомном тесте используется напряжение постоянного тока для проверки сопротивления установки. В идеале между внутренней и внешней изоляцией проводки должно быть полное сопротивление. Любая проводимость между ними является признаком поломки проводки.

Дальнейшее устранение неисправностей

Если пришло время заменить обогреватель, воспользуйтесь нашей помощью, чтобы найти идеальную замену Watlow. Узнайте, как наши электронагреватели, регуляторы мощности и температуры и другие системы сравниваются с вашей существующей установкой. Получите профессиональную консультацию по проверке сопротивления, техническому обслуживанию нагревателя и установке новых нагревательных элементов от вашей службы поддержки клиентов в Watlow.

Обзор

— Проектирование и расчет нагревательного элемента

Для работы в качестве нагревательного элемента лента или проволока должны противостоять току электричества.Это сопротивление преобразует электрическую энергию в тепло, которое связано с удельным электрическим сопротивлением металла и определяется как сопротивление единицы длины единицы площади поперечного сечения. Линейное сопротивление отрезка ленты или провода можно рассчитать по его удельному электрическому сопротивлению.

Где:

ρ	Удельное электрическое сопротивление (мкОм.см)
R	Сопротивление элемента при 20 ° C (Ом)
д	Диаметр проволоки (мм)
т	Толщина ленты (мм)
б	Ширина ленты (мм)
л	Длина ленты или провода (м)
	Площадь поперечного сечения ленты или проволоки (мм 2 )

Для круглой проволоки

Для ленты

В качестве нагревательного элемента лента имеет большую площадь поверхности и, следовательно, более эффективное тепловое излучение в предпочтительном направлении, что делает ее идеальной для многих промышленных применений, таких как ленточные нагреватели литьевых форм.

Важной характеристикой этих сплавов с электрическим сопротивлением является их устойчивость к нагреванию и коррозии, которая обусловлена ​​образованием поверхностных слоев оксида, которые замедляют дальнейшую реакцию с кислородом воздуха. При выборе рабочей температуры сплава необходимо учитывать материал и атмосферу, с которой он контактирует. Поскольку существует так много типов приложений, переменных в конструкции элемента и различных условий эксплуатации, следующие уравнения для конструкции элемента даны только в качестве руководства.

Электрическое сопротивление при рабочей температуре

За очень немногими исключениями сопротивление металла будет изменяться в зависимости от температуры, что необходимо учитывать при проектировании элемента. Поскольку сопротивление элемента рассчитывается при рабочей температуре, необходимо определить сопротивление элемента при комнатной температуре. Чтобы получить сопротивление элементов при комнатной температуре, разделите сопротивление при рабочей температуре на коэффициент температурного сопротивления, указанный ниже:

Где:

F = Температурный коэффициент сопротивления
R _t = Сопротивление элемента при рабочей температуре (Ом)
R = Сопротивление элемента при 20 ° C (Ом)

RW45 мало меняет сопротивление при повышении температуры, имея коэффициент термостойкости +0.00003 / ° C в диапазоне 20-100 ° C.

Скачать Руководство по проектированию

Щелкните здесь, чтобы загрузить электронную таблицу для быстрых вычислений

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

• Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
• Время t, в течение которого течет ток. Чем больше время, тем больше выделяется тепла
• Величина тока I. Чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I ² Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, совершаемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

Так что мощность, P = w.d / t = VI

Электрическая мощность, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I ² R = V ² / R

Пример

1. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Вычислить:

а) Ток через нить накала при нормальной работе лампы
б) Сопротивление нити накала лампы.

Решение

1. I = P / V = ​​100/240 = 0.4167A
2. R = P / I ² = 100 / 0,4167 ² = 576,04 Ом или R = V ² / P = 240 ² /100 = 576 Ом

1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В. { ANS. 34,560J }

Решение

E = Pt = V2 / R * t = (240 ² * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж

1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт.Вычислить:

1. Рабочее напряжение нагревателя при сопротивлении 24 Ом
2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую за 2 часа.

{ ан. 244,9488 В, 1,8 * 10 ⁷ Дж }

Решение

1. P = VI = I ² R

I = (2500/24) ^1/2 = 10,2062A

В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

1. E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ J

ИЛИ E = VIt = 244.9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ Дж

Электрическая лампочка имеет маркировку 100W, 240V. Вычислить:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала лампы.

Решение

P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
Согласно закону Ома, V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревающего эффекта электрического тока

Большинство бытовых электроприборов таким образом преобразуют электрическую энергию в тепло.К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это потому, что воздух окисляет нить. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 ⁰ Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки.Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать) i.е. излучает видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электронагревателе

1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей посредством теплопроводности.
2. Электронагреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 ⁰ ° C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
3. Электрочайники — нагревательный элемент размещается внизу чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.
4. Электрические утюги — при прохождении тока через нагревательный элемент выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру. Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

Как рассчитать термостойкость проволоки при известной мощности

Обновлено 22 декабря 2020 г. площадь и рабочая температура при установившемся режиме протекания тока. Сопротивление металлических проводников увеличивается с температурой, что позволяет поддерживать максимальную температуру по сравнению с мощностью никель-хромовых проводов, используемых в элементах электроплит.Знание потока мощности позволяет рассчитать сопротивление провода при заданном рабочем напряжении или приблизительное значение температуры на основе сравнительных значений сопротивления, если известен тип металла, из которого изготовлен провод.

Расчет рабочего сопротивления электроплиты при температуре

••• Изображение электрической свечи Рэя Каспрзака с сайта Fotolia.com

Определите номинальную мощность материала. В этом примере никель-хромовая (нихромовая) проволока в большом спиральном элементе электрической плиты рассчитана на 2400 Вт при полной рабочей мощности при свечении вишнево-красного цвета (около 1600 ° F).Рабочее напряжение печи — 230 вольт переменного тока. Имея эту информацию, вы можете рассчитать сопротивление провода при определенной температуре.

••• горячий пистолет в руке изображение Гинтаутаса Великиса с Fotolia.com

Уравнение электрической мощности дает нам мощность, производимую электрическим током I , проходящим через разность потенциалов В

P = VI

Мы можем рассчитать установившийся ток I цепи печи на полной мощности, разделив мощность P на напряжение В , чтобы получить ток.

I = \ frac {P} {V}

Поскольку электрическая нагрузка полностью резистивная и нереактивная (немагнитная), коэффициент мощности составляет 1: 1

I = \ frac {2400} { 230} = 10,435 \ text {A}

Ток через нагрузку составляет 10,435 А.

Рассчитайте сопротивление провода в установившемся режиме при рабочей температуре. Применимая формула:

R = \ frac {V} {I}

, где R — сопротивление. Следовательно,

R = \ frac {230} {10.435} = 22,04 \ Omega

Сопротивление нихромовой проволоки при температуре 1600 ° F составляет 22,04 Ом.

Расчет изменения сопротивления провода при понижении температуры

••• Изображение сгоревшего дома от Павла Сиамионова с Fotolia.com

Тот же элемент печи при более низких настройках управления потребляет мощность 1200 Вт. На этом уровне терморегулятор печи снижает напряжение на элементе до 130 В. Имея эту информацию, вы можете рассчитать сопротивление при этой настройке и приблизительно определить более низкую температуру элемента.

Рассчитайте электрический ток в амперах, разделив мощность на напряжение.

I = \ frac {1200} {130} = 9,23 \ text {A}

Рассчитайте сопротивление провода элемента, разделив напряжение В по текущему значению I

R = \ frac {V} {I} = \ frac {130} {9.23} = 14.08 \ Omega

Рассчитайте изменение температуры, приводящее к более низкому сопротивлению элемента. Если начальное состояние составляет 1600 ° F (вишнево-красный), то температуру можно рассчитать по температурному коэффициенту формулы сопротивления

R = R_ {ref} (1+ \ alpha (T-T_ {ref}))

где R — сопротивление при температуре, T , R _ref — сопротивление при эталонной температуре, T _ref и α — температурный коэффициент сопротивления материала.

Решая для T , получаем

T = T_ {ref} + \ frac {1} {\ alpha} \ bigg (\ frac {R} {R_ {ref}} — 1 \ bigg)

Для нихромовой проволоки α = 0,00017 Ом / ° C. Умножив это на 1,8, мы получим изменение сопротивления на ° F. Для нихромовой проволоки α = 0,00094 Ом / ° F. Это говорит нам, насколько изменяется сопротивление при увеличении на градус. Подставляя эти значения, мы получаем

T = 1600 + \ frac {1} {0.00094} \ bigg (\ frac {14.08} {22.04} -1 \ bigg) = 1215.{\ text {o}} \ text {F}

Установка пониженной мощности приводит к снижению температуры нихромовой проволоки до 1215,8 ° F. Змеевики печи при нормальном дневном свете будут казаться тускло-красными, по сравнению со светящимися вишнево-красными при максимальной настройке. Хотя температура ниже на сотни градусов, она все еще достаточно горячая, чтобы вызвать серьезные ожоги.

Электроэнергия электропечи

Электрическая печь — это тип отопительной системы, в которой для обогрева дома используется электричество, часто с использованием вентилятора для принудительной подачи воздуха через воздуховоды дома.Как правило, обогревать дом электричеством дороже, чем природным газом или другими источниками топлива. Стоимость эксплуатации электропечи значительно варьируется в зависимости от размера дома, типа используемой электропечи, стоимости электроэнергии и климата. Электрические печи варьируются от 10 до 50 киловатт. По нашим оценкам, дом площадью 2400 квадратных футов, использующий современную высокоэффективную электрическую печь, потребляет 18 000 Вт для обогрева при использовании печи. В более холодном климате отопление требуется от 6 до 8 месяцев в году, а печь работает 4 часа в день в более холодные месяцы.

Нажмите кнопку «Рассчитать», чтобы узнать энергопотребление электрической печи с использованием 18 000 Вт в течение 2 часа в день по цене 0,10 доллара США за кВтч . Работа 2 часа в день — это то же самое, что работа 4 часа в день в течение 6 холодных месяцев, когда обычно используется печь.

Часов в день: Введите, сколько часов устройство используется в среднем в день, если потребление энергии меньше 1 часа в день, введите десятичное число. (Например: 30 минут в день — 0.5)

Power Use (Watts): Введите среднее энергопотребление устройства в ваттах.

Цена (кВтч): Введите стоимость, которую вы платите в среднем за киловатт-час, наши счетчики используют значение по умолчанию 0,10 или 10 центов. Чтобы узнать точную цену, проверьте свой счет за электроэнергию или взгляните на Глобальные цены на электроэнергию.

Отопление дома — дорогое удовольствие, использование электричества в большинстве районов обходится дороже по сравнению с другими источниками отопления, такими как природный газ.Преимущество использования электрической печи, как правило, заключается в низких затратах на установку и более высокой безопасности. Для работы электрических печей не требуются трубы, пропускающие газ или другое топливо, что повышает безопасность и снижает начальные затраты на установку. Однако, поскольку электричество, как правило, дороже, со временем вы будете платить больше, если отапливаете дом электричеством.

Если вы заинтересованы в экономии денег на энергии, отопление является очень важным источником энергопотребления, и мы рекомендуем вам провести дополнительные исследования в вашем районе, чтобы узнать, какие варианты отопления доступны вам.Простой способ снизить расходы на отопление — это эффективно утеплить дом и снизить температуру на несколько градусов в более холодные месяцы. Вместо этого подумайте о том, чтобы надеть дополнительный слой одежды, это может сэкономить вам деньги.

AC4Life

Добро пожаловать! НАЧНИТЕ ЗДЕСЬ: Воспользуйтесь калькулятором размеров ниже, чтобы рассчитать требуемый размер вашей системы. Выполните следующие простые шаги:

1. Выберите регион , в котором вы живете, в соответствии с цветной картой ниже.
2. Выберите систему типа , необходимую для вашего дома.
3. Выберите дополнительный тип нагрева .
4. Введите примерно квадратных футов площади вашего дома, которую вам нужно отапливать / охлаждать.
5. Нажмите кнопку «Рассчитать размер системы» .

После расчета размера вашей системы вам будет показан список систем, соответствующих вашему рекомендуемому размеру.

Примечание. Этот калькулятор не предназначен для расчета размеров мобильных домашних систем.

Используйте меньшее из двух чисел, если ваш дом хорошо изолирован, и большее число, если оно более старое или плохо изолированное. (Подсказка: используйте большее из двух чисел выше, если вы не уверены в изоляции вашего дома)

Просто умножьте соответствующий коэффициент на общую отапливаемую площадь вашего дома, чтобы получить приблизительную требуемую теплопроизводительность. Например, если вы живете в оранжевой зоне, ваш дом плохо изолирован и у вас 1500 квадратных футов обогрева, уравнение будет выглядеть так:

1500 квадратных футов
X 35 коэффициент нагрева (из таблицы выше)
52 500 британских тепловых единиц, необходимых для обогрева вашего дома

Затем, чтобы определить мощность нагрева данной электропечи, просто просмотрите варианты нагревательного элемента Btu, которые наиболее точно соответствуют вашим требованиям.Варианты нагревательных элементов электропечи отображаются в ценах на электропечи. Каждый кВт производит около 3400 БТЕ тепла, поэтому тепловая мощность различных вариантов нагревательной ленты следующая.

Размер элемента Тепловая мощность

5 кВт 17000 британских тепловых единиц
7 кВт 24000 британских тепловых единиц
8 кВт 27000 британских тепловых единиц
10 кВт 34000 британских тепловых единиц
12 кВт * 41000 британских тепловых единиц *
15 кВт 51000 британских тепловых единиц
17 кВт * 58000 британских тепловых единиц *
20 кВт 6817000 британских тепловых единиц Варианты

* 12кВт и 17кВт предлагаются только с передвижными домашними электропечи

Если вам нужно более 68 000 британских тепловых единиц, мы предлагаем либо две электрические печи с отдельными системами воздуховодов для каждой, либо газовую печь.Помните, что чем больше нагревательный элемент, тем больше энергии он потребляет.

Большинство электропечей предлагаются с шагом 7 000–10 000 британских тепловых единиц, так что вам просто нужно приблизиться с точки зрения размеров. Если выбранная вами печь более чем на 10% ниже ваших требований к обогреву, мы рекомендуем вам выбрать следующий размер. Немного заниженный или завышенный размер — это нормально, просто не превышайте размер более чем примерно на 20% от вашей потребности в обогреве, или может произойти короткая цикличность, которая тратит впустую энергию и снижает вашу комфортность.

Выбор подходящего CFM

Вы увидите различные варианты CFM (кубических футов в минуту) в ценах на электропечи. Это относится к объему подаваемого воздуха и обычно используется для кондиционирования воздуха. Ниже приведены требования к потоку воздуха (CFM) для различных нужд кондиционирования воздуха:

800 CFM 1,5 — 2,0 тонны
1200 CFM 2,5 — 3,0 тонны
1600 CFM 3,0 — 4,0 тонны
2000 CFM 4,0 — 5,0 тонн

Если вы собираетесь добавить кондиционер позже, используйте эти соображения CFM на основе профессиональной оценки ваших будущих требований к кондиционированию воздуха.В противном случае, если вы рассматриваете только отопление, просто выберите потребность вашего дома в британских тепловых единицах и выберите самый дешевый или средний вариант CFM, предлагаемый в вашем диапазоне отопления (они будут частично перекрываться).

Если вы все еще не уверены, какой размер системы вам подходит, напишите нам по электронной почте или позвоните по бесплатному номеру 1-866-862-8922. Опытный специалист по дизайну будет рад вам помочь. Качество строительства и изоляция вашего дома уникальны и могут сильно повлиять на размер печи, поэтому эта информация предназначена для предоставления общего руководства, но не должна быть единственным соображением при выборе печи для вашего дома.

.