Расчет нихромовой спирали по мощности

Уроки гончарного дела

Добро пожаловать в мир керамики!

Калькулятор рассчета нагревателей из фехраля и нихрома

Для расчета нагревателя печи нужно задать значение его мощности, диаметр проволоки, напряжение сети, а также значение удельного сопротивления. Удельное сопротивление проволоки Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м. Чтобы не было перекала проволоки, значение поверхностной нагрузки не должно превышать 1,4-1,6 Вт/см.

Расчет нагревателей из фехраля или нихрома

Более подробно о подборе и расчете нагревателей в печи для обжига можно почитать на нашем форуме: Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.

комментариев 58

Спасибо разработчикам. Очень полезная, а главное, удобная вещь. Спасибо!

Здорово↨ Я бы такую програмку хотел бы на телефон и планшетник.

вещь хорошая, но к сожалению, не измеряет поверхностную нагрузку и суперфехрали нет…

Поверхностная нагрузка добавлена, по суперфехрали — добавлена возможность вручную ввести сопротивление материала

Ток и сопротивление не изменяются при изменении диаметра

Ошибочные данные выдает.
при 30квт 4мм 380в должно быть 67 м а не 671м
В 10 раз ошщибиться….

Скорее всего вы ввели в поле мощность не 30000 Вт, а 3000. При правильном вводе и удельном сопротивлении 1,1 получается 54.96 метра.

врет как сивый мерин прога чем больше Вт тем меньше провода хотел бы я 200000Вт получить на 3м провода аха-ха… внесите ясность в чем измеряете

Адрей, если возьмете 10 см провода, то мощность будет еще больше! Попробуйте засунуть его в розетку, и вы почувствуете всю мощь на собственном опыте))

Я Вам больше скажу, чем тоньше провод, тем меньше его нужно по расчётам мощность/сопротивление)
Программа все правильно считает, ваша задача уменьшить поверхностную нагрузку.

Суперфехраль (Х23Ю5Т-Н-ВИ) 1,39 Ом×мм²/м, Еврофехраль (Х27Ю5Т-Н-ВИ) — 1,44 Ом×мм²/м. Для нихрома — в среднем 1,1 Ом×мм²/м.

в формуле сказано «удельное сопротивление (Ом×мм²/м)»
а вы указали удельное сопротивление для своего диаметра отсюда и 671 метр

Вячеслав, а запятой после 67 не было?

. неправильно считает этот калькулятор 220в, 2мм , 2000 вт, удельное 0.453, 24.2ом делим на 0.453 получаем 53,42 метра, а этот выдает 167,74 метра , хотя ток правильно показал..

Олег, не надо ругать калькулятор, у вас ошибка в расчетах, ищите…

А что такое перекал? Какая должна быть поверхностная нагрузка, чтобы нить вообще не раскалялась и её можно было бы залить термостойким силиконом?

Вопрос на засыпку) С силиконом не доводилось пока что встречаться, а перекал — это когда проволока слишком сильно накаляется — температура приближается к точке плавления металла нагревателя.

Ну мне нужно чтобы нить прогревалась не более 150 град. 220В, длина нити кратна 17 метрам. Не витая, а прямыми прядками по о.5 метров. к примеру пусть будет 0.6 или 0.7 мм диаметр. Силикон держит до 400 градусов температуру.

Здравствуйте! Скажите, почему исчез калькулятор, будет ли? Самый лучший калькулятор в сети был…

Спасибо, что написали! поправил.

Поверхностная нагрузка не должна превышать 1,4-1,6 . А если она скажем 0,4 это хорошо или это значит что спираль будет слегка красная? Как эту нагрузку подбирать, чем меньше тем лучше или приближать к 1,4-1,6? Спасибо.

Чем меньше поверхностная нагрузка, тем меньше мощность получается, а провод длиннее. Обычно же наоборот, хотят побольше мощности и при этом проволоку покороче)

Нет, мощность одинаковая 3000вт, просто если взять провод 1,5мм то нагрузка 3, а если взять 3мм то нагрузка 0,3 (примерно), при этом мощность постоянная, меняется только длинна провода

Имелось в виду при одинаковом диаметре провода. Если у вас поместится 100 м провода, то можно и 0,3 по идее.

Здравствуйте Извините , но что то я запутался .. При рабочей камере 140*100*450 и объемом в 6.3л итра с температурой 800-1100 градусов, получается — 1500 Ватт (из другого калькулятора) , напряжение 220 в. хочу использовать еврофехраль 2 мм , то ежели использовать Ваш калькулятор то проволоки требует аж 230 метров , если по вашему калькулятору считать исходя из мощности 60 литровой камеры уменьшив в 10 раз приблизительно 6еменьшив да 6 литров и 600 Ватт соответственно , то проволоки придется вообще фантастическое количество аж 575 метров !! Пожалуйста просвитите меня в ошибках , я не верю , что столького количества проволоки 2 мм нужно для этой камеры , хотя чую на глаз 20 — 30 метров хватило бы..

Тимур, если хотите короче провод, то одно из двух — либо уменьшайте толщину проволоки, либо увеличивайте мощность.

Большое Спасибо за пояснение. А как мощность увеличить ? просто увеличить объем печи ? или позволить давать большую нагрузку от розетки , в плане не дома в квартире , где ограничена потребляемость. Печь будет в гараже . там трехфазное питание и одна фаза для 220 в берется оттуда , автомат спокойно держит нагрузку 4- 5 Квт для тепловой пушки. То есть получается , что 2 мм проволоку бессмыслено использовать в такой камере в 6.3 литра — даже если я увеличу мощность печи на такой объем , всё равно длина проволоки будет большой , что бы впихнуть в такой объем печи , им наверняка греться она будет бесконечно долго.. Выходит лучше 1 мм или 1.2 мм оптимально ?

Да, вы все правильно написали — для маленькой печи лучше брать провод потоньше.

Большое спасибо Юрий буду из 1 мм делать.

Вообще эта канитель с зависимостью между величинами при изготовлении различных нагревателей для понятия взаимосвязи должна осознаваться на физике . Чем тоньше диаметр проволоки , тем выше сопротивление . Значит она будет греться меньше . А та проволока , у которой диаметр больше — будет обладать более меньшим сопротивлением . При подключении её к сети при равных длинах с тонкой нитью , она будет греться больше , а так как она толще , то и ток может пропускать больший , и её износостойкие характеристики будут выше / долго будет служить / . Правда будет в других параметрах проигрышь — размеры спирали , габариты самой печи и кое что другое могут не удовлетворить задуманному . Вот я так примерно думаю . Ведь толстой нити нужно будет на получение одного и того же сопротивления расчитанной спирали взять больше по длине . А это уже связано и с габаритами и другими перерасходами . Да и что об этом говорить — есть очень хорошие методики расчётов всех этих показателей с различными коэффициентами и прибамбасами .

Здравствуйте!
Не идут расчёты с применением вашего калькулятора и методики «Расчет нагревателей-спиралей печи для обжига.»
Делаю расчёт для печи с мощностью 15 квт
Считаю один нагреватель 5квт ( с учетом того то их будет 3)
Фехраль Х23Ю5Т
Калькулятор выдает
3 — диаметр проволоки
146.79 метров
380 В
13.16 Ток (А)
28.88 сопротивление (Ом)

С использованием расчёта по статье
При подключении нагрузки «треугольник»
380В
7,6 Ток (А)
50 — сопротивление (Ом)
65

метров проволока
Проверочные данные длины по формуле не совпадают (стр 27. статьи)

Вэф из таблицы 3 — 6,05.
коэффициент а- из таблицы 4 — 0,2
к- Поправочный коэффициент при 1000C — по данным ГОСТ 1,076
Pt — удельное сопротивление материала — 1,44
P20 — удельное электрическое сопротивление материала — 1,344
Bдоп — Допустимая поверхностная мощность — 1,21

Формулы из статьи:
I = P / U = 5000 / 380 = 13,16 А
R = U / I = 380 / 13,16 = 28,88 Ом
Сопротивление 1 метра проволоки фехраль 3мм из таблицы — 0,204 Ом
L = 28,8 / 0,204 = 141,57 м
Другой вариант — ρ — удельное электрическое сопротивление материала фехрали — 1,39 Ом*мм2/м
L = R * S / ρ = 28,88 * 7,065 / 1,39 = 146,79 м

Выдержка из ГОСТ 12766.1-90
Приложение 2
Обязательное
Номинальные значения электрического сопротивления 1м проволоки, ом/м
Таблица 8
Фехраль Х23Ю5Т
Диаметр 3 мм — сопротивление 0,197 ОМ ( У вас 0,204 Ом ?? Почему, откуда ?)
Сила тока в трёхфазной сети считается по более сложной формуле. В данном случае спираль подключена «треугольником» между двух фаз, например A — B. Без использования нейтрали. Напряжение на концах 380В. Ток в данном случае составит 7,6 А.
Следовательно сопротивление 50 ОМ.
Как быть с этими данными?

Про 0,204 Ом вопрос к автору статьи — Геннадию Суркову. Если считать с 0,197 Ом, то получается ближе ко второму расчету (где ρ = 1,39 Ом*мм2/м).
L = 28,88 / 0,197 = 146,6 м
Другие формулы для расчета тока на 380В мне пока неизвестны)

Вот здесь тот самый другой и правильный расчёт тока по 380В

Онлайн расчет нихромовой проволоки для нагревателя

Применение нихромовых проволок в качестве нагревательных элементов обусловлено сочетанием следующих характеристик этих сплавов:

— высоких показателей жаростойкости сплавов никеля с хромом;
— высоким удельным электрическим сопротивлением;
— хорошей пластичностью;
— низким температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Предложенный калькулятор может быть использован для подсчета и примерной оценки необходимой длины нихромовой проволоки наиболее распространенных в настоящее время марок Х20Н80, Х20Н80-Н и Х15Н60 для нагревателей.

Для расчета потребуются следующие данные: желаемая мощность нагревателя. питающее напряжение и стандартное значение диаметра используемой проволоки.

Вначале, исходя из заданных параметров определяется сила тока (I=P/U). Далее, производится расчет сопротивления всего нагревательного элемента (R=U/I).

Затем, используя данные удельного электрического сопротивления (ρ) упомянутых выше марок проволоки находим ее необходимую длину (l=SR/ρ), которая обеспечит сопротивление нагревателя R.

После проведения расчета рекомендуется убедиться в соответствии полученного расчетного тока его допустимому значению из приведенной ниже таблицы:

Если полученный ток превышает допустимый, необходимо повторить расчет, выбрав большее значение диаметра нихромовой проволоки или снизив мощность нагревательного элемента.

Обязательно следует учесть, что допустимые значения тока в зависимости от выбранного диаметра проволоки и температуры нагрева, приведенные в таблице стоит рассматривать для нагревателей, закрепленных в горизонтальном состоянии в воздушной среде.

Так, в случае если спираль погружена в нагреваемую жидкость, то допустимый ток может быть увеличен в 1,1-1,5 раза, а закрытое расположение спирали в связи с гораздо худшим охлаждением наоборот, предполагает уменьшение допустимого тока в 1,2-1,5 раза.

Расчет параметров нагревателей из нихрома и фехрали

Расчет длины проволоки для спирали

Требуемая мощность нагревателя
Вт

Напряжение питания
В

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров.

Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Расчет веса и длины

Нихром и фехраль являются самыми распространенными материалами для создания резистивного нагревателя. Нихром (в частности, нихром 80) изготавливается из смеси никеля и хрома. Фехраль или другое название Кантал представляет собой сплав железо-хром-алюминий (FeCrAl).

Краткий анализ

Fechral – сплавы группы железо-хром-алюминий (FeCrAl), используемые в широком диапазоне сопротивлений и при высоких температурах. Сплавы известны своей способностью выдерживать высокие температуры (до 1400 ° C (2550 ° F)), и имеющие промежуточное электрическое сопротивление (1,20 — 1,30 Ом · м).

Типичные области применения сплавов FeCrAl — это электрические нагревательные элементы в высокотемпературных печах для термообработки, керамической, стекольной, сталелитейной и электронной промышленности.

Среди достоинств фехрали можно отметить следующие:

высокая рабочая температура;
Ферритные сплавы FeCrAl можно использовать в среднем до 1400 °C, в то время как аустенитные сплавы NiCr имеют максимальную рабочую температуру до 1250 °C.

высокое удельное сопротивление;
Удельное сопротивление сплавов FeCrAl выше, чем сплавов NiCr. Это дает возможность выбирать материалы с большим поперечным сечением, тем самым продлевая срок службы элементов. Значительная экономия веса может быть получена, особенно при использовании тонкой проволоки — чем выше удельное сопротивление, тем меньше материалов используется. Кроме того, на удельное сопротивление сплавов FeCrAl меньше влияет холодная обработка и термообработка по сравнению со сплавами NiCr.

более долгая жизнеспособность;
Сплавы FeCrAl могут использоваться от 2 до 4 раз дольше, чем сплавы NiCr, эксплуатируемые при той же температуре в атмосфере.

более высокая поверхностная нагрузка;
Более высокая рабочая температура и более длительный срок службы сплавов FeCrAl гарантируют способность выдерживать высокие поверхностные нагрузки.

небольшой вес и невысокая стоимость;
Вес сплавов FeCrAl ниже, чем сплавов NiCr. Благодаря тому, что сплавы FeCrAl не содержат никель, его цена ниже, чем на сплавы NiCr. В результате в большом количестве применений может быть достигнута значительная экономия веса и стоимости элементов.

отличные окислительные свойства;
Оксид алюминия (Al2O3), образующийся на поверхности сплавов FeCrAl, имеет лучшие адгезионные свойства и, следовательно, менее загрязняется.

стойкость к сере;
Сплавы FeCrAl могут противостоять коррозии в атмосфере и материалах, загрязненных серой или ее соединениями. В таких условиях сплавы NiCr подвержены сильной эрозии.

Нихром (NiCr) — группа сплавов с содержанием Ni 55-78%, Cr 15-23% в зависимости от марки и добавками Mn, Si, Fe и Al. Сплавы известны своей способностью выдерживать высокие температуры (до 1250 ° C (2280 ° F), и имеют промежуточное электрическое сопротивление (1,05–1,40 Ом * м). Сплавы NiCr обладают отличнойустойчивостью к высокотемпературному окислению, коррозии и имеют хорошую износостойкость.

Благодаря своей стойкости к окислению и стабильности при высоких температурах нихром широко используется в электронагревательных установках, таких как электрические печи, печи для обжига и сушки, его используют в производстве различных нагревательных устройств.

Среди достоинств нихрома можно отметить следующие:

идеальная стабильность формы при высоких температурах;
Сплавы NiCr устойчивы к деформации и сохраняют очень хорошую стабильность формы при высоких температурах благодаря тому факту, что они имеют более высокий предел прочности при нагревании и ползучести, чем сплавы FeCrAl.

немагнитные свойства;
Сплав NiCr — немагнитный материал, который можно использовать при низких температурах. Между тем сплав FeCrAl немагнитен при температурах выше 600 °C.

хорошая пластичность после длительного использования;
Сплавы NiCr остаются пластичными после длительного использования. Это свойство делает нагревательные элементы более прочными.

высокая излучательная способность;
Сплавы NiCr имеют более высокий коэффициент излучения, чем сплавы FeCrAl в полностью окисленном состоянии. При одинаковой поверхностной нагрузке температура элементов сплава NiCr ниже, чем сплавов FeCrAl.

устойчивость к коррозии;
Как правило, сплавы NiCr имеют лучшую коррозионную стойкость при комнатной температуре, чем неокисленные сплавы FeCrAl (за исключением серной среды и контролируемой атмосферы).

Расчеты нагревательных элементов. Калькуляторы вычисления длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот

Расчёт сопротивления

В первую очередь стоит определить длину проволоки. За основу для расчета берется мощность и сопротивление. К примеру, нужно изготовить нагревательный элемент для устройства, мощность которого составлять должна 10Вт, а напряжение 12Вольт. Для примера вычислений возьмем нихромовую проволоку, диаметр сечения которой составляет 0,1 мм.

Без учетов нагрева можно применить элементарную формулу расчета:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

R= U/ І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

На основе имеющихся данных площади сечения проволоки (S) и удельного сопротивления нихромового сплава (ρ) длина проволоки вычисляется довольно просто:

Для определения удельного сопротивления проволоки из нихрома с конкретным диаметром можно использовать формулы или готовую таблицу. Нихром, диаметр которого составляет 0,1 мм будет обладать сопротивлением 14,4 Ом и иметь площадь сечения 0,008 мм.кв — внеся эти данные в таблицу мы определим, что длина такой проволоки должна составлять 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычисление длины одного витка, равного:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Исходя из этого, проводим следующее соотношение, если диаметр витков проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

В теории все складно и хорошо. Но, что покажет практика? Сможет ли нихромовая проволока такого диаметра выдерживать подобную нагрузку. Расчеты в таблицах представленных ниже предоставляют данные максимального тока, который допустим для конкретных показателей диаметра нихромовой нити при определенной температурной нагрузке.

Другими словами, следует высчитать температурный показатель, выше которого не должна прогреваться спираль и подобрать в значениях таблицы подходящее сечение для расчетного тока.

Следует отметить, что для электронагревателей, предназначенных для работы в жидкой среде сила тока должна браться с большим расчетом на 1,5 раза. Для устройств предназначенных для работы в замкнутом пространстве следует ток уменьшить.

Температурный расчет

Данный расчет является более сложным и более точным, чем предыдущий. В нем учитывается величина сопротивления материала в холодном состоянии. Ведь логически должно быть понятно, что при изменении температуры меняться должно и сопротивление. Также важно учитывать еще и в каких условиях работает нагревательный прибор. При небольших температурах, например в случае использования обычных обогревателей, первую методику расчета можно легко использовать, для печей высокого сопротивления, где температурная подача сверхвысокая, такой метод уже будет не актуален.

Чтобы показать пример расчета спирали на основе второго метода возьмем греющий элемент, предназначенный для работы в муфельной печи. В первую очередь определяем объем рабочей камеры и исходя из этого высчитываем мощность необходимую при нагреве. Для муфельной печи подбор происходит на основе следующего правила:

Для печных установок, камера которых имеет объем менее 50 л., расчет проводим исходя из 1 литр на 100 Вт

Для оборудования с рабочей камерой более 100 л., но меньше 500 л. Мощность рассчитывается 50-70 Вт на 1 литр

В качестве примера берем печную установку объемом 50 л. Мощность такой печки составляет 50*100= 5000 Вт

Определим силу тока (І) и сопротивление (R) для сети 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

При подключении спирального нагревателя способом «звезда», мощность делим на три фазы.

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

Такой тип подключения в трехфазную сеть предполагает подачу к каждой фазе 220В, то есть ток и сопротивление будут соответствовать следующему расчету:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

При соединении нагревательного элемента в условиях напряжения 380 В использоваться будет схема подключения «треугольник». Расчет будет проведен по формуле учитывающей линейное напряжение 380В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр определяется при учете удельной поверхностной мощности нагревательного элемента. Рассчитаем длину нагревательной спирали, беря за основу удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Из проведенной работы можно свободно сделать вывод, что для муфельной печки, которая должна прогреваться до 1000 градусов Цельсия необходимо взять спираль, рассчитанную на подачу температуры в 1100 градусов Цельсия. На основе табличных данных выбираем соответствующие показатели и получаем:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр d=3√((4*Rt*P2)/(π2*U2*Вдоп))

Удельное сопротивление проволоки при необходимой термической нагрузке (Rt) подбирается из таблицы

При использовании нихромового сплава маркой Х80Н20, Rt составляет 1,025. Исходя из этого, Рт=1,13*106*1,025=1,15*106 Ом на мм

Для подключения греющего элемента по типу звезда: диаметр составляет 1,23 мм, длина = 42 м

Проверяем значения по формуле L=R/(p*k)

Получаем в итоге 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Как видно, при использовании формулы, где температура не учитывается, конечные данные имеют значительные отличия от полученных показателей. Правильно выберите длину одной спирали для соединения звезды равной 42 м, тогда для 3-х спиралей понадобится 126 метров нихромовой проволоки диаметром 1,3.

Выводы

При помощи калькуляторов и формул удастся быстро произвести расчет длины греющей проволоки. Определить диаметр на основе необходимой мощности и температурной выработки греющей спираль также не затруднительно. Но, даже при помощи второго более сложного способа расчета невозможно учесть различные факторы, которые могут возникнуть при непосредственной эксплуатации нагревателя и внести свои коррективы в его работу. Практика показывает обратное. После проведения полных расчетов все же придется подгонять полученные результаты под конкретные условия работы нагревателя.

Провести полный и высокоточный расчет всех параметров нихромовой и фехралевой спирали вам помогут специалисты «Технонагрев». Наши технологи обладают большим опытом и навыками при проектировке и изготовлении нагревателей любой сложности. То, что для вас может показаться нерешаемой задачей для нас окажется работой на несколько минут.

Расчет проволочного нагревателя для печи

Компания Электронагрев производит нагреватели в основе которых используются проволочные или ленточные (нихромовые/фехралевые) греющие элементы. Сегодня мы производим нагреватели проволочного типа для высокотемпературных печей сопротивления. К устройству нагрева при этом предъявляется следующие требования:

низкий коэффициент сопротивления;

высокое удельное сопротивление;

устойчивость к перепадам температур.

Наиболее часто для печей сопротивления применяют нихромовые сплавы по составу Х20Н80, Х20Н80-Н и пр, фехралевые сплавы Х23Ю5Т, Х23Ю5 и пр. Нихромовые и фехралевые нагреватели имеют технологические и производственные отличия по применению, монтажу и эксплуатации.

Просчитать параметры проволочного нагревателя для термопечей можно по нескольким примерам, в основе которых лежат разные задачи и уже имеющиеся характеристики печной установки и фазы тока. Изначально, приступим к самой примитивной задаче, вычислению таких характеристик как диаметр и длина спирально проволочного нагревателя для печи, для которой уже определена рабочая мощность.

Пример расчета необходимых параметров нихромового нагревателя проволочного типа с маркировкой Х20Н80 по предоставленным параметрам:

Мощность нагрева Р = 1200 Вт;

Сетевое напряжение питания U = 230 В;

Температурная подача нагревательного элемента — 500 °C.

1. Для начала нужно вычислить силу тока проходящую или расчетную по формуле:

I=P/U=1200/230=5.2 А,

2. После этого нужно рассчитать сопротивление нагревателя:

R=U/I=230/5.2=44 Ом.

После расчета силы тока высчитываем необходимый диаметр проволоки. Для нагревательного элемента, по которому проходит сила тока более 6 Ампер, полагаясь на табличные данные, проволока должна иметь диаметр сечения 0,55 мм. Поэтому, по рассчитанным нами параметров силы тока в 5.2 А и рабочей температуры в 800°C греющая проволока должна иметь диаметр не менее 0,6 мм, а поперечное сечение ее составлять площадь 0,283 м.кв.

Основное правило расчета диаметра проволочного нагревателя – это подбор проволоки, которая имеет силу тока не меньше расчетной по заданной формуле. Но также стоит помнить, что для минимального расходования нагревающего материала необходимо выбрать проволочный элемент с ближайшими данными по силе проходящего тока.

Далее делаем вычисления по длине нагревательного элемента:

И, соответственно, высчитаем длину самого проволочного нагревателя:

l = R • S / ρ = 44 • 0,283 / 1,11 = 9.43 м.

В предоставленном примере расчета функцию нагревательного элемента выполняет проволока из сплава нихрома диаметром 0,6 мм. По ГОСТу 12766.1-90 значение удельного электросопротивления нихромовой проволоки маркой Х20Н80 имеет следующие показатели:

1,1 Ом • мм2 / м (ρ = 1,1 Ом • мм2/ м).

Результатом вычислений выявляет, что требуемая длина нихромовой проволоки составляет 9.43 м при диаметре — 0,6 мм.

Следующие расчет параметров считается более усложненным. На этом этапе мы уже учитываем дополнительные технические особенности нагревателей. Расчет будет проводиться на примере электропечи. В качестве исходных данных возьмем внутренние параметры печной установки.

1. Первое, что необходимо сделать — посчитать объем камеры внутри печи. В данном случае возьмем h = 520 мм, d = 420 мм и l = 420 мм (высота, ширина и глубина соответственно). Таким образом, получаем объем V = h • d • l = 520• 420 • 420 = 92 • 10 6 мм

2. Далее необходимо определить мощность, которую должна выдавать печь. Мощность определяется эмпирическим правилом. Электрическая печь объемом 30 – 100 литров обладает удельной мощностью 100 Вт/л. Мощность нагревателя для такой установки должна высчитываться по следующей формуле: P = 100 • 92 = 9200 Вт = 9.2 КВт.

Стоит отметить, что при мощности 5-10 кВт нагреватели стандартно производят однофазными. При больших мощностях, чтобы обеспечить равномерную загрузку сети нагреватели создают трехфазными.

3. Затем нужно найти силу тока, проходящего через нагреватель по формуле I = P / U.

Чтобы развязать данную производственную задачу можно использовать один из двух способов подключения:

К бытовой однофазной сети — U = 230 В;

К промышленной сети трехфазного тока — U = 230 В (между нулевым проводом и фазой) или

U = 380 В (между любыми двумя фазами тока).

Однофазная сеть (бытовая).

I = P / U = 9200/230 = 40 А — вычисляем ситу тока, который проходит через нагреватель.

Далее нам нужно узнать сопротивление нагревателя действующего в печи сопротивления.

R = U / I = 230/40= 5.75 Ом.

Промышленная сеть трехфазного тока

В данной сети нагрузка тока в равномерном порядке распределяется на все имеющиеся фазы, а именно 9.2 / 3 = 3.1 кВт на каждую фазу. Исходя из этого, мы понимаем, что в наличии у нас должно быть три нагревателя. Затем следует выбрать способ, по которому произведем подключение. Существует два метода подключения нагревателей в решении данной задачи: «ЗВЕЗДА» или «ТРЕУГОЛЬНИК».

При подключении по типу “ЗВЕЗДА” нагреватель подключается между фазой и нулем. Напряжение на выводах подключеня нагревателя будет U = 230 В.

Ток, проходящий через нагреватель –

I = P / U = 3100 / 230 = 13.5 А.

Сопротивление одного нагревателя —

R = U / I = 230 / 13.5 = 17.04 Ом.

При подключении типа “ТРЕУГОЛЬНИК” нагреватель подключается между двумя фазами. Напряжение на концах нагревающего элемента будет составлять U = 380 В.

Ток, проходящий через нагреватель —

I = P / U = 3100 / 380 = 8.16 А.

Расчет сопротивления одного из трех нагревателей —

R = U / I = 380/ 8.16 = 46.6 Ом.

Вычислив сопротивление необходимо подобрать диаметр и длину проволоки. Но, перед тем как приступить к решению этой задачи придется найти значения удельной поверхностной мощности нагревателя, т.е. мощности, которая выделяется с единицы площади.

На величину поверхностной мощности устройства производящего нагрев влияют несколько факторов:

Изначальная температура объекта обогревания;

Параметры нагревательного устройства.

Для каждого материала зависимо от требуемой термической обработки существует свое определенное допустимое значение поверхностной мощности. Эти значения можно определить с помощью специальных таблиц или графиков.

Для печей с подачей высоких температур (более 700 – 800°С) допустимая поверхностная мощность, Вт/м2, равна βдоп = βэф • α, где βэф – поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды [Вт / м2], α – коэффициент эффективности излучения.

βэф выбирается с помощью специальной таблицы.

Если печь низкотемпературная (температура менее 200 – 300°С), то допустимую поверхностную мощность можно считать равной (4 — 6) • 104 Вт/м 2 .

Предположим, что температура нагревателя 900 °С, и хотим нагреть заготовку до температуры 800°С. Тогда с помощью таблиц подбираем βэф = 2.65 Вт/см2, α = 0,2, βдоп = βэф • α = 2.65 • 0,2 = 0.53 Вт/см2=0.53 • 10 4 Вт/м2.

После определения допустимой поверхностной мощности нагревателя необходимо найти его диаметр (для проволочных нагревателей) или ширину и толщину (для ленточных нагревателей), а также длину. Диаметр проволоки можно определить по следующей формуле:

Длину проволоки можно определить по следующей формуле:

Полагаясь на уже имеющиеся данные можно с легкость определить подключения к сети однофазного и трехфазного тока. Можно сразу обозначить, что для «Звезды» требуется проволока с большим диаметром, чем для «Треугольника», чтобы обеспечить мощность в 9.2 кВт. При этом длина проволоки при подключении по типу «Звезда» должна быть меньшей, чем для типа «Треугольник», а требуемая масса наоборот больше.

Для эксплуатации рассчитанной нихромовой проволоки из нее нужно создать спираль. Диаметры спирали нагревателя принимаются равными:

D = (7 ÷ 10) ⋅ d — для сплавов из никеля и хрома.

D = (4÷6) ⋅d — для хромоалюминиевых сплавов.

Для устранения перегревов, спираль нужно растянуть так, чтобы расстояние между витками было в полтора раза больше, чем имеющийся диаметр самого нагревательного элемента. Также стоит помнить, что кроме проволоки, в качестве нагревателей можно использовать и ленту. Кроме выбора размера проволоки, стоит учитывать материал нагревателя, тип, расположение.

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 H23YU5T (950-1400). ° С), Х27Ю5Т (950-1350 ° С), Х23Ю5 (950-1200 ° С), Х15Ю5 (750-1000 ° С). Существуют также железо-хромоникелевые сплавы — Х15Н60Ю3, Х27Н70ЮЗ.

Достоинства нихрома:

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

Имеет хорошие технологические свойства;

Хорошо поддается обработке;

Не устаревает, немагнитится.

Недостатки нихрома:

Рабочие температуры ниже, чем у фехраля;

Сравнительно с никелем недорогой;

Недостатки фехрали:

Низкое сопротивление ползучести;

Удлиняется при нагреве.

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

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).

Удельное сопротивление, мкОм*м

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

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.

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

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.

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.

Удельный вес нихрома, его свойства, преимущества, таблица значений

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Для начала давайте подробнее рассмотрим расчет длины проволоки из нихрома на основе мощности и электрического сопротивления. Во-первых нужно определиться с тем, какая мощность нагревательной спирали будет нужна. Допустим, нам необходимо изготовить небольшой нагреватель для прибора с мощностью 10Вт с напряжением 12 Вольт. Допустим, у нас имеется в наличии нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый элементарный расчет без учитывания нагрева производится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

R= U/ І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

Знаючи площадь сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ) можно вычислить длину проволоки, которая нам понадобится для изготовления спирали:

Для того, чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома с диаметром 0,1 мм сопротивление будет 14,4 Ом и площадь сечения 0,008 мм2, тогда подставив значения в формулу мы получим длину проволоки равную 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычислим длину одного витка, равную:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Таким образом, если диаметр навивки нашей проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты – это, конечно, хорошо. Но выдержит ли на практике нихром с таким диаметром сечения подобный ток? Таблицы, предоставленные ниже, показывают максимальный ток, который допустим для определенных диаметров нити нихрома при заданной температуре. Говоря проще, нужно определить температуру, до которой должен нагреваться спиральный греющий элемент, и выбрать из таблицы его сечения для расчетного тока.

Если же нагреватель будет использоваться в жидкостной среде, силу тока можно взять больше в 1,2-1,5 раз, а если он будет нагревать замкнутое пространство, то стоит его ток уменьшить.

Методика расчета по температуре

Выше описанный простой расчет недостаточно точен из-за того, что мы берем величину сопротивления спирали в холодном состоянии. Но с изменением температуры изменяется и сопротивление материала. При этом также следует учесть, каковы условия достижения данной температуры. Для небольшой температуры, к примеру в обогревателях, первый способ расчета может применяться свободно, но для высоких температур в печах сопротивления данный способ будет слишком приблизительным.

Давайте рассчитаем спираль для муфельной печи при помощи второго метода. Для начала нужно вычислить объем камеры и на его основе мощность нагрева. Для муфельных печей существует такое правило подбора:

• Для печей с объемом до 50 л мощность берется из расчета 100 Вт на литр
• Для печей с объемом от 100 до 500 л мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр

Возьмем для примера небольшую печь с объемом 50 литров, тогда мощность печи должна быть 50*100= 5000 Вт

Посчитаем силу тока (І) и сопротивление (R) для напряжения питания 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

Если подключать спирали при 380 В методом подключения «звезда», нужно мощность поделить на 3 фазы, таким образом у нас будет

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

При данном типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Если же соединение спиралей при напряжении 380 производится методом «треугольник», формулы расчета будут с учетом линейного напряжения в 380 В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр можно вычислить с учетом удельной поверхностной мощности нагревателя. Произведем расчет длины греющей нити, взяв удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр определяется по формуле d=3√((4*Rt*P2)/(π2*U2*Вдоп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если у нас нихром марки Х80Н20, Rt будет равным 1,025. Тогда Рт=1,13*106*1,025=1,15*106 Ом на мм

Для подключения типа звезда: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Проверим значения по формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видим, что в формуле без учета температуры есть существенное отличие в полученных значениях. Правильно выбрать длину одной спирали для подключения звездой равную 42 м, тогда для 3 спиралей вам понадобится 126 метров проволоки нихрома с диаметром 1,3.

Вывод

На основе формул и калькулятора можно произвести быстрый расчет длины нихромовой или фехралевой проволоки и вычислить ее диаметр исходя из необходимой мощности и температуры нагревательного элемента, однако даже второй более сложный метод расчета не учитывает ряда факторов. На практике после произведенных теоретических расчетов необходимо произвести манипуляции с результатами исходя из особенностей использования нагревателя.

Для точных расчетов длины фехралевых и нихромовых спиралей, а также для получения консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефонам или через электронную почту. У нас, кроме готовых промышленных нагревателей, вы также можете приобрести комплектующие для их создания, включая проволоку и ленту фехраль, термостойкие провода, керамические изоляторы, миканит, термостойкие разъемы и прочее.

Что такое нихром

Нихромовый сплав обладает хорошей способностью сопротивляться потоку электронов. Эти уникальные свойства делают его пригодными для применений в нагревательных элементах фёнов и тепловых пушек. Он обладает высокой стойкостью к окислению, что также делает его подходящим материалом для нагревательной техники. Нихромовая проволока наматывается в катушки с определенным электрическим сопротивлением нихрома, через который пропускается ток для производства тепла.

Никелево-хромовый сплав в соотношении 90/10 используют в термопарах в сочетании со сплавом Ni / Al 95/5. Эта комбинация называется хромель-алюмель, представляет нагревательные элементы с максимальной рабочей температурой 1100 C и подвержен дрейфу в области 1000 C из-за окисления. Этот эффект устраняют добавлением кремния. Коммерческие сорта включают Nicrosil (содержащий 14% Cr и 1,5% Si) и Nisil (содержащий 4,5% Si и 0,1% Mg).

Как выглядит нихром

Никелево-хромовый металл в соотношении 80/20 относится к высокотемпературному коррозионностойкому сплаву, применяемого для деформируемых и литых деталей, поскольку он имеет лучшую стойкость к окислению и горячей коррозии в сравнении с дешевыми железо-никель-хромовыми сплавами.

Типы нагревательных элементов

Есть много разных видов нагревательных элементов. Иногда спирали из нихрома или фехрали используется как таковой; в других случаях спирали встроены в керамический материал, чтобы сделать его более прочным и долговечным (керамика отлично справляется с высокими температурами и не боится большого нагрева и охлаждения), или изолированы в миканите и помещены в металлический корпус (к примеру, кольцевые и плоские нагреватели для экструдеров).

Размер и форма нагревательного элемента в значительной степени определяется размерами прибора, внутри которого он должен помещаться, и площадью, на которой он должен производить тепло. Щипцы для завивки волос имеют короткие спиральные элементы, потому что они должны выделять тепло через тонкую трубку, вокруг которой можно обернуть волосы. Электрические радиаторы имеют длинные стержневые элементы, потому что они должны рассеивать тепло через большую площадь комнаты. Электрические плиты имеют спиральные нагревательные элементы, подходящие по размеру для нагрева кастрюль и сковородок (часто элементы плиты покрыты металлическими, стеклянными или керамическими пластинами, чтобы их было легче чистить). Нагреватели нефтепродуктов для больших емкостей или цистерн представляют собой огромные металлические трубы с керамическими нагревательными элементами, потому что они должны производить мягкий нагрев на большой площади соприкосновения с легко воспламеняемыми жидкостями.

На фото: два вида нагревательных элементов. 1) Светящиеся нихромовые ленты внутри инфракрасного кварцевого нагревателя для сушки. 2) Вы можете четко видеть спиральный электрический ТЭН внизу чайника. Он никогда не накаляется докрасна так же, как провода ик обогревателя, потому что обычно он недостаточно нагревается. Однако, если вы достаточно глупы, чтобы включить чайник без воды внутри (как я однажды случайно сделал), вы обнаружите, что элемент чайника вполне может раскалиться докрасна. Этот опасный и катастрофический эпизод навсегда повредил мой чайник и мог поджечь мою кухню.

В некоторых приборах нагревательные элементы хорошо видны: в электрическом тостере легко заметить ленты из нихрома, встроенные в стенки тостера, потому что они раскалены докрасна. Электрические радиаторы выделяют тепло с помощью светящихся красных полос (по сути, просто спиральные, проволочные нагревательные элементы, которые выделяют тепло за счет излучения), в то время как электрические конвекторные нагреватели обычно имеют концентрические круглые нагревательные элементы, расположенные перед электрическими вентиляторами (поэтому они быстрее переносят тепло за счет конвекции).

У некоторых приборов есть видимые элементы, которые работают при более низких температурах и не светятся; электрические чайники, которым никогда не нужно работать выше точки кипения воды (100 ° C), являются хорошим примером. В других приборах нагревательные элементы полностью скрыты, как правило, из соображений безопасности. Электрический душ и щипцы для завивки волос имеют скрытые элементы, поэтому (надеюсь) нет риска поражения электрическим током.

Сфера применения

В зависимости от применения мировой рынок сплавов нихрома можно разделить на архитектурные, автомобильные, электронные, аэрокосмические и другие. Нихромовые сплавы используются для изготовления монеля из железа и стали, для производства нержавеющей стали. Сплавы нихрома используются в архитектурных целях, таких как свинец для водопроводных труб, кровли и окон.

Нихром используется в передачах, карданных валах, специальных транспортных средствах для работы в зоне с низкими температурами или интенсивного износа. Он также используется в специальных инженерных целях. Сплавы нихкрома в основном используются для нагрева электрическим сопротивлением. Они обладают высокой электрической стойкостью, хорошей прочностью и пластичностью при рабочих температурах.

Нихром широко используется в индустрии фейерверков и взрывчатых веществ и для подготовки проводов для систем электрического зажигания, таких как зажигалки, электрические спички и электронные сигареты.

Это вещество используется в керамических работах. Он служит для обеспечения внутренней структуры поддержки и помогает удерживать формы глиняных скульптур мягкими. Из-за его устойчивости к высоким температурам он используется, когда куски глины обжигают в печах. Нихромные проволоки используются для проверки цвета пламени в неосвещенных частях катионного огня от катионов натрия, меди, калия и кальция.

Нихром также используется в микробиологических лабораториях и для создания термопар.

Марки нихрома

Марки сплава установлены государственными нормами ГОСТ 10994-74, ГОСТ 12766.1-90 и ГОСТ 8803-89. Самыми популярными марками сплава являются: Х20Н80 и Х15Н60.

Расшифровка маркировки нихромового сплава на примере Х20Н80:

• Х – содержание Cr;
• 20 – величина в %;
• Н – содержание Ni;
• 80- в %.

В обозначении могут быть дополнительные буквы, например, для сплава Х15Н60-ВИ, буквы «ВИ» говорят, о том, что сплав был изготовлен с помощью вакуумно-индукционной плавки. Для сплава Х15Н60-Н, буква «Н» сообщает о том, что в нем присутствует цирконий, для увеличения надежности и стойкости нагревателя, при максимальных рабочих температурах.

Другие обозначения продукции из сплавов:

• Н — используют для греющих элементов, с толщиной большее 0.2 мм;
• С — проволоку допускается применять, как элемент сопротивления в конструкциях механизмов;
• ТЭН — нить используют для электронагревателей сухого типа.

Нихромовая спираль — расчет

При намотке спирали из нихрома для нагревательных приборов эту операцию зачастую выполняют «на глазок», а затем, включая спираль в сеть, по нагреву нихромового провода подбирают требующееся количество витков. Обычно такая процедура занимает много времени, да и нихром расходуется попусту.

Чтобы рационализировать эту работу при использовании нихромовой спирали на напряжение 220 В, предлагаю воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома =(Ом · мм² / м)C. С ее помощью можно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины нихромового провода и диаметра стержня, на который наматывается нихромовая спираль. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 127 В из провода толщиной 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

Намотав нихромовую спираль, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице.

Теоретический вес нихрома Х20Н80 (проволока и лента)

В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.

Нихромовые нагреватели (NiСг)

«Нихромы» (сплавы Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) применяются как в промышленности, так и в бытовых приборах.

«Нихромы» характеризуются: отличными механическими свойствами в «холодном» и «горячем» состоянии, а также после длительной эксплуатации, поэтому не требуют намотки на керамическую трубку; высокой однородностью структуры сплавов. Максимальная температура эксплуатации нихромов (в частности наилучшего сплава Х20Н80) – 1200 °C.

Предостережение, если вы используете нихромовые нагреватели:

• в серосодержащих атмосферах при температурах выше 650 °C проявляется, так называемый, эффект «зеленой гнили», приводящий к интенсивному разрушению сплавов этого класса;
• в атмосфере, содержащей углерод, в температурном интервале 600-900 °C происходит интенсивное разрушение сплавов этого класса. В процессе эксплуатации нихромовых нагревателей поверхностная защитная пленка отслаивается, образуя окалину, что приводит к загрязнению нагреваемых поверхностей и термообрабатываемых деталей.

Нихром сохраняет пластичность после остывания: спираль можно снять, поправить форму, согнуть по другому, т.е. его целесообразно применять в тех случаях, когда намотка на керамическую трубку по каким-либо причинам невозможна, например, при укладке намотанной спирали в узкие пазы из керамики.
Никельхромовые сплавы могут работать в контакте с шамотом любой марки, не взаимодействуя с ним.

Форма поставки:

• в виде проволоки;
• в виде ленты;
• в бухтах.

Расчет спирали из нихрома

Те, кому очень часто приходится иметь с заменой нагревательных элементов из нихрома и самодельным изготовлением спиралей обратят внимание на несколько унифицированный поход к самой проблеме намотки спирали, когда известен диаметр стержня для намотки и диаметр нихромового провода.
Для расчета спиралей из нихрома под 220V исходим из расчета, что удельное сопротивление из нихрома равно — 1,1 х ОМ х мм²/м.
Исходя из этого можно довольно быстро определить длину намотки виток к витку в зависимости от толщины провода и диаметра применяемого для намотки стержня на котором, вы собираетесь наматывать вашу спираль. Приводится таблица с уже готовыми длинами намотки спирали и диаметрами применяемых стержней для намотки спирали виток к витку.

Вам всего лишь потребуется не большая корректировка в зависимости от того, что вы имеете у себя в наличии.

Если вы хотите рассчитать спираль на другое напряжение то это довольно сделать не трудно, например вам необходимо определить длину спирали на напряжение 127V из нихрома диаметром 0,3 мм при этом у вас стержень для намотки спирали диаметром 4 мм.

Из таблицы видно, что длина спирали на напряжение 220V равна 22 см из этого и составляем пропорцию, где 220V = 22 cм, а 127V = Х см. То тогда отсюда 127V х 22 / 220V = 12.7 cм.

Если вы хотите применять спирали в закрытом виде, то длину намотки спирали от получаемой в таблице необходимо увеличить на 1/3 значения это вас сбережет от быстрого перегрева и выхода из строя спирали.

Фехралевые нагреватели

Нагреватели из фехрали (FеСгАl)

«Фехраль» (сплав Fe-Cr-Al) – более прогрессивный нежели нихром материал, широко используется в электропечах сопротивления, для всех отраслей промышленности (машиностроение, литейные и термические цеха, производство керамики и стекла, сушильные цеха). Нагреватели из фехрали применяются в электропечах до температур 1400 °C. Являются аналогом материала А-1 фирмы KANTHAL.

Преимущества фехралевых нагревателей по сравнению с нихромом:

• цена – меньше в три раза, что приводит в конечном итоге к снижению стоимости печи;
• более длительный срок службы при одинаковой с нихромом температуре эксплуатации (в зависимости от условий эксплуатации от двух до четырех раз);
• отсутствие окалины, вследствие чего спирали не требуется закрывать;
• больший срок службы в восстановительных атмосферах;
• более высокая удельная поверхностная мощность;
• меньшая плотность.

Совокупное действие всех вышеперечисленных факторов приводит к существенному снижению массы нагревателя и, в конечном итоге, к снижению его стоимости.

Пластичность фехрали растет с ростом температуры, при температуре 800-1000 °C сплавы легко поддаются деформации под собственным весом, поэтому нагревательные элементы требуется устанавливать на керамических трубках. При нагреве до температуры 900-950 °C и выше наступает быстрый рост зерна, приводящий к необратимому охрупчиванию металла, поэтому ремонт спиралей производится с большой осторожностью, неснимая спираль с печи.

При температуре выше 1000 °C фехраль может работать в контакте лишь с высокоглинозёмистыми огнеупорными материалами (с содержанием оксида алюминия не менее 50 %). Работоспособность фехрали обеспечивается образующейся на ее поверхности защитной пленкой из Al2O3, поэтому при работе в безокислительных средах данную защитную пленку необходимо периодически возобновлять, производя отжиг в окислительной среде (на воздухе).