Как рассчитать нагрев нихрома?
Электрическое сопротивление — это одна из самых важных характеристик нихрома.
Оно определяется многими факторами, в частности электрическое сопротивление нихрома зависит от размеров проволоки или ленты, марки сплава.
Общая формула для активного сопротивления имеет вид:
R = ρ · l / S
R — активное электрическое сопротивление (Ом), ρ- удельное электрическое сопротивление (Ом·мм), l- длина проводника (м), S — площадь сечения (мм2)
Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки Х20Н80
| 1 | Ø 0,1 | 137,00 |
| 2 | Ø 0,2 | 34,60 |
| 3 | Ø 0,3 | 15,71 |
| 4 | Ø 0,4 | 8,75 |
| 5 | Ø 0,5 | 5,60 |
| 6 | Ø 0,6 | 3,93 |
| 7 | Ø 0,7 | 2,89 |
| 8 | Ø 0,8 | 2,2 |
| 9 | Ø 0,9 | 1,70 |
| 10 | Ø 1,0 | 1,40 |
| 11 | Ø 1,2 | 0,97 |
| 12 | Ø 1,5 | 0,62 |
| 13 | Ø 2,0 | 0,35 |
| 14 | Ø 2,2 | 0,31 |
| 15 | Ø 2,5 | 0,22 |
| 16 | Ø 3,0 | 0,16 |
| 17 | Ø 3,5 | 0,11 |
| 18 | Ø 4,0 | 0,087 |
| 19 | Ø 4,5 | 0,069 |
| 20 | Ø 5,0 | 0,056 |
| 21 | Ø 5,5 | 0,046 |
| 22 | Ø 6,0 | 0,039 |
| 23 | Ø 6,5 | 0,0333 |
| 24 | Ø 7,0 | 0,029 |
| 25 | Ø 7,5 | 0,025 |
| 26 | Ø 8,0 | 0,022 |
| 27 | Ø 8,5 | 0,019 |
| 28 | Ø 9,0 | 0,017 |
| 29 | Ø 10,0 | 0,014 |
Значения электрического сопротивления для 1 м нихромовой ленты Х20Н80
| 1 | 0,1×20 | 2 | 0,55 |
| 2 | 0,2×60 | 12 | 0,092 |
| 3 | 0,3×2 | 0,6 | 1,833 |
| 4 | 0,3×250 | 75 | 0,015 |
| 5 | 0,3×400 | 120 | 0,009 |
| 6 | 0,5×6 | 3 | 0,367 |
| 7 | 0,5×8 | 4 | 0,275 |
| 8 | 1,0×6 | 6 | 0,183 |
| 9 | 1,0×10 | 10 | 0,11 |
| 10 | 1,5×10 | 15 | 0,073 |
| 11 | 1,0×15 | 15 | 0,073 |
| 12 | 1,5×15 | 22,5 | 0,049 |
| 13 | 1,0×20 | 20 | 0,055 |
| 14 | 1,2×20 | 24 | 0,046 |
| 15 | 2,0×20 | 40 | 0,028 |
| 16 | 2,0×25 | 50 | 0,022 |
| 17 | 2,0×40 | 80 | 0,014 |
| 18 | 2,5×20 | 50 | 0,022 |
| 19 | 3,0×20 | 60 | 0,018 |
| 20 | 3,0×30 | 90 | 0,012 |
| 21 | 3,0×40 | 120 | 0,009 |
| 22 | 3,2×40 | 128 | 0,009 |
Расчет нихромовой спирали
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.
Длина нихромовой спирали в зависимости от диаметра нихрома и диаметра стержня
| 1,5 | 49 | 1,5 | 59 | 1,5 | 77 | 2 | 64 | 2 | 76 | 2 | 84 | 3 | 68 | 3 | 78 |
| 2 | 30 | 2 | 43 | 2 | 68 | 3 | 46 | 3 | 53 | 3 | 64 | 4 | 54 | 4 | 72 |
| 3 | 21 | 3 | 30 | 3 | 40 | 4 | 36 | 4 | 40 | 4 | 49 | 5 | 46 | 6 | 68 |
| 4 | 16 | 4 | 22 | 4 | 28 | 5 | 30 | 5 | 33 | 5 | 40 | 6 | 40 | 8 | 52 |
| 5 | 13 | 5 | 18 | 5 | 24 | 6 | 26 | 6 | 30 | 6 | 34 | 8 | 31 | ||
| 6 | 20 | 8 | 22 | 8 | 26 | 10 | 24 |
Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 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:
220 В — 22 см
380 В — Х см
тогда:
X = 380 · 22 / 220 = 38 см
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.
Расчет массы нихрома Х20Н80 (проволока и лента)
В данной таблице приведена теоретическая масса 1 метра нихромовой проволоки и ленты. Она изменяется в зависимости от размеров продукции.
| Ø 0,4 | 8,4 | 0,126 | 0,001 |
| Ø 0,5 | 8,4 | 0,196 | 0,002 |
| Ø 0,6 | 8,4 | 0,283 | 0,002 |
| Ø 0,7 | 8,4 | 0,385 | 0,003 |
| Ø 0,8 | 8,4 | 0,503 | 0,004 |
| Ø 0,9 | 8,4 | 0,636 | 0,005 |
| Ø 1,0 | 8,4 | 0,785 | 0,007 |
| Ø 1,2 | 8,4 | 1,13 | 0,009 |
| Ø 1,4 | 8,4 | 1,54 | 0,013 |
| Ø 1,5 | 8,4 | 1,77 | 0,015 |
| Ø 1,6 | 8,4 | 2,01 | 0,017 |
| Ø 1,8 | 8,4 | 2,54 | 0,021 |
| Ø 2,0 | 8,4 | 3,14 | 0,026 |
| Ø 2,2 | 8,4 | 3,8 | 0,032 |
| Ø 2,5 | 8,4 | 4,91 | 0,041 |
| Ø 2,6 | 8,4 | 5,31 | 0,045 |
| Ø 3,0 | 8,4 | 7,07 | 0,059 |
| Ø 3,2 | 8,4 | 8,04 | 0,068 |
| Ø 3,5 | 8,4 | 9,62 | 0,081 |
| Ø 3,6 | 8,4 | 10,2 | 0,086 |
| Ø 4,0 | 8,4 | 12,6 | 0,106 |
| Ø 4,5 | 8,4 | 15,9 | 0,134 |
| Ø 5,0 | 8,4 | 19,6 | 0,165 |
| Ø 5,5 | 8,4 | 23,74 | 0,199 |
| Ø 5,6 | 8,4 | 24,6 | 0,207 |
| Ø 6,0 | 8,4 | 28,26 | 0,237 |
| Ø 6,3 | 8,4 | 31,2 | 0,262 |
| Ø 7,0 | 8,4 | 38,5 | 0,323 |
| Ø 8,0 | 8,4 | 50,24 | 0,422 |
| Ø 9,0 | 8,4 | 63,59 | 0,534 |
| Ø 10,0 | 8,4 | 78,5 | 0,659 |
| 1 x 6 | 8,4 | 6 | 0,050 |
| 1 x 10 | 8,4 | 10 | 0,084 |
| 0,5 x 10 | 8,4 | 5 | 0,042 |
| 1 x 15 | 8,4 | 15 | 0,126 |
| 1,2 x 20 | 8,4 | 24 | 0,202 |
| 1,5 x 15 | 8,4 | 22,5 | 0,189 |
| 1,5 x 25 | 8,4 | 37,5 | 0,315 |
| 2 x 15 | 8,4 | 30 | 0,252 |
| 2 x 20 | 8,4 | 40 | 0,336 |
| 2 x 25 | 8,4 | 50 | 0,420 |
| 2 x 32 | 8,4 | 64 | 0,538 |
| 2 x 35 | 8,4 | 70 | 0,588 |
| 2 x 40 | 8,4 | 80 | 0,672 |
| 2,1 x 36 | 8,4 | 75,6 | 0,635 |
| 2,2 x 25 | 8,4 | 55 | 0,462 |
| 2,2 x 30 | 8,4 | 66 | 0,554 |
| 2,5 x 40 | 8,4 | 100 | 0,840 |
| 3 x 25 | 8,4 | 75 | 0,630 |
| 3 x 30 | 8,4 | 90 | 0,756 |
| 1,8 x 25 | 8,4 | 45 | 0,376 |
| 3,2 x 32 | 8,4 | 102,4 | 0,860 |
Расчет массы вольфрамовой проволоки
| 8 | 0,008 | 0,19 | 0,0010 | 0,97 | 1031,32 |
| 9 | 0,009 | 0,25 | 0,0012 | 1,23 | 814,87 |
| 10 | 0,01 | 0,30 | 0,0015 | 1,52 | 660,04 |
| 11 | 0,011 | 0,37 | 0,0018 | 1,83 | 545,49 |
| 12 | 0,012 | 0,44 | 0,0022 | 2,18 | 458,36 |
| 13 | 0,013 | 0,51 | 0,0026 | 2,56 | 390,56 |
| 14 | 0,014 | 0,59 | 0,0030 | 2,97 | 336,76 |
| 15 | 0,015 | 0,68 | 0,0034 | 3,41 | 293,35 |
| 16 | 0,016 | 0,78 | 0,0039 | 3,88 | 257,83 |
| 17 | 0,017 | 0,88 | 0,0044 | 4,38 | 228,39 |
| 18 | 0,018 | 0,98 | 0,0049 | 4,91 | 203,72 |
| 19 | 0,019 | 1,09 | 0,0055 | 5,47 | 182,84 |
| 20 | 0,02 | 1,21 | 0,0061 | 6,06 | 165,01 |
| 30 | 0,03 | 2,73 | 0,0136 | 13,64 | 73,34 |
| 40 | 0,04 | 4,85 | 0,0242 | 24,24 | 41,25 |
| 50 | 0,05 | 7,58 | 0,0379 | 37,88 | 26,40 |
| 60 | 0,06 | 10,91 | 0,0545 | 54,54 | 18,33 |
Калькулятор расчета спирали из нихрома и фехраля для нагревателей
Электронагреватели могут производиться с нагревательными спиралями из различных материалов, но наиболее популярными все же являются нихром и фехраль. Нихром — это сплав никеля и хрома, а фехраль – сплав железа, хрома и алюминия. Они имеет высокую коррозионную стойкость и температуру плавления, поэтому и используется в электрических приборах и нагревателях.
Данная статья поможет вам разобраться в расчетах параметров греющих спиралей, а простые и удобные калькуляторы сделают быстрый подсчет нужной длины проволоки и переведут длину в вес и обратно. Воспользуйтесь этими онлайн-калькуляторами нихромовой проволоки, чтобы рассчитать сопротивление, площадь сечения, ток и длину нихромовой и фехралевой проволоки, просто указав мощность и напряжение.
Расчет нагревательных элементов — Расчёты — Справочник
Расчет нагревательного элемента
Пример расчета.
Дано:U=220В,t=700°C,тип Х20Н80,d=0,5мм————L,P-?Решение:По таблице 1 найдем, что диаметру d=0,5мм соответствует S=0,196мм², а ток при 700°С I=5,2А.Тип сплава Х20Н80 — нихром, удельное сопротивление которого ρ=1,11 мкОм·м.Определяем сопротивление R=U/I=220/5,2=42,3 Ом.Отсюда вычислим длину проволоки: L=RS/ρ=42,3·0,196/1,11=7,47м.Определяем мощность нагревательного элемента:P=U·I=220·5,2=1,15кВт.При накрутке спирали придерживаются следующего соотношения:D=(7÷10)d, гдеD- диаметр спирали, мм,d — диаметр проволоки, мм.Примечание:- если нагреватели находятся внутри нагреваемой жидкости, то нагрузку (ток) можно увеличить в 1,1-1,5 раза;-в закрытом исполнении нагревателя ток следует снизить в 1,2-1,5 раза. Меньший коэффициент берется для более толстой проволоки, больший — для тонкой. Для первого случая коэффициент выбирается с точностью до наоборот.Оговорюсь: речь идет о упрощенном расчете нагревательного элемента. Возможно кому-то понадобится таблица значений электрического сопротивления для 1 м нихромовой проволоки, а также ее весТаблица 1.Допустимая сила тока нихромовой проволоки при нормальной температуре
| d,мм | S,мм² | Максимальная допустимая сила тока, А | ||||||
| Т˚ нагрева нихромовой проволоки, ˚С | ||||||||
| 200 | 400 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | ||
| 0,1 | 0,00785 | 0,1 | 0,47 | 0,63 | 0,72 | 0,8 | 0,9 | 1 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,46 | 0,74 | 0,99 | 1,15 | 1,28 | 1,4 | 1,62 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,65 | 1,03 | 1,4 | 1,65 | 1,82 | 2 | 2,3 |
| 0,25 | 0,049 | 0,84 | 1,33 | 1,83 | 2,15 | 2,4 | 2,7 | 3,1 |
| 0,3 | 0,085 | 1,05 | 1,63 | 2,27 | 2,7 | 3,05 | 3,4 | 3,85 |
| 0,35 | 0,096 | 1,27 | 1,95 | 2,76 | 3,3 | 3,75 | 4,15 | 4,75 |
| 0,4 | 0,126 | 1,5 | 2,34 | 3,3 | 3,85 | 4,4 | 5 | 5,7 |
| 0,45 | 0,159 | 1,74 | 2,75 | 3,9 | 4,45 | 5,2 | 5,85 | 6,75 |
| 0,5 | 0,196 | 2 | 3,15 | 4,5 | 5,2 | 5,9 | 6,75 | 7,7 |
| 0,55 | 0238 | 2,25 | 3,55 | 5,1 | 5,8 | 6,75 | 7,6 | 8,7 |
| 0,6 | 0,283 | 2,52 | 4 | 5,7 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,7 |
| 0,65 | 0,342 | 2,84 | 4,4 | 6,3 | 7,15 | 8,25 | 9,3 | 10,75 |
| 0,7 | 0,385 | 3,1 | 4,8 | 6,95 | 7,8 | 9,1 | 10,3 | 11,8 |
| 0,75 | 0,442 | 3,4 | 5,3 | 7,55 | 8,4 | 9,95 | 11,25 | 12,85 |
| 0,8 | 0,503 | 3,7 | 5,7 | 8.15 | 9,15 | 10,8 | 12,3 | 14 |
| 0,9 | 0,636 | 4,25 | 6,7 | 9,35 | 10,45 | 12,3 | 14,5 | 16,5 |
| 1,0 | 0,785 | 4,85 | 7,7 | 10,8 | 12,1 | 14,3 | 16,8 | 19,2 |
| 1,1 | 0,95 | 5,4 | 8,7 | 12,4 | 13,9 | 16,5 | 19,1 | 21,5 |
| 1,2 | 1,13 | 6 | 9,8 | 14 | 15,8 | 18,7 | 21,6 | 24,3 |
| 1,3 | 1,33 | 6,6 | 10,9 | 15,6 | 17,8 | 21 | 24,4 | 27 |
| 1,4 | 1,54 | 7,25 | 12 | 17,4 | 20 | 23,3 | 27 | 30 |
| 1,5 | 1,77 | 7,9 | 13,2 | 19,2 | 22,4 | 25,7 | 30 | 33 |
| 1,6 | 2,01 | 8,6 | 14,4 | 21 | 24,5 | 28 | 32,9 | 36 |
| 1,8 | 2,54 | 10 | 16,9 | 24,9 | 29 | 33,1 | 39 | 43,2 |
| 2 | 3,14 | 11,7 | 19,6 | 28,7 | 33,8 | 39,5 | 47 | 51 |
| 2,5 | 4,91 | 16,6 | 27,5 | 40 | 46,6 | 57,5 | 66,5 | 73 |
| 3 | 7,07 | 22,3 | 37,5 | 54,5 | 64 | 77 | 88 | 102 |
| 4 | 12,6 | 37 | 60 | 80 | 93 | 110 | 129 | 151 |
| 5 | 19,6 | 52 | 83 | 105 | 124 | 146 | 173 | 206 |
Ремонт печи намотка нихрома
Сортамент сплавов нихрома с высоким омическим сопротивлением
Сплав Х20Н80имеет такие физические свойства:
- удельное сопротивление 1,0-1,1 106 Ом м;-
- рабочая температура нихрома 800-1100 °C, температура плавления от 1100 до 1300 °C;
- плотность нихрома – 8200-8500 кг/м3;
- удельная теплоемкость нихрома — 0,45 кДж/(кг К);
- предел прочности на растяжение — 0,65-0,70 ГПа;
- высокая жаростойкость нихрома до 1250 °C;
Нихромовая проволока
имеет минимальное электрическое сопротивление при нагревании, повышенную жаропрочность, пластичность, прекрасно держит форму. Высокая пластичность сплава дает возможность подвергать его точению, сварке, штамповке, волочению, штамповке и другой механической обработке. Цена на нихром достаточно высокая, но учитывая его показатели долговечности и надёжности, с этим можно смирится.Самая востребованная марка нихрома Х20Н80 , которую рекомендуется применять для нагревания электротермического оборудования. Нихром Х20Н80 содержит – 20% хрома Cr, и 80% никеля Ni. Сплав имеет удельное сопротивление — 650 Ohms/cmf, рабочую температуру 1100 °C и температуру плавления до 1300 °C.
Нихромовая проволока Х15Н60
содержит – Ni60 %, Cr15 %, Fe24 %. Сплав имеет удельное сопротивление — 675 Ohms/cmf, и температуру плавления — 1390 °C.
Проволока нихром Х20Н80
как правило это проволока с круглым, иногда с квадратным поперечным сечением. Самым оптимальным сечение считается круглое, так как оно обладает максимальным соотношением площади сечения к периметру проволоки. Также есть в продаже полиметаллические и биметаллические проволоки. Их изготавливают при протяжении(волочении) металла через последовательно уменьшаемые отверстия. Таким образом можно получить изделие самых различных диаметров. Нихром имеет различный, вес это на прямую зависит от диаметра проволоки и марки сплава металла.
Самая важная характеристика нихрома это электрическое сопротивление. Оно определяется самыми разными факторами, например, сопротивление зависит от диаметра проволоки и марки сплава. При значительном повышении температуры сопротивление нихрома остается таким же, что позволяет использовать нихромовую проволоку в изготовлении нагревательных приборов и в узлах сопротивления, например, в резисторах, реостатах, и в производстве электронагревательного оборудования.
Проволока из нихрома обладает коррозийной стойкостью при работе в агрессивных средах, высоким пределом текучести, прочностью, позволяя использовать проволоки меньших диаметров.
Проволоки маркируются на:
- Н – для нагревательных элементов ;
- С – для элементов сопротивления ;
- ТЭН – для трубчатых электронагревателей .
Применение нихромовых проволок
Проволоки марок Х20Н80 и Х15Н60
имеют очень широкое применение, например используют в качестве нагревательных и режущих элементов в упаковочных ножах. Используют в качестве нагревательных элементов в промышленных электропечах, и в различных устройствах электрического нагрева, например в бытовых обогревательных приборах. В промышленности используют в водо- и воздухонагревателях. В среднем проволока нихрома имеет плотность 8,4 г/см3. Ее часто используют при производстве электрических проводов, свёрл, термопар, метизов, электродов, пружин, электронных приборов и других элементов. Очень часто нихром используют в качестве жаростойкого сплава и сильно агрессивных средах рабо ты
Нихромовую проволоку можно купить в компании ООО “Атомтехнологии” из наличия на складе в г. Днепр.
Нихром представляет собой группу сплавов, состоящего из процентного соотношения никеля, в размере от 55 до 78 процентов, хрома, в размере от 15 до 23 процентов и различных добавок, таких как кремний, алюминий, марганец и железо. Основным предназначением данного элемента является создание нагревательных элементов и резисторов.
Впервые сплав из нихрома был разработан в 1905 году в Соединенных штатах Америки А.Маршем.
Методики расчета
По сопротивлению
Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.
Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:
Определим силу тока:
P=UI
I=P/U=10/12=0,83 A
Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:
R=U/I=12/0,83=14,5 Ома
Длина проволоки равна:
l=SR/ρ,
где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.
Или по такой формуле:
l= (Rπd2)/4ρ
Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.
L=(14.5*3,14*0.12^2)/4*1,1=0,149м=14,9см
Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:
L=Rтреб/Rтабл=14,4/95,6=0,151м=15,1см
Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.
Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:
Длина одного витка:
l1=π(D+d/2),
Количество витков:
N=L/(π(D+d/2)),
где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.
Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:
N=151/(3,14(3+0,12/2))=15,71 витков
Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.
Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.
По температуре
Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.
Приведем пример расчетов нихрома для печи.
Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:
- до 50 литров – 100Вт/л;
- 100-500 литров – 50-70 Вт/л.
Тогда в нашем случае:
P=Pэмп*V=50*100=5 кВт.
Дальше считаем силу тока и сопротивление:
Для 220В:
I=5000/220=22.7 Ампера
R=220/22.7=9,7 Ом
Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.
Делим мощность на 3 фазы:
Pф=5/3=1,66 кВт на фазу
При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:
I=1660/220=7.54 А
Сопротивление:
R=220/7.54=29.1 Ом
Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:
I=1660/380=4.36 А
R=380/4.36=87.1 Ом
Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.
Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.
Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.
Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см2, а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.
Вдоп=Вэф*а=4,3*0.2= 0,86 Вт/см2 =0.86*10^4 Вт/м2
Диаметр определяют по формуле:
рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).
Для нихрома Х80Н20 – 1,025
рт=р20*р1000=1.13*10^6*1.025=1.15*10^6 Ом/мм
Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:
d=1,23 мм
Длина рассчитывается по формуле:
L=42м
Проверим значения:
L=R/(p*k)=29.1/(0.82*1.033)=34м
Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.
Нагреватели для машин для обработки пластмасс
Термопластавтоматы, экструдеры и выдувные машины поглощают тепло за счет теплопроводности
. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые или плоские нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из слюды или керамики (рис. 4). Конструкция кольцевого нагревателя из литого алюминия состоит из двух половин корпуса, часто включающих водяные или масляные трубы для жидкостного охлаждения или ребра для охлаждения обдувом. Для этого типа важна точная обработка до размеров ствола.
Рисунок 4. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из миканита или керамики.
Оба типа плотно прижимаются к цилиндрической поверхности, которая принимает тепло (обычно цилиндр) и проводит его через толстую стенку, чтобы расплавить полимер.
Для обеспечения максимального теплового потока сопрягаемые поверхности должны быть чистыми и герметичными
, без воздушных зазоров. Повторная затяжка в горячем состоянии улучшает тепловой контакт. Неплотная посадка обязательно приведет к перегоранию ТЭНа и недогреву зоны. Рабочая температура проволоки даже при нормальных условиях может быть на 500 o C выше, чем у полимера. У вас есть несколько граммов провода, и вы хотите выгрузить мощность около 5 кВт примерно в 50 кг стального цилиндра ствола, поэтому, чтобы избежать быстрого выгорания провода, вам лучше убедиться, что тепло может попасть туда, куда нужно.
Некоторые кольцевые нагревательные элементы и плоские нагреватели сконструированы как набор из керамических сегментов
. Спирали нагревателя пропущены через отверстия в сегментах, и излучение играет роль в передаче тепла. Разливы масла и полимеров в данных нагревателях могут представлять опасность для спиралей под напряжением.
Присоединяйтесь к обсуждению
Вы оставляете комментарий в качестве гостя. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени. Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.
Похожие публикации
Пример программы для расчёта импульсных трансформаторов с открытым кодом (первая версия оценочная, примитивная, VB6).
Доброго времени суток.
Есть ли здесь знатоки, кто мог бы на пальцах объяснить работу минут в часах с видео? а еще лучше подсказать, где можно найти схему и код на подобное. (Имеются часы: плоская дощечка длинною в 30см на которой зажигаются минуты. То есть нужна схема, при которой индикаторы зажигаются поочередно.) Я в этом деле полный профан и начал копаться в «ардуинах» с неделю назад. Если я правильно понимаю можно получить данный эффект с помощью часов реального времени (например DS 3231) подключенных к arduino и 60 светодиодов подключенных через сдвиговые резисторы плюс, разумеется, должен быть будильник и кнопки которые этим всем оркестром будут управлять, так? Реально ли найти готовые схему подключения и сам код работы подобных часов? PS: Если кто даст буду крайне благодарен (мало ли у кого-то завалялось).
На схеме имеются три электродвигателя вентиляторов. Не очень понимаю что с ними делать. Их нужно вынести с платы или на ней оставить? Объясните начинающему
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).
Применение нихромовой проволоки
Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава. Нихромовая спираль применяется в двух качествах — как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.
Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н. Примеры применений:
- бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
- ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
- нагреватели для промышленных печей и термооборудования.
Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.
Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры. Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.
Классификация нагревателей по температуре
Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:
200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей
Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели
Используются ленточные нагреватели
От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели
Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.
От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.
От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.
От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.
Где можно взять нихромовую проволоку
Существует несколько вариантов, как и где можно приобрести изделие из нихрома.
На сегодняшний день практически в каждом населенном пункте существует справочная по товарам и услугам. Обратившись к ней, можно получить от оператора информацию, какая организация торгует нихромом и ее контактные телефоны. Такую информацию можно узнать и в Интернете. Однако в этой ситуации шансы приобрести нормальный товар практически равен нулю, потому что если кто и возьмется доставить материал, то это будет всего лишь полтора-два метра. Организации в основном специализируются на оптовых продажах. Но уточнить все-таки стоит.
Если такое изделие продается в другом городе, то можно воспользоваться услугой «товары−почтой». Однако этот вариант предусматривает доплату за пересылку. Можно проволоку приобрести в специализированных магазинах. Это могут быть «Радиодетали», «Умелые руки» и другие подобные павильоны. Продавцы таких частных магазинов, торгующие различными запчастями, друг друга знают очень хорошо. Поэтому, если у такого «частника» в наличии нет нихромовой проволоки, он может подсказать, где ее приобрести. Между прочим, найти ее можно в обыкновенном хозяйственном магазине. Спирали для электрических плит изготовлены из нихрома.
Ни один населенный пункт не может обойтись без наличия базара, где можно приобрести все что угодно. Самое главное – это тщательно обойти весь рынок и даже можно поспрашивать продавцов. Можно и наткнуться на такое изделие из нихрома.
Чтобы найти такую проволоку, следует где-нибудь отыскать старый прибор, например, лабораторный реостат. Сам по себе он не представляет никакой ценности, однако на нем намотано небольшое количество нихрома.
Нихромовая проволока является высококачественным пластичным изделием благодаря своим замечательным техническим характеристикам. Купить или достать ее любым другим способом хоть и трудно, но возможно. Нужно лишь проявить инициативу и попробовать все вышеуказанные способы.
Наша страна никогда не испытывала недостатка в «народных умельцах». Сообразительность и изобретательность всегда являлись отличительными чертами русского человека. Один из вопросов, которые волнуют многих современных «Кулибиных» – где взять необходимое количество нихромовой проволоки? Но сначала разберемся, чем же она так привлекает отечественных «самоделкиных»?
Что это за материал? По сути, это особый сплав с повышенной концентрацией таких химических элементов, как никель и хром (отсюда и название проволоки). Она может иметь сечение самой различной конфигурации (круг, трапеция, квадрат, овал) и диаметра (от долей «мм» до нескольких «см»).
Почему «нихром» так ценится?
Во-первых
, он не ржавеет, а коррозия, как известно – «больное место» большинства металлов и сплавов.
Во-вторых
, проволока из этого материала характеризуется повышенным сопротивлением электрическому току. Следовательно, чтобы получить одинаковое количество выделяемого тепла при включении в эл/цепь, «нихрома» (в погонных метрах) понадобится в несколько раз меньше, чем, скажем, стали. Отсюда и уменьшение веса прибора (приспособления), и возможность миниатюризации конструкции (уменьшения габаритов).
В-третьих
, нихромовая проволока не изменяет своих свойств, не деформируется, не «горит» при высоких температурах.
В-четвертых
, она эластична, и ей можно придать любую форму.
Где применяется такая проволока? Честно говоря, всего и не перечислить, особенно если вести речь о производстве. Поэтому в качестве примера отметим только несколько вариантов ее использования в быту:
- станки для разрезания пенопластов;
- приспособления для выжигания по древесине;
- системы обогрева стекол «авто» и зеркал заднего обзора;
- простейшие бытовые обогреватели, более известные как «козлы»;
- печи для обжига (при самостоятельном изготовлении керамики);
- для разогрева некоторых видов металлов (в домашних кузнях);
- самодельные .
Где взять?
Вот мы и подошли к этому риторическому вопросу. Рассмотрим все возможные варианты.
Купить
. Здесь также свои варианты.
Кстати, приобрести такую проволоку можно и в обычном хозяйственном магазине. Спирали для эл/плит делаются из того же «нихрома».
На базаре. В каждом населенном пункте есть места, где народ продает все, что угодно. Такие «точки» называются по-разному – «барахолка», «развал», «блошиный рынок». Нужно только не пожалеть времени и походить, посмотреть, поспрашивать. Все зависит от того, в каком объеме нужен «нихром». Наверное, это самый перспективный путь поиска, тем более, если материала нужно немного.
Вывод
Купить или достать иным способом нихромовую проволоку можно. Необходимо лишь проявить инициативу и испробовать все указанные выше способы.
Расчет спирали из нихрома и фехраля
Существует несколько способов расчета греющих спиралей, рассмотрим для начала более простой метод, учитывающий только сопротивление материала, а потом включим в расчет еще и изменение сопротивления под воздействием темепературы.
Способ расчета спирали по сопротивлению материала
В данном способе все довольно просто. Нам нужны первоначальные данные, на основе которых мы будем проводить вычисления. Они включают в себя:
Мощность нагревательного элемента, который хотите получить
Напряжение, при котором спираль будет работать
Диаметр и тип проволоки, который имеется в наличии
Предположим, у нас имеется электроприбор, который должен работать с мощностью 12 Вт под напряжением 24 В. При этом мы используем проволоку из нихрома с сечением 0,2 мм.
Для вычислений нам потребуется самая элементарная формула из общеобразовательного курса физики:
Мощность (Р) = Напряжение (U) * Сила тока (I)
І = Р: U = 12 : 24 = 0,5 А
Теперь воспользуемся законом Ома для определения сопротивления:
Сопротивление (R ) = Напряжение (U) * Сила тока (I) = 24/0,5 = 48 Ом
Теперь нам нужна формула для определения длины проводника:
Длина (L) = Площадь сечения (S) * Сопротивление (R) / Плотность материала (ρ)
Как же узнать сопротивление нихромовой проволоки? Помочь в решении данной задачи нам помогут таблицы плотности материалов или формулы для вычисления значения. Итак, если у нас проволока имеет диаметр 0,2, значит площадь сечения по формуле будет 0,0314 мм2, сопротивление смотрим по таблице и получаем длину проволоки 1,3 м.
Но это все чисто теоретически, ведь мы не знаем, сможет ли выдержать проволока данного диаметра такой ток. Посмотрим таблицу, в ней указаны максимальные значения тока для проволоки определенного диаметра. В нашем случае это 0,65, значит наше значение 0,5 лежит в допустимых пределах.
Также не забывайте учесть среду, в которой будет работать нагреватель. Если вы греете жидкость, можно смело увеличивать силу тока вдвое, а если замкнутое пространство – наоборот, уменьшать.
Основные сведения и марки нихрома
Нихромом называют сплав никеля и хрома с добавками марганца, кремния, железа, алюминия. У этого материала параметры зависят от конкретного соотношения веществ в сплаве, но в среднем лежат в пределах:
- удельное электрическое сопротивление — 1,05-1,4 Ом*мм 2 /м (в зависимости от марки сплава);
- температурный коэффициент сопротивления — (0,1-0,25)·10 −3 К −1 ;
- рабочая температура — 1100 °C;
- температура плавления — 1400°C;
В таблицах удельное сопротивление часто приводится в мкОм*м (или 10 -6 Ом*м) – численно значения те же, разница в размерности.
В настоящее время есть две самых распространённых марки нихромовой проволоки:
- Х20Н80. Состоит на 74% из никеля и на 23% хрома, а также по 1% железа, кремния и марганца. Проводники этой марки можно использовать при температуре до 1250 ᵒ С, температура плавления – 1400 ᵒ С. Также он отличается повышенным электросопротивлением. Сплав применяют для изготовления элементов нагревательных приборов. Удельное сопротивление – 1,03-1,18 мкОм·м;
- Х15Н60. Состав: 60% никеля, 25% железа, 15% хрома. Рабочая температура не более 1150 ᵒ С. Температура плавления – 1390 ᵒ С. Содержит больше железа, что повышает магнитные свойства сплава и увеличивает его антикоррозийную устойчивость.
Более подробно о марках и свойствах этих сплавов вы узнаете из ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90 и других.
Как уже было сказано, нихромовая проволока применяется повсеместно где нужны нагревательные элементы. Высокое удельное сопротивление и температура плавления позволяют использовать нихром в качестве основы для разных нагревательных элементов, начиная от чайника или фена, заканчивая муфельной печью.
Итоги
Онлайн калькулятор для расчета спирали поможет вам с быстрыми предварительными расчетами, но для точного учета всех особенностей даже второго метода расчета с учетом температуры может быть не достаточно
На практике существует еще очень много факторов, которые нужно взять во внимание при расчете параметров нагревателя
Если вам нужна помощь с расчетами нагревателей – обращайтесь к нам.
Наши специалисты имеют огромный опыт в проектировании нагревательных элементов для различного промышленного оборудования. Мы поможем с расчетами оптимальных параметров нагревательных элементов для вашего оборудования и можем изготовить любой тип нагревателей для Вас.
Источник
