Расчет нихромовой спирали. Готовы для Вас изготовить нихромовую спираль

Наиболее значительной деталью электротепловой установки является нагревательный элемент. Основная составляющая часть приборов косвенного нагрева - резистор с высоким удельным сопротивлением. А одним из приоритетных материалов - хромоникелевый сплав. Так как сопротивление нихромовой проволоки высоко, этот материал занимает лидирующее место в качестве сырья для различных видов электротепловых установок. Расчёт нагревателя из нихромовой проволоки проводят с целью определения размеров нагревательного элемента.

Основные понятия

В целом производить расчёт нагревательного элемента из нихрома необходимо по четырём вычислениям: гидравлическому, механическому, тепловому и электрическому. Но обычно подсчёты проводят лишь в два этапа: по тепловым и электрическим показателям.

К тепловым характеристикам относятся:

• тепловая изоляция;
• коэффициент полезного действия по теплоте;
• необходимая теплоотдающая поверхность.

Основной целью расчёта нихрома является определение геометрических размеров нагревательного сопротивления.

К электрическим параметрам обогревателей являются:

• напряжение питания;
• способ регулирования мощности;
• коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия.

При выборе питающего напряжения для устройств обогрева отдают предпочтение тому, что несёт минимальную угрозу животным и обслуживающему персоналу. Напряжение сети в установках сельского хозяйства составляет 380/200 вольт с частотой тока 50 Герц. В случае применения электроустановок в особо сырых помещениях, при повышенной электроопасности напряжение следует снизить. Его значение должно не превышать 12, 24, 36 вольт.

Регулировать температуру и мощность нагревателя можно двумя способами:

• меняя напряжение;
• переменой величины сопротивления.

Наиболее распространённым способом изменять мощность является включение в работу определённого числа секций трехфазной установки. В современных нагревательных установках мощность меняют регулировкой напряжения с помощью тиристоров.

Расчёт по рабочему току основан на табличной зависимости, которая связывает токовую нагрузку на проводник из нихрома, его площадь сечения и температуру.

Табличные данные были составлены для проволоки из нихрома, которая натягивалась в воздухе без учёта колебаний и вибраций при температуре 20 °C.

Для того чтобы перейти к реальным условиям, в расчётах необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

P - мощность установки, Вт;

m - количество фаз, для однофазной m = 1;

n - число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

U - напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θр = θд/(Км Кс)

θд - допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1 - Параметры материалов для электрических нагревателей.

Км - коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 - Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс - коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 - Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Коэффициент среды даёт поправку на улучшение теплоотдачи из-за условий окружающей среды. Поэтому реальные результаты расчётов будут немного отличаться от табличных значений.

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм 2 выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 - Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф 2 S*10 -6)/(ρ 20 Рс x10 3)

ρ 20 - удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α - температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Диаметр спирали:

D = (6…10) d, мм.

Определяем шаг спирали:

h = (2…4) d, мм

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

W = (lx10 3)/ (√h 2 +(πD) 2)

Длина спирали:

Если назначением проволочного нагревателя является повышение температуры жидкости, рабочий ток увеличивают в 1,5 раза от расчётного значения. В случае расчёта нагревателя с закрытым типом рабочий ток рекомендуется снизить в 1,2 раза.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

Параметры, способствующие неполадкам

Наиболее велика вероятность выхода из строя электрических нагревателей вследствие окисления поверхности нагревательного сопротивления.

Факторы, которые влияют на скорость разрушения нагревателя:

Из-за того, что электронагревательные установки работают с превышением допустимых значений этих параметров, происходят наиболее частые поломки: обгорание контактов, нарушение механической прочности нихромовой проволоки.

Ремонт нагревательного элемента из нихрома осуществляется с помощью пайки или скручивания.

При навивке спирали из нихрома для нагревательных элементов, операцию зачастую выполняют методом проб и ошибок, а затем подают напряжение на спираль и по нагреву нихромовой проволоки, нити подбирают требуемое количество витков.

Обычно такая процедура занимает много времени, а нихром теряет свои характеристики при множественных перегибах, что приводит к быстрому прогоранию в местах деформации. В худшем случае из делового нихрома получается нихромовый лом.

С ее помощью можно точно определить длину намотки виток к витку. В зависимости от Ø нихромовой проволоки и Ø 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

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из проволоки Ø 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 электронагревательных элементов из нихромовой проволоки

Длину нихромовой проволоки для изготовления спирали определяют исходя из необходимой мощности.

Пример: Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью P = 600 Вт при U сети=220 В.

Решение:

1) I = P/U = 600/220 = 2,72 A

2) R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

3) По этим данным (см. таблицу 1) выбираем d =0,45; S =0,159

тогда длина нихрома

l = SR / ρ = 0,159·81 /1,1 = 11,6 м

где l - длина проволоки (м)

S - сечение проволоки (мм 2)

R - сопротивление проволоки (Ом)

ρ - удельное сопротивление (для нихрома ρ=1.0÷1.2 Ом·мм 2 /м)

Расчет проволочного нагревателя электрической печи.

Эта статья открывает самые большие секреты конструкции электрических печей - секреты расчетов нагревателей.

Как связаны объем, мощность и темп нагрева печи.

Как уже говорилось в другом месте, обычных печей не бывает. Точно также не бывает печей для обжига фаянса или игрушек, красной глины или бусин. Бывает просто печь (а здесь мы говорим исключительно об электрических печах) с некоторым объемом полезного пространства, выполненная из некоторых огнеупоров. В эту печь можно поставить на обжиг одну большую или маленькую вазу, а можно - целую этажерку плит, на которых будут лежать толстые шамотные изразцы. Обжигать вазу или изразцы нужно, может быть, на 1000 o C, а может быть и на 1300 o C. По многим производственным или бытовым соображениям, обжиг должен пройти за 5-6 часов или за 10-12.

Никто не знает, что Вам нужно от печи, лучше, чем Вы сами. Поэтому прежде, чем приступить к расчету, нужно прояснить для себя все эти вопросы. Если печь уже есть, но в нее надо установить нагреватели или поменять старые на новые, отпадает необходимость в конструировании. Если печь строится с нуля, начинать надо с выяснения габаритов камеры, то есть с длины, глубины, ширины.

Предположим, Вы уже знаете эти значения. Предположим, что Вам нужна камера с высотой 490 мм, шириной и глубиной 350 мм. Далее в тексте печь с такой камерой мы будем называть 60-литровой. Одновременно мы будем проектировать вторую печь, покрупнее, с высотой H=800 мм, шириной D=500 мм и глубиной L=500 мм. Эту печь мы будем называть 200-литровкой.

Объем печи в литрах = H x D x L,
где H, D, L выражены в дециметрах.

Если Вы правильно перевели милиметры в дециметры, объем первой печи должен получиться 60 литров, объем второй - действительно 200! Не подумайте, что автор ехидничает: самые распространенные ошибки в расчетах - ошибки в размерностях!

Приступаем к следующему вопросу - из чего сделаны стенки печи. Современные печи практически все выполнены из легких огнеупоров с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью. Очень старые печи сделаны из тяжелого шамота. Такие печи легко узнать по массивной футеровке, толщина которой чуть ли не равна ширине камеры. Если у Вас этот случай, Вам не повезло: во время обжига 99% энергии будет тратиться на нагрев стенок, а не изделий. Предполагаем, что стенки выполнены из современных материалов (МКРЛ-08, ШВП-350). Тогда на нагрев стенок будет тратиться всего 50-80% энергии.

Очень неопределенным остается масса загрузки. Хоть она, как правило, меньше, чем масса огнеупоров стенок (плюс пода и свода) печи, эта масса, конечно же, внесет свой вклад в темп нагрева.

Теперь о мощности. Мощность - это сколько тепла выделяет нагреватель в 1 секунду. Единица измерения мощности - ватт (сокращенно Вт). Яркая лампочка накаливания - это 100 Вт, электрический чайник - 1000 Вт, или 1 киловатт (сокращенно 1 кВт). Если включить нагреватель мощностью 1 кВт, он будет каждую секунду выделять тепло, которое по закону сохранения энергии будет уходить на нагрев стенок, изделий, улетать с воздухом через щели. Теоретически, если никаких потерь через щели и стенки нет, 1 кВт в состоянии за бесконечное время нагреть все что угодно до бесконечной температуры. Практически для печей известны реальные (примерные средние) теплопотери, поэтому есть следующее правило-рекомендация:

Для нормального темпа нагрева печи 10-50 литров нужна мощность
100 Вт на каждый литр объема.

Для нормального темпа нагрева печи 100-500 литров нужна мощность
50-70 Вт на каждый литр объема.

Значение удельной мощности нужно определять не только с учетом объема печи, но и с учетом массивности футеровки и загрузки. Чем больше масса загрузки, тем большее значение нужно выбирать. В противном случае печь нагреется, но за большее время. Выберем для нашей 60-литровки удельную мощность 100 Вт/л, а для 200-литровки - 60 Вт/л. Соответственно получим, что мощность нагревателей 60-литровки должна составлять 60 х 100 = 6000 Вт = 6 кВт, а 200-литровки - 200 х 60 = 12000 Вт = 12 кВт. Смотрите, как интересно: объем увеличился в 3 с лишним раза, а мощность - только в 2. Почему? (Вопрос для самостоятельной работы).

Бывает, что нет в квартире розетки на 6 кВт, а есть только на 4. Но нужна именно 60-литровка! Что же, можно посчитать нагреватель на 4 киловатта, но смириться с тем, что стадия нагрева при обжиге будет продолжаться часов 10-12. Бывает, что, наоборот, необходим нагрев за 5-6 часов очень массивной загрузки. Тогда в 60-литровую печь придется вложить 8 кВт и не обращать внимание на раскалившуюся докрасна проводку... Для дальнейших рассуждений ограничимся классическими мощностями - 6 и 12 кВт соответственно.

Мощность, амперы, вольты, фазы.

Зная мощность, мы знаем потребность в тепле для нагрева. По неумолимому закону сохранения энергии мы должны ту же мощность забрать из электрической сети. Напоминаем формулу:

Мощность нагревателя (Вт) = Напряжение на нагревателе (В) х Ток (А)
или P = U x I

В этой формуле два подвоха. Первый: напряжение нужно брать на концах нагревателя, а не вообще в розетке. Напряжение измеряется в вольтах (сокращенно В). Второй: имеется в виду ток, который течет именно через этот нагреватель, а не вообще через автомат. Ток измеряется в амперах (сокращенно А).

Нам всегда задано напряжение в сети. Если подстанция работает норамально и сейчас не час пик, напряжение в обычной бытовой розетке будет 220 В. Напряжение в промышленной трехфазной сети между любой фазой и нулевым проводом тоже равно 220В, а напряжение между любыми двумя фазами - 380 В. Таким образом в случае бытовой, однофазной, сети у нас нет выбора в напряжении - только 220 В. В случае трехфазной сети выбор есть, но небольшой - или 220, или 380 В. А как же амперы? Они получатся автоматически из напряжения и сопротивления нагревателя по великому закону великого Ома:

Закон Ома для участка электрической цепи:
Ток (А) = Напряжение на участке (В) / Сопротивление участка (Ом)
или I = U / R

Для того, чтобы получить 6 кВт из однофазной сети , нужен ток I = P / U = 6000/220 = 27,3 ампера. Это большой, но реальный ток хорошей бытовой сети. Например, такой ток течет в электроплите, у которой включены все конфорки на полную мощность и духовка тоже. Чтобы получить в однофазной сети 12 кВт для 200-литровки, потребуется вдвое больший ток - 12000/220 = 54,5 ампера! Это недопустимо ни для какой бытовой сети. Лучше воспользоваться тремя фазами, т.е. распределить мощность на три линии. В каждой фазе будет протекать 12000/3/220 = 18,2 ампера.

Обращаем внимание на последнее вычисление. На данный момент мы НЕ ЗНАЕМ, какие будут нагреватели в печи, мы НЕ ЗНАЕМ, какое напряжение (220 или 380 В) будет подано на нагреватели. Но мы точно ЗНАЕМ, что от трехфазной сети нужно отобрать 12 кВт, нагрузку распределить равномерно, т.е. по 4 кВт в каждой фазе нашей сети, т.е. по каждому фазному проводу входного (общего) автомата печи потечет 18,2А, и совсем не обязательно такой ток потечет по нагревателю. Кстати, 18,2 А будет проходить и через счетчик электроэнергии. (И еще кстати: по нулевому проводу тока не будет из-за особенностей трехфазного питания. Эти особенности здесь игнорируются, так как нас интересует исключительно тепловая работа тока). Если у Вас в этом месте изложения возникают вопросы, прочитайте все еще раз. И подумайте: если в объеме печи выделяется 12 киловатт, то по закону сохранения энергии те же 12 киловатт проходят по трем фазам, по каждой - 4 кВт...

Вернемся к однофазной 60-литровой печке. Легко найти, что сопротивление нагревателя печи должно составлять R = U / I = 220 В / 27,3 А = 8,06 Ома. Поэтому в самом общем виде электросхема печи будет выглядеть так:

По нагревателю с сопротивлением 8,06 Ома должен течь ток 27,3 А

Для трехфазной печи потребуется три одинаковых цепи нагрева: на рисунке - самая общая электросхема 200-литровки.

Мощность 200-литровой печи надо равномерно распределить на 3 цепи - A, B и C.

Но каждый нагреватель можно включить или между фазой и нулем, или между двумя фазами. В первом случае на концах каждой цепи нагрева будет 220 вольт, и ее сопротивление составит R = U / I = 220 В / 18,2 А = 12,08 Ома. Во втором случае на концах каждой цепи нагрева будет 380 вольт. Для получения мощности 4 кВт нужно, чтобы ток был I = P / U = 4000/380 = 10,5 ампера, т.е. сопротивление должно быть R = U / I = 380 В / 10,5 А = 36,19 Ома. Эти варианты подсоединений называются "звезда" и "треугольник". Как видно из значений необходимого сопротивления, поменять просто так схему питания со звезды (нагреватели по 12,08 Ома) на треугольник (нагреватели по 36,19 Ома) не получится - в каждом случае нужны свои нагреватели.

В схеме "звезда" каждая нагревательная цепь
включена между фазой и нулем на напряжение 220 Вольт. По каждому нагревателю сопротивлением 12,08 Ома течет ток 18,2 А. По проводу N ток не течет.

В схеме "треугольник" каждая нагревательная цепь
включена между двумя фазами на напряжение 380 Вольт. По каждому нагревателю сопротивлением 36,19 Ома течет ток 10,5 А. По проводу, соединяющему точку А1 с автоматом питания (точка А) течет ток 18,2 А, так что 380 х 10,5 = 220 х 18,2 = 4 киловатта! Аналогично с линиями B1 - В и С1 - С.

Домашнее задание. В 200-литровке была звезда. Сопротивление каждой цепи - 12,08 Ома. Какая получится мощность печи, если эти нагреватели включить на треугольник?

Предельные нагрузки проволочных нагревателей (Х23Ю5Т).

Полная победа! Мы знаем сопротивление нагревателя! Осталось просто отмотать кусок проволоки нужной длины. Не будем утомляться расчетами с удельным сопротивлением - все уже давно посчитано с достаточной для практических нужд точностью.

Для 60-литровой печи нужно 8,06 Ома, выберем полторашку и получим, что искомое сопротивление дадут всего 10 метров проволоки, которые будут весить всего-то 140 грамм! Поразительный результат! Давайте еще раз проверим: 10 метров проволоки диаметром 1,5 мм имеют сопротивление 10 х 0,815 = 8,15 Ома. Ток при 220 вольт будет 220 / 8,15 = 27 ампер. Мощность получится 220 х 27 = 5940 Ватт = 5,9 кВт. Мы и хотели 6 кВт. Нигде не ошиблись, настораживает только то, что таких печей не бывает…

Одинокий раскаленный нагреватель в 60-литровой печи.

Нагреватель очень маленький, что ли. Такое создается ощущение при рассматривании вышеприведенной картинки. Но мы занимаемся расчетами, а не философией, поэтому от ощущений перейдем к цифрам. Цифры говорят следующее: 10 погонных метров проволоки диаметром 1,5 мм имеют площадь S = L x d x пи = 1000 x 0,15 x 3,14 = 471 кв. см. С этой площади (а откуда же еще?) в объем печи излучается 5,9 кВт, т.е. на 1 кв. см площади приходится излучаемая мощность 12,5 Ватт. Опуская детали, укажем, что нагревателю необходимо раскалиться до огромной температуры, прежде чем температура в печи существенно повысится.

Перекал нагревателя определяется значением так называемой поверхностной нагрузки p , которую мы выше и посчитали. На практике для каждого типа нагревателя существуют предельные значения p , зависящие от материала нагревателя, диаметра и температуры. С хорошим приближением для проволоки из отечественного сплава Х23Ю5Т любого диаметра (1,5-4 мм) можно пользоваться значением 1,4-1,6 Вт/см 2 для температуры 1200-1250 o C.

Физически перекал можно связать с разницей температуры на поверхности проволоки и внутри ее. Тепло выделяется во всем объеме, поэтому чем выше поверхностная нагрузка, тем сильнее будут отличаться эти температуры. При температуре на поверхности, близкой к предельной рабочей температуре, температура в сердцевине проволоки может приблизится к температуре плавления.

Если печь проектируется для невысоких температур, поверхностную нагрузку можно выбрать побольше, например, 2 - 2,5 Вт/см 2 для 1000 o C. Здесь можно сделать грустное замечание: настоящий кантал (это оргинальный сплав, аналогом которого является российский фехраль Х23Ю5Т) допускает p до 2,5 при 1250 o C. Делает такой кантал шведская фирма Кантал.

Вернемся к нашей 60-литровке и выберем из таблицы проволоку потолще - двойку. Понятно, что двойки придется брать 8,06 Ом / 0,459 Ом/м = 17,6 метра, а весить они будут уже 440 грамм. Считаем поверхностную нагрузку: p = 6000 Вт / (1760 х 0,2 х 3,14) см 2 = 5,43 Вт/см 2 . Много. Для проволоки диаметром 2,5 мм получится 27,5 метра и p = 2,78. Для тройки - 39 метров, 2,2 килограмма и p = 1,66. Наконец-то.

Теперь нам придется мотать 39 метров тройки (если лопнет - начинать мотать сначала). Но можно использовать ДВА нагревателя, включенные параллельно. Естественно, сопротивление каждого должно быть уже не 8,06 Ома, а вдвое больше. Следовательно, для двойки получится два нагревателя по 17,6 х 2 = 35,2 м, на каждый придется по 3 кВт мощности, а поверхностная нагрузка составит 3000 Вт / (3520 х 0,2 х 3,14) см 2 = 1,36 Вт/см 2 . И вес - 1,7 кг. Полкило сэкономили. Получили в сумме много витков, которые можно равномерно распределить по всем стенкам печи.

Хорошо распределенные нагреватели в 60-литровой печи.

Пример расчета печи 200 литров.

Теперь, когда известны основные принципы, покажем, как они используются в расчете реальной 200 литровой печи. Все стадии расчета, естественно, можно формализовать и записать в простенькую программу, которая будет почти все делать сама.

Нарисуем нашу печь "в развертке". Мы как бы смотрим на нее сверху, в центре - под, по бокам стенки. Рассчитаем площади всех стенок, чтобы потом правильно, пропорционально площади, организовать подачу тепла.

"Развертка" 200-литровой печи.

Мы уже знаем, что при соединении звездой в каждой фазе должен протекать ток 18,2А. Из вышеприведенной таблицы по предельным токам следует, что для проволоки диаметром 2,5 мм можно использовать один нагревательный элемент (предельный ток 20,7А), а для проволоки 2,0 мм нужно использовать два параллельно включенных элемента (т.к. предельный ток всего 14,8А), всего в печи их будет 3 х 2 = 6.

По закону Ома рассчитываем необходимое сопротивление нагревателей. Для проволоки диаметром 2,5 мм R = 220 / 18,2 = 12,09 Ом, или 12,09 / 0,294 = 41,1 метра. Понадобится 3 таких нагревателя, примерно по 480 витков каждый, если наматывать на оправку 25 мм. Общий вес проволоки составит (41,1 х 3) / 25 = 4,9 кг.

Для проволоки 2,0 мм в каждой фазе два параллельных элемента, поэтому сопротивление каждого должно быть вдвое больше - 24,18 Ома. Длина каждого составит 24,18 / 0,459 = 52,7 метра. Каждый элемент будет иметь 610 витков при той же намотке. Общий вес всех 6 нагревательных элементов (52,7 х 6) / 40 = 7,9 кг.

Ничто не мешает нам разделить любую спираль на несколько кусков, которые затем соединить последовательно. Зачем? Во-первых, для удобства монтажа. Во-вторых, если выйдет из строя четверть нагревателя, поменять нужно будет только эту четверть. Точно так же никто не мешает засунуть в печь целиковую спираль. Тогда на дверь потребуется отдельная спираль, а у нас, в случае диаметра 2,5 мм, их всего три...

Поставили одну фазу из проволоки 2,5 мм. Нагреватель разделили на 8 независимых коротких спиралей, все они соединены последовательно.

Когда мы поставим аналогичным образом все три фазы (см. рисунок ниже), выясняется следующее. Мы забыли про под! А он занимает 13,5% площади. Кроме того, спирали находятся в опасной электрической близости друг к другу. Особенно опасно соседство спиралей на левой стенке, где между ними напряжение 220 Вольт (фаза - ноль - фаза - ноль…). Если из-за чего-то соседние спирали левой стенки коснутся друг друга, не миновать большого короткого замыкания. Предлагаем самостоятельно оптимизировать расположение и подсоединение спиралей.

Поставили все фазы.

Для случая, если мы решили воспользоваться двойкой, схема показана ниже. Каждый элемент в 52,7 метра длиной разделен на 4 последовательных спирали по 610 / 4 =152 витка (намотка на оправку 25 мм).

Вариант расположения нагревателей в случае проволоки 2.0 мм.

Особенности намотки, установки, эксплуатации.

Проволока удобна тем, что ее можно намотать в спираль, а спираль потом растянуть так, как удобно. Считается, что диаметр навивки должен быть больше 6-8 диаметров проволоки. Оптимальным шагом между витками является 2-2,5 диаметра проволоки. Но наматывать надо виток к витку: растянуть спираль очень легко, сжать - гораздо труднее.

Толстая проволока может лопнуть во время намотки. Особенно обидно, если из 200 витков осталось намотать 5. Идеально проводить намотку на токарном станке на очень медленной скорости вращения оправки. Сплав Х23Ю5Т выпускается отпущенным и неотпущенным. Последний лопается особенно часто, поэтому, если у Вас есть выбор, обязательно приобретайте проволоку, отпущенную для намотки.

Сколько нужно витков? Не смотря на простоту вопроса, ответ неочевиден. Во-первых, точно не известен диаметр оправки и, следовательно, диаметр одного витка. Во-вторых, точно известно, что диаметр проволоки слегка гуляет по длине, поэтому сопротивление спирали будет тоже гулять. В-третьих, удельное сопротивление сплава конкретной варки может отличаться от справочного. На практике наматывают спираль на 5-10 витков больше, чем по расчету, затем измеряют ее сопротивление - ОЧЕНЬ ТОЧНЫМ прибором, которому можно верить, а не мыльницей. В частности, нужно убедиться, что при коротко-замкнутых щупах прибор показывает ноль, или число порядка 0,02 Ома, которое надо будет вычесть из измеренного значения. При измерении сопротивления спираль слегка растягивают, чтобы исключить влияние межвитковых замыканий. Лишние витки откусывают.

Лучше всего располагать спираль в печи на муллито-кремнеземистой трубке (МКР). Для диаметра навивки 25 мм подойдет трубка с наружным диаметром 20 мм, для диаметра навивки 35 мм - 30 - 32 мм.

Хорошо, если печь обогревается равномерно со пяти сторон (четыре стенки + под). На поде нужно концентрировать значительную мощность, например, 20 -25% всей расчетной мощности печи. Этим компенсируется подсос холодного воздуха извне.

К сожалению, абсолютной равномерности нагрева достичь все равно нельзя. Приблизится к ней можно, используя вентиляционные системы с НИЖНИМ отбором воздуха из печи.

Во время первого нагрева или даже первых двух-трех нагревов на поверхности проволоки образуется окалина. Надо не забыть удалить ее как с нагревателей (щеткой), так и с поверхности плит, кирпичей и т.д. Окалина особенно опасна, если спираль просто лежит на кирпичах: оксиды железа с алюмосиликатами при высокой температуре (нагреватель в одном милиметре!) образуют легкоплавкие составы, из-за которых нагреватель может перегореть.

Вам понадобится

• Спираль, штангенциркуль, линейка. Необходимо знать материал спирализначения силы тока I и напряжения U при которых будет работать спираль, и из какого материала она сделана.

Инструкция

Выясните, какое сопротивление R должно быть у вашей спирали. Для этого воспользуйтесь законом Ома и подставьте значение силы тока I в цепи и напряжения U на концах спирали в формулу R=U/I.

По справочнику определите удельное электрическое сопротивление материала ρ, из которого будет сделана спираль. ρ должно быть выражено в Ом м. Если значение ρ в справочнике дано в Ом мм²/м, то умножьте его на 0,000001.Например: удельное сопротивление меди ρ=0,0175Ом мм²/м, при переводе в СИ имеем ρ=0,0175 0,000001=0,0000000175Ом м.

Длину проволоки найдите по формуле: Lₒ=R S/ρ.

Отмерьте линейкой на спирали произвольную длину l (например: l=10см=0,1м). Посчитайте число витков n, приходящих на эту длину. Определите шаг спирали H=l/n или измерьте его штангенциркулем.

Найдите сколько витков N можно сделать из проволоки длиной Lₒ: N= Lₒ/(πD+H).

Длину самой спирали найдите по формуле: L=Lₒ/N.

Шарф-спираль также называют шарф-боа, шарф-волна. Здесь главное - вовсе не вид пряжи, не рисунок вязки и не расцветка готового изделия , а техника исполнения и оригинальность модели. Шарф-спираль олицетворяет праздничность, пышность, торжественность. Он похож и на изящное кружевное жабо, и на экзотическое боа, и на обычный, но очень оригинальный шарф.

Как связать шарф-спираль спицами

Чтобы связать шарф-спираль, наберите на спицы 24 петли и провяжите 1-й ряд:
- 1 кромочная петля;
- 11 лицевых;
- 12 изнаночных петель.

Качество и цвет пряжи для этой модели спирального шарфа – на ваше усмотрение.

1-й ряд: сначала 1 кромочная петля, затем 1 накид, далее 1 лицевая петля, после этого 1 накид и 8 лицевых петель. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед. Снятую петлю возвратите на левую спицу, протяните нить между спицами назад (при этом петля получится обернутой нитью). Поверните работу и свяжите 12 изнаночных петель.

2-й ряд: сначала свяжите 1 кромочную петлю, затем 1 накид, после этого провяжите 3 лицевые петли, 1 накид и 6 лицевых петель. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед. Далее возвратите петлю на левую спицу, протяните нить между спицами назад, после чего поверните работу и свяжите 12 изнаночных петель.

3-й ряд: свяжите 1 кромочную петлю, затем 2 петли вместе лицевой, после этого 1 лицевая, далее 2 петли вместе лицевой и 4 лицевые петли. Одну снимите на правую спицу как изнаночную, протяните нить между спицами вперед, возвратите петлю на левую спицу, затем протяните нить между спицами назад. После этого поверните работу и свяжите 8 изнаночных петель.

4-й ряд: свяжите 1 кромочную, затем 3 петли вместе лицевой, после этого 4 лицевых петли, *достаньте снизу обернутую петлю и провяжите вместе со следующей лицевой, 1 лицевая* (повторите вязание от * до * 3 раза). Не переворачивая работу, свяжите изнаночные петли.

Таким образом вяжите спиральный шарф до необходимой длины блоками из этих 4 рядов.

Практически перед всеми женщинами встает вопрос контрацепции. Одним из надежных и проверенных способов является внутриматочная спираль, которая востребована и сегодня.

Виды спиралей

Внутриматочные спирали изготавливаются из пластика и бывают двух видов: спирали, содержащие медь (серебро) и спирали, содержащие гормоны. Их размер – 3X4 см. Выбор метода контрацепции и самой спирали происходит на приеме у гинеколога. Самостоятельно этого делать не стоит. Внутриматочная спираль устанавливается гинекологом во время месячных. Она невелика по размерам и напоминает по форме букву Т.

Медная спираль изготавливается из медной проволоки. Ее особенностью является способность действовать на матку таким образом, что яйцеклетка не может к ней прикрепиться. Этому способствуют два медных усика.

Гормональная спираль имеет контейнер, который содержит прогестин. Этот гормон предотвращает наступление овуляции. В случае использования гормональной внутриматочной спирали сперматозоиды не могут оплодотворять яйцеклетку. Как отмечают женщины, при использовании такой спирали менструации становятся более скудными и менее болезненными. Однако вреда это не приносит, потому что связано с действием гормонов, находящихся внутри спирали. Гинекологи рекомендуют женщинам, страдающим болезненными месячными, установку гормональной спирали.

Выбор спирали

Гинекологические внутриматочные спирали бывают разных марок, как отечественного, так и зарубежного производства. Кроме того, их стоимость может варьироваться от 250 рублей до нескольких тысяч. На это влияет много факторов.

Достаточной популярность среди российских женщин пользуется спираль «Юнона Био». Она привлекает, прежде всего, невысокой стоимостью. Однако низкая эффективность действия данной спирали влечет за собой высокий риск наступления беременности.
Хорошо зарекомендовала себя внутриматочная спираль «Мирена», однако она является одной из самых дорогих в своем ряду. При этом использование внутриматочной спирали считается самым дешевым и доступным видом контрацепции.

Это гормональная спираль. Ее производители обещают, что спираль «Мирена» реже смещается в матке или выпадает. А именно это приводит к наступлению беременности, потому пациенткам рекомендуется регулярно проверять наличие внутриматочного контрацептива на положенном месте.

Стандартное напряжение в бытовой электросети U=220В. Сила тока ограничивается предохранителями в электрощитке и равна, как правило, I=16А.

Источники:

• Таблицы физических величин, И.К. Кикоин, 1976
• длина спирали формула

Электрический паяльник, это ручной инструмент , предназначенный для скрепления между собой деталей посредством мягких припоев , путем разогрева припоя до жидкого состояния и заполнения ним зазора между спаиваемыми деталями.

Электрические паяльники выпускаются рассчитанные на напряжение питающей сети 12, 24, 36, 42 и 220 В, и этому есть свои причины. Главной, является безопасность человека, второй – напряжение сети в месте выполнена паяльных работ. В производстве, где все оборудование заземлено и имеется высокая влажность , разрешено использовать паяльники напряжением не более 36 В, при этом корпус паяльника должен быть обязательно заземлен. Бортовая сеть у мотоцикла имеет напряжение постоянного тока 6 В, легкового автомобиля – 12 В, грузового – 24 В. В авиации используют сеть частотой 400 Гц и напряжением 27 В. Есть и конструктивные ограничения, например, паяльник мощностью 12 Вт сложно сделать на питающее напряжение 220 В, так как спираль потребуется мотать из очень тонкого провода и поэтому намотать много слоев, паяльник получится большим, не удобным для мелкой работы . Так как обмотка паяльника намотана из нихромовой проволоки , то питать его можно как переменным, так и постоянным напряжением. Главное чтобы напряжение питания соответствовало напряжению, на которое рассчитан паяльник.

Мощностью электрические паяльники бывают 12, 20, 40, 60, 100 Вт и больше. И это тоже не случайно. Для того, чтобы припой при пайке хорошо растекался по поверхностям спаиваемый деталей, их нужно прогреть до температуры чуть большей, чем температура плавления припоя. При контакте с деталью тепло передается от жала к детали и температура жала падает. Если диаметр жала паяльника не достаточный или мощность нагревательного элемента мала, то отдав тепло, жало не сможет нагреться до заданной температуры, и паять будет невозможно. В лучшем случае получится рыхлая и не прочная пайка. Более мощным паяльником можно паять маленькие детали, но возникает проблема недоступности к месту пайки. Как, например, запаять в печатную плату микросхему с шагом ножек 1,25 мм жалом паяльника размером в 5 мм? Правда есть выход, на такое жало навивают несколько витков медного провода диаметром 1мм и концом уже этого провода паяют. Но громоздкость паяльника делают работу практически не выполнимой. Есть и еще одно ограничение. При большой мощности, паяльник быстро прогреет элемент, а многие радиодетали не допускают нагрева выше 70˚С и по этому, допустимое время их пайки составляет не более 3 секунд. Это диоды, транзисторы, микросхемы.

Устройство паяльника

Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается спиралью из нихрома до температуры плавления припоя. Стержень паяльника делается из меди благодаря высокой ее теплопроводности. Ведь при пайке нужно быстро передать жалу паяльника от нагревательного элемента тепло. Конец стержня имеет клиновидную форму, является рабочей частью паяльника и называется жалом. Стержень вставляется в стальную трубку, обернутую слюдой или стеклотканью. На слюду намотана нихромовая проволока, которая служит нагревательным элементом.

Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса паяльника.

Концы нихромовой спирали соединены с медными проводниками электрического шнура с вилкой на конце. Для обеспечения надежности этого соединения концы нихромовой спирали согнуты и сложены вдвое, что снижает нагрев в месте соединения с медным проводом. В дополнение соединение обжато металлической пластинкой, лучше всего обжим делать из алюминиевой пластины, которая имеет высокую теплопроводность и будет эффективнее отводить тепло от места соединения. Для электрической изоляции на место соединения надевают трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.

Медный стержень и нихромовая спираль закрывается металлическим корпусом, состоящим из двух половинок или сплошной трубки, как на фотографии. Корпус паяльника на трубке фиксируется накидными колечками. На трубку, для защиты руки человека от ожога, насаживается ручка из плохо провидящего тепло материала, дерева или термостойкой пластмассы.

При вставлении вилки паяльника в розетку электрический ток поступает на нихромовый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.

Маломощные транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, микросхемы и тонкие провода паяют паяльником мощностью 12 Вт. Паяльники 40 и 60 Вт служат для пайки мощных и крупногабаритных радиодеталей, толстых проводов и небольших деталей. Для пайки крупных деталей, например, теплообменников газовой колонки, потребуется уже паяльник мощностью сто и более Вт.

Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.

Как видно из схемы, в паяльнике отсутствует возможность регулировки температуры нагрева жала. И даже, если мощность паяльника выбрана правильно, то все равно не факт, что температура жала будет требуемой для пайки, так как длина жала со временем уменьшается за счет постоянной его заправки, припои тоже имеют разные температуры плавления. Поэтому для поддержания оптимальной температуры жала паяльника приходится подключать его через тиристорные регуляторы мощности с ручной регулировкой и автоматическим поддержанием заданной температуры жала паяльника.

Расчет и ремонт нагревательной обмотки паяльника

При ремонте или при самостоятельном изготовлении электрического паяльника или любого другого нагревательного прибора приходится мотать нагревательную обмотку из нихромовой проволоки. Исходными данными для расчета и выбора проволоки является сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора, которое определяется исходя из его мощности и напряжения питания. Рассчитать, какое должно быть сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора можно с помощью таблицы.

Существует несколько видов подогрева тандыра. Сегодня все большее распространение получает электрический способ, так как он не требует приобретения топлива, не выделяет продуктов горения, облегчает пользование за печью.

Свернуть

Нагревание устройства происходит посредством накаливания спиралей и последующей равномерной теплоотдаче. В статье подробно рассматриваются особенности тандырной спирали. Эта информация поможет правильно выбрать и установить нагревательный элемент на печь.

Что такое спираль для тандыров?

Спираль – важный элемент тандыра, без него устройство не будет работать. Прогревается достаточно быстро. Позволяет поддерживать необходимую температуру длительное время, что особенно важно, если готовить на печи приходится целый день.

Так выглядит спираль

Делается нагревательный элемент из проволоки с высоким удельным сопротивлением электротоку. Длина проволоки достаточно большая, поэтому для удобства закручивается витками. Спирали могут иметь форму цилиндров или плоских змеевиков, снабжаться контактными подводами. К печи нагреватели крепятся на керамические или металлические основания со специальными теплостойкими вставками или изоляторами.

Назначение спирали

Главная функция спирали для тандыра – накаливание и последующее равномерное распределение жара. Для этого элемент должен обладать качествами:

• Жаростойкость (не разрушаться при высоких температурах в тандырах).
• Высокое сопротивление току (от этого зависит скорость прогрева, получаемая температура, срок службы элемента).
• Постоянство свойств (не изменяется в зависимости от условий среды, длительности эксплуатации).

Виды

Самыми практичными материалами для нагревательных деталей являются нихромовые и фехралевые соединения. Рассмотрим коротко их особенности.

Нихромовые

Нихромовые спирали делаются из Cr+Ni . Такой сплав позволяет добиться прогрева устройства до 1200 градусов. Отличается крипоустойчивостью, устойчивостью к окислению. Минус – меньший температурный режим в сравнении с фехралевыми сплавами.

Цена на нихромовые изделия демократичная. К примеру, марка Х20Н80 (20% хрома, 80% никеля), подходящая под стандартное напряжение 220 вольт будет стоить 150-170 руб. за метр.

Фехраль

Фехраль – это сочетание хрома, железа, алюминия и титана . Материал отличается хорошими показателями сопротивления току. Обладает повышенной жароустойчивостью: максимальная температура плавления у спиралей из этого материала достигает 1500 градусов.

Фехралевая спираль

Типы

При подборе нагревательного устройства важно обращать внимание не только на материал, но и на тип изделия: спираль для тандыра на 220 или 380 вольт имеют некоторые отличия.

220 В – это стандартное напряжение для домашних электросетей (то есть для подключения к обычным розеткам в квартирах и загородных коттеджах). Допускается использование и в небольших ресторанах с низкой производительностью. По правилам безопасность к 220 вольт подключаются спирали с мощностью 3,5-7 киловатт.

Мощный тандыр не подключают к стандартной потребительской электросети. Это приведет к сгоранию нагревателя и замыканию. Требуется подсоединение к промышленной трехфазной электросети 380 вольт. Мощность каждой спирали в тандыре в этом случае повышается до 12 киловатт. Особые требования к проводам, использованных в нагревательных элементах: они должны быть сечением не менее 4 мм.

Как правильно выбрать спираль?

Габариты проволоки, используемой при создании нагревателей, определяются мощностью тандыра, напряжения в электросети и жаром, который должен выдаваться печкой. Вначале надо по формуле определить силу тока: I = Р:U

• Р — техническая мощность печи.
• U — напряжение в электросети.

К примеру, для печки 800 ватт и напряжением электросети в 220 вольт, величина силы электротока будет равна 3.6 ампер. После по заданным параметрам (температура и сила электротока) в специальной таблице ищутся подходящие габариты проволоки.

Длина проволоки для спирали рассчитывается по формуле l=RхS:ρ . К примеру, при сопротивлении 61 Ом, размером сечения 0.2 кв. мм и сопротивлении 1,1 требуется спираль, сделанная из проволоки длиной 5.3 метра.

Монтажные работы

Специалисты за монтаж нагревательных элементов в печи берут порядка 2300-3000 руб. Если хочется сэкономить и установить спираль в тандыр самостоятельно, то вот несколько важных советов:

• Вертикально размещать нагревательный элемент не стоит. Раскаленная проволока мягкая, поэтому из-за силы тяжести может прогнуться. Лучше укладывать ее горизонтально.
• Не рекомендуется устанавливать нагерватель вплотную к теплоизоляционному кирпичу – увеличивается риск перегрева. Между стенками печи и проволокой делается небольшая «воздушная подушка»
• При установке надо растянуть спираль так, чтобы все витки находились на небольшом удалении друг от друга (специалисты советуют расстояние между кольцами в 1,5-2 раза больше, чем диаметр проволоки).

Альтернативный вариант: на дно тандыра устанавливается тэн (трубчатый электронагреватель, внутри которого находится проволочная спираль). Это удобный и безопасный вариант. Но как показывает практика, прогрев от тэна будет более медленным , чем в случае с открытой спиралью.

На фотографиях ниже показаны несколько видов установки спирали:

Пример установки спирали

Еще один способ

ТЭН вместо спирали

Вывод

Корректная и безопасная работа тандыра зависит от такого важного элемента, как спираль. При покупке готовой печи или изготовлении устройства своими руками важно выбрать подходящий материал, тип, размер нагреватели. Если нет уверенности в своих силах и знаниях, выбор и монтаж пенных спиралей лучше доверить специалистам.

Нихромовая спираль - это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения. Проволока изготавливается из нихрома - прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром. «Классический» состав этого сплава - 80% никеля, 20% хрома. Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов - «нихром».

Самые известные марки нихрома - Х20Н80 и Х15Н60 . Первый из них близок к «классике». Он содержит 72-73 % никеля и 20-23 % хрома. Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки. Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17-29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре. Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

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.

Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.