Расчет габаритных и электрических параметров печи
Данный этап является основополагающим, так как на нем определяются основные параметры муфельной печи для обжига керамики.
Отправным параметром является внутренний объем муфельной печи. При большом объеме обжига глиняных изделий печи выбираются соответственно с большим объемом, при малом объеме обжига (гончары-любители)-соответственно печи с меньшим объемом.
Параллельно теоретическим выкладкам будет вестись расчет печи для обжига на 33 литра.
Расчет объема муфельной печи
На рисунке ниже представлен муфель печи для обжига, который состоит из ультролегковесного кирпича МКРЛ-0,8 с указанными толщинами меж кирпичных швов.
Так как периметр нашей муфельной печи представляет собой восьмиугольник, то ее объем (V) рассчитывается следующим образом:Расчет объема муфельной печиРис.1 Расчет объема муфельной печи
V=S*H (дм3=литры),
где S=2*K*(F)2 - площадь дна муфеля;
K=2,41 - коэффициент;
F- длина внутренней грани муфеля (дм) (см.рис.1);
H-высота внутренней части муфеля (дм) (см.рис.1).
Так как объем печи принято выражать в литрах, то все величины должны быть выражены в дециметрах.
V= 13,76*2,39 = 32,8 ≈ 33 (дм3 ) = 33 (литра), где
S= 2*2,41*(1,69)2 = 13,76 (дм2 ); K=2,41; F= 169 (мм) = 16,9 (см) = 1,69 (дм); H= 239 (мм) = 23,9 (см) = 2,39 (дм);
Расчет мощности печи для обжига керамики
Данный этап является не мене важным и на нем мы с Вами определим мощность нашей печи для обжига. В зависимости от объема проектируемой печи для обжига, мощность (P) можно рассчитать с помощью следующей формулы:
P=J*V (Вт), где
V- внутренний объем печи (л) (см.раздел расчета объема);
J-удельная мощность, которая определяется исходя из объема печи
- J=70÷100 (Вт/л) при объеме печи до 60 литров;
- J=50÷70 (Вт/л) при объеме печи свыше 60 литров;
P=81,81*33=2700 (Вт) = 2,7 (кВТ)
Расчет силы тока печи для обжига
В данном разделе мы с Вами будем рассчитывать силу тока, т.е. ток который протекает через нагревательный элемент (спираль):
I=P/U (А), где
P-мощность печи для обжига (см.раздел расчета мощности)
U-напряжение питания (В)
Напряжения питания выбирают в зависимости от мощности печи для обжига:
- U=220 (В), при мощности печи до 5÷7 (кВт);
- U=380 (В), при мощности печи свыше 7 (кВт);
I= 2700/220 = 12,27 (А)
Хотел бы в заранее оговорить, что в большинстве Российских квартир проводка от щитка к розеткам протягивается проводом сечением 2,5 (мм2). Данное сечение выдерживает ток до 27 (А), соответственно мощность до 5,9 (кВт). Если электрические характеристики печи не укладываются в описанные выше параметры, то необходимо вести от щитка отдельную розетку с проводом большего сечения.
Табл.1. Выбор сечения провода в зависимости от силы тока
| Напряжение питания U = 220 (В) | ||
| Сечение провода, (мм2) | Ток,(А) | Мощность, (кВт) |
| 1,5 | 19 | 4,1 |
| 2,5 | 27 | 5,9 |
| 4 | 38 | 8,3 |
| 6 | 46 | 10,1 |
| 10 | 70 | 15,4 |
| 16 | 85 | 18,7 |
Расчет сопротивления нагревательного элемента
Зная силу тока I и напряжение питания U по закону Ома не составит труда вычислить сопротивление R:
R= U/I (Ом) = 220/12,27 = 17,92 (Ом)
На рис.2 изображена спираль муфельной печи с рассчитанными вольт-амперными характеристиками:
Расчет спирали муфельной печиРис.2 Расчет электричсеких параметров спирали муфельной печи
Расчет диаметра, длины и удельной поверхностной мощности проволоки нагревательного элемента
На данном этапе производится выбор материала нагревателя. Хотел бы оговорить, что наиболее часто используемыми материалами являются нихромы и фехрали.
В печах для обжига керамики GRIFON мы используем суперфехраль GS SY по ряду весомых причин:
- это более дешевый сплав по сравнению с нихромом, так как не содержит никель;
- суперфехраль обладает лучшей жаростойкостью, чем нихромы (наибольшая рабочая температура 1450°С);
- данная марка фехрали обладает повышенной пластичностью, что упрощает нам жизнь при навивке спиралей.
После выбора материала выбирается диаметр проволоки нагревательного элемента.
Диаметр спирали выбирается в зависимости от необходимого удельного электрического сопротивления (сопротивление в 1 метре проволоки, см. табл. 2). Большему уд. эл. сопротивлению соответствует меньший диаметр проводника, меньшему уд. эл. сопротивлению соответственно больший диаметр.
Табл.2. Выбор диаметра проволоки в зависимости от нужного диаметра и длины нагревательного элемента
|
Диаметр проволоки d, мм |
Физические свойства суперфехрали GS SY | |
|
Сопротивление в 1 м проволоки ρ, (Ом/м) |
Количество метров в 1 кг |
|
| 0,18 | 54,7 | 5480 |
| 0,2 | 44,3 | 4512 |
| 0,3 | 19,7 | 2000 |
| 0,5 | 7,09 | 717 |
| 0,8 | 2,76 | 280 |
| 1 | 1,77 | 179,5 |
| 1,2 | 1,23 | 124,5 |
| 1,6 | 0,692 | 70,1 |
| 2 | 0,452 | 44,8 |
| 3 | 0,197 | 19,9 |
| 6 | 0,0491 | 4,98 |
| 8 | 0,0276 | 2,8 |
| 11 | 0,0159 | 1,45 |
От диаметра проводника зависит так же и длина проволоки нагревательного элемента. Так же хотелось бы отметить, что чем больше диаметр проволоки нагревательного элемента, тем дольше прослужит нагревательный элемент в муфеле печи.
Таким образом, комбинируя выше перечисленные параметры подбирается спираль в муфель печи.
Зная необходимое сопротивление R (см. предыдущий раздел) и удельное электрическое сопротивление ρ вычисляется длина проволоки L, необходимая для получения расчетного сопротивления R:
L = R/ρ , (м)
Так как в данной печи мы используем диаметр проволоки d = 2 (мм) , то ρ = 0,452 (Ом/м). Тогда L= 17,92/0,452 = 39,64 (м)=3964 (см).
Самым важным расчетом в этом разделе является вычисление поверхностной мощности проволоки ψ, т.е. мощности которая выделяется с единицы площади проволоки.
В печах с высокими температурами поверхностная мощность ψ фехрали не должна превышать 1,4 Вт/см2 для проволоки диаметром до 4 мм. Если данное значение существенно превысить, то нагревательный элемент не выдержит температуры.
ψ=P/S , (Вт/см2), где
P- мощность печи,(Вт);
S=3,14*L*d - площадь поверхности проволоки, (см2), где
L- длина проволоки,(см);
d- диаметр проволоки,(см)
ψ=2700/2489,4=1,08 (Вт/см2), где S=3,14*3964*0,2=2489,4 (см2). Таким образом ψ=1,08 (Вт/см2), что удовлетворяет требованию.
Если требование не удовлетворяется, необходимо увеличивать диаметр проволоки или выполнять параллельное соединение.
Таким образом мы с Вами определили и параллельно вычислили все необходимые параметры для изготовления муфельной печи своими руками. Далее начинается сугубо практическая работа... Всем удачи...