CN104812109A - 一种电加热棒 - Google Patents

Abstract

现有加热棒大都采用电阻丝发热的原理，这种加热棒在一般情况下能够满足要求，但对于细长深孔大功率加热时（如加热段长度超过6米、加热温度300℃以上的情况），由于受表面热负荷及制造工艺的限制，加热功率、寿命以及安全问题难以达到使用要求。本发明提出一种不同于现有电加热棒的结构形式，能够适应细长深孔大功率加热的要求；同时利用了分压原理，使得外套管分得的电压更低，安全性更强。在交流电作用下，利用了趋肤效应和邻近效应，使得外套管外壳的电压更低，保证了安全。同时提出芯棒和外套管的优选材质，进一步解决了外套管是碳钢情况下的内壁氧化皮剥落所造成的短路隐患。

Description

一种电加热棒

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，具体讲是一种电加热棒。

背景技术

现有加热棒大都采用电阻丝发热的原理，这种加热棒在一般情况下能够满足要求，但对于细长深孔大功率加热时（如加热段长度超过6米、加热温度300℃以上的情况），由于受表面热负荷及制造工艺的限制，加热功率、寿命以及安全问题难以达到使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电加热棒的结构方式，具有结构简单，安全可靠的优点。

本发明的技术方案是：一种电加热棒，其特征在于，包括芯棒、外套管、短接环，外套管和芯棒都是导体，外套管套装在芯棒上，芯棒和外套管端部以短接环相连接并导通，除短接环之外的外套管内表面与芯棒外表面之间绝缘，芯棒和外套管分别设置接线端，使用时电源分别连接芯棒和外套管的接线端。

芯棒和外套管套装的结构简单，刚度更强，不易受到变形影响，寿命更强。

作为本发明结构上的一种改进，芯棒与外套管之间以刚性绝缘材料分段支撑。刚性绝缘材料分段支撑，进一步提高了电加热棒整体结构的刚度，提高了耐用性和寿命。

作为刚性绝缘材料的一种较佳实施例，所述分段支撑芯棒与外套管间隙的刚性绝缘材料是刚玉。刚玉具有较好的刚度、绝缘性能和耐热性能，耐用性更强。所述刚性绝缘材料还可以采用其他类似的材料，如陶瓷等。

外套管上具有电流，有较大安全隐患，作为本发明在安全方面上所做的一种改进，芯棒直流电阻大于外套管。芯棒、短接环、外套管串联连接，根据分压原理，串联电路中电阻较大的元件所分得的电压更大，在芯棒直流电阻大于外套管情况下，外套管上所分得的电压更小，因此安全性能更强。

作为本发明所做的另一种改进，芯棒和外套管接线端连接交流电源，芯棒电阻率大于外套管，芯棒的半径、套管壁厚分别大于或等于其本身的趋肤深度。当电加热棒的外接电源是交流电的情况下，电加热棒的内部产生电磁场，在“趋肤效应”作用下，电流集中在芯棒表面和外套管表面的薄层，从而使得在交流情况下的电阻要大于直流情况下的电阻，在通过相同电流情况下，发热功能更强。此外，在芯棒的半径、套管壁厚分别大于或等于其本身的趋肤深度的情况下，因为电阻与其电阻率的开方呈正比，因此芯棒电阻率大于外套管也就保证了芯棒的交流电阻大于外套管，从而保证了安全。

在芯棒的直流电阻大于外套管的情况下，芯棒和外套管接线端连接交流电源，芯棒电阻率大于外套管，芯棒的半径大于或等于其本身的趋肤深度。当外套管的壁厚小于其趋肤深度的情况下，外套管的交流电阻等于其直流电阻，而趋肤效应使得芯棒的交流电阻增大了，芯棒的交流电阻≥芯棒的直流电阻≥外套管的交流电阻，也能保证安全。而当外套管的壁厚大于或等于其趋肤深度的情况下，同样能够保证芯棒的交流电阻大于外套管。

特别要指出的是，芯棒与外套管之间以刚性绝缘材料分段支撑的结构能够改善电加热棒中的电磁场，效果更好。

作为本发明电加热棒的一种进一步改进，芯棒和外套管的一种或两种是铁磁性导体。铁磁性材料更加有利于磁场的产生，增加了趋肤效应的效果，因此提高了安全性能。另外，当外套管是铁磁性材料时，因为“邻近效应”的作用，外套管的电流集中在外套管的内表面，更进一步的保证了安全。

作为本发明电加热棒的芯棒和外套管为铁磁性导体的一种较佳实施方式，芯棒的材质是不锈钢，外套管的材质是碳钢。不锈钢和碳钢均是铁磁性导体，磁场改善效果明显；不锈钢电阻率约是碳钢的5倍，分压效果明显；使用过程中，不锈钢的芯棒不会产生锈蚀，耐用性更好。

在外套管采用碳钢的情况下，使用一段时间后，外套管内壁会产生氧化皮，长期使用时氧化皮易脱落，脱落的氧化皮存留在外套管与芯棒之间的空腔中，易导致外套管与芯棒短路。为解决这个问题，提出了以下改进：在外套管内壁安装有不锈钢衬管。不锈钢衬管本身不会产生氧化皮，它阻挡了氧化皮的脱落，避免了短路隐患。

本发明的发热部件是芯棒，使用后，芯棒发热较大，为了便于接线，提出了以下改进：芯棒末端连接有铜棒，铜棒与芯棒接线端相连。铜的电阻率要远远低于不锈钢，趋肤效应更小，发热更小，接线端温度较低，便于接线。

本发明提出一种不同于现有电加热棒的结构形式，能够适应细长深孔大功率加热的要求；同时利用了分压原理，使得外套管分得的电压更低，安全性更强。在交流电作用下，利用了趋肤效应和邻近效应，使得外套管外壳的电压更低，保证了安全。同时提出芯棒和外套管的优选材质，进一步解决了外套管是碳钢情况下的内壁氧化皮剥落所造成的短路隐患。

附图说明。

图1是本发明的电加热棒一种实施方式的结构示意图及用于预应力隔热油管视导热系数测试时的工作状态示意图。

图2是图1中的电加热棒局部结构放大图。

具体实施方式。

图1是本发明的电加热棒一种实施方式的结构示意图及用于预应力隔热油管视导热系数测量时的工作示意图。电加热棒的结构是：外套管2套装在芯棒1上，两者端部以短接环3相连接并导通，芯棒1的材料是不锈钢，外套管2的材料是碳钢无缝钢管，在外套管2内壁安装有不锈钢衬管4。外套管2与芯棒1之间的空腔中安装有绝缘套环5，绝缘套环5的材料是刚玉；外套管2连接接线端6，芯棒1末端通过卡箍9与铜棒8连接，铜棒8连接接线端7，使用电源分别通过接线端6、7接入芯棒1、短接环3和外套管2形成的回路。

隔热油管生产中，为了提高抽真空的效率，需要在抽空过程中，需要将电加热棒插入隔热油管内孔中加热，图1中采用双点划线代表需要测试的预应力隔热油管。根据SY/T 5324的规定，预应力隔热油管的规格为直径Ф172X76——Ф88 X40mm，长度9000——10000mm，属于细长深孔件。因为测试的需要，加热棒需要在测试时插入到其内孔中，测试完毕后抽出。加热棒需要非常高的刚度，采用以上结构的电加热棒，不锈钢和碳钢无缝钢管材料本身均具有较强的刚度，可以满足要求，另外套装后采用刚玉分段支撑的组装结构，结构合理，在测试细长件时，不易受到变形影响，寿命更强。

细长的加热棒在重力作用下会产生自然弯曲，不可避免的会与被测试的预应力隔热油管相接触，因安全需要，要求外套管的所承担的电压较小。

芯棒1的电阻大于外套管2，通过接线端6、7接入直流电源时，外套管2上分得较小的电压，保证安全。

而通过接线端6、7通入24V工频交流电时，因为不锈钢芯棒1和碳钢外套管2都是铁磁性导体，电加热棒内部产生交变磁场，在“趋肤效应”作用下，电流集中在芯棒1表面和外套管2表面的薄层，从而使得在交流情况下的电阻要大于直流情况下的电阻，提高了加热效果；不锈钢材料的电阻率约为碳钢材料的5倍，因不锈钢芯棒1和碳钢外套管2长度相同，因此在充分发挥了“趋肤效应”的情况下，不锈钢芯棒1的所分得的电压约为碳钢外套管2的2.3倍，在碳钢外套管上分得电压约为8V；又因为“邻近效应”的作用，外套管2的电流集中在外套管2的内表面，外表面电压更小，保证了安全。

因为外套管2的电流击中在内表面，外套管2内壁因发热而氧化，因为冷热不均，使用一段时间后，这层氧化皮易脱落，氧化皮脱落后进入到芯棒1和外套管2之间的空隙中，有可能会造成电路短路。而在外套管2内壁安装有不锈钢衬管4后，不锈钢衬管4阻挡了外套管2产生的氧化皮的脱落，本身又不会产生氧化皮，从而避免了氧化皮脱落所有可能导致的短路隐患。

芯棒1末端通过卡箍9连接有铜棒8，铜棒8与芯棒1接线端7相连。因为铜的电阻率要远远低于不锈钢，趋肤效应更小，发热较小、温度较低，接线端温度较低，便于接线。

以上所叙述的是本发明的电加热棒的一种实施例，在不做出创造性的劳动的情况下，本领域技术人员还可以根据本发明所披露的技术手段作出多种实施方案，这些实施方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电加热棒，其特征在于，包括芯棒、外套管、短接环，外套管和芯棒都是导体，外套管套装在芯棒上，芯棒和外套管端部以短接环相连接并导通，除短接环之外的外套管内表面与芯棒外表面之间绝缘，芯棒和外套管分别设置接线端，使用时电源分别连接芯棒和外套管的接线端。

2.根据权利要求1所述的电加热棒，其特征在于，芯棒与外套管之间以刚性绝缘材料分段支撑。

3.根据权利要求2所述的电加热棒，其特征在于，所述分段支撑芯棒与外套管间隙的刚性绝缘材料是刚玉。

4.根据权利要求2所述的电加热棒，其特征在于，芯棒直流电阻大于外套管。

5.根据权利要求2所述的电加热棒，其特征在于，芯棒和外套管接线端连接交流电源，芯棒电阻率大于外套管，芯棒的半径、套管壁厚分别大于或等于其本身的趋肤深度。

6.根据权利要求4所述的电加热棒，其特征在于，芯棒和外套管接线端连接交流电源，芯棒电阻率大于外套管，芯棒的半径大于或等于其本身的趋肤深度。

7.根据权利要求5或6所述的电加热棒，其特征在于，芯棒和外套管的一种或两种是铁磁性导体。

8.根据权利要求7所述的电加热棒，其特征在于，芯棒的材质是不锈钢，外套管的材质是碳钢。

9.根据权利要求8所述的电加热棒，其特征在于，在外套管内壁安装有不锈钢衬管。

10.根据权利要求8所述的电加热棒，其特征在于，芯棒末端连接有铜棒，铜棒与芯棒接线端相连。