RU2294U1 - Лабораторная трубчатая электрическая печь сопротивления - Google Patents

Abstract

1. Лабораторная трубчатая электрическая печь сопротивления, состоящая из керамической трубы, отверстие которой служит рабочим пространством, проволочного нагревателя из сплава с высоким электрическим сопротивлением, расположенного вокруг трубы, керамической втулки, внутри которой находится труба с нагревателем, металлического кожуха, двух пробок из огнеупорного теплоизоляционного материала, введенных в кожух с торцов, и теплоизоляционного наполнителя между втулкой и кожухом, отличающаяся тем, что труба со стороны наружной поверхности имеет спиральную канавку, ширина и глубина которой равны 1,0-1,2 наружного диаметра расположенной в ней спирали нагревателя, расстояние от дна канавки до внутренней поверхности трубы равно 0,1-0,25 внутреннего диаметра рабочего пространства, а толщина перемычек между витками спиральной канавки равна 0,5-2,0 расстояния от дна канавки до отверстия трубы.2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что труба и втулка центрируются в пробках независимо друг от друга.

Description

МК F i:7 ЛАБОРАТОРНАЯ ТРУБЧАТАЯ ЗЛЕКТРИЧЯСК.АЛ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Полезнал модель относится к портативным лабораторным нагревательным устройствам и может быть использована для оперативной высокотемпературной обработки малогабаритных образцов.

061ЦИМ признаком лабораторных трубчатых электрических печен

сопротивления является расположение рабочего пространства внутри керамической трубы. Трубы чаще всего изготовляют из огнеупорных материалов типа шамота, | арЧОра, магнезита карборунда и т. п. Cl-6j« Б качестве нагревателя в этих печах использует элементы из сплавов с высоким электрическим сопротивлением металлов с высокой температурой плавления, например, молибдена, а также керамических электропроводных материалов, например, дисилицида молибдена и т. п. Однако при верхнем пределе температур близких к чаще приме-няют жаропрочные окалиностоикие сплавы с высоким электрическим сопротивлением, в частности проволоки из нихрома. Печи с такими нагревателями просты в обслуживании и обладают хорошей надежностью и долговечностью.

Многочисленные конструкции лабораторных трубчатых печей сопротивления можно свести к двум основным.

Первый тип- это печи с нагревателем из проволоки намотанной на керамическую трубу, внутри которой располагается рабочее пространство. Проволока во многих конструкциях закрепляется обмазкой. Затем вокруг трубы располагается тепловая изоляция и металлический кожух печи .

Недостаток таких печей состоит в том, что для малых объемов рабочего пространства необходимы устройства понижаюимв напряжение, так как возможности для увеличения сопротивления за счет размед,(./

-л/

-/

Автор: Лапин Валентин ЛОГИНОЕИЧ

щения проволоки Сольшеи длины здесь сильно ограничены. Переход же на проволоку малого сечения снижает долговечность нагревателя.

Второй тип - это печи, труба в которых имеет продольные отверстия, расположенные параллельно её оси. Отверстия могут Оыть с разной степенью открытости к рабочему пространству. Б отверстиях расположена спираль проволочного нагревателя. При наличии значительного числа таких отверстой и достаточно большого их диаметра удается уложить в трубу проволоку до сопротивления, которое позволяет исключить использование устройств понижаюиих напряжение. В качестве примера можно привести электррпечь типа Т-4СД70 с рабочим пространством диаметром 40 мм. и длиной г7С мм. о . Рабочее пространство печи образовано шамотной трубой, закрытой с торцов керамическими заглушками. В продольных пазах трубы уложен спиральный нагреватель полуоткрытого типа изготовлены из нихрома X20H8G. Пространство между трубой и корпусом И8 стали заполнено теплоизоляционным материалом. Внутренний диаметр спирали - 8 мм,Число витков - 870. Длина проволоки спирали - 31,4м. Сопротивление - 44,1 Ом. Вес печи - 14 кг. Время разогрева до составляет 60 минут.

Печи данной конструкции рассматриваем в качестве прототипа. Недостаток печей подобного типа в том,что дальне(Шее уменьшение рабочего пространства, в частности при создании портативных печей, потребовало бы применения устройств понижаю1ф{Х напряжение, так как уложить проволоку до необходимого сопро1ивл {ия при желаемом диаметре её трудновыполнимо. Применение устройств понижаюоих напряжение в свою очередь приводит к повышзшю веса устройства и его стоимости. Технический предлагаемой полезной модели состоит в снижении веса и габаритов лабораторных трубчатых электрических печей сопротивления потребляемой мощности, а также сокращения времени разогрева рабочего пространства, сто особенно важно для переносных портативных электропечи.

Технический достигается за счет вьшолненил спиральной канавки на внешней поверхности труОы, в канавку уложена спираль нагревателя, причем ширина и глубина канавки равны 1,0-1, внешнего диаметра спирали, расстояние от дна канавки до внутренне поверхности трубы равно 0,1-С,,5 внутреннего диаметра рабочего пространства, а толояна перемычки меааду витками канавки равна C,5-ii,G рассто шия от дна канавки до внутреннб 1 поверхности трубы.

Совокупность этих отличительных признаков позволяет при сравнительно малом объеме рабочего пространства уложить проволоку достаточной длины и за счет этого исключить необходимость использования устройств понижаюиих напряжение. Указанное способствует снижению веса и габаритов печи, потребляемой мощности и сокращению времени разогрева рабочего пространства.

Ширина и глубина канавки равные 1,0-1,2 внаонего диаметра спирали нагревателя обеспечивает хороший тепловой контакт нагревателя с трубой и за счет этого дает возможность поддерш1вать сравнительно невысокий градиент температур мевду спиралью и рабочим пространством.

Расстояние от дна канавки до внутренней поверхности трубы равное 0„1-С,25 внутреннего диаметра рабочего пространства является оптимальным. Расстояние меньшее 0,1 усиливает неоднородность распределения температуры в рабочем пространстве, а также снижает долговечность трубы. Расстояние большее 0,с5 увеличивает время достижения необходимой температуры в рабочем пространстве и потребляемую мощность и в конечном счете вес и габариты печи.

Толоина перемычек между шткаш спиральной канавки равная 0,5-,0 расстояния от дна канавки до внутренней поверхности трубы позволяет с одной стороны надежно изолировать соседние витки спирали и сохранить конструктивную прочность, а с другой - увеличить число витков канавки и за счет этого уложить проволоку большей длины, повысить однородность температур по длине рабочето пространства.

За счет того, что витки спирали нагревателя плотнее расположены на дне канавки, чем в её в&ркней части, создается более направленнки тшловой поток в рабочее пространство печи, что сокращает время достижения необходимой те шературы в рабочем пространстве.

Предлагаемое устройство состоит из керамической огнеупорной трубы трубы 1, в частности из кардиерита, отверстие которой -ормирует рабочее пространство, а на внавней поверхности выполнена спиральная канавка, в которой размещена проволочная спираль . из сплава с высоким электрическим сопротивлением, в частности из нихрома марки Х сОН80-Н, огнеупорной втулки S (из материала аналогичного материалу трубы) надетой на трубу 1 со спиральс 2, металлического кожуха 4, огнеупорных теплоизоляционных пробок 5, введенных в кожух 4 с его торцов тшлоизоляционного наполнителя 6 заполняющего прострш1ство между втулкой S и кожухом 4, в частности из муллито-кремнеземистом ваты. Труба 1 и втулка 3 центрируются в пробках 5 независимо друг от друга Кожух 4 в вестах вывода из него проволоки имеет цилиндрические отверстия с прорезями к торцам кожуха. Проволока выводится из кожуха через электроизолирующе втулки 7. Прорези облегчают ввод и вывод нагревательного блока (труба 1 со спиралью 2 и втулка 5) из кожуха 4. В рабочем пространстве располагается спаи термопары 6, введенной с торца трубы 1. Пробки 5 и торцы кожуха 4 закрываются крышками 9.

Предлагаемая конструкция позволяет при необходимости легко производить смену спирали.

Устройство работает следуюиим образом. Спираль 2 включается в сеть переменного тока напряжением В. От тепла спираш нагревается труба 1 и формируемое ею рабочее пространство. Часть тепла (примерно 2) передается втулке S. Втулка S выполняет (уункцию исключения провисания спирали, что особенно важно при горизонтальном расположе и трубы 1 во время работы печи.

Независимая центровка трубы 1 и втулки 3 в пробках 5 обеспечиваьт равномерность зазоров между трубой и втулкой, что улучшает теплообмен. Кроме того независимая центровка исключает давление втулки на трубу и ограничивает прогиб последней, если он все же происходит.

Втулка о, исключая перегрев внешних участков спирали, способствует более равномерной тепловой работе спирали, а также является своето(рода компенсатором тепла для рабочего пространства печи в процессе регулирования температуры. При достижении заданной температуры поддержание её проивводится известными способами с иопользованием термопары 8. Когда регулятор отключает спираль, втулка 3 черев спираль и трубу передает часть своего тепла в рабочее пространство.

Пример работы устройства.

Труба 1 И8 кардиерита длиной «22§ мм. с внутренним диаметром 9 мм. и наружным 0,5 {«ш. имеет спиральную канавку глубиной 4 мм. и шириной 4 мм, и толиину перемычки витками канавки 1,5 мм,

В канавку на расстоянии IbC мм. в средней части трубы 1 уложена спираль 2 из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм. марки Х ОН6С-Н. Наружный диаметр спирали - 3,6 мм,

На трубу со спиралью надета втулка 3 из корунда длиной 190 мм,, внутренним диаметром 21,5 мм. и внешним ic7 мм. Втулка имеет с торцов прорези длиной 10 мм. В прорви введены концы проволоки спирали 2. На трубку 1 и втулку 3 с одного конца ввели пробку 5 из легковесного шамота. Сборку вставили в кожух 4. Диаметр кожуха- 80 мм, Концы проволоки ввели черег прорези в кожухе 4 в его отверстия. На проволоки с концов её надели электроизоляционные трубки 6, которые ввели через отверстия кожуха 4 до упора со втулкой 3, Закрыли пробку 5 и торец кожуха 4 крышкой 9, Заполнили пространство между втулкой 3 и кожухом 4 муллито-кремнеземистой ватой 6, На трубку 1 и втулку 3 установили вторую пробку 5 и закрыли пробку и торец кожуха 4 второй крышкой 9, Подсоединили концы проволоки спирали к клеимам питания. Общая длина проволоки с выводами равна 17 метров. Сопротивление - Ом. Мощность при ;.«с,С Б - 484 В А, Расчетная величина тока - ii,,k, А при допустимой силе тока для нихрома данного диаметра - 4,2 А 1.

Б рабочее пространство поместили спаи термопары 8 типа ТХл и присоединили её к регулирующему устройству.

Бес печи с устройством не превышает 4 кг.

оадатчиком установили требуемую температуру - . Печь включили в электрическую сеть (С В). Через 6,5 мин. после включения температура в рабочем пространстве достигла 1С4С®С и стала поддерживаться автоматически. Б рабочее пространство ввели в кварцевой трубке технологический образец диаметром 4 мм. После требуемой выдержки в течение 10 жн. печь отключили, а образец извлекли для контроля. Проверка температуры по длине рабочего пространства показала её однородность на участке длиной 1СО мм.

Следует отметить, что при большем,чем указано вьше, диаметре рабочего пространства возможности для увеличения длины и диаметра проволоки нагревателя существенно возрастают.

МТЕРАТ РА

1,Беселовскии B.C. и др. Нагревательные приборы в лабораторной практике. Госхимиздат, 1951т соО с,

2.Теплотехнические процессы в ЭТО и свойства применяемых материалов. М.: Атомиздат, 1966.- 1GS с.

8. Лабораторные электронагревательные прибора и установки. Каталог - справочник. М.: Машги8,1&55.- 148 с,

4.Новые направления в электротермии. М.: МЭИ, 1991 - 112 с,

5.Шевцов М,С«, Бородачев А.С. Развитие электротермической техшки. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 205 с.

Claims (2)

1. Лабораторная трубчатая электрическая печь сопротивления, состоящая из керамической трубы, отверстие которой служит рабочим пространством, проволочного нагревателя из сплава с высоким электрическим сопротивлением, расположенного вокруг трубы, керамической втулки, внутри которой находится труба с нагревателем, металлического кожуха, двух пробок из огнеупорного теплоизоляционного материала, введенных в кожух с торцов, и теплоизоляционного наполнителя между втулкой и кожухом, отличающаяся тем, что труба со стороны наружной поверхности имеет спиральную канавку, ширина и глубина которой равны 1,0-1,2 наружного диаметра расположенной в ней спирали нагревателя, расстояние от дна канавки до внутренней поверхности трубы равно 0,1-0,25 внутреннего диаметра рабочего пространства, а толщина перемычек между витками спиральной канавки равна 0,5-2,0 расстояния от дна канавки до отверстия трубы.

2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что труба и втулка центрируются в пробках независимо друг от друга.