Jak vypočítat délku spirály?
Nichromová spirála je topné těleso ve formě drátu, válcované šroubem pro kompaktní umístění. Drát je vyroben z nichrom – přesná slitina, jejíž hlavními složkami jsou nikl a chrom. „Klasické“ složení této slitiny je 80 % nikl, 20 % chrom. Složení názvů těchto kovů vytvořilo název, který označuje skupinu slitin chrom-nikl – „nichrom“.
Nejslavnější stupně nichrom – Х20H80 a Х15Н60. První z nich má blízko ke „klasice“. Obsahuje 72-73% niklu a 20-23% chromu. Druhý je navržen tak, aby snížil náklady a zvýšil obrobitelnost drátu. Obsah niklu a chrómu v něm byl snížen na 61 % a 18 %. Ale množství železa bylo zvýšeno – 17-29% oproti 1,5 pro X20N80.
Na základě těchto slitin byly získány modifikace s vyšší životností a odolností proti oxidaci při vysokých teplotách. Jedná se o značky X20N80-N (-N-VI) a X15N60 (-N-VI). Používají se pro topná tělesa ve styku se vzduchem. Doporučená maximální provozní teplota – od 1100 do 1220 °C
Aplikace nichromového drátu
Hlavní kvalitou nichromu je jeho vysoká odolnost vůči elektrickému proudu. Určuje použití slitiny. Nichromová spirála Používá se ve dvou kvalitách – jako topné těleso nebo jako materiál pro elektrický odpor elektrických obvodů.
Používá se pro ohřívače elektrická spirála ze slitin X20N80-N a X15N60-N. Příklady aplikací:
- Domácí termoreflektory a ohřívače ventilátorů;
- Topná tělesa pro domácí topná zařízení a elektrické vytápění;
- ohřívače pro průmyslové pece a tepelná zařízení.
Slitiny Kh15N60-N-VI a Kh20N80-N-VI, vyráběné ve vakuových indukčních pecích, se používají v průmyslových zařízeních se zvýšenou spolehlivostí.
Nichromová spirála třídy Х15Н60, Х20Н80, X20N80-VI se liší tím, že se jeho elektrický odpor mění jen málo se změnami teploty. Používá se k výrobě rezistorů, konektorů pro elektronické obvody a kritických částí vakuových zařízení.
Jak natočit spirálu z nichromu
Odporové resp topná spirála lze vyrobit doma. K tomu potřebujete nichromový drát vhodné třídy a správný výpočet požadované délky.
Výpočet nichromové spirály závisí na měrném odporu drátu a požadovaném výkonu nebo odporu v závislosti na účelu spirály. Při výpočtu výkonu je třeba vzít v úvahu maximální přípustný proud, při kterém se cívka zahřeje na určitou teplotu.
Účtování teplot
Například drát o průměru 0,3 mm se při proudu 2,7 A zahřeje na 700 °C a proud 3,4 A jej zahřeje na 900 0 C. Pro výpočet teploty a proudu existují referenční tabulky. Stále však musíte vzít v úvahu provozní podmínky ohřívače. Při ponoření do vody se přenos tepla zvýší, pak lze maximální proud zvýšit až o 50 % vypočteného. Uzavřený trubkový ohřívač naopak zhoršuje odvod tepla. V tomto případě musí být přípustný proud snížen o 10-50%.
Intenzitu odvodu tepla, a tedy i teplotu topidla, ovlivňuje výška tónu spirálová vinutí. Hustě rozmístěné cívky generují více tepla, zatímco větší rozteč zvyšuje chlazení. Je třeba vzít v úvahu, že všechny tabulkové výpočty jsou uvedeny pro ohřívač umístěný vodorovně. Při změně úhlu k horizontu se podmínky odvodu tepla zhoršují.
Výpočet odporu nichromové spirály a její délky
Po rozhodnutí o výkonu přistoupíme k výpočtu požadovaného odporu. Je-li určujícím parametrem výkon, pak nejprve zjistíme požadovaný proud pomocí vzorce I=P/U. Na základě síly proudu určíme požadovaný odpor. K tomu použijeme Ohmův zákon: R=U/I.
Zde uvedené zápisy jsou obecně přijímány:
- P – přidělený výkon;
- U je napětí na koncích spirály;
- R – odpor spirály;
- I – síla proudu.
Výpočet odporu nichromového drátu připraven. Nyní určíme délku, kterou potřebujeme. Záleží na měrném odporu a průměru drátu. Můžete provést výpočet na základě měrného odporu nichromu: L=(Rπd 2 )/4ρ. Zde:
- L – požadovaná délka;
- R – odpor drátu;
- d – průměr drátu;
- ρ – měrný odpor nichromu;
- π – konstanta 3,14.
Ale je snazší vzít hotový lineární odpor z tabulek GOST 12766.1-90. Můžete tam také provést teplotní korekce, pokud potřebujete vzít v úvahu změny odporu při zahřívání. V tomto případě bude výpočet vypadat takto: L=R/ρld, kde ρld je odpor jednoho metru drátu o průměru d.
Spirálové vinutí
Nyní uděláme geometrický výpočet nichromové spirály. Zvolili jsme průměr drátu d, určila se potřebná délka L a máme tyč o průměru D na navíjení. Kolik zatáček musíte udělat? Délka jedné otáčky je: π(D+d/2). Počet závitů – N=L/(π(D+d/2)).
V praxi málokdy někdo namotá vlastní drát pro odpor nebo ohřívač. Je jednodušší koupit nichromovou spirálu s požadovanými parametry a v případě potřeby od ní oddělit požadovaný počet závitů.
Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki
Při navíjení nichromové spirály u topných zařízení se tato operace často provádí „okem“ a poté se připojením spirály k síti zvolí požadovaný počet závitů na základě ohřevu nichromového drátu. Obvykle tento postup zabere spoustu času a nichrom je plýtvání.
Pro zefektivnění této práce při používání nichromová spirála pro napětí 220 V navrhuji použít údaje uvedené v tabulce na základě výpočtu, že měrný odpor nichromu = (Ohm · mm² / m)C. S jeho pomocí můžete rychle určit délku otočení vinutí k otočení v závislosti na tloušťce nichromového drátu a průměru tyče, na které je navinut nichromová spirála. Není těžké přepočítat délku nichromové spirály na jiné napětí pomocí jednoduchého matematického poměru.
| Délka nichromové spirály v závislosti na průměru nichromu a průměru tyče | |||||||||||||||
| nichrom 0,2 mm | nichrom 0,3 mm | nichrom 0,4 mm | nichrom 0,5 mm | nichrom 0,6 mm | nichrom 0,7 mm | nichrom 0,8 mm | nichrom 0,9 mm | ||||||||
| Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm | Ø tyče, mm | délka spirály, cm |
| 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 | ||||||||
Například potřebujete určit délku nichromové spirály pro napětí 127 V z drátu o tloušťce 0,3 mm, navíjecí tyče Ø 4 mm. Tabulka ukazuje, že délka takové spirály při napětí 220 V se bude rovnat 22 cm:
220 V – 22 cm
127 V – X cm
X = 127 · 22 / 220 = 12,7 cm
Po navinutí nichromová spirála, připojte jej bez řezání ke zdroji napětí a ujistěte se, že je vinutí správné. U uzavřených spirál se délka vinutí zvětší o 1/3 hodnoty uvedené v tabulce.
Teoretická hmotnost nichromu X20N80 (drát a páska)
Tato tabulka ukazuje teoretickou hmotnost 1 metru nichromového drátu a pásky. Liší se v závislosti na velikosti produktu.
| Průměr, standardní velikost, mm | Hustota (měrná hmotnost), g/cm³ | Plocha průřezu, mm² | Hmotnost 1 m, kg |
| 0,4 | 8,4 | 0,126 | 0,001 |
| 0,5 | 8,4 | 0,196 | 0,002 |
| 0,6 | 8,4 | 0,283 | 0,002 |
| 0,7 | 8,4 | 0,385 | 0,003 |
| 0,8 | 8,4 | 0,503 | 0,004 |
| 0,9 | 8,4 | 0,636 | 0,005 |
| 1,0 | 8,4 | 0,785 | 0,007 |
| 1,2 | 8,4 | 1,13 | 0,009 |
| 1,4 | 8,4 | 1,54 | 0,013 |
| 1,5 | 8,4 | 1,77 | 0,015 |
| 1,6 | 8,4 | 2,01 | 0,017 |
| 1,8 | 8,4 | 2,54 | 0,021 |
| 2,0 | 8,4 | 3,14 | 0,026 |
| 2,2 | 8,4 | 3,8 | 0,032 |
| 2,5 | 8,4 | 4,91 | 0,041 |
| 2,6 | 8,4 | 5,31 | 0,045 |
| 3,0 | 8,4 | 7,07 | 0,059 |
| 3,2 | 8,4 | 8,04 | 0,068 |
| 3,5 | 8,4 | 9,62 | 0,081 |
| 3,6 | 8,4 | 10,2 | 0,086 |
| 4,0 | 8,4 | 12,6 | 0,106 |
| 4,5 | 8,4 | 15,9 | 0,134 |
| 5,0 | 8,4 | 19,6 | 0,165 |
| 5,5 | 8,4 | 23,74 | 0,199 |
| 5,6 | 8,4 | 24,6 | 0,207 |
| 6,0 | 8,4 | 28,26 | 0,237 |
| 6,3 | 8,4 | 31,2 | 0,262 |
| 7,0 | 8,4 | 38,5 | 0,323 |
| 8,0 | 8,4 | 50,24 | 0,422 |
| 9,0 | 8,4 | 63,59 | 0,534 |
| 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 |
Nichrome ohřívače (NiСг)
„Nichromy“ (slitiny Ni-Cr a Ni-Cr-Fe) se používají jak v průmyslu, tak v domácích spotřebičích.
„Nichromy“ se vyznačují: vynikajícími mechanickými vlastnostmi ve „studeném“ i „horkém“ stavu i po dlouhodobém používání, nevyžadují proto navíjení na keramickou trubici; vysoká homogenita struktury slitiny. Maximální provozní teplota nichromu (zejména nejlepší slitiny X20N80) je 1200 °C.
Pozor, pokud používáte nichromové ohřívače:
- v atmosférách obsahujících síru při teplotách nad 650 °C se objevuje tzv. efekt „zelené hniloby“, který vede k intenzivní destrukci slitin této třídy;
- V atmosféře obsahující uhlík v teplotním rozmezí 600-900 °C dochází k intenzivní destrukci slitin této třídy. Při provozu nichromových ohřívačů se odlupuje povrchová ochranná fólie, tvoří se vodní kámen, což vede ke kontaminaci zahřátých povrchů a tepelně zpracovaných dílů.
Nichrom si po vychladnutí zachovává svou plasticitu: spirálu lze vyjmout, upravit tvar, nebo jinak ohnout, tzn. je vhodné jej použít v případech, kdy je navíjení na keramickou trubku z nějakého důvodu nemožné, např. při pokládání navinuté spirálky do úzkých keramických drážek.
Slitiny nikl-chrom mohou pracovat v kontaktu s jakoukoli značkou šamotu, aniž by s ním interagovaly.
Dodací formulář:
- ve formě drátu;
- ve formě pásky;
- v zátokách.
Výpočet nichromové spirály
Kdo se musí velmi často potýkat s výměnou nichromových topných těles a výrobou domácích spirálek, bude dbát na poněkud jednotný přístup k samotnému problému navíjení spirálky, kdy je znám průměr navíjecí tyče a průměr nichromového drátu.
Pro výpočet spirál vyrobených z nichromu pod 220V vycházíme z výpočtu, že měrný odpor nichromu je roven – 1,1 x OM x mm²/m.
Na základě toho můžete rychle určit délku závitu vinutí k otočení v závislosti na tloušťce drátu a průměru tyče použité k navíjení, na kterou budete spirálu navíjet. Stůl je opatřen hotovými délkami spirálového návinu a průměry tyčí použitých pro navíjení spirály na otáčku.
| 0.2mm | 0,2mm | 0,3mm | 0,3mm | 0,4mm | 0,4mm | 0,5mm | 0,5mm | 0,6mm | 0,6mm | 0,7mm | 0,7mm | 0,8mm | 0,8mm | 0,9mm | 0,9mm | 1,0mm | 1,0mm |
| Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ó. Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm | Ø Tyče v mm | Délka Spirály v cm |
| 1,5 | 49 | 1,5 | 59 | 1,5 | 77 | 2 | 64 | 3 | 76 | 2 | 84 | 3 | 68 | 3 | 78 | 3 | 75 |
| 2 | 30 | 2 | 43 | 2 | 68 | 3 | 46 | 3 | 53 | 3 | 62 | 4 | 54 | 4 | 72 | 4 | 63 |
| 3 | 21 | 3 | 30 | 3 | 40 | 4 | 36 | 4 | 40 | 4 | 49 | 5 | 46 | 6 | 68 | 5 | 54 |
| 4 | 16 | 4 | 22 | 4 | 28 | 5 | 30 | 5 | 33 | 5 | 40 | 6 | 40 | 8 | 52 | 6 | 48 |
| 5 | 13 | 5 | 18 | 5 | 24 | 6 | 26 | 6 | 30 | 6 | 34 | 8 | 31 | 8 | 33 | ||
| 6 | 20 | 8 | 22 | 8 | 26 | 10 | 24 | 10 | 30 | ||||||||
| 10 | 22 |
Potřebujete jen malou úpravu podle toho, co máte k dispozici.
Pokud chcete vypočítat spirálu pro jiné napětí, pak to není těžké, například je třeba určit délku spirály pro napětí 127V z nichromu o průměru 0,3 mm, přičemž máte tyč pro navíjení spirálky o průměru 4 mm.
Z tabulky je vidět, že délka spirály při napětí 220V se rovná 22 cm, z toho uděláme poměr, kde 220V = 22 cm a 127V = X cm Pak odtud 127V x 22 / 220V = 12.7 cm.
Pokud chcete spirálky používat v uzavřené formě, pak je třeba délku spirálového vinutí z tabulky navýšit o 1/3 hodnoty, ušetříte tak rychlého přehřátí a selhání spirálky.
Ohřívače Fechral
Fechral ohřívače (FeCgAl)
„Fechral“ (slitina Fe-Cr-Al) je pokročilejší materiál než nichrom, široce používaný v odporových elektrických pecích pro všechna průmyslová odvětví (strojírenství, slévárny a tepelné úpravy, výroba keramiky a skla, sušárny). Ohřívače Fechral se používají v elektrických pecích do teplot 1400 °C. Jsou obdobou materiálu A-1 od KANTHAL.
Výhody fechralových ohřívačů ve srovnání s nichromem:
- cena je třikrát nižší, což v konečném důsledku vede ke snížení nákladů na pec;
- delší životnost při stejné provozní teplotě jako nichrom (v závislosti na provozních podmínkách dvakrát až čtyřikrát);
- nepřítomnost vodního kamene, v důsledku čehož nemusí být spirály uzavřeny;
- delší životnost v redukčních atmosférách;
- vyšší měrný povrchový výkon;
- nižší hustota.
Kombinovaný účinek všech výše uvedených faktorů vede k výraznému snížení hmotnosti ohřívače a v konečném důsledku i ke snížení jeho nákladů.
Plastičnost fechralu se zvyšuje se zvyšující se teplotou, při teplotách 800-1000 °C se slitiny snadno deformují vlastní vahou, proto je nutné instalovat topná tělesa na keramické trubky. Při zahřátí na teplotu 900-950 °C a vyšší dochází k rychlému růstu zrn, což vede k nevratnému zkřehnutí kovu, proto se opravy spirál provádějí s velkou opatrností, bez vyjmutí spirály z pece.
Při teplotách nad 1000 °C může fechral pracovat pouze v kontaktu se žáruvzdornými materiály s vysokým obsahem oxidu hlinitého (s obsahem oxidu hlinitého minimálně 50 %). Výkon fechralu je zajištěn ochranným filmem Al2O3 vytvořeným na jeho povrchu, proto při práci v neoxidačním prostředí je nutné tento ochranný film periodicky obnovovat žíháním v oxidačním prostředí (na vzduchu).
Dodací formulář pro ohřívače Fechral:
- ve formě drátu – fechral drát;
- v zátokách;
- ve formě spirál různých průměrů, jak na keramických trubkách, tak bez keramických trubek – fechrální spirála;
- ve formě hotových topných těles, vybavených proudovými přívody ze stejného materiálu, ale o větším průměru, s keramickými instalačními izolátory a upevňovacími armaturami – ohřívači fechral.