Karastusahju matemaatika

Selles teemas püüan ma nüüd panna kokku karastusahju kütteelemendi arvutuse nii nagu ma seda enda ahjule olen teinud. Ma ei võta endale mingit vastutust, kui Te ehitate ahju nende juhiste järgi. Kui teil pole teadmisi elektriliste asjade kohta, küsige kõigepealt elektrikult. Loodetavasti olete kõik piisavalt vana, et ise mõelda. Inimestel on kalduvus vigadele, nagu ka minul – arvutasin veidi valesti või ajasin selle kirjutamise ajal midagi sassi, siis palun parandage mind. Kui teil on küsimusi, küsige julgelt. Püüan vastata nii hästi kui oskan.

Teemad

1. Ahju suurus ja vajalik võimsus.
2. Traat üldiselt, kui palju traati on tarvis ja milline läbimõõt on mõistlik
3. Küttespiraali pinnakoormus
4. Küttespiraali läbimõõt + venitustegur
5. Mitme küttespiraali ühendamine
6. Ja kui kogu selle teksti oled läbi lugenud ja selgeks saanud (kalkulaator)

1. Ahju suurus ja vajalik võimsus

1.1 Võimsus:

Meil on kasutusel 230 V ja ühele seinakontaktile on lubatud maksimaalselt 16 A. Arvestame nüüd välja lubatud võimsuse P = U x I .

230 Vx 16 A = 3680 W

Nii, et siis kõige võimsam ahi, mida saab kasutada ühest pistikupesast 230V juures on 3680W. Soovitav on kasutada võimsust sellest umbes 10% allpool, et vältida ahju töötamisel kaitsme liiga lihtsat käivitumist. See annab tulemuseks umbes 3312W, seega kuni 3300W on ühest pistikupesast hea ja ohutu ja mõistlik kasutada.

1.2 Ahju suurus:

Milline on maksimaalne ahju sisemuse suurus, mida saab kasutada antud võimsusega? See sõltub mitmest tegurist, millest mõned on ahju isolatsiooniväärtus ja soovitud küttekiirus. Peaks olema ilmselge, et 1000 W elemendi abil ei saa 200l vaadi suurust ahju kuumutada, et midagigi kuumtöötleda. Kui keegi on juhtumisi valdkonnale spetsialiseerunud insener, saab ta arvutada suuruse ja võimsuse vajaduse täpselt jaotise isolatsiooniväärtuse ja soojuskadude soovitud maks. temperatuurile ja kuumutamiskiirusele, konvektsiooni, kiirguse ja juhtivuse, esemete massi ja soojusjuhtivuse kuumusele. Kuna mina isiklikult seda teha ei oska, pean tuginema teabele, mis on saadud keraamikaahjudest ja kaubanduslikult saadaval olevatest ahjudest. Küttekiirust me üldiselt oma arvutustes ei arvesta. Laiast internetist tulenenud informatsioonist olen leidnud, et ahju sisepinna kohta küttevõimsuseks 0,92 W / cm²– 1,3 W / cm². Kui vaadata kaubanduslikke ahjusid, antakse tavaliselt sisepind ja võimsus. Kui nüüd selle järgi arvutada siis saame me tulemuseks 0,6 W / cm² – 1 W / cm². Mõned näited allpool:

Evenheat ahjud:

• KF18 = 0,668 W / cm²
• KF22,5 = 0,639 W / cm²

Paragon ahjud:

• PMT10 = 0,676 W / cm²
• KM24D = 1,08 W / cm²

Ma ei tea nende kaubanduslike ahjude isolatsiooniväärtust, kuid arvan, et kasutatakse isolatsioonitellist ja lisaks ka võibolla keraamilist villa. Mina ise olen vähemalt neid mõlemid kasutanud. Arvutamise hõlbustamiseks ja turvalisuse tagamiseks on mõistlik kasutada selleks väärtust 1 W / cm² ahju sisepinna kohta.

Näideks Minu ehitatava ahju kambrisuurus on 34 cm x 12,. cm x 10.5 cm. Selliste mõõtude põhjusek on lihtslt see, et mul oli selline materjal käepärast olemas. Kambri üldpind = 1826.5 cm² võrdub 1826 W. Kui elemendid vananevad aja jooksul, väheneb nende läbimõõt oksüdeerumise tõttu. Kui elemendid vananevad aja jooksul, väheneb nende läbimõõt oksüdeerumise tõttu, takistus tõuseb ja ahju võimsus langeb. Selle kompenseerimiseks ja kuumutamise kiirendamiseks kipun veidi üle ehitama. Siis oleks mõistlik seda selliste arvutustega saadud võimsust tõsta ca 10% so. 2010 W.

2. Traat üldiselt, kui palju traati ja millise läbimõõduga

2.1 Traat

Millist takistustraati kasutada?

Kaks kõige kasulikumat teabeallikat, mille olen suutnud leida pärinevad tootjalt endalt: Kanthali seadme käsiraamat või Kanthali ahju mini käsiraamat. Need on üldiselt veebist vabalt allalaetavad ja sisaldavad arvukalt väärtuslikke andmeid ja graafikuid, mida elementide disainimisel hiljem vaja läheb. Lühidalt öeldes soovitan teil kasutada Kanthal A1 takistustraati, kuna seda kasutatakse keraamika ahjudes ja seda on erinevates mõõtmetes laialt saadaval ja sellest saab kauatoimiva kütteelemendi, Olen varem kasutanud Nicrothal80, kelle peamine eelis on see, et see on palju odavam, kuid võrreldes kanthal A1 traadiga on eluiga soovitud temperatuuridel 300% väiksem, kui kanthal a1 traadi puhul. See peaks hõlbustama kanthali A1 eest kõrgema hinna maksmist. Võite kasutada kõiki muid nimetatud traadiklasse nagu APM, D, AF, Ncr80 / 20, mida iganes saate lihtsalt ja odavalt hankida. Mõni on parem nagu APM, mõni halvem nagu nikroom. Teie kütteelemendid nii kaua vastu pidada, kui nad on odavamatest traatidest, kuid töötavad hästi – kui need on korralikult disainitud. Arvutamiseks peavad Teil olema nõutud traadi spetsifikatsioonid, mis on üldjuhtudel välja toodud eelmainitud raamatutes.

2.2 Traadi pikkus

Kui palju konkreetse läbimõõduga traati on vaja konkreetse võimsusega elemendi saamiseks? Vajaliku traadi pikkuse arvutamiseks võite kasutada kahte meetodit: üldisemat, kuid veidi lihtsamat, enamasti piisavat ja täpsemat meetodit, mis annab täpse tulemuse.

Meetod a

Nüüd olete välja mõelnud, kui võimas peab Teie ahi olema, järgmine samm on see siduda traadi pikkusega. Igal takistustraadil on läbimõõdu ja traadi spetsifikatsiooniga antud takistus. Takistus antakse enamasti oomi / m, või ka siis oomi / jalg aga võtame arvutusteks ainult meetermõõdustiku. Võite teisendada kõik arvutused tolli / jalga ja kasutada erinevaid pingeid, see ei muuda midagi.

Mida me nüüd teame, on:

• Vaja läheb -2010 W
• Tarnitud -230 V

Mida me tahame teada on see, et mitu oomi peab olema kütteelemendi takistus?

Kui Teil on veel meeles kooliaegsed füüsikatunnid siis ehk mäletate mõningaid valemeid nagu R = U² / P , mis annab siis kui sinna vastavad arvud sisse panna 230 ² / 2010 = 26,32 oomi. Kui aga ei siis on ikka äkki mõistlik kasutada elektrist rohkem jagava persooni abi.

Oletame, et meil on 1 mm läbimõõduga kanthal A1 traat. See ei ole küll õige läbimõõduga, sest sellise kütteelemendi eluiga võib olla väga lühike. Miks nii selgub järgmises osas. Kui otsite kanthali käsiraamatust 1 mm Kanthal A1 traadi andmeid, antakse takistus 1,85 oomi meetri kohta. Üldiselt annab traadi müüja ka Teile traadi meetri takistuse. Ja arvutuskäik siis, mitu meetrit on vaja, et saada takistus 26.32 oomi.

26.32 / 1,85 = 14.23 meetrit, mis tähendab, et 2010 W kütte elemendi saamiseks on vaja 14.23 m Kanthal A1 traati läbimõõdus 1mm.

Meetod b

Teises meetodis võetakse arvesse, et traat muudab oma takistust järk-järgult konkreetse temperatuuri saavutamisel. See annab täpsema arvutuse. Olles vaadanud traadi Kanthal A1 andmeid kanthal mini käsiraamatust, võib sealt leida tabeli, kus on takistused ning korrektsiooniväärtused erinevatel temperatuuridel. Kanthal A1 takistus on 1,45 oomi / mm². Parandustegur on 1,04, kuna maksimaalne soovitud temperatuur oleks 1100 ° C, seega on kogu takistus: 1,45×1,04 = 1508 Ohmi / mm²

Lisaks vajame andmeid:

• takistus (vt2.1) = 26.32 oomi
• traadi läbimõõdu ristlõike pindala. 1 mm läbimõõduga traadiga saame = 0,785mm²

Traadi pikkus = (Ohm x traadi ristlõike pindlala) / Takistus

(26.32 x 0,785) / 1508 = ? m

Nagu näha kahe arvutusmeetodi vahel on erinevus ? cm. See võrdub ? vati erinevusega. Kuna see võimususe valik on liikuvusega siis ei ole eriline probleem kumba valida, kuid mõistlikum on siiski kasutada teist varianti.

3. Pinnakoormus

Üks olulisemaid kütteelementide eeldatavat eluiga mõjutavaid asju on pinnakoormus.

See ei tähenda midagi muud kui seda, kuidas kogu võimsus jaotub elemendi pinnale. Kui panete liiga peenikesele traadile liiga palju võimsust, siis traat kuumeneb ja oksüdeerub kiiresti ning tugevalt ülekuumenedes lihtsalt sulab. Seega kütteelement hävib ja ahjule tuleb uus kütteelement aretada. Selle vältimiseks peamegi valima sobiva pinnakoormuse. Pinnakoormust mõõdetakse vattides kogu traadi pindala kohta. Peab meeles pidama, et peaaegu kõik kanthali käsiraamatus toodud graafikud ja andmed põhinevad traadi jämedusel 3 mm. Tavaliselt nugade karastusahjudes kasutatakse peenemat traati. Aga võib eeldada, et peenem traat peab ka ikka sama kaua vastu, kui 3 mm traat. Oleks hea, kui saaksime kõikjal kasutada vaid 3 mm traati, kuid see pole enamasti võimalik. Kanthali ahju käsiraamat ütleb meile lehel 7, et temperatuuril 1100 ° C ei tohiks soone spiraalsete elementide pinnakoormus ületada 3 W / cm², mis on meie tavaline töörežiim. Vabalt kiirgavaid kütteelemente (siksakitamata ilma teravate nurkadeta) saab kasutada suurema pinnakoormusega (5 W / cm²), kuid selle puuduseks on see, et nad võtavad rohkem ruumi ja nende paigaldamine on palju keerulisem. Pange tähele graafiku allservas olevat väikest teksti, see on oluline, sest see ütleb meile, et sisse- / väljalülitamise juhtnupuga (mida PID teeb) tuleb kasutada umbes 20% vähem antud väärtusest: spiraal elemendid = 2,4W / cm². Kui kasutate türistori juhtimist, saate valida 3W / cm². Kui mäletate allajoonitud jaotist paar lauset, peaksite kõige paremini kasutama veelgi väiksemat väärtust, kui kasutate traati paksusega alla 3 mm. Seda soovitab tootja, kuid eks see ole kõik ka kateseeksituse teema. Alati variandiks on Evenheat või Paragon või veel midagi.. Nii et võite nüüd ette kujutada, miks varem kirjeldatud element ei pruugi kaua vastu piddada. Arvutame pinna koormuse ja siis peaks kõik selge olema.

Alguses vajame kasutatud traadi pinda. Traat pole midagi muud kui väga pikk väga õhuke silinder, nii et 14.23 m ja 1mm paksusega saame: 2 x pi x raadius x pikkus = 447.05 cm² pind. Seejärel jagatakse võimsus pinna järgi. Meie 2010W 1mm elemendi jaoks saame:

2010 W / 447.05 cm² = 4.5 W / cm²

Siiani on meie kavandatud element peaaegu poolteist korda suurem soovitatavast pinnakoormusest. Eeldage, et selle eluiga võib jääda mõnevõrra lühemaks. Siiani on kõik meie arvutused olnud õiged, kuid kõtteelementelement pole nii vastupidav, kuna valisime liiga väikese läbimõõduga traadi. Kuidas saada teada, millist suurust traadi läbimõõduga traati vajame? Tuleb lihtsalt arvutada, milline on meile sobivaim variant või siis kasutada selleks jutu lõpus olevat kalkulaatorit.

4. Küttespiraali läbimõõt + venitustegur

Lõpuks oleme jõudnud reaalse elemendini ja selle läbimõõduni. See on ka oluline tegur, kuid mitte nii oluline kui pinnakoormus. Spiraalelemendi südamiku südamiku läbimõõt peab olema vähemalt 5–7 korda suurem traadi paksusest. Kõige suurem probleem selle jures on see, kuidas antud element ahju mahutada. Samuti tuleb element üksikute mähiste vahel minimaalseks venitada. Üksikute mähiste vaheline kaugus peaks olema traadi läbimõõt 2-3 korda.

See hoiab ära elemendi enamasti

• ülekuumenemise,
• lühise üksikute mähiste vahel ja tagab pikema kasutusea.

Eriti spiraali nurkades või siis tagasipöördel olge ettevaatlik, et mähised ei ühenduks kõvera siseküljel. Enamasti tuleb selle vältimiseks elementi pöörangute peal veidi rohkem venitada. Seetõttu on soovitatav mitte valida liiga väikest venitustegurit, vastasel juhul võivad spiraali keerud üksteisele aja jooksul ligineda ja mõnes lõigus üle kuumeneda.

Edasi tuleb arvutada arvutada, kui pikk on kütteelement spiraali kujul ja venitatud olekus. Leiate, et mida paksem on traat, seda parem on pinnakoormus, kuid see tähendab pikemat ja jämedamast traadist kütteelementi. Varsti jõuate oma arvutustes sinnamaale, kus elemendi suurus on selline, et teil pole ahjus piisavalt ruumi elemendi mahutamiseks. Tavaliselt asuvad elemendid ainult kambri külgedel, seega kontrollige enne selle valmistamist piisavalt ruumi. Tore oleks, kui saaksime väikestes ahjudes kasutada hästi jämedat traati, kuid ruumi piiratuse ei ole see üldiselt võimalik.

5. Mitme elemendi ühendamine

Ahjus on suhteliselt keeruline kasutada ainult ühte kütteelementi, kuna ahju oleks vaja kuumutada suhteliselt õhtlaselt. Selleks pannaksegi üldiselt kaks kõtteelementi ahju külgedele. Neid saab siis ühendada järjestikku või püaralleelselt. Mõlemal juhul on omad eelised ja puudused. Kuigi kütteelemendid ei pea olema sama pikkusega on suurema segaduse vältimiseks on allpol toodud näites ühendatud kaks võrdset kütteelementi.

Arvutamiseks vajame kolme väärtust

• Pinge – Üldiselt võiks selleks olla meil levinud 230V
• Takistus – võtame eelpool leitud takistuse 26.32 oomi
• Elemendi pind – võtame eelpool leitud arvutuse tulemuse 447.05 cm²

5.1 Järjestikühendus:

Mis juhtub, kui võtame varem arvutatud 1 mm traadi elemendi ja ühendame kaks neist järjestikku? Võtame aluseks eelpooltoodud väärtused siis muutuvateks väärtusteks tulevad vool ja võimsus.

Kui takistid on ühendatud järjestikku, on reeglid järgmised:

Rx = R1 + R2 + R3…

Rx = 26.32 + 26.32 = 52,64 oomi

Arvutame voolutugevuse I = U / Rx = 4.37 A

Arvutame võimsuse: P = U x I = 1005 vatti

Kuna oleme traadi pikkuse kahekordistanud, oleme pinda kahekordistanud

Pinna koormus on nüüd ka väiksem: 1005/ 894.1 = 1.12 W / cm² 4.5 W / cm² asemel.

Niisiis, ühendades kaks sama elementi järjestikku, oleme viinud pinnakoormuse liigagi heale tasemele, kuid oleme vähendanud võimsust poole võrra.

5.2 Paralleelühendus

Kui takistid on ühendatud paralleelselt, kehtib järgmine:

1 / Rx = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3…

Kaks paralleelset elementi saame: 1 / Rx = 1 / 26.32 + 1 / 26.32 , seega: Rx = 13.16 oomi

Arvutame voolutugevuse: I = U / Rx = 17.48 A

Võimsus P = U x I = 4020 W

Pinna koormus: 4020 / 894.1 = 4.5 W / cm²

Nii, et elementide paralleelne ühendamine hoiab pinnakoormust, kuid suurendab võimsust. Kui kasutaksite kolme paralleelset elementi, suurendaksite võimsust veelgi, kuid säilitaksite siiski sama pinnakoormuse.

6. Ja kui kogu selle teksti oled läbi lugenud ja selgeks saanud (kalkulaator)

Eks see kalkulaator ajapikku täieneb