Самокомпенсирующийся металлический нагреватель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03.01.74 (21) 1983182/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.02.78. Бюллетень №5 (45) Дата опубликования описания 25 01.78 (11) 59203О (51) M. Клх

Н 05 В 3/24

Государственный комитет

Совета Министров СССР оа делам изобретений н открытий (53) УДК621 3 039.,663 (088.8) (72) Автор: изобретения

А. С. Басин

Институт теплофизики Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) САМОКОМПЕНСИРУЮШИЙСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ

НАГРЕВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротермии, а именно к электронагревателям электрических резистивных печей, особенно высокотемпературных, в частности трубчатых.

Известны нагреватели в виде цилиндрических труб и трубчатых конструкций, в том числе со сплошными стенками, изготовляемые из тонкого листового металла (1).

Недостаток этих конструкций состоит в большой трудоемкости технологии их изготовления, требующей сложной механической и термической обработки или сварки для придания им соответствующей формы. Дополнительные усложнения вызывает необходимость компенсации значительного теплового расширения нагревателя.

Известны самокомпенсирующиеся электронагреватели, содержащие резистивный элемент в виде трубы, выполненной из ленты из упругого металла, намотанный по спирали на фиксируюшее ее изоляционное основание с плотным прижатием и частичным перекрытием соседник витков друг другом и с надетой поверх всей спирали изоляционной трубкой, удерживающей ее витки от раскручивания (2).

Однако конструкция содержит несколько элементов фиксации (основание и трубку) и также сложна в изготовлении.

Целью изобретения является упрощение конструкции и технологии ее изготовления.

Это достигается установкой элемента фиксации на одном конце нагревателя на перекрытии последнего и предпоследнего витков спирали. При этом элемент фиксации может быть выполнен например, в виде хомута, охватывавшего место перекрытия двух последних витков спирали. Для нагревателей из тонкого металла в качестве хомута может быть примещ иена полихлорвиниловая лента с липким слоем, Скрепление между собой двух последних витков спирали может быть произведено также всеми известными способами для листовых металлов, в частности сваркой, клепкой, пайкой, склеиванием и т. д., причем для точечной сварки, клепки или болтового соединения достаточно двух точек сварки, двух заклепок или двух болтов с гайками на образующей трубы на участке перекрытия витков.

На фиг. 1 дан нагреватель с элементом фиксации,в виде хомута; на фиг. 2 — то же, с элементом фиксации в виде заклепки.

Тонкая широкая металлическая лента 1 из упругого материала, например молибдена, скручена по спирали, соседние витки ее плотно прижаты друг к другу и частично перекрываются. Предварительный натяг вдоль витков -=.

592030 кой упругой ленты обеспечивает практическую цилиндричность и сохраняемость формы нагревателя. Хомут 2 служит для предотвращения саморазварачивания нагревателя. Нагреватель представляют собой тонкостенную трубу практически цилиндрической формы, если использована достаточно тонкая лента, малое перекрытие витков (на 10 — 15 /о ширины), а диаметр трубы выбран много большим толщины ленты.

Концы ленты обрезаны перпендикулярно оси получающейся трубы для удобства монтажа нагревателя в токоподводах. Возможно несколько способов жесткого закрепления нагревателя в неподвижных токоподводах. Один .из них заключается в следующем. Концы нагревателя разрезаны вдоль образующих трубы на узкие контактные полоски 3. Длина разрезов определяется толщиной токоподвода и толшиной ленты. Ширина контактных полосок выбирается, исходя из диаметра трубы и толщины ленты.

Для монтажа нагревателя полоски 3 отгибаются- наружу (фиг. 1) так, чтобы они равномерно прилегали к контактной поверхности токоподвода и могли быть прижаты к ней специальным устройством. Лучше всего подходит для этой цели тороидальный переход к контактной поверхности на токоподводе, обеспечиваюгций изгибание тонких и узких контактных полосок практически без изломов.

Нагреватель такой конструкции имеет свойство самокомпенсации теплового удлинения при фиксированной длине за счет пружинного эффекта, так как большая часть витков не скреплена между собой.

В работе при прохождении тока через нагреватель температура его повышается, что приводит к тепловому удлинению ленты, наибольшему вдоль витков нагревателя. Удлинение ленты компенсируется за счет сдвига витков относительно друг друга, причем нагреватель приобретает бочкообразную форму с относительно наибольшим увеличением диаметра в центре рабочей зоны печи. Так как тепловое удлинение каждого витка невелико, такие сдвиг и изгиб ленты не приводят к большим деформациям нагревателя и опасным осевым напряжениям. Наибольшие деформации и напряжения должны наблюдаться около токоподводов, т. е. в зоне наибольших градиентов температур в нагревателе, íî KBK раз здесь наиболее низкие температуры.

Контактные сопротивления в зоне перекрытия витков спирали велики по сравнению с сопротивлением самок ленты, поэтому ток в нагревателе идет, в основном, вдоль ленты, по виткам. Большие контактные сопротивления обеспечивают относительно большее сопротивление нагревателя B сравнении с прямошовной или бесшовной трубой одинаковых габаритов и предотвращают возможность самопроизвольн го сваривания витков друг с другом при работе нагревателя в печах с газовой атмосферой.

При работе нагревателя в вакуумных высокотемпературных печах возможность самопроизвольной локальной сварки витков между собой может быть несколько ослаблена применением материала, содержащего на одной из поверхностей тонкий слой химически инертного, нелетучего и непроводяшего материала, т. е. ц практически металлической ленты с односторонним покрытием из высокотемпературных окислов типа окиси алюминия. Толщина изоляционного слоя определяется только сохранением механических характеристик (упругости и радиуса изгиба) ленты, а нанесение слоя

15 возможно всеми известными способами.

Затраты труда на изготовление и стоимость изготовления предлагаемого нагревателя в tecколько раз ниже затрат и стоимости изготовления известных конструкций. При изготовлении этого нагревателя практически не требуется применение операций термообработки, отсутствует необходимость в механической обработке на станках.

Нагреватель может быть изготовлен в очень широком диапазоне размеров длины и диа 5 метра, без каких-либо изменений в конструкции и без сушественных изменений в технологии изготовления.

Нагреватель имеет сплошную тепловыделяющую поверхность, симметричное температурное поле и свободный доступ в рабочее пространство печи с двух сторон.

Нагреватель из молибденовой ленты тол. шиной 0,1 мм и шириной 100 мм с диаметром трубы 60 мм и длиной 300 мм прошел успешные испытания в печи с аргоном до температуры в рабочей зоне 1600 С.

Формула изобретения

1. Самокомпенсируюшийся металлический нагреватель, содержащий резистивный элемент в виде трубы, выполненной из ленты из упругого металла, например молибдена, скрученной по спирали, соседние витки которой плотно прижаты и частично перекрывают дру друга, и элемент фиксации витков, отличающийся те:" что, с целью упрощения конструкции и технологии ее изготовления, элемент фиксации установлен на конце нагревателя на перекрытии двух последних витков спирали.

2. Нагреватель по и. l, отличающийся те;;, что элемент фиксации выполнен в виде хо;tiта, охватываю;цего перекрытие указанных витков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 Лейканд М. С. Вакуумные электрически" печи. 1968, с. 127 — 137.

2. Патент СШЛ No 3084242, кл. 219 — 542, 196).

592030

Рыг. 2

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор И. Тимофеева

Заказ 611/51

Составитель Л. Ходатаева

Техред О. Луговая Корректор Н. Яцемирская

Тираж 992 Подписное