Самокомпенсирующийся металлический нагреватель Советский патент 1978 года по МПК H05B3/24 

1

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 фиксирующее ее изоляционное основание с плотным прижатием и частичным перекрытием соседних 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 та-кже 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, охватывающего место перекрытия двух последних витков спирали. Для нагревателей из тонкого металла в качестве хомута может быть применейа полихлорвиииловая 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 щирокая 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 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% ширины), а диаметр трубы выбран -.много большим толщины ленты.

Концы ленты 1 обрезаны перпендикулярно оси получаюодейся трубы для удобства монтажа нагревателя в токоподводах. Возможно несколько способов жесткого закрепления нагревателя в негюдвижных токоподводах. Один .из них заключается в следующем. Концы нагревателя разрезаны .h образующих трубы на узкие контактные полоски 3. Длина разрезов определяется толщиной токоподвода, и толщиной 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 и.ели тороидальный переход к контактной поверхности на токоподводе, обеспечивающий изгибание тонких и узких контактных полосок практически без изломов.

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

В работе при црохождении тока через нагревате.ть температура его повышается, что приводит к теплово.му удлинению ленты, наибольщему вдоль витков нагревателя. Удлинение ленты компенсируется за счет сдвига витков относительно друг друга, причем нагреватель приобретает бочкообразную форму с- относительно наибольшим увеличение.м 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 напряжения.м. Наибольшие деформации и напряжения должны наблюдаться около токоподводов, т. е. в зоне наибольших градиентов температур в нагревателе, но как раз здесь наиболее низкие температуры.

Контактные сопротивления в зоне перекрытия витков спирали велики по сравнению с сопротивлением самой ленты, поэтому ток в нагревателе идет, в основно.м, вдоль ленты, по виткам. Большие контактные сопротивления обеспечивают относительно большее сопротивление нагревателя в сравнении с прямоиювной или бесшовной трубой одинаковых габаритов и предотвращают возможность самопроизвольного сваривания витков друг с другом при работе нагревателя в iieHax с газовой ат.мосферой.

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

возможно все.ми известны.ми сносооами.

Затраты труда на изготош1ение и стоимость изготовления предлагаемого нагревателя в несколько раз ниже затрат и стоимости изготовления известных конструкций. При изготовлеQ НИИ 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 диа5 .метра, без каких-либо изменений в конструкции и без существенных изменений в технологии изготовления.

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

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

Формула изобретения

1.Са.моко.мпенсирующийся металлический нагреватель, содержащий резистивный элемент в виде тр-убы, выполненной из ленты из упругого металла, например молибдена, скрученной по спирали, соседние витки которой плотно прижаты и частично перекрывают друг друга,

5 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 п. 1, отличающийся тем, что элемент фиксации выполнен в виде , охватывающего перекрытие указанных витков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 Лейканд М. С. Вакуу.мные .электрические печи. 1968, с. 127-137.

2. Патент США ,№ 3084242, кл. 219-542, 1961,

Фиг.

Фиг. 2.