close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2152

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2152
(13)
C1
6
(51) H 05B 3/30,
(12)
B 30B 15/34
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 950824
(22) 16.08.1995
(46) 30.06.1998
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЛИТА
(71) Заявитель: Минский станкостроительный завод
им. С.М.Кирова (BY)
(72) Авторы: Левин Р.И., Коваль О.Ф. (BY)
(73) Патентообладатель: Минский
станкостроительный завод им. С.М.Кирова (BY)
(57)
1. Электронагревательная плита, содержащая корпус, по крайней мере, с одним каналом, с введенным в
него нагревательным элементом, изготовленным из электрорезистивного материала, помещенного в теплопроводящий изолятор, отличающаяся тем, что теплопроводящий изолятор выполнен из эластичного материала, а нагревательный элемент установлен в канале с натягом, величина которого не менее модуля
разности величин теплового расширения канала и нагревательного элемента в диапазоне рабочих температур плиты, увеличенного на сумму высот микронеровностей сопрягаемых поверхностей.
2. Электронагревательная плита по п. 1, отличающаяся тем, что теплопроводящий изолятор нагревательного элемента выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности не менее, чем 10 вт/(м•град).
(56)
1. Чистяков А. Прессы для деревообрабатывающей промышленности.-М.: Лесная промышленность,
1970.-С.142-144.
2. Афанасьев П. С.. Конструкции и расчеты деревообрабатывающего оборудования.-М, 1970.-С. 393,
(прототип).
Фиг. 1
Изобретение относится к средствам электрического нагрева, в частности - к электронагревательным плитам и может быть использовано в горячих прессах.
Известны электронагревательные плиты, содержащие корпус, с каналами, в которые помещены электрорезистивные нагревательные элементы. Электрорезистивные элементы электрически изолированы от корпуса плиты
теплопроводящим изолирующим покрытием. Корпус защищает нагревательные элементы от механических нагрузок, возникающих при эксплуатации плит [1].
Недостатком таких плит является сравнительно неравномерное распределение температуры на их поверхности.
Известна электронагревательная плита, в которой все сечение между поверхностью электрорезистивного
элемента и внутренней поверхностью канала корпуса заполнено (запрессовано) изолирующим теплопроводящим покрытием [2]. Корпус плиты имеет большую жесткость, обеспечивающую ее эксплуатацию при
больших (сотни и тысячи тонн) нагрузках.
Поскольку, согласно закону Фурье, тепловой поток через плоскую стенку прямо пропорционален коэффициенту
теплопроводности материала стенки, разности температур на ограничивающих поверхностях (температурному напору), площади поверхности стенки и обратно пропорционален ее толщине, то заполнение пустот между электрорези-
BY 2152 C1
стивным элементом и внутренней поверхностью канала корпуса плиты материалами с увеличенным коэффициентом
теплопроводности (например, периклазовыми порошками) позволило обеспечить технологически заданный тепловой
поток при минимальном температурном напоре между поверхностями электрорезистивного элемента и плиты. За
счет этого была увеличена надежность и долговечность электронагревательной плиты.
Описанная конструкция является прототипом настоящего изобретения. Одним из ее недостатков является
низкая надежность и долговечность при работе с большими изгибными знакопеременными нагрузками, т.к. при
этом в монолитно спрессованном периклазе появляются трещины уменьшающие электрическую прочность и
увеличивающие пористость изолятора. Постоянное трение частиц периклаза, обладающих абразивными свойствами, об электрорезистивный элемент приводит к износу и уменьшению его долговечности. При увеличении
пористости изолятора, площадь контакта сопрягаемых поверхностей электрорезистивного элемента, изолятора
и корпуса уменьшается, появляются воздушные зазоры. Это снижает коэффициент теплопроводности на участке электрорезистивный элемент - внутренняя поверхность канала плиты. При этом, для обеспечения технологически заданного теплового потока, требуется, согласно закону Фурье, увеличение температурного напора
между поверхностями нагревательного элемента и корпуса плиты. Это дополнительно снижает ее надежность и
долговечность. Поскольку электрорезистивные элементы и изоляторы имеют определенную массу, то необходимость их дополнительного нагрева до более высокой температуры увеличивает энергопотери и время на разогрев
плиты.
Другим недостатком прототипа является плохая ремонтопригодность, т. к. запрессовка изолирующего
теплопроводящего покрытия в канал плиты делает фактически неразборным соединение нагревателя с плитой.
Изобретение решает задачи повышения надежности, увеличения срока службы, уменьшения энергопотерь и времени на разогрев при работе плиты с большими изгибными знакопеременными нагрузками, улучшения ее ремонтопригодности.
Эти задачи решаются за счет того, что согласно изобретению нагревательная плита содержит, как и прототип,
корпус с каналом, по крайней мере одним, и введенный в канал нагревательный элемент, изготовленный из электрорезистивного материала, помещенного в теплопроводящий изолятор.
В отличие от прототипа изолятор выполнен из эластичного материала, а нагревательный элемент установлен в канале с натягом, величина которого не менее, чем модуль разности величин теплового расширения
канала и нагревательного элемента в рабочем диапазоне температур, увеличенный на сумму высот микронеровностей сопрягаемых поверхностей.
Сопряжение канала и нагревательного элемента с указанным натягом гарантирует контакт сопрягаемых поверхностей при температуре окружающей среды и сохранение контакта при нагреве до рабочей температуры. Изготовление
изолятора из эластичного материала исключает образование пор, трещин и абразивных частиц при работе плиты с
большими изгибными знакопеременными нагрузками. При этом обеспечивается разборность конструкции и улучшается ее ремонтопригодность.
Поскольку коэффициент теплопроводности на участке нагревательный элемент - внутренняя поверхность канала плиты имеет наивысшее значение при плотном контакте и минимальной пористости сопрягаемых поверхностей, его сохранение при нагреве в рабочем диапазоне температур позволяет получить технический результат,
состоящий в том, что рабочий температурный напор, величина энергии и время на разогрев плиты получаются
наименьшими по сравнению с электронагревательными плитами других конструкций. Этим достигается решение
поставленных задач.
Другим отличием является то, что эластичный изолятор по настоящему изобретению изготовлен из материала с коэффициентом теплопроводности не ниже 10 Вт/м*град. При таком выборе материала рабочий
температурный напор в плите еще более уменьшается, что дополнительно увеличивает ее надежность и долговечность.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где показано:
на фиг. 1 - вариант конструкции электронагревательной плиты с плоским нагревательным элементом, виды в плане и сбоку;
на фиг. 2 - вариант конструкции электронагревательной плиты с круглым нагревательным элементом, виды в плане и сбоку.
Согласно изобретению, электронагревательная плита содержит разъемный корпус 1 с каналом, в котором
размещен нагревательный элемент 2, состоящий из электрорезистивного материала 3, помещенного в теплопроводящий изолятор, выполненный из эластичного материала. Нагревательный элемент 2 сопряжен с корпусом 1 плиты по посадке с натягом. Величина натяга выполняется не менее модуля разности величин теплового
расширения канала корпуса 1 плиты и нагревательного элемента 2, в диапазоне рабочих температур, увеличенного на сумму высот микронеровностей сопрягаемых поверхностей канала корпуса 1 и нагревательного элемента 2.
2
BY 2152 C1
Материал теплопроводящего изолятора нагревательного элемента 2 выбран таким, чтобы он имел коэффициент теплопроводности не ниже, чем 10 Вт/м*град., например теплопроводящая керамико-полимерная
композиция.
Описанная плита работает следующим образом.
При протекании электрического тока через электрорезистивный элемент 3, за счет рассеивания мощности на
его активном сопротивлении, в нем выделяется тепло. Тепловой поток проходит через теплопроводящий изолятор
к внешней поверхности нагревателя 2, сопряженной с корпусом 1 плиты по посадке с натягом, обеспечивающим
хороший тепловой контакт сопрягаемых поверхностей. Поскольку величина натяга выполнена такой, что этот контакт сохраняется как в холодном так и в горячем состоянии плиты в рабочем диапазоне температур, то тепловой
поток от внешней поверхности нагревателя 2 проходит к внутренней поверхности канала корпуса 1 плиты с минимальными потерями. Перенос тепла на наружные рабочие поверхности корпуса 1 плиты происходит за счет теплопроводности корпуса 1. За счет эластичности теплопроводящего изолятора обеспечивается минимальный износ и
сохранение хорошего теплового контакта нагревателя 2 с корпусом 1 плиты при ее работе с большими изгибными
нагрузками.
Так, при изготовлении корпуса 1 электронагревательной плиты из стали (коэффициент теплового линейного расширения a=11*10-6 1/град) с каналом прямоугольной формы высотой Н=3 мм, тепловое расширение
канала при изменении температуры плиты от t1=+20°С до t2=+150°С составит
dНк = H*a*(t2-t1) = 3*11*10-6*(150-20) = 4,29*10-3(мм),
где: dНк- тепловое расширение канала;
Н- высота канала в корпусе плиты;
а- коэффициент теплового линейного расширения корпуса плиты;
t2- верхнее значение рабочей температуры плиты;
t1- температура плиты в холодном состоянии.
При высоте микронеровностей сопрягаемых поверхностей канала корпуса 1 плиты и нагревательного
элемента 2 Нмо = 2,5*10-3 мм их суммарная величина составит
Нм =4*Нмо = 4*2,5*10-3 = 10-2(мм),
где: Нм- суммарная величина микронеровностей сопрягаемых поверхностей нагревательного элемента и
корпуса плиты;
Нмо- высота микронеровностей каждой из сопрягаемых поверхностей нагревательного элемента и корпуса плиты.
Если условно принять тепловое расширение нагревательного элемента 2 dНн=0, то величина натяга при
укладке нагревателя в канал корпуса 1 плиты (превышение толщины нагревательного элемента 2 над высотой канала), должна быть не менее чем
dB > = dHк+Нм = 4,29*10-3+10-2 = 1,429*10-2 (мм),
где: dВ- расчетная величина натяга в сопряжении нагревательного элемента с корпусом плиты;
dHк- тепловое расширение канала корпуса плиты в диапазоне рабочих температур;
Нм - суммарная высота микронеровностей сопрягаемых поверхностей нагревательного элемента и корпуса.
При учете температурного расширения нагревателя величина натяга может быть меньше рассчитанной
величины dB т.к. для реально существующих материалов используемых для изготовления нагревателей
dНн < 2dНк и dНк-dHн < dHк,
где: dНн- тепловое расширение нагревательного элемента в диапазоне рабочих температур;
dHк- тепловое расширение канала корпуса плиты в диапазоне рабочих температур.
Если в исполнении по фиг. 1 фактическая толщина нагревательного элемента 2, установленного в канал
корпуса 1 плиты, равна 3,1 мм, то наибольшая величина деформации (сжатия) нагревательного элемента 2 в
канале корпуса 1 плиты составит
dВф = Вф-Н+Нм =3,1-3+10-2 = 0,11 (мм),
где: dВф- фактическое максимальное сжатие нагревательного элемента в канале корпуса плиты;
Вф- фактическая толщина нагревательного элемента;
Н- высота канала в корпусе плиты;
Нм- суммарная высота микронеровностей сопрягаемых поверхностей нагревателя и корпуса плиты.
При выполнении электрорезистивного элемента 3 в виде углеродно-тканевой ленты толщиной Вн=0,5 мм
и отсутствии его сжатия, относительное сжатие эластичного теплопроводящего изолятора составляет
dВи = dBф*100/(Bф-Bн) = 0,11*100/(3,1-0,5) = 4,23%,
гдe: dBи- oтнocитeльнoe сжатие теплопроводящего изолятора;
dBф- фактичecкoe максимальное сжатие нагревательного элемента в канале корпуса плиты;
Вф- фактическая толщина нагревательного элемента;
Вн- толщина электрорезистивного элемента.
3
BY 2152 C1
Таким образом, для приведенного примера, величина относительной остаточной деформации при сжатии
эластичного изолятора на 4,23% при температуре +150°С может составлять
dBo = 100-dB*100/dBф = 100-1,429*10-2*100/0,11 = 87%,
где: dВо- величина относительной остаточной деформации теплопроводящего эластичного изолятора;
dB- расчетная величина натяга в сопряжении нагревателя с корпусом плиты;
dВф- фактическое максимальное сжатие нагревательного элемента в канале корпуса плиты.
По результатам испытаний опытных образцов эластичных теплопроводящих изоляторов, изготовленных
из теплопроводящей керамико-полимерной композиции, фактическая величина относительной остаточной деформации при сжатии изолятора на 4,23% при температуре +150°С составила не более 30%. Это показывает,
что при реально выполнимых требованиях к сохранению эластичности теплопроводящего изолятора возможно
обеспечить сопряжение теплопередающих поверхностей нагревательного элемента 2 и корпуса 1 нагревательной плиты по посадке с натягом, при котором плотный контакт между ними, достигнутый за счет упругого сжатия изолятора, не утрачивается в рабочем диапазоне температур плиты, обеспечивая возможность поддержания
максимальной величины теплового потока на участке электрорезистивный элемент 3 - корпус 1 при работе плиты с большими изгибными знакопеременными нагрузками.
Фиг. 2
Cоставитель С.В. Лазарчук
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
by2152, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа