玻纖織物高溫強力檢測電阻加熱裝置設(shè)計與制造

【摘要】介紹了織物加熱裝置設(shè)計全過程，解決了試驗機與織物加熱裝置配套使用及檢測試件方便進爐加熱拉伸的關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了織物高溫強力檢測的目的。

【關(guān)鍵詞】織物高溫強力檢測：加熱裝置：設(shè)計：應用

前言

高硅氧玻纖織物的主要性能是耐高溫，長期在900℃環(huán)境下使用的耐熱材料。但長期以來該產(chǎn)品在高溫環(huán)境下的強力變化一直無法得到檢測，使該產(chǎn)品溫度與強力的變化規(guī)律無法得到考證，不能為指導生產(chǎn)優(yōu)化工藝提供科學依據(jù)。為了解掌握該產(chǎn)品溫度與強力的變化規(guī)律，根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計制造與現(xiàn)試驗機配套使用的玻纖織物高溫強力檢測加熱裝置。

1、該裝置使用功能及要求

要求與現(xiàn)試驗機配套使用，爐內(nèi)工作溫度≤1000℃，試件規(guī)格300mm×50mm×≤5mm的各種紡織制品。該裝置安裝檢測試件操作要安全方便，測試數(shù)據(jù)準確。

2、加熱裝置方案設(shè)計與確定

方案一：根據(jù)使用要求，該方案由小車支架和爐體兩部分組成，爐體分為兩部分，一部分固定在支架上，另一部分由轉(zhuǎn)軸合頁相連組成旋轉(zhuǎn)開啟結(jié)構(gòu)爐體。使用時調(diào)整好位置及水平，使爐體上下中心對準試驗機上下夾具，待爐溫升到設(shè)定值時，打開旋轉(zhuǎn)爐體、把被檢測試件夾在試驗機的上下夾具中，關(guān)上爐體、保溫、拉伸測試。如圖一所示：但因該結(jié)構(gòu)在使用中受試驗機兩立住限制爐體開口小無法安裝檢測試件。

方案二：爐體分為兩部分對開式結(jié)構(gòu)，如圖二所示：爐體安裝在支架軌道上，使用操作如方案一，該爐體結(jié)構(gòu)特點是開口大，但該結(jié)構(gòu)與試驗機配合使用仍存在以下問題：1）打開爐體安裝檢測試件時，由于前后是爐體左右是試驗機立柱且在爐內(nèi)側(cè)安裝試件，爐內(nèi)溫度高操作不安全。2）由于爐體打開、爐溫下降、合上爐體需升溫，操作時間長效率低。3）爐口接觸面經(jīng)常碰撞磨損易壞，影響爐體保溫，所以該結(jié)構(gòu)不能滿足操作安全節(jié)能實用的目的。

方案三：爐體為整體結(jié)構(gòu)，該爐體上設(shè)計有爐口及爐口門，該爐體固定在可前后移動的托板上，使用時調(diào)整好位置，試驗機上夾持好被檢測試件，當爐溫升到設(shè)定值時轉(zhuǎn)動手輪使托板移動，當檢測試件穿過爐口進到爐內(nèi)，關(guān)上爐口旋轉(zhuǎn)門保溫到設(shè)定時間拉伸檢測，反方向轉(zhuǎn)動手輪爐體回到起始位置，如圖三所示。該結(jié)構(gòu)的特點是：1）轉(zhuǎn)動手輪、絲杠轉(zhuǎn)動帶動燕尾槽上托板往返移動、實現(xiàn)爐體往返進入試驗機上下橫梁之間進行加熱檢測試件。2）該裝置結(jié)構(gòu)緊湊運動平穩(wěn)，安裝檢測試件在爐體外安全方便。3）爐體是整體結(jié)構(gòu)爐內(nèi)溫度變化小可使檢測工作連續(xù)不中斷，節(jié)省時間效率高。該裝置達到了和試驗機配套使用，實現(xiàn)了織物高溫強力檢測的目的。

3、該裝置爐體設(shè)計與確定[1]

3.1爐襯：根據(jù)使用要求加熱升溫快、保溫效果好加熱元件好布置等因素，設(shè)計此爐襯為三件一體結(jié)構(gòu)，即爐襯上蓋、爐身、爐襯底蓋。內(nèi)腔為圓柱形80mm×170mm，加熱元件為螺旋形式軸向均布鑲嵌在爐襯內(nèi)溝槽中。

3.2爐襯材料：因加熱爐使用溫度為≤1000℃，考慮到價格加工制作方便等因素，選用耐火黏土材料為制作爐襯材料，該材料的主要物理性能為：

使用溫度為≤1400℃、導熱系數(shù)：λ1=0.835+0.00058t〔W/（m·℃）〕。

3.3保溫隔熱材料：以達到保溫隔熱要求為標準及價格加工制作方便等因素，選用硅藻土板為保溫隔熱材料，該材料的主要物理性能為：

使用溫度為≤900℃、導熱系數(shù)；λ2=0.063+0.00014t〔W/（m·℃）〕。

4、耐熱材料和保溫材料的厚度設(shè)計與確定

該爐體結(jié)構(gòu)主要為導熱傳熱，所以加熱爐的熱量損失計算轉(zhuǎn)化為雙層平壁導熱計算。因此爐體結(jié)構(gòu)材料之間是緊密接觸所以設(shè)爐襯內(nèi)溫度為1000℃、爐襯與保溫材料接觸處溫度為900℃、爐體外板溫度為≤60℃。設(shè)兩種材料的厚度分別為δ1、δ2，設(shè)該爐體允許單位熱量損失1500W/m2。

故有λ1=0.835+0.00058t=0.835+0.00058×（1000+900）/2=1.38W/（m2·℃）λ2=0.063+0.00014t=0.063+0.00014×（900+60）/2=0.1302W/（m2·℃）由平壁計算公式：q=（t1-t2）λ1/δ1=（t2-t3）λ2/δ2、q為設(shè)允許單位熱量損失1500W/m2。代入得（1000-900λ1/δ1=（900-60）λ2/δ2 =1500

δ1=0.092m δ2=0.0729m 取整數(shù) δ1=90mm δ2=75mm

5、功率計算[2]

5.1面積負荷法確定加熱爐功率

因爐內(nèi)使用溫度為1000℃，所以理論設(shè)計按1100℃計算，因100cm2爐內(nèi)表面所需功率220W。由公式P（總功率kW）=S（內(nèi)表面積m2 ）×F（100cm2所需功率瓦數(shù)W）

P（總功率kW）=8×3.14×17×220/100=0.94kW 取整數(shù)P（總功率kW）=1kW

5.2功率評定、實際功率確定及加熱爐功率校核

經(jīng)計算考慮到電壓潑動電熱絲老化對爐溫的影響及要求加熱升溫快等因素，加熱爐實際功率為N實=K P理（K取1.2—1.5）K取最大值1.5。所以N實=KP理=1.5×1=1.5kW

因設(shè)加熱爐允許熱量損失為1500W/m2，爐體總熱量損失為Q總損=qS

Q總損=qS=1500×3.14×0.08×0.17=64W

因N實=1500W?64W，所以實際功率取1.5kW滿足使用要求。

6、電熱元件的選擇及尺寸計算【2】

根據(jù)要求電熱元件最高使用溫度應比爐襯內(nèi)的工作溫度要高100℃—200℃。所以綜合材料性能對比選擇鐵鉻鋁為加熱爐的電加熱材料。該材料的主要物理性能為：最高使用溫度≤1200℃，電熱體的允許表面積負荷值W=10·w/cm2，20℃電阻系數(shù)ρ0=1.45Ωmm2/m、20℃溫度系數(shù)α0=（3-4）×10-51/℃電熱體的最高工作溫度t=1100℃，所以Ρt（1100℃時的電阻系數(shù)）=ρ0（1+α0t）=1.45（1+4×10-5×1100）=1.49Ωmm2/m，留出電壓可調(diào)余地，設(shè)工作電壓以200V計算 。代入

7、電熱元件實際表面積功率負荷進行校核

S（電熱元件的表面積）=3.14×0.1cm×1405cm=441.17cm2，P總=1500W

W實=1500/441.17=3.4W/cm2<10W/cm2，因此選擇的電熱元件，在使用要求的功率范圍內(nèi)。

8、總結(jié)

通過設(shè)計制造該裝置實現(xiàn)了織物在高溫時進行強力檢測，通過對織物高溫強力的檢測進一步了解了玻纖織物在不同溫度段的強力變化，為指導生產(chǎn)優(yōu)化工藝提供了科學參考依據(jù)，該裝置操作簡單安全方便實用，達到了為生產(chǎn)服務的目的。該裝置以申報專利，專利號為201320555268.2