Расчёт электродных нагревательных устройств

При расчёте электродных нагревательных устройств определяют потребную мощность и конструктивные параметры электродной системы. Потребную мощность находят с учётом технологических условий, которые характеризуют производственный процесс.

Для нагревателей периодического действия такими параметрами являются: объём нагреваемого материала V (м³), удельная теплоёмкость с (Дж/кг·⁰С), плотность материала d (кг/м³), удельное электрическое сопротивление r (Ом·м), время нагрева t (с), начальная t₁ и конечная t₂ температуры ( ⁰С), термический КПД h_т.

Для нагревателей непрерывного действия задаётся производительность L(м³/с) установки.

И тогда:

. (3.27)

Это выражение справедливо лишь для нагревателей непрерывного действия. Для нагревателей периодического действия при возрастании мощности от Р₁ при температуре t₁ до Р₂ при t₂, которая определяется удельным сопротивлением материала при соответствующих значений температуры.

. (3.28)

Технологически потребная мощность

, (3.29)

а Р₂ определяется как

. (3.30)

Расчётная мощность:

для однофазных нагревателей – . (3.31)

для трёхфазных нагревателей – . (3.32)

Расчётный ток нагревателя:

. (3.33)

При использовании нагревателей в виде двух плоскопараллельных пластин, размещённых в ёмкости из электроизоляционного материала (при
j < j_доп) рабочая площадь (см²), каждого из электродов:

. (3.34)

По значению рабочей площади электродов S, с учётом конструктивных ограничений, определяют высоту – h (см) и ширину b (см) электродов так, чтобы h·b = S, а межэлектродное расстояние (см):

, (3.35)

где r₂ - удельное электрическое сопротивление материала при t_2, Ом·см.

Определяют действительную напряжённость электрического поля Е (3.24) и сравнивают с её допустимым значением Е_доп, при этом должно выполняться условие (3.26).

Для цилиндрических коаксиальных электродов по выражению (3.34) определяют площадь S внутреннего электрода. Приняв один из параметров h (высоту электродов) или d₂ (диаметр внутреннего электрода), рассчитывают другой параметр как S = p ·d₂· h. Затем находят диаметр внешнего:

. (3.36)

Межэлектродное расстояние:

. (3.37)

Действительную напряжённость электрического поля Е определяют по (3.25) и проверяют по условию (3.26).

При расчёте однофазных нагревателей непрерывного действия:

, (3.38)

для трёхфазных:

. (3.39)

Конструктивные их параметры рассчитывают по среднему значению удельного электрического сопротивления (r_ср) материала:

, (3.40)

. (3.41)

Косвенный электронагрев сопротивлением. Требования к материалам нагревательных элементов и их конструкции

Основным узлом ЭТУ, реализующим косвенный нагрев методом сопротивления, являются нагревательные элементы. Материал нагревательных элементов выбирают в зависимости от значения рабочей температуры (t_раб), условий работы. Учитывая кроме перечисленных, к материалам предъявляются так же специфические требования, обусловленные особенностями работы электронагревательных элементов, а именно: жаростойкость, т.е. они не должны окисляться под действием воздуха и высоких температур; жаропрочность, т.е. при высоких температурах не должны подвергаться механической деформации; большое удельное сопротивление, характеризующееся тем, что тонкие и длинные нагреватели не прочны, не удобны конструктивно, имеют малый срок службы; малый температурный коэффициент сопротивления (ТКС), что необходимо для сокращения пусковых толчков тока; электрические свойства нагревателей должны быть постоянны; материалы должны хорошо обрабатываться, т.е. быть технологичными.

Основные материалы, из которых изготавливаются нагревательные элементы ЭТУ это прежде всего, сталь и сплавы – хромникелевые (нихромы); хромалюминивые (фехрали); хромникельалюминивые (нихром с алюминием).

Наиболее применяемые и отвечающие требованиям это нихромы: Х20Н80; Х15Н60; Х25Н20; Х23Н18 и т.д. Чем больше никеля в сплаве, тем выше его качество и рабочая температура, но одновременно с этим они и дороже.

У фехралей более низкая стоимость, но прочность при высоких температурах хуже. Более высокая прочность у хромникельалюминивых сплавов (Х15Н60Ю3А).

В ЭТУ с рабочими температурами t_раб>1250⁰С применяют неметаллические нагреватели из графита, тугоплавких металлов и т. д. Температурный коэффициент сопротивления нагревателей, изготовленных из обычной стали, большой, жаростойкость и жаропрочность невысокие, сопротивление зависит от значения протекающего по ним току. Однако, они дешевле и недефицитны, поэтому их применяют для ЭТУ низкотемпературного нагрева (300…400⁰С).

Нагревательные элементы по конструктивному исполнению разделяются на: открытые; закрытые; герметические.

Открытые электронагреватели изготавливают из металлических сплавов в виде ленты или проволоки, свёрнутых в спираль или зигзагообразно. Их крепят на керамических жаропрочных изоляторах в рабочем пространстве ЭТУ. Теплота передаётся конвекцией и излучением. Чем выше температура нагрева, тем большая часть энергии инфракрасного излучения передаётся нагреваемому материалу.

Закрытый нагреватель находится в защищённой оболочке. Теплота передаётся в основном конвекцией. Следует также отметить, что открытые и закрытые нагреватели просты по конструкции и имеют невысокую стоимость, но меньше срок службы.

Герметические нагреватели или трубчатые электрические нагреватели (ТЭН).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: