Сделай Сам Свою Работу на 5

Электрический и конструктивный расчёты нагревательных элементов





Цель электрического расчёта нагревателей – определение их размеров (сечение и длины).

Исходные данные для расчёта: напряжение питания Uпит; мощность одного нагревателя Рн; условия работы нагревательных элементов, температурный режим.

Расчёт нагревателей основан на совместном решении, связывающих электрические и тепловые параметры нагревателей

, (3.44)

а также уравнение теплообмена при теплопередаче:

теплопроводностью

. (3.45)

конвекцией

. (3.46)

излучением

, (3.47)

где a1 – коэффициент эффективности излучения нагревателей; Руит; Рудк; Руди удельные поверхностные мощности нагревателей при теплообмене теплопроводностью, конвекцией, излучением, Вт/см2.

 

Удельная поверхностная мощность определяется:

. (3.48)

Зная конкретные условия работы нагревателей можно определить Рудт; Рудк; Руди. Однако расчёты по формулам (3.48) носят приближенный характер.

Обозначим в общем случае удельную поверхностную мощность нагревателя Руд, а основные размеры определяем из следующих уравнений:

. (3.49)

Тогда:

. (3.50)

. (3.51)

Для нагревателей круглого сечения поперечный периметр нагревателя и площадь поперечного сечения нагревателя:



, . (3.52)

Подставив (3.52) в (3.51), можно определить диаметр нагревателя круглого сечения:

. (3.53)

По расчётному значению диаметра d подбирают ближайший, больший стандартный диаметр проволоки нагревателя. Длина же выбранного провода определяется по формуле:

. (3.54)

При рабочей температуре tраб >7000C рекомендуется применять для открытых нагревательных элементов проволоку диаметром d>5мм и ленту толщиной а>1,5 мм, так как малое сечение из-за окисления материала приводит к значительному сокращению срока службы нагревателей.

Основные параметры можно рассчитать упрощённо с использованием таблиц по значениям рабочего тока и расчётной температуре. Температуру рабочей поверхности нагревателя tраб принимают такой, чтобы она была больше технологически необходимой температуры материала.

Для расчёта открытого нагревателя круглого сечения используют следующие выражения:

. (3.55)

. (3.56)

По tрасч и I раб по таблице 3.1 определяют S сечение (мм2) и диаметр d (мм) проволоки.



Нагревательный провод может быть намотан в виде спирали или уложен равномерно на керамический каркас и защищён пластинами из жаропрочного электроизоляционного материала или металла, что повышает температуру элементов. Чтобы выбрать сечение нагревателя по таблице 3.1, находят расчётную температуру по формуле:

, (3.57)

где kм – коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение условий охлаждения нагревателя из-за его конструктивного исполнения; kс – коэффициент среды, учитывающий улучшение фактических условий охлаждения нагревателя по сравнению с неподвижной воздушной средой.

 

Для нагревательного элемента из проволоки, свитой в спираль, kм=0,8…0,9; свитой в спираль на керамическом основании – kм=0,6…0,7; для проволоки нагревательных плиток и некоторых трубчатых водонагревателей – kм=0,5…0,6; для проволоки лабораторных печей, электронагревателей пола и почв – kм=0,3…0,4. Меньшие значения kм соответствуют проволочным нагревателям меньшего диаметра, большие – большего диаметра.

Таблица 3.1 Допустимая нагрузка на нихромовую неизолированную проволоку, подвешенную горизонтально в спокойном воздухе при 20 ºС

 

Диаметр проволоки, мм Сечение, мм2 Сила тока, А, при расчётной температуре, ºС
0,1 0,00785 0,10 0,47 0,63 0,72 0,80 0,90 1,00
0,2 0,03140 0,65 1,03 1,40 1,65 1,82 2,00 2,30
0,3 0,08500 1,05 1,63 2,27 2,70 3,05 3,40 3,85
0,4 0,12600 1,50 2,34 3,30 3,85 4,40 5,00 5,70
0,5 0,19500 2,00 3,15 4,50 5,20 5,90 6,75 7,70
0,6 0,34200 2,52 4,00 5,70 6,50 7,50 8,50 9,70
0,7 0,38500 3,10 4,80 9,95 7,80 9,10 10,30 11,80
0,8 0,50300 3,70 5,70 8,15 9,15 10,80 12,30 14,00
0,9 0,63600 4,25 6,70 9,35 10,45 12,30 14,50 16,50
1,0 0,78500 4,85 7,70 10,80 12,10 14,30 16,80 19,20
1,1 0,95000 5,40 8,70 12,40 13,90 16,50 19,10 21,50
1,2 1,13000 6,00 9,80 14,00 15,80 18,70 21,60 24,30
1,3 1,33000 6,60 10,90 15,60 17,80 21,00 24,40 27,00
1,4 1,54000 7,25 12,00 17,40 20,00 23,30 27,00 30,00
1,5 1,77000 7,90 13,20 19,20 22,40 25,70 30,00 33,00
1,6 2,01000 8,60 14,40 21,00 24,50 28,00 32,90 36,00
1,8 2,54000 10,00 16,90 24,90 29,00 33,10 39,00 43,20
2,0 3,14000 11,70 19,60 28,70 33,80 39,50 47,00 51,00
2,5 4,91000 16,60 27,50 40,00 46,60 57,50 66,50 73,00
3,0 7,07000 22,30 37,50 54,50 64,00 77,00 88,00 102,00
4,0 12,6000 37,00 60,00 80,00 93,00 110,00 129,00 151,00
5,0 19,6000 52,00 83,00 105,00 124,00 146,00 173,00 206,00

 



При работе в условиях, отличающихся от свободной конвекции, принимают kс=0,6…0,7 – для нагревателей элементов в воздушном потоке; kс=2,5 – в неподвижной воде; kс=3,0…3,5 – в потоке воды.

Температура рабочей поверхности нагревателя должна удовлетворять условию:

, (3.58)

где tmax- максимально допустимая температура нагревательного элемента.

Длина провода:

. (3.59)

где d – диаметр проволоки нагревателя, м; ρ – удельное сопротивление материала нагревателя при действительной температуре, Ом·м.

 

Используя допуски, регламентируемые требованиями особенностей конструкции и расчётные формулы производят компоновку рабочего пространства электротермической установки.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.