Расчет нагревательных элементов

Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности P, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки W_T и поверхности спирали W_П, конфигурации, а также о размерах рабочего пространства, в котором он установлен.

Суммарную мощность ТЭНов, установленных в аппарате определяют при расчете теплового баланса и определения мощности аппарата.

Мощность ТЭНа P, Вт, определяют из соотношения

(21)

где - суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;

n – количество ТЭНов, шт.

Напряжение электрической сети U, В, определяют из технической характеристики аппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть.

В зависимости от того в какой среде работает нагревательный элемент выбирают поверхностную нагрузку нагревателя. Значения удельных нагрузок на поверхности трубки W_T и поверхности спирали W_П берут из таблицы 2.3 [3, с.24].

Исходные данные сводят в таблицу 3.2

Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета ТЭНа

Наименование показателя	Значение показателя
Суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате,
Количество ТЭНов в аппарате, n, шт
Единичная мощность ТЭНа, Р, Вт	1083,3
Напряжение электрической сети, U, В
Вид среды, в которой работает ТЭН	Воздух
Удельная нагрузка на поверхности трубки	1,2
Удельная нагрузка на поверхности спирали	7
Конфигурация ТЭНа	U-образная
Размеры рабочего пространства, в котором установлены ТЭНы, м	0,83:0,8:1,59

Перед выполнением расчета вычерчивают эскиз ТЭНа с указанием расчетных парамеров (рисунок 3.2)

а - параметры трубки; б – параметры спирали.

Рисунок 4 – Схема к расчету ТЭНа

Определяем длину активной части трубки ТЭНа , по формуле

(22)

где – длина активной части трубки ТЭНа, м;

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт;

- диаметр трубки ТЭНа, м;

- удельная нагрузка на поверхности трубки, Вт/м²;

Диаметр трубки принимают в пределах =0,006…0,016 м.

К расчету принимаем Р = 1083,3Вт, =0,016 м, = Вт/м² (таблица 3.2).

Отсюда

Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки , из соотношения

(23)

где -длина активной части трубки ТЭНа, м;

-коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки.

Находим полную развернутую длину трубки после опрессовки , по формуле

где - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

К расчету принимаем длину пассивного конца трубки 0,04м, [3, c.25].

Отсюда

Находим сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки R, Ом, из выражения

где R - сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки, Ом;

- напряжение электрической сети, В;

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт.

К расчету принимаем U=220 В, Р =1083,3Вт (таблица 3.2).

Отсюда

Находим сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки , из выражения

(24)

где - коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки; =1,3.

Рассчитываем удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, , по формуле

(25)

где - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20

- температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления проволоки при изменении температуры,

t – рабочая температура проволоки,

К расчету принимаем сплав Нихром Х20Н80 со следующими параметрами: .

Ом·м.

Определяем диаметр проволоки ТЭНа, d, м, по формуле

(26)

Выбираем ближайший стандартный диаметр, =0,6мм.

Находим длину проволоки ТЭНа, , из выражения

(27)

Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке , из выражения

(28)

< , т.е. не превышает предельно допустимой удельной мощности

Вычисляем длину одного витка спирали , по формуле

(29)

где 1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее

со стержня намотки;

- диаметр стержня намотки, м. Принимаем

Находим количество витков спирали n, шт., по формуле

(30)

Находим расстояние между витками спирали а, м., которое связано с длиной активной части трубки ТЭНа соотношением

(31)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали должно быть соблюдено соотношение > .

Определяем шаг спирали s,м, по формуле

(32)

Вычисляем коэффициент шага , по формуле

(33)

Вычисляем коэффициент стержня намотки , по формуле

(34)

Определяем диаметр спирали ТЭНа по формуле

(35)

Находим общую длину проволоки , с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков

(36)

Дата добавления: 2015-08-17