Šildymo elemento apskaičiavimas

Norint nustatyti vieną iš pagrindinių kaitinimo elemento laido parametrų — skersmenį d, m (mm), naudojami du skaičiavimo būdai: pagal leistiną savitąją paviršiaus galią PF ir naudojant dabartinių apkrovų lentelę.

Leistoji savitoji paviršiaus galia PF= P⁄F,

čia P – laidinio šildytuvo galia, W;

F = π ∙ d ∙ l — šildytuvo plotas, m2; l — vielos ilgis, m.

Pagal pirmąjį metodą

čia ρd — vielos medžiagos elektrinė varža esant faktinei temperatūrai, Ohm • m; U yra šildytuvo laido įtampa, V; PF – skirtingų šildytuvų savitosios paviršiaus galios leistinos vertės:

Antrasis metodas naudoja dabartinių apkrovų lentelę (žr. 1 lentelę), sudarytą iš eksperimentinių duomenų. Norint naudoti nurodytą lentelę, reikia nustatyti apskaičiuotą šildymo temperatūrą Tp, susijusią su faktine (arba leistina) laidininko Td temperatūra, santykiu:

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

kur Km – įrengimo koeficientas, atsižvelgiant į šildytuvo aušinimo sąlygų pablogėjimą dėl jo konstrukcijos; Kc yra aplinkos veiksnys, atsižvelgiant į šildytuvo aušinimo sąlygų pagerėjimą, palyginti su stacionaria oro aplinka.

Šildymo elementui iš vielos, susuktos spirale, Km = 0,8 … 0,9; tas pats, su keramikiniu pagrindu Km = 0,6 ... 0,7; šildymo plokščių ir kai kurių kaitinimo elementų laidui Km = 0,5 ... 0,6; laidininkui iš elektrinių grindų, grunto ir šildymo elementų Km = 0,3 ... 0,4. Mažesnė Km reikšmė atitinka mažesnio skersmens šildytuvą, didesnė – didesnio skersmens.

Eksploatuojant kitomis sąlygomis nei laisva konvekcija, kaitinimo elementams oro sraute imamas Kc = 1,3 … 2,0; elementams stovinčiame vandenyje Kc = 2,5; vandens sraute — Kc = 3,0 … 3,5.

Jei nustatoma būsimo (suprojektuoto) šildytuvo įtampa Uph ir galia Pf, tada jo srovė (fazei)

Iph = Pph⁄Uph

Pagal apskaičiuotą šildytuvo srovės vertę reikiamai apskaičiuotai jo šildymo temperatūrai pagal 1 lentelę randamas reikiamas nichromo laido skersmuo d ir reikalingas laido ilgis m, šildytuvo gamybai. skaičiuojamas:

čia d yra pasirinktas vielos skersmuo, m; ρd yra laidininko savitoji elektrinė varža esant faktinei šildymo temperatūrai, Ohm • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

kur αр - atsparumo temperatūros koeficientas, 1/OS.

Norėdami nustatyti nichromo spiralės parametrus, paimkite vidutinį posūkių skersmenį D = (6 … 10) ∙ d, spiralės žingsnį h = (2 … 4) ∙ d,

posūkių skaičius

spiralės ilgis lsp = h ∙ n.

Skaičiuojant kaitinimo elementus, reikia atsiminti, kad spiralinės vielos varža paspaudus kaitinimo elementą

čia k (y.s) yra koeficientas, kuriame atsižvelgiama į spiralės pasipriešinimo sumažėjimą; eksperimentiniais duomenimis, k (s) = 1,25. Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad spiralinio laido savitoji paviršiaus galia yra 3,5 ... 5 kartus didesnė už vamzdinio kaitinimo elemento savitąją paviršiaus galią.

Praktiniuose šildymo elemento skaičiavimuose pirmiausia nustatykite jo paviršiaus temperatūrą Tp = To + P ∙ Rt1,

kur Tai aplinkos temperatūra, ° C; P – kaitinimo elemento galia W; RT1 - šiluminė varža vamzdyje - vidutinė sąsaja, ОC / W.

Tada nustatoma apvijos temperatūra: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

kur Rt2 yra vamzdžio sienelės šiluminė varža, ОC / W; RT3 — užpildo šiluminė varža, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), kur α – šilumos perdavimo koeficientas, W / (m ^ 2 • ОС); F - šildytuvo plotas, m2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), čia δ yra sienelės storis, m; λ — sienos šilumos laidumas, W / (m • ОС).

Daugiau informacijos apie šildymo elementų įrenginį rasite čia: Šildymo elementai. Įrenginys, parinkimas, valdymas, šildymo elementų prijungimas

1 lentelė. Srovės apkrovų lentelė

1 pavyzdys. Apskaičiuokite vielos spiralės pavidalo elektrinį šildytuvą pagal leistiną savitąją paviršiaus galią PF.

Būklė.Šildytuvo galia P = 3,5 kW; maitinimo įtampa U = 220 V; vielos medžiaga — nichromas Х20Н80 (20 % chromo ir 80 % nikelio lydinys), todėl vielos savitoji elektrinė varža ρ20 = 1,1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; atsparumo temperatūros koeficientas αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; spiralė atvira, metalinės formos, spiralės darbinė temperatūra Tsp = 400 ОC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. Nustatykite d, lp, D, h, n, lp.

Atsakymas. Ritės varža: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13,8 omo.

Savitoji elektrinė varža esant Tsp = 400 OS

ρ400 = 1,1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (400-20)] = 1,11 ∙ 10 ^ (- 6) omų • m.

Raskite vielos skersmenį:

Iš išraiškos R = (ρ ∙ l) ⁄S gauname l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ), iš kur vielos ilgis

Vidutinis spiralės posūkio skersmuo yra D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0,001 = 0,01 m = 10 mm. Spiralinis žingsnis h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 mm.

Spiralės apsisukimų skaičius

Sraigės ilgis yra lsp = h ∙ n = 0,003 ∙ 311 = 0,933 m = 93,3 cm.

2 pavyzdys. Struktūriškai apskaičiuokite laido varžos šildytuvą, kai nustatome laido skersmenį d, naudodamiesi dabartinių apkrovų lentele (žr. 1 lentelę).

Būklė. Laidinio šildytuvo galia P = 3146 W; maitinimo įtampa U = 220 V; vielos medžiaga — nichromas Х20Н80 ρ20 = 1,1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; atvira spiralė, esanti oro sraute (Km = 0,85, Kc = 2,0); leistina darbinė laidininko temperatūra Td = 470 ОС.

Nustatykite skersmenį d ir vielos ilgį lp.

Atsakymas.

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td = 0,85 ∙ 2 ∙ 470 OS = 800 OS.

Projektinė šildytuvo srovė I = P⁄U = 3146⁄220 = 14,3 A.

Pagal dabartinių apkrovų lentelę (žr. 1 lentelę), kai Tр = 800 ОС ir I = 14,3 A, randame vielos skersmenį ir skerspjūvį d = 1,0 mm ir S = 0,785 mm2.

Vielos ilgis lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

kur R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15,3 omo, ρ800 = 1,1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙) 1 = 20. 10 ^ (- 6) omų • m, lp = 15,3 ∙ 0,785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1,11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10,9 m.

Taip pat, jei reikia, panašiai kaip pirmame pavyzdyje, galima apibrėžti D, h, n, lsp.

3 pavyzdys. Nustatykite leistiną vamzdinio elektrinio šildytuvo (TEN) įtampą.

Būklė... Kaitinimo elemento spiralė pagaminta iš nichrominės vielos, kurios skersmuo d = 0,28 mm, o ilgis l = 4,7 m. Kaitinimo elementas yra ramiame ore, kurio temperatūra 20 °C. Nichromo charakteristikos: ρ20 = 1,1 ∙ 10 ^ (- 6) Ohm • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. Šildymo elemento korpuso aktyviosios dalies ilgis La = 40 cm.

Šildymo elementas yra lygus, išorinis skersmuo dob = 16 mm. Šilumos perdavimo koeficientas α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). Šiluminės varžos: užpildas RT3 = 0,3 ОС / W, korpuso sienos Rт2 = 0,002 ОС / W.

Nustatykite, kokia maksimali įtampa gali būti taikoma šildymo elementui, kad jo ritės temperatūra Tsp neviršytų 1000 ℃.

Atsakymas. Šildymo elemento kaitinimo elemento temperatūra

Tsp = iki + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

kur Tai aplinkos oro temperatūra; P – kaitinimo elemento galia W; RT1 — vamzdžio ir terpės sąsajos kontaktinė šiluminė varža.

Šildymo elemento galia P = U ^ 2⁄R,

kur R yra šildymo gyvatuko varža.Todėl galime parašyti Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3), iš kur gaunama šildymo elemento įtampa

U = √ ((R ∙ (Tsp-To)) / (Rt1 + Rt2 + Rt3)).

Raskite R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2),

kur ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1,1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = 1. — 6) Ohm • m.

Tada R = 1,12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4,7) ⁄ (3,14 ∙ (0,28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85,5 omo.

Kontaktinė šiluminė varža RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

kur F yra kaitinimo elemento korpuso aktyviosios dalies plotas; F = π ∙ dob ∙ La = 3,14 ∙ 0,016 ∙ 0,4 = 0,02 m2.

Raskite Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0,02 = 1,25) OC / W.

Nustatykite kaitinimo elemento įtampą U = √ ((85,5 ∙ (1000-20)) / (1,25 + 0,002 + 0,3)) = 232,4 V.

Jei vardinė įtampa, nurodyta ant kaitinimo elemento, yra 220 V, tada viršįtampis esant Tsp = 1000 OS bus 5,6% ∙ Un.