Pengiraan elemen pemanasan

Untuk menentukan salah satu parameter utama wayar elemen pemanasan — diameter d, m (mm), dua kaedah pengiraan digunakan: mengikut PF kuasa permukaan khusus yang dibenarkan dan menggunakan jadual beban semasa.

Kuasa permukaan khusus yang dibenarkan PF= P⁄F,

di mana P ialah kuasa pemanas wayar, W;

F = π ∙ d ∙ l - kawasan pemanas, m2; l - panjang wayar, m.

Mengikut kaedah pertama

di mana ρd — rintangan elektrik bahan wayar pada suhu sebenar, Ohm • m; U ialah voltan wayar pemanas, V; PF — nilai kuasa permukaan tertentu yang dibenarkan untuk pemanas berbeza:

Kaedah kedua menggunakan jadual beban semasa (lihat Jadual 1) yang disusun daripada data eksperimen. Untuk menggunakan jadual yang ditunjukkan, adalah perlu untuk menentukan suhu pemanasan yang dikira Tp yang berkaitan dengan suhu sebenar (atau dibenarkan) konduktor Td mengikut nisbah:

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

di mana Km ialah faktor pemasangan, dengan mengambil kira kemerosotan keadaan penyejukan pemanas akibat pembinaannya; Kc ialah faktor ambien, dengan mengambil kira peningkatan keadaan penyejukan pemanas berbanding persekitaran udara pegun.

Untuk elemen pemanas yang diperbuat daripada dawai yang dipintal dalam lingkaran, Km = 0.8 … 0.9; yang sama, dengan asas seramik Km = 0.6 ... 0.7; untuk wayar plat pemanas dan beberapa elemen pemanas Km = 0.5 ... 0.6; untuk konduktor dari lantai elektrik, tanah dan elemen pemanas Km = 0.3 ... 0.4. Nilai Km yang lebih kecil sepadan dengan pemanas dengan diameter yang lebih kecil, nilai yang lebih besar kepada diameter yang lebih besar.

Apabila beroperasi dalam keadaan selain daripada perolakan bebas, Kc = 1.3 … 2.0 diambil untuk elemen pemanasan dalam aliran udara; untuk unsur dalam air pegun Kc = 2.5; dalam aliran air — Kc = 3.0 … 3.5.

Jika voltan Uph dan kuasa Pf pemanas masa hadapan (reka bentuk) ditetapkan, maka arusnya (setiap fasa)

Iph = Pph⁄Uph

Mengikut nilai pengiraan arus pemanas untuk suhu pengiraan pemanasan yang diperlukan mengikut jadual 1, diameter wayar nichrome d yang diperlukan ditemui dan panjang wayar yang diperlukan, m, untuk pembuatan pemanas. dikira:

di mana d ialah diameter wayar yang dipilih, m; ρd ialah rintangan elektrik khusus konduktor pada suhu pemanasan sebenar, Ohm • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

di mana αр - pekali suhu rintangan, 1/OS.

Untuk menentukan parameter lingkaran nichrome, ambil diameter purata lilitan D = (6 … 10) ∙ d, pic bagi lingkaran h = (2 … 4) ∙ d,

bilangan pusingan

panjang heliks lsp = h ∙ n.

Apabila mengira elemen pemanasan, harus diingat bahawa rintangan wayar lingkaran selepas menekan elemen pemanasan

di mana k (y.s) ialah pekali yang mengambil kira pengurangan rintangan lingkaran; mengikut data eksperimen, k (s) = 1.25. Ia juga harus diambil kira bahawa kuasa permukaan khusus wayar lingkaran adalah 3.5 ... 5 kali lebih besar daripada kuasa permukaan khusus elemen pemanas tiub.

Dalam pengiraan praktikal elemen pemanas, mula-mula tentukan suhu permukaannya Tp = Kepada + P ∙ Rt1,

di mana Ia ialah suhu ambien, ° C; P ialah kuasa unsur pemanasan, W; RT1 — rintangan haba pada paip — antara muka sederhana, ОC / W.

Kemudian suhu penggulungan ditentukan: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

di mana Rt2 ialah rintangan haba dinding paip, ОC / W; RT3 — rintangan haba pengisi, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), dengan α ialah pekali pemindahan haba, W / (m ^ 2 • ОС); F - kawasan pemanas, m2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), dengan δ ialah ketebalan dinding, m; λ — kekonduksian terma dinding, W / (m • ОС).

Untuk maklumat lanjut tentang peranti elemen pemanas, lihat di sini: Elemen pemanasan. Peranti, pemilihan, operasi, sambungan elemen pemanasan

Jadual 1. Jadual beban semasa

Contoh 1. Kira pemanas elektrik dalam bentuk lingkaran wayar mengikut PF kuasa permukaan tertentu yang dibenarkan.

keadaan.Kuasa pemanas P = 3.5 kW; voltan bekalan U = 220 V; bahan wayar — nichrome Х20Н80 (aloi 20% kromium dan 80% nikel), oleh itu rintangan elektrik khusus wayar ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; pekali suhu rintangan αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; lingkaran terbuka, dalam bentuk logam, suhu kerja lingkaran ialah Tsp = 400 ОC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. Tentukan d, lp, D, h, n, lp.

Jawab. Rintangan gegelung: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ohm.

Rintangan elektrik khusus pada Tsp = 400 OS

ρ400 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (400-20)] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) Ohm • m.

Cari diameter wayar:

Daripada ungkapan R = (ρ ∙ l) ⁄S kita dapat l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ), dari mana panjang wayar

Purata diameter pusingan lingkaran ialah D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 mm. Pic lingkaran h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 mm.

Bilangan lilitan lingkaran

Panjang heliks ialah lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 cm.

Contoh 2. Kira secara berstruktur pemanas rintangan wayar apabila menentukan diameter wayar d menggunakan jadual beban arus (lihat jadual 1).

keadaan. Kuasa pemanas wayar P = 3146 W; voltan bekalan U = 220 V; bahan wayar — nichrome Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; heliks terbuka yang terletak di aliran udara (Km = 0.85, Kc = 2.0); suhu operasi yang dibenarkan bagi konduktor Td = 470 ОС.

Tentukan diameter d dan panjang wayar lp.

Jawab.

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td = 0.85 ∙ 2 ∙ 470 OS = 800 OS.

Arus pemanas reka bentuk I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

Mengikut jadual beban semasa (lihat jadual 1) pada Tр = 800 ОС dan I = 14.3 A, kita dapati diameter dan keratan rentas wayar d = 1.0 mm dan S = 0.785 mm2.

Panjang wayar lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

di mana R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 Ohm, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-10) ] = 800-20) ] 10 ^ (- 6) Ohm • m, lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 m.

Juga, jika perlu, sama dengan contoh pertama, D, h, n, lsp boleh ditakrifkan.

Contoh 3. Tentukan voltan yang dibenarkan bagi pemanas elektrik tiub (TEN).

Keadaan... Gegelung elemen pemanas diperbuat daripada dawai nichrome dengan diameter d = 0.28 mm dan panjang l = 4.7 m Elemen pemanas berada dalam udara pegun dengan suhu 20 °C. Ciri-ciri nichrome: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) Ohm • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. Panjang bahagian aktif perumah elemen pemanas ialah La = 40 cm.

Elemen pemanasan licin, diameter luar dob = 16 mm. Pekali pemindahan haba α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). Rintangan terma: pengisi RT3 = 0.3 ОС / W, dinding perumahan Rт2 = 0.002 ОС / W.

Tentukan voltan maksimum yang boleh digunakan pada elemen pemanas supaya suhu gegelung Tsp tidak melebihi 1000 ℃.

Jawab. Suhu elemen pemanas unsur pemanas

Tsp = Kepada + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

di mana Ia adalah suhu udara ambien; P ialah kuasa unsur pemanasan, W; RT1 — rintangan haba sentuhan antara muka sederhana paip.

Kuasa elemen pemanas P = U ^ 2⁄R,

di mana R ialah rintangan gegelung pemanas.Oleh itu, kita boleh menulis Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3), dari mana voltan pada elemen pemanas

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

Cari R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2),

di mana ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = 1.12 ∙ — 6) Ohm • m.

Maka R = 1.12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4.7) ⁄ (3.14 ∙ (0.28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85.5 Ohm.

Rintangan haba sentuh RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

di mana F ialah kawasan bahagian aktif cangkerang unsur pemanasan; F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 m2.

Cari Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0.02 = 1.25) OC / W.

Tentukan voltan elemen pemanas U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V.

Jika voltan nominal yang ditunjukkan pada elemen pemanasan ialah 220 V, maka lebihan voltan pada Tsp = 1000 OS akan menjadi 5.6% ∙ Un.