Pagkalkula ng elemento ng pag-init

Upang matukoy ang isa sa mga pangunahing parameter ng wire ng elemento ng pag-init - diameter d, m (mm), dalawang paraan ng pagkalkula ang ginagamit: ayon sa pinahihintulutang tiyak na kapangyarihan sa ibabaw PF at gamit ang talahanayan ng kasalukuyang mga pag-load.

Pinahihintulutang tiyak na kapangyarihan sa ibabaw PF= P⁄F,

kung saan ang P ay ang kapangyarihan ng wire heater, W;

F = π ∙ d ∙ l - lugar ng pampainit, m2; l - haba ng kawad, m.

Ayon sa unang pamamaraan

kung saan ρd - electrical resistance ng wire material sa aktwal na temperatura, Ohm • m; U ay ang heater wire boltahe, V; PF - pinahihintulutang mga halaga ng tiyak na kapangyarihan sa ibabaw para sa iba't ibang mga heater:

Ang pangalawang paraan ay gumagamit ng talahanayan ng kasalukuyang mga pagkarga (tingnan ang Talahanayan 1) na pinagsama-sama mula sa pang-eksperimentong data. Upang magamit ang ipinahiwatig na talahanayan, kinakailangan upang matukoy ang kinakalkula na temperatura ng pag-init Tp na nauugnay sa aktwal (o pinahihintulutang) temperatura ng konduktor Td sa pamamagitan ng ratio:

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

kung saan ang Km ay ang kadahilanan sa pag-install, na isinasaalang-alang ang pagkasira ng mga kondisyon ng paglamig ng pampainit dahil sa pagtatayo nito; Ang Kc ay ang ambient factor, isinasaalang-alang ang pagpapabuti ng mga kondisyon ng paglamig ng heater kumpara sa isang nakatigil na kapaligiran sa hangin.

Para sa isang elemento ng pag-init na gawa sa wire na pinaikot sa isang spiral, Km = 0.8 … 0.9; pareho, na may ceramic base Km = 0.6 ... 0.7; para sa isang wire ng mga heating plate at ilang elemento ng pag-init Km = 0.5 ... 0.6; para sa isang konduktor mula sa isang electric floor, lupa at mga elemento ng pag-init Km = 0.3 ... 0.4. Ang isang mas maliit na halaga ng Km ay tumutugma sa isang pampainit na may mas maliit na diameter, isang mas malaking halaga sa isang mas malaking diameter.

Kapag nagpapatakbo sa ilalim ng mga kundisyon maliban sa libreng kombeksyon, ang Kc = 1.3 … 2.0 ay kinukuha para sa mga elemento ng pag-init sa daloy ng hangin; para sa mga elemento sa still water Kc = 2.5; sa daloy ng tubig — Kc = 3.0 … 3.5.

Kung ang boltahe na Uph at ang power Pf ng hinaharap (dinisenyo) na pampainit ay nakatakda, kung gayon ang kasalukuyang nito (bawat yugto)

Iph = Pph⁄Uph

Ayon sa kinakalkula na halaga ng kasalukuyang ng heater para sa kinakailangang kinakalkula na temperatura ng pag-init nito ayon sa talahanayan 1, ang kinakailangang diameter ng nichrome wire d ay matatagpuan at ang kinakailangang haba ng wire, m, para sa paggawa ng heater ay kinakalkula:

kung saan ang d ay ang napiling diameter ng wire, m; Ang ρd ay ang tiyak na electrical resistance ng konduktor sa aktwal na temperatura ng pag-init, Ohm • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

saan αр - koepisyent ng temperatura ng paglaban, 1/OS.

Upang matukoy ang mga parameter ng nichrome spiral, kunin ang average na diameter ng mga pagliko D = (6 … 10) ∙ d, ang pitch ng spiral h = (2 … 4) ∙ d,

bilang ng mga liko

helix haba lsp = h ∙ n.

Kapag kinakalkula ang mga elemento ng pag-init, dapat tandaan na ang paglaban ng spiral wire pagkatapos ng pagpindot sa elemento ng pag-init

kung saan ang k (y.s) ay isang koepisyent na isinasaalang-alang ang pagbawas sa paglaban ng spiral; ayon sa pang-eksperimentong datos, k (s) = 1.25. Dapat din itong isaalang-alang na ang tiyak na kapangyarihan sa ibabaw ng spiral wire ay 3.5 ... 5 beses na mas malaki kaysa sa tiyak na kapangyarihan sa ibabaw ng tubular heating element.

Sa mga praktikal na kalkulasyon ng elemento ng pag-init, tukuyin muna ang temperatura ng ibabaw nito Tp = To + P ∙ Rt1,

kung saan Ito ay ang ambient temperature, ° C; Ang P ay ang kapangyarihan ng elemento ng pag-init, W; RT1 — thermal resistance sa pipe — medium interface, ОC / W.

Pagkatapos ang temperatura ng paikot-ikot ay tinutukoy: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

kung saan ang Rt2 ay ang thermal resistance ng pipe wall, ОC / W; RT3 - thermal resistance ng filler, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), kung saan ang α ay ang heat transfer coefficient, W / (m ^ 2 • ОС); F - lugar ng pampainit, m2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), kung saan ang δ ay ang kapal ng pader, m; λ — thermal conductivity ng dingding, W / (m • ОС).

Para sa karagdagang impormasyon sa aparato ng mga elemento ng pag-init, tingnan dito: Mga elemento ng pag-init. Device, pagpili, operasyon, koneksyon ng mga elemento ng pag-init

Talahanayan 1. Talaan ng kasalukuyang mga karga

Halimbawa 1. Kalkulahin ang electric heater sa anyo ng wire spiral ayon sa pinapahintulutang tiyak na surface power PF.

Kundisyon.Kapangyarihan ng pampainit P = 3.5 kW; supply boltahe U = 220 V; wire material — nichrome Х20Н80 (isang haluang metal na 20% chromium at 80% nickel), samakatuwid ang tiyak na electrical resistance ng wire ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; temperatura koepisyent ng paglaban αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; ang spiral ay bukas, sa metalikong anyo, ang gumaganang temperatura ng spiral ay Tsp = 400 ОC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. Tukuyin ang d, lp, D, h, n, lp.

Sagot. Coil resistance: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ohms.

Tukoy na electrical resistance sa Tsp = 400 OS

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

Hanapin ang diameter ng wire:

Mula sa expression na R = (ρ ∙ l) ⁄S nakukuha natin ang l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ), kung saan ang haba ng wire

Ang average na diameter ng spiral turn ay D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 mm. Spiral pitch h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 mm.

Ang bilang ng mga pagliko ng spiral

Ang haba ng helix ay lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 cm.

Halimbawa 2. Istruktura na kalkulahin ang wire resistance heater kapag tinutukoy ang wire diameter d gamit ang talahanayan ng kasalukuyang mga load (tingnan ang talahanayan 1).

Kundisyon. Wire heater power P = 3146 W; supply boltahe U = 220 V; wire material — nichrome Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) Ohm • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; bukas na helix na matatagpuan sa stream ng hangin (Km = 0.85, Kc = 2.0); pinahihintulutang operating temperatura ng conductor Td = 470 ОС.

Tukuyin ang diameter d at ang haba ng wire lp.

Sagot.

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

Ang kasalukuyang heater ng disenyo I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

Ayon sa talahanayan ng kasalukuyang mga pag-load (tingnan ang talahanayan 1) sa Tр = 800 ОС at I = 14.3 A, nakita namin ang diameter at cross-section ng wire d = 1.0 mm at S = ​​0.785 mm2.

Haba ng kawad lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

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

Gayundin, kung kinakailangan, katulad ng unang halimbawa, maaaring tukuyin ang D, h, n, lsp.

Halimbawa 3. Tukuyin ang pinapayagang boltahe ng tubular electric heater (TEN).

Kundisyon... Ang coil ng heating element ay gawa sa nichrome wire na may diameter d = 0.28 mm at haba l = 4.7 m. Ang heating element ay nasa hangin na may temperatura na 20 °C. Mga katangian ng nichrome: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) Ohm • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. Ang haba ng aktibong bahagi ng housing ng heating element ay La = 40 cm.

Ang elemento ng pag-init ay makinis, panlabas na diameter dob = 16 mm. Heat transfer coefficient α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). Thermal resistances: tagapuno RT3 = 0.3 ОС / W, mga pader ng pabahay Rт2 = 0.002 ОС / W.

Tukuyin kung anong maximum na boltahe ang maaaring ilapat sa elemento ng pag-init upang ang temperatura ng coil nito Tsp ay hindi lalampas sa 1000 ℃.

Sagot. Temperatura ng elemento ng pag-init ng elemento ng pag-init

Tsp = Sa + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

kung saan Ito ay ang ambient air temperature; Ang P ay ang kapangyarihan ng elemento ng pag-init, W; RT1 — contact thermal resistance ng pipe-medium interface.

Kapangyarihan ng heating element P = U ^ 2⁄R,

kung saan ang R ay ang paglaban ng heating coil.Samakatuwid, maaari naming isulat ang Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3), kung saan ang boltahe sa elemento ng pag-init

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

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

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

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

Kontakin ang thermal resistance RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

kung saan ang F ay ang lugar ng aktibong bahagi ng shell ng heating element; F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 m2.

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

Tukuyin ang boltahe ng heating element U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V.

Kung ang nominal na boltahe na ipinahiwatig sa heating element ay 220 V, kung gayon ang overvoltage sa Tsp = 1000 OS ay magiging 5.6% ∙ Un.