Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства

Мощность одного ТЭНа Р_н определяется, исходя из мощности одного калорифера

Р = 41074 Вт, определенной ранее в разделе 1, и числа ТЭНов в одном калорифере [3]:

                                                (3.3)

где z – число ТЭНов, принимаем z = 15 [1].

Рабочий ток нагревательного элемента с учетом схемы включения  I_н, А: Iн =Pн/U, Iн=2738,3/220=12.4 А

                                     (3.4)

где t_д – действительная температура нагревателя, принимаем по литературе [3] t_д=180+50=230 ^ОС;

К_м – коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения, по литературе [7] принимаем К_м = 1.5;

К_с – коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения, по литературе [7] принимаем К_с = 0.8.

По рабочему току и расчетному значению температуры по литературе [7] определяем диаметр (d) и сечение (S) нагревателя:

d = 1,8 мм;

S =2,54 мм².

Рабочее сопротивление нагревателя – запрессованной нихромовой проволоки R_н, Ом [3]:

                                               (3.5)

где U_н = 220 В – номинальное напряжение нагревателя.

Сопротивление нагревателя до опрессовки R_он, Ом [3]:

                                                           (3.6)

где α₁ – коэффициент изменения сопротивления в результате опрессовки, по литературе [3] принимаем α₁ = 1,3.

Длина проволоки до опрессовки l, м [3]:

                                              (3.7)

где ρ_д – удельное сопротивление нихромовой проволоки при действительной температуре t_д = 230 ^ОС, которое определяем по формуле [3]:

                                       (3.8)

где ρ₂₀ – удельное сопротивление материала при температуре 20 ^ОС, для нихрома по литературе [7] ρ₂₀ = 1,17 Ом*м;

α – температурный коэффициент изменения сопротивления, для нихрома по литературе [7] α = 35*10^-6.

Подставив в формулу (3.7) значение ρ_д, длина проволоки до опрессовки будет равна:

Диаметр спирали (d_c, мм) равен [3]:

                                               (3.9)

Шаг спирали (h, мм) равен [3]:

                                               (3.10)

Число витков (n) равно [3]:

                                   (3.11)

Внутренний диаметр трубки ТЭНа (d_в, мм) равен [3]:

                                         (3.12)

Длина активной части трубки ТЭНа (L_a, м) после опрессовки равняется длине спирали (L_сп, м) равна [3]:

                                                     (3.13)

а до опрессовки (L_oa, м) равна [3]:

                                                                (3.14)

где γ₁ – коэффициент, учитывающий изменение длины трубки при опрессовке, из литературы [3] γ₁ = 1,15.

Полная длина ТЭНа L, м равна [3]:

                                                     (3.15)

где L_n – длина пассивной части трубки ТЭНа, по литературе [3] принимаем L_n=0,05 м.

Потребное количество проволоки для одного ТЭНа с учётом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 15 – 20 витков на стержень [3]:

                      (3.16)

Удельная мощность W, Вт/см² поверхности активной части трубки ТЭНа определим по формуле [3]:

                                         (3.17)

Удельная мощность по литературе [3] для трубки, выполненной из стали Ст.10, при использовании в качестве наполнителя кварцевого песка или периклаза должна составлять 3 – 5 Вт/см² при работе ТЭНов в калориферах. Как видно это условие соблюдается, следовательно делаем вывод о том, что расчёты выполнены верно и ТЭН с данной конфигурацией применим в калориферах.