Расчет трубчатых электронагревателей.

Расчет ведем по методике описанной в пункте 4 [1].

Исходные данные к расчету:

- мощность ТЭНа: P1 = 1,8кВт;

- питающее напряжение: U = 220 В;

- длина активной части ТЭНа: Lакт = 0.48м;

- форма ТЭНа: прямая;

- условия эксплуатации: нагрев движущегося воздуха, теплопередача от ТЭНов осуществляется конвекцией, допустимая температура поверхности трубки tтр для условий отопительно-вентиляционных систем сельскохозяйственных помещений 180°С;

- диаметр трубки dтр.нар. = 13мм (таблица 5 [1]);

- площадь теплоотдачи A1 = 0.27м2 (таблица 5 [1]);

Исходя из предварительных расчетов, подбираем высоту окна калорифера для данного случая. Из таблицы 6 [1] выписываем основные размеры калорифера СФО-10/0,5Т-И1 и заносим их в таблицу 4.1.

 

Таблица 2.1 Основные размеры калорифера СФО-10/0,5Т.

Тип калорифера	Размеры, мм
	H	H1	A	B
СФО-10/1Т-И1	140	220	184	185

 

ТЭНы размещаем вертикально в шахматном порядке в 3 ряда. В каждом ряду размещаем 2 ТЭНа. Проверим возможность размещения ТЭНов в данном калорифере.

Диаметр оребренного ТЭНа - 40мм (в среднем), Расстояние между осями ТЭНов – 50 … 60мм. Следовательно: 50 * 2 = 100мм <= H = 140мм – условие выполняется, следовательно, для данного случая принимаем типовые размеры калорифера СФО-10/0,5Т-И1.

 

Проектирование ТЭНа

 

Выбираем сплав сопротивления для спирали и материал оболочки. Для спирали используем нихромовый сплав Х20Н80–Н, для оболочки ТЭНа используем углеродистую сталь.

Обосновываем рабочую температуру спирали tсп, исходя из условий:

 

1. tсп <= 0,6.tдоп,

 

где tдоп – максимальная допустимая температура для нихромового сплава Х20Н80–Н, из таблицы 5.4 [2] tдоп = 1100°C

Получаем: 0,6.tдоп = 0,6.1100 = 660°C. Принимаем tсп = 630°C.

2. обеспечения достаточного срока службы нагревателя;

3. обеспечения необходимой по технологическим условиям поверхности трубки.

Предварительно определяем диаметр проволоки спирали d, в следующей последовательности:

1. Находим сопротивление спирали при рабочей температуре Rt, Ом:

 

 (2.1)

 

где e - коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления ТЭНа при опрессовке, e = 0.77.

2. Рабочий ток определяем по формуле (11) [1]:

 

 (2.2)

 

Имеем:

3. Находим расчетную температуру спирали применительно к условиям составления таблиц нагрузок:

 

 (2.3)

 

где kм – коэффициент монтажа, принимаем kм = 0.85;

kс – коэффициент среды, принимаем kс = 1.3;

Подставляя числовые значения, получаем:

4. По Iр = 6,3 А и tр = 696 °C по таблице нагрузок для выбранного сплава (таблица 5.5 [2]) находим d = 0,6 мм.

Затем, определяем геометрические параметры ТЭНа, руководствуясь рекомендуемыми соотношениями (5.57) [2]:

 

 (2.4)

 

 (2.5)

 

где h – шаг спирали, мм;

dсп.нар. – наружный диаметр спирали, мм;

dтр.вн. – внутренний диаметр трубки. Толщина оболочки приближенно равна 0.1.dтр.нар., следовательно:

 

 (2.6)

 

Получаем:

Пользуясь соотношениями (2.4) и (2.5), получаем:

Определяем необходимую длину проволоки спирали по формуле (4.59) [2]:

 

 (2.7)

 

где r20 – сопротивление нихрома при 20°С, r20 = 1.1.10-6Ом.м (таблица 5.4 [2]);

    a – температурный коэффициент сопротивления нихрома, a = 16.8.10-6°С-1 (таблица 5.4 [2]);

 

В итоге имеем:

 

 

Число витков спирали определяем по формуле (15) [1]:

 

 (2.8)

 

где dсп – средний диаметр витка спирали, для данного случая принимаем dсп = dсп.нар. -d= 8,3-0,6 =0,005м.

Получаем:

 

Активную длину ТЭНа определяем по формуле (16) [1]:

 

 ТЭНа 2.9)

 

Окончательно получаем:

 

Величина Lакт должна быть равной 0.48м. Допустимое отклонение – не более 3%.

Проверяем:

 

 

Так как допустимое отклонение 0,8% <= 3% в пределах нормы, то делаем вывод, что диаметр проволоки d подобран верно, параметры ТЭНа dсп, h определены правильно.