Расчет электронагревателей
Для выполнения расчета электронагревателя надо знать его мощность, допустимую удельную мощность на поверхности трубки тэна, номинальное напряжение, рабочую температуру и среду, в которой будет работать нагреватель.
Мощность оборудования определяется на основании теплового расчета:
, (3.1)
где Q – максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева QI или стационарного режима QII (определяется из теплового баланса), Дж;
t – время разогрева или стационарного режима, с. Если QI или QII имеет размерность кДж/ч, то t = 3600 с.
Мощность одного тэна Рэ определяется по формуле:
, (3.2)
где п – количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева. Мощность одного ТЭНа в тепловом оборудовании общественного питания обычно не превышает 3…4 кВт.
При расчете важно правильно выбрать диаметр проволоки. При завышении его потребуется большая длина проволоки, что вызовет перерасход дорогостоящего материала и увеличение габаритов нагревателя, при занижении диаметра – спираль быстрее перегорит.
Для выполнения расчета по таблице 3.1. выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.
Таблица 3.1
Рекомендуемые значения удельной мощности ТЭНов
| Рабочая среда | Рекомендуемый материал оболочки тэна | Удельная Мощность W, Вт / м2 |
| Вода Жиры пищевые Воздух | Нержавеющая сталь марки Х18Н10Т. Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием. Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием. | 11·104 3·104 2,2·104 |
По чертежу «Схема расположения электронагревателей» определяют полную длину электронагревателя Lполн, а затем активную длину после опрессовки La:
, (3.3)
где Ln – длина пассивных концов трубки ТЭНа; принимается в пределах 0,04-0,05 м.
Длина активной части тэна до опрессовкиLа1 составляет:
, (3.4)
где g – коэффициент удлинения трубки после опрессовки; принимается равным 1,15.
По известному значению La1 определяют диаметр трубки корпуса тэна D:
, (3.5)
Диаметр трубки ТЭНа для теплового оборудования обычно имеет значения в пределах 8…20 мм. Если по расчету значение D оказалось меньше 8 мм, то его необходимо увеличить до указанных значений. Если D оказался больше 20 мм, то необходимо изменить форму ТЭНа с целью увеличения его длины. Выбранное значение D необходимо согласовать с преподавателем.
Электрическое сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки составляет
, (3.6)
где U – напряжение сети, U = 220 В.
Сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки составляет
Ro=R∙ar,(3.7)
где ar .– коэффициент изменения электрического сопротивления проволоки в результате опрессовки; принимается равным 1,3.
Зная Ro, можно вычислить диаметр и длинупроволоки спирали, пользуясь известными зависимостями:
, (3.8)
где d – диаметр проволоки, м; принимается в пределах от 0,0004 до 0,001 м;
S – сечение проволоки, м2;
L – длина проволоки спирали (активная), м.
Длина проволоки ТЭНа согласно формуле 3.8 будет равна:
, (3.9)
где d – принятый диаметр проволоки, м;
ρ – удельное сопротивление проволокипри рабочей температуре, определяемое по формуле, Ом×м2:
r= ρ20 [1+а(t–20)], (3.10)
где ρ20 – удельное сопротивление проволоки при 20 °С; по таблице 3.1.;
а – температурный коэффициент сопротивления; принимается
по табл. 3.1;
t – максимальная (предельная) температура нагрева проволоки спирали.
Таблица 3.1
Характеристики электротехнических сплавов
| Марка сплава | Удельное сопротивление, при 20 оС, Ом∙м | Температурный коэффициент сопротивления, 1/оС | Допустимая температура, оС | |
| Предельная | Рабочая | |||
| Х15Н60 Х20Н80 Х13Ю4 0Х27Ю5А | (1,06…1,16) 10-6 (1,03…1,13) 10-6 (1,18…1,34) 10-6 (1,37…1,47) 10-6 | 0,17∙10-3 0,15∙10-3 0,15∙10-3 0,15∙10-3 |
Длина одного витка спирали в среднем составит
l в=1,07p(dст+d), м, (3.11)
где 1,07 – коэффициент, учитывающий пружинность спирали при навивке;
dст – диаметр контактного стержня для навивки спирали.
Диаметр контактного стержня должен быть не менее 3 мм. Конкретное значение dст определяют исходя из обеспечения условий электроизоляции токоведущих частей ТЭНа с его корпусом. Толщина электроизоляционного слоя между поверхностью проволоки спирали, намотанной на контактный стержень, и внутренней стенкой корпуса ТЭНа должна быть не менее 3 мм.
Число витков спирали составит:
, (3.12)
Расстояние между витками равняется:
, (3.13)
Для нормального отвода тепла от спирали необходимо, чтобы расстояние между витками превышало диаметр проволоки спирали в два-три раза. Однако чем больше расстояние между витками, тем лучше условия работы спирали и тем она долговечнее.
Преобразуя формулу 3.13, получим коэффициентшагаспирали
= 2…3, (3.14)
Потребное количество проволоки для одного элемента с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составит.
, (3.15)