3.2 Расчет нагревательных элементов

3.2.1 Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности P, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки WT и поверхности спирали WП, конфигурации, а также о размерах рабочего пространства, в котором он установлен.

3.2.2 Суммарную мощность ТЭНов, установленных в аппарате определяют при расчете теплового баланса и определения мощности аппарата.

3.2.3 Мощность ТЭНа P, Вт, определяют из соотношения

(3.10)

где - суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;

n - количество ТЭНов, шт.

3.2.4 Напряжение электрической сети U, В, определяют из технической характеристики аппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть.

3.2.5 В зависимости от того в какой среде работает нагревательный элемент выбирают поверхностную нагрузку нагревателя. Значения удельных нагрузок на поверхности трубки WT и поверхности спирали WП берут из таблицы 2.3 [3, с.24].

3.2.6 Исходные данные сводят в таблицу 3.2

Таблица 3.2 - Исходные данные для расчета ТЭНа

3.2.7 Перед выполнением расчета вычерчивают эскиз ТЭНа с указанием расчетных парамеров (рисунок 3.2)

а- параметры трубки; б - параметры спирали.

Рисунок 4 - Схема к расчету ТЭНа

3.2.8 Определяем длину активной части трубки ТЭНа , по формуле

(3.11)

где - длина активной части трубки ТЭНа, м;

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт;

- диаметр трубки ТЭНа, м;

- удельная нагрузка на поверхности трубки, Вт/м2;

Диаметр трубки принимают в пределах =0,006…0,016 м.

К расчету принимаем Р = 1083,3Вт, =0,016 м, =Вт/м2 (таблица 3.2).

Отсюда

3.2.9 Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки , из соотношения

(3.12)

где -длина активной части трубки ТЭНа, м;

-коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки.

3.2.10 Находим полную развернутую длину трубки после опрессовки , по формуле

 (3.13)

где - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

К расчету принимаем длину пассивного конца трубки0,04м, [3, c.25].

Отсюда

3.2.11 Находим сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки R, Ом, из выражения

(3.14)

где R - сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки, Ом;

- напряжение электрической сети, В;

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт.

К расчету принимаем U=220 В, Р =1083,3Вт (таблица 3.2).

Отсюда

3.2.12 Находим сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки , из выражения

(3.15)

где - коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки; =1,3.

3.2.13 Рассчитываем удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, , по формуле

(3.16)

где - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20

- температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления проволоки при изменении температуры,

t - рабочая температура проволоки,

К расчету принимаем сплав Нихром Х20Н80 со следующими параметрами: .

Ом·м .

3.2.14 Определяем диаметр проволоки ТЭНа, d, м, по формуле

(3.17)

Выбираем ближайший стандартный диаметр, =0,6мм.

3.2.15 Находим длину проволоки ТЭНа, , из выражения

(3.18)

3.2.16 Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке , из выражения

(3.19)

< , т.е. не превышает предельно допустимой удельной мощности

3.2.17 Вычисляем длину одного витка спирали , по формуле

(3.20)

где 1,07 - коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее

со стержня намотки;

- диаметр стержня намотки, м. Принимаем

3.2.18 Находим количество витков спирали n, шт., по формуле

(3.21)

3.2.19 Находим расстояние между витками спирали а, м., которое связано с длиной активной части трубки ТЭНа соотношением

(3.22)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали должно быть соблюдено соотношение >.

3.2.20Определяем шаг спирали s,м, по формуле

(3.23)

3.2.21 Вычисляем коэффициент шага , по формуле

(3.24)

3.2.22 Вычисляем коэффициент стержня намотки , по формуле

(3.25)

3.2.23 Определяем диаметр спирали ТЭНа по формуле

(3.26)

Находим общую длину проволоки , с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков

 (3.27)