Методика розрахунку теНа
1. Активна довжина ТЕНа
Lа = P1 / (·D ·W), м;
де D - зовніншний діаметр трубки ТЕНу (приймається в межах (6...16)·10-3 м);
W - питома поверхнева потужність, Вт/м2. В залежності від середовища, характеру нагріву і матеріалу трубки ТЕНа W вибирається з таблиці 1.1;
Р1 – потужність одного ТЕНа, Вт.
Таблиця 1.1
Допустимі питомі навантаження для різних умов роботи ТЕНів
Середовище, що нагрівається |
Позначення особливостей експлуатації |
Характер нагріву |
Матеріал оболонки |
Питома потужність на поверхні трубки, Вт/м2 |
Вода |
Х |
Кип’ятіння |
Нержавіюча сталь марки 12Х18Н10Т, Ст10 та Ст20 з відповідним захисним покриттям |
11·104
11·104 |
Жири харчові,. мінеральні олії |
И |
У посудинах до температури на оболонці 300оС |
Ст10 та Ст20 з відповідним захисним покриттям, Нержавіюча сталь марки 12Х18Н10Т |
3·104
3·104 |
Повітря |
С
Т
О Н Є |
У спокійному повітряному середовищі до температури на оболонці 450оС Те ж, від 450 до 700оС У середовищі, де повітря рухається зі швидкістю не меншою за 6 м/с до температури на оболонці до 450оС до 650оС Те ж, зі швидкістю меншою за 6 м/с |
Ст10 та Ст20
Нержавіюча сталь марки 12Х18Н10Т
Ст10 та Ст20 12Х18Н10Т Ст10 та Ст20 |
2,2·104
5·104
5,5·104 6·104 2,5·104 |
2. Повна довжина ТЕНа після опресування з урахуванням пасивних кінців
L = Lа + 2 ·Lп, м;
де Lп - довжина пасивного кінця ТЕНу, м, (Lп ≈ 0,05 м, для ТЕНів фритюрниць Lп до 0,25 м).
3. Електричний опір спіралі ТЕНа
R1 = U2 / P1, Ом;
де U - напруга електричної мережі, В.
4. Довжина дроту спіралі
l = ( · d2 · R1)/ (4 ·), м;
де d - діаметр дроту спіралі, м, (приймається в межах (0,4...1,2)·10-3 м);
- питомий опір матеріалу спіралі, Ом·м (для ніхрома в інтервалі температур 500...850оС = (1,15...1,18)·10-6 Ом·м).
5. Зовнішній діаметр витку спіралі
dсп. = D – 2 ·ст. – 2 ·із., м;
де cт. - товщина стінки трубки ТЕНа, м (приймається в межах (0,5...2)·10-3 м);
із. - товщина шару периклаза, м (не менше 2·10-3 м).
6. Діаметр стержня для намотування спіралі
dст. = dсп. / 1,07 - d, м.
7. Довжина витка спіралі
lв. = 1,07 · · (dст.+ d), м.
8. Кількість витків спіралі
n = l / lв., шт.
9. Шаг намотування витків спіралі
h = La / n, м.
10. Коефіцієнт густини намотування
K = h / d.
11. Відстань між сусідніми витками
a = d * (K - 1), м.
Для забезпечення нормального відводу тепла від спіралі відстань між витками повинна бути у 2...3 рази більше за діаметр дроту спіралі.
12. Внутрішній діаметр трубки ТЕНа
Dв = D – 2·cт., м.
13. Геометричні характеристики спіралі
X = d / Dв; Y = d / dв; Z = Dв / dв; K = h / d.
14. Перепад температур в ізоляційному шарі на одиницю теплового потоку [t/ql] при відомій величині коефіцієнту теплопровідності ізоляційної маси (для периклаза = 0,022 Вт/(м·оС) визначається за номограмою, наведеною на рис. 1.2.
15. Питомий тепловий потік на одиницю довжини спіралі
ql = P1 / La ·100, Вт/см.
16. Перепад температур в ізоляційному шарі
t = [t/ql] · ql, оС.
Рис. 1.2. Номограма для визначення перепаду температур в ізоляційному шарі електронагрівального елемента.
17. Робоча температура спіралі ТЕНа
tсп. = 1,3 · t + tр.п., oС;
де 1,3 - коефіцієнт, що враховує перепад температур у контактному шарі поверхня дроту - ізоляційна маса;
tр.п. - температура робочої поверхні ТЕНа, оС.
Температуру трубки ТЕНа, який працює у спокійному повітряному середовищі, можна визначити за графіком, наведеним на рис. 1.1 б, для ТЕНа, який працює в рухомому повітряному середовищі з різною швидкістю – за графіком, наведеним на рис. 1.1 в. Температура трубки ТЕНа, який працює у воді при нормальному атмосферному тиску, не перевищує 108...110оС.
Дані в комп’ютер вводяться відповідно до наведеної методики розрахунку.
Після розрахунку ТЕНа і отримання роздруківки в лабораторному журналі оформлюється звіт про виконану роботу, в якому повинні бути відображені наступні питання:
1. Конструктивні схеми теплогенеруючих пристроїв для перетворення електричної енергії в теплову.
2. Основні конструктивні і експлуатаційні фактори, що впливають на ефективність роботи і термін служби електронагрівачів з металевим опором.
3. Розрахункова схема ТЕНа.
4. Розрахунок ТЕНа.
5. Аналіз отриманих розрахункових даних.