1.1.2 Выбор электродвигателя для привода вентилятора
Вентилятор следует подобрать по подаче и полному давлению, которое он должен развивать во время работы.
Требуемая подача LB вентилятора определятся по формуле
,
(1.14)
где kп – коэффициент, учитывающий наличие подсосов воздуха в воздуховоде, kп = 1,1.
м
3/ч.
Выбираем центробежные вентиляторы марки Ц4-70 №3
Параметры: =0,6; А=3000
Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле
,
(1.15)
где - к.п.д. вентилятора;
п – к.п.д передачи.
кВт.
Установленную мощность электродвигателя определяем по формуле:
(1.16)
кВт
1.1.3 Тепловой расчет нагревательного блока электрокалорифера
В качестве нагревательных элементов в электрокалориферах используют трубчатые электронагреватели (ТЭН), смонтированные в единый конструктивный блок.
В задачу теплового расчёта блока ТЭНов входит определение количества ТЭНов в блоке и действительной температуры поверхности нагревательного элемента. Результаты теплового расчёта используют для уточнения конструктивных параметров блока.
Мощность одного ТЭНа определяют исходя из мощности калорифера PК и числа ТЭНов z, установленных в калорифере
,
(1.17)
Число ТЭНов z принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа не должна превышать 3…4 кВт. ТЭН подбирают по паспортным данным.
кВт.
Ток одного ТЭНа:
(1.18)
Рабочая температура спирали:
,
(1.19)
где t- превышение температуры спирали над температурой поверхности ТЭНа (t=50-100 оС)
оС
Расчетная (Фиктивная) температура спирали:
(1.20)
где Км- коэффициент монтажа (для спирали 0,85)
Кс- Коэффициент среды
оС
По расчетным значениям тока I1 и температуры спирали tрасч.сп. определяем d b cечение S проволоки спирали:
d= 0,7мм, S=0,385мм2
после опресовки:
,
(1.21)
Ом
до опрессовки:
,
(1.22)
1- коэффициент изменения сопротивления спирали в результате опрессовки (1=1,3)
Ом
Длина проволоки спирали до опрессовки:
,
(1.23)
где
-
удельное сопротивление нихромовой
проволоки при рабочей температуре
,
(1.24)
где
-
удельное сопротивление материала
нагревателя при температуре 20 оС,
Ом/м
-температурный
коэффициент сопротивления материала
нагревателя,
1/
оС
Ом/м
м
Определяем диаметр спирали:
,
(1.25)
мм
Шаг спирали:
,
(1.26)
мм
Число витков спирали:
,
(1.27)
витков
Внутренний диаметр трубки ТЭНа до опрессовки:
,
(1.28)
мм
Наружный диаметр трубки ТЭНа:
до опрессовки:
,
(1.29)
мм
после опрессовки:
,
(1.30)
где а- толщина стенки ТЭНа,
-коэффициент
изменения трубки в результате опресовки,
=0,85
мм
Длина активной части трубки ТЭНа Lа после опрессовки равна длине спирали Lсп:
,
(1.31)
м
Длина активной части трубки до опрессовки:
,
(1.32)
где
-
коэффициент изменения длины трубки в
результате опрессовки,
=1,15
м
Полная длина ТЭНа:
,
(1.33)
где
-
длина пассивной части ТЭНа,
=0,05м
м
Потребная длина проволоки одного ТЭНа с учетом необходимой накивки на концы контрольных стержней из расчета 15-20 витков на стержень:
,
(1.34)
l
м
Живое сечение калорифера:
,
(1.35)
где
-скорость
движения воздуха калорифера.
м2
Средняя температура воздуха в калорифере:
,
(1.36)
где tв.вх- средняя температура воздуха на входе в калорифер за период работы установки
tв.вых –температура воздуха на выходе из калорифера, tв.вых=50 оС
оС
Коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа к воздуху определяется из уравнения теплоотдачи вынужденной конвекции в критериальной форме:
при
(1.37)
где
-
критерий Нуссельта (1.38)
-критерий
Рейнольдса; (1.39)
-
коэффициент теплопроводности, Вт/м*
оС (
=0,027
Вт/м* оС)
-
коэффициент кинематической вязкости
воздуха, м2/с
( =18,5*10-6 м2/с)
Удельное контактное сопротивление ТЭНа:
(1.40)
м2
оС/Вт
Контактное термическое сопротивление ТЭНа длиной 1м:
(1.41)
м*оС/Вт
Термическое сопротивление теплопроводности 1м наполнителя:
,
(1.42)
м*оС/Вт
где
-
коэффициент теплопроводности стенки
трубки, Вт/м оС
(
=1,5
Вт/м оС)
Термическое сопротивление теплопроводной трубки длиной 1м:
(1.43)
м* оС/Вт
где - коэффициент теплопроводности стенки трубки, Вт/м оС ( =40 Вт/м оС)
Общее термическое сопротивление теплопроводности ТЭНа длиной 1м:
м* оС/Вт
(1.44)
Общее термическое сопротивление ТЭНа длиной 1м:
м* оС/Вт
(1.45)
Общее удельное термическое сопротивление ТЭНа:
=0,255*3,14*0,00556=0,00445
м2*
оС/Вт
(1.46)
где Дэ- диаметр эквивалентного цилиндра, для которого боковая поверхность равна боковой поверхности проволоки, а термическое сопротивление 1м наполнителя равно Чт2;
Дэ можно определить из выражения:
(1.47)
м
Удельная поверхностная мощность ТЭНа:
(1.48)
Вт/см2
Удельная Погонная мощность ТЭНа:
(1.49)
Вт/м
Температура спирали ТЭНа:
(1.50)
оС
Удельная поверхностная мощность спирали:
(1.51)
Вт/см2
Тепловой расчет нагревательных элементов:
По конструктивному исполнению различают блоки с коридорной и шахматной компоновкой ТЭНов. Произведем расчет для коридорной компоновки ТЭНов (рисунок 1.3).
Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:
0С,
(1.52)
где
-
действительная средняя температура
поверхности нагревателей первого
ряда, 0С;
- суммарная мощность
нагревателей первого ряда, Вт;
СР - средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 0С);
-
суммарная площадь теплоотдающей
поверхности нагревателей первого
ряда, м2;
tв - температура воздушного потока после калорифера, 0С.
кВт
Суммарную мощность нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формуле
,
(1.53)
где k – количество ТЭНов в ряду, шт;
Pт – мощность поверхности одного ТЭНа, кВт.
Вт.
Суммарную площадь нагревателей определяют из параметров выбранных ТЭНов по формуле
,
(1.54)
где Fт – площадь поверхности одного ТЭНа, м2.
Площадь поверхности оребренного ТЭНа
,
(1.55)
где lа – активная длина ТЭНа, м;
d – диаметр ТЭНа, м;
h – высота ребра, м;
a – шаг оребрения, м.
м2.
м2.
Для пучков поперечно обтекаемых труб следует учитывать средний коэффициент теплоотдачи ср, так как условия передачи теплоты отдельными рядами нагревателей различны и определяются турбулизацией воздушного потока.
Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов, не приводящей к перегреву нагревателей, следует обеспечивать в зоне теплообмена движение потока воздуха со скоростью не менее 6 м/с. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкции воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха, последнюю следует ограничить 15 м/с.
Средний коэффициент теплоотдачи для шахматных пучков
,
(1.56)
где n - количество рядов труб в пучке нагревательного блока.
Вт/м2
0С.
Температура воздушного потока после калорифера равна
,
(1.57)
где PК – суммарная мощность ТЭНов калорифера, кВт;
- плотность воздуха, кг/м3;
св – удельная теплоемкость воздуха, св = 1 кДж/(кг 0С);
Lв – производительность калорифера, м3/с.
0С
0С
Условие (1.22) выполняется, следовательно принимаем выбранные ТЭНы (ТЭН 100 В 16/2.0 J220) и его компановку.