Расчет тэна

Определить параметры тэнов котла пищеварочного электрического КЭ-160.

Исходные данные: мощность котла Р=24 кВт, номинальное напряжение сети U = 380 В, количество тэнов — 6, номинальное напряжение тэна 220 В.

Решение. Мощность одного тэна находят из выражения

Р₁ = Р/6=24000/6=4000 Вт,

Удельная мощность на поверхности трубки тэна W_T=10 Вт/см².

Диаметр трубки тэна после опрессовки принимают равным D = 13 мм.

В соответствии с формулой длина активной части трубки тэна составит

L_а = Р₁/ DW_T = 4000/3,14 1,3 10=980 мм.

Полная длина трубки после опрессовки будет равна

L = L_а+2L_к=980+275=1130 мм,

где L_к — длина контактного стержня трубки тэна, равная 75 мм.

Длина трубки тэна до опрессовки

L_а.о= L/ = 1130/l,15=983 мм,

где  — коэффициент удлинения трубки тэна в резуль­тате опрессовки методом обсадки (=1,15). Ток, потребляемый одним тэном, будет равен

I=P₁/U= 4000/220= 18,18 А.

Электрическое сопротивление проволоки тэна находят по формуле

R=U/I= 220/18,18 = 12,1 Ом.

До опрессовки трубки тана электрическое сопротив­ление проволоки внутри трубки равно

R₀ = R _r= 12,1 • 1,3= 15,7 Ом,

где _r — коэффициент изменения электрического со­противления проволоки в результате опрессовки мето­дом обсадки (_r =1,3).

Нихромовую проволоку для проволочной спирали берут диаметром d=0,8 мм с удельным сопротивлением =1,2 Ом-мм²/м и определяют длину проволоки по формуле

l = 0,785R₀d²/ = 0,785 • 15,7 • 0,8²/1,2=6,57 м.

Проволочную спираль навивают на стержень диа­метром 4 мм. На основании практических данных уста­новлено, что при навивке на стержень средний диаметр витка увеличивается примерно на 7 % ввиду пружинности проволоки. Поэтому длина одного витка спира­ли в среднем равна 1_в=d_В1,07, где средний диа­метр витка d_B = 4+0,8+4,8 мм; 1_в=3,144,81,07 = 16,13 мм.

Число витков спирали может быть определено по формуле

n = 11000/1_в = 6,571000/16,13 = 408.

Расстояние между витками будет равно

а= (L_a10-nd)/n= (9810 – 408 – 0,8)/408 = 1,6 мм.

Коэффициент шага спирали или плотность навивки спирали может быть определен по формуле

k=(a + d)/d = (l,6 + 0,8)/0,8 = 3.

Шаг витка проволочной спирали h =kd=30,8= = 2,4 мм.

Наилучшим следует считать шаг, равный не менее чем двукратному диаметру проволоки, чему и соответствуют данные расчета.

Потребное количество проволоки для одного тэна с учетом необходимой навивки на концы контактного стержня из расчета 20 витков спирали на конец стержня будет равно

L_потр = l+(2201_в)/1000 = 6,57+(22016,13)/1000 = =7222 мм.

Определяют температуру нагрева спирали. Характеристики спирали

x = d/D_BH=0,8/10 = 0,08; y = d/d_B=0,8/4,8 = 0,17;

z = D_BH/d_B= 10/4,8 = 2,08,

где d_B = d+d_CT = 0,8+4=4,8 мм; D_BH = D —2=13 – 2 1,5=10 мм;  — толщина стенки трубки после опрессовки ( = 1,5 мм).

По номограмме на рис. 6.22 в последовательности, указанной стрелкой, определяют перепад температур в изоляционном слое тэна на единицу теплового потока (коэффициент теплопроводности для периклаза равен 0,022 Вт/(смК):

t/q_l  4,8 (см-К)/Вт.

Удельный тепловой поток на единицу длины тэна находят по формуле

q_l =P₁/L_a=4000/98=40,8 Вт/см.

Перепад температур в изоляционном слое будет равен

t_из = t/q_l = 4,8  40,8=196 °С.

Рабочую температуру спирали рассчитывают по выражению

t₁ =t_из + t_ = 196+126=322 °С,

где t_ — температура поверхности тэна (для кипящей воды при давлении в пароводяной рубашке котла 150 кПа равна 126 °С).

1

Агрегат создан сотрудниками Харьковского института общественного питания. Выпущена опытная партия обжарочных агре­гатов и утверждена технологическая инструкция на выработку печеных овощей.