3.1.2 Задания №1 к контрольной работе №2

Таблица 2

«Расчет открытого нагревателя»

№ варианта	Нагреваемый материал	Шифр нагревателя	Температура нагревателя, К	Температура материала, К	Площадь нагрева, м2
1 2 3 4 5	Сталь	А Б В Г А	1173 1273 1373 1473 1573	1000 1020 1160 1285 1393	0,02 0,04 0,01 0,005 0,002
6 7 8 9 10	Цинк окисленный	Б В Г А Г	873 1073 973 973 873	600 630 600 650 600	0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
11 12 1	Латунь с тусклой поверхностью	Б В Г А Г	873 873 973 873 973	600 500 600 550 630	0,02 0,04 0,03 0,01 0,05
16 17 1	Графит	А Б В Г А	1673 1573 1473 1373 1273	1400 1200 1290 1000 950	0,04 0,03 0,02 0,01 0,10

3.1.3. Расчет нагревателя защищенного исполнения

Исходными данными для расчета ТЭН являются номинальная мощность Р и активная длина l нагревателя, напряжение питания и нагреваемая среда.

Спираль для ТЭН рассчитывают в такой последовательности:

1. В соответствии с активной длиной нагревателя по таблице 13 выбирают необходимую активную поверхность S_А,и определяют удельный поверхностный тепловой поток, Вт/см², на наружной поверхности оболочки нагревателя:

Ф_А=Р/S_A,

где S_A – площадь активной поверхности нагревателя, см² (табл.13).

Расчетный тепловой поток не должен превосходить предельно допустимого значения Ф_Адоп (табл. 15) для заданных условий нагрева.

2. Предварительно определяют диаметр нагревательного сопротивления (проволоки)

, мм,

где _{Апр.доп} – допустимый удельный тепловой поток на поверхности проволоки, Вт/см², определяемый по таблице 14 в зависимости от условий нагрева.

По таблице 16 находят ближайший по сортаменту диаметр проволоки.

3. Номинальное сопротивление спирали при рабочей температуре

R_н=U_ф²/Р.

4. Номинальное сопротивление спирали при 293 К

R₂₉₃=0,95 R_н.

5. Сопротивление спирали для намотке

R= k_обс R₂₉₃.,

где k_обс – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления проволоки в результате опрессовки методом обсадки (табл.16)

6. Активная длина нагревательной проволоки

l_an=R/R_l, м,

где R_l- электрическое сопротивление 1 м проволоки, Ом м (табл.16).

7. Действительный удельный тепловой поток на поверхности нагревательной проволоки

Ф_Апр=Р/(А_ll_an),

где А_l поверхность 1 м нагревательной проволоки, см²/м (табл.16).

Если Ф_Апр>Ф_{Адоп.пр}, то необходимо увеличить диаметр проволоки.

8. Активное число витков спирали

n_ab=l_an10³/l_в

где l_в – длина витка спирали, мм (табл.16).

9. Общее число витков спирали с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 10 витков на конец стержня

n_общ = n_ab +20.

10. Шаг спирали до обсадки

l_ш=l_ад/n_ab, мм,

где l_ад- активная длина нагревателя до обсадки, мм (табл.13).

Расчетное значение l_ш проверяют по условиям:

d+0,5 мм< l_ш<5d при d<0,63 мм

1,9d< l_ш<6d при d0,63 мм.

11. Общая длина спирали l_c=n_общl_в.

12. Определяется маркировка ТЭН (табл. 13) в виде: ТЭН – 123/456,

где 1-развернутая длина, см; 2-условное обозначение длины контактного стержня в заделке (табл.17); 3-наружный диаметр оболочки, мм; 4-номинальная мощность, кВт; 5- условное обозначение нагреваемой среды (табл.15); 6- номинальное напряжение питания, В.

Пример 4. Рассчитать ТЭН мощностью 800 Вт, активной длиной 620 мм при напряжении питания 48 В для плавления олова (обозначение нагреваемой среды - Ф).

Решение:

1.По таблице 13 выбираем S_А,=286 см² и расчитывается удельный поверхностный тепловой поток на наружной поверхности оболочки нагревателя Ф_А=Р/S_A=800/286=3,162 Вт/см².

Расчетный тепловой поток меньше предельно допустимого для заданных условий нагрева значения Ф_Адоп=3,5 Вт/см² (табл. 15).

2. Предварительный диаметр нагревательного сопротивления

, мм,

По таблице 12 ближайшим по сортаменту диаметром проволоки, удовлетворяющим необходимому условию, является d=1,0 мм.

3. Номинальное сопротивление спирали при рабочей температуре

R_н=U_ф²/Р=48²/800=2,88 Ом.

4. Номинальное сопротивление спирали при 293 К

R₂₉₃=0,95 R_н.=0,95*2,88=2,736

5. Поскольку, в соответствии с табл. 16, k_обс =1, сопротивление спирали для намотки R= k_обс R₂₉₃.=1,0*2,736=2,736,

6. Активная длина нагревательной проволоки l_an=R/R_l, =2,012 м,

7. Действительный удельный тепловой поток на поверхности нагревательной проволоки Ф_Апр=Р/(А_ll_an),=800/3,14/2,012=12,66 меньше допустимого значения 16 Вт/см² (табл. 14), поэтому диаметр проволоки изменять не надо.

8. Активное число витков спирали n_ab=l_an10³/l_в=2012/12,2=164,9

9. Общее число витков спирали с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 10 витков на конец стержня n_общ = n_ab +20=164,9+20=184,9.

10. Шаг спирали до обсадки l_ш=l_ад/n_ab=520/184,9=3,153 мм.

Для выбранного диаметра, большего 0,63 мм, проверяем условие размещения спирали в трубке ТЭН: 1,9*1,0 < 1,0<6*1,0

Условие выполняется и, следовательно, расчетные параметры ТЭН верны.

11. Общая длина спирали l_c=n_общl_в=2255,765 мм.

12. ТЭН 70А13/0,8Ф 48