حساب عنصر التسخين

لتحديد إحدى المعلمات الرئيسية لسلك عنصر التسخين - القطر د ، م (مم) ، يتم استخدام طريقتين للحساب: وفقًا لقوة السطح المحددة المسموح بها PF وباستخدام جدول الأحمال الحالية.

الطاقة السطحية المحددة المسموح بها PF = P⁄F ،

حيث P هي قوة السخان السلكي ، W ؛

F = π ∙ d ∙ l - منطقة السخان ، m2 ؛ ل - طول السلك ، م.

حسب الطريقة الأولى

حيث ρd - المقاومة الكهربائية لمادة السلك عند درجة الحرارة الفعلية ، أوم • م ؛ U هو جهد سلك السخان ، V ؛ PF - القيم المسموح بها لقوة السطح المحددة للسخانات المختلفة:

الطريقة الثانية تستخدم جدول الأحمال الحالية (انظر الجدول 1) مجمعة من البيانات التجريبية. لاستخدام الجدول المشار إليه ، من الضروري تحديد درجة حرارة التسخين المحسوبة Tp المتعلقة بدرجة الحرارة الفعلية (أو المسموح بها) للموصل Td من خلال النسبة:

Tr = Km Ks ∙ Td ،

حيث Km هو عامل التركيب ، مع الأخذ بعين الاعتبار تدهور ظروف تبريد السخان بسبب بنائه ؛ Kc هو العامل المحيط ، مع الأخذ في الاعتبار تحسين ظروف تبريد السخان مقارنة ببيئة الهواء الثابتة.

بالنسبة لعنصر التسخين المصنوع من سلك مجدول بشكل حلزوني ، Km = 0.8 ... 0.9 ؛ نفس الشيء مع قاعدة سيراميك كم = 0.6 ... 0.7 ؛ لسلك ألواح التسخين وبعض عناصر التسخين Km = 0.5 ... 0.6 ؛ بالنسبة للموصل من أرضية كهربائية ، من التربة وعناصر التسخين كم = 0.3 ... 0.4. تتوافق القيمة الأصغر لـ Km مع سخان بقطر أصغر ، وقيمة أكبر لقطر أكبر.

عند التشغيل في ظروف غير الحمل الحراري الحر ، Kc = 1.3… 2.0 يؤخذ لعناصر التسخين في تيار الهواء ؛ للعناصر في الماء الراكد Kc = 2.5 ؛ في تدفق المياه - Kc = 3.0 ... 3.5.

إذا تم ضبط الجهد Uph والطاقة Pf للسخان المستقبلي (المصمم) ، فعندئذٍ تياره (لكل مرحلة)

Iph = Pph⁄Uph

وفقًا للقيمة المحسوبة لتيار السخان لدرجة الحرارة المحسوبة اللازمة لتسخينه وفقًا للجدول 1 ، تم العثور على القطر المطلوب لسلك النيتشروم د وطول السلك المطلوب ، م ، لتصنيع السخان تم حسابه:

حيث d هو قطر السلك المحدد ، م ؛ ρd هي المقاومة الكهربائية المحددة للموصل عند درجة حرارة التسخين الفعلية ، أوم • م ،

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)] ،

أين αр - معامل درجة حرارة المقاومة، 1 / ​​نظام التشغيل.

لتحديد معلمات لولب نيتشروم ، خذ متوسط ​​قطر المنعطفات D = (6 ... 10) ∙ d ، درجة اللولب h = (2… 4) ∙ d ،

عدد الدورات

طول اللولب lsp = h ∙ n.

عند حساب عناصر التسخين ، يجب أن نتذكر أن مقاومة السلك الحلزوني بعد الضغط على عنصر التسخين

حيث k (y.s) هو معامل يأخذ في الاعتبار انخفاض مقاومة اللولب ؛ وفقًا للبيانات التجريبية ، k (s) = 1.25. يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن قوة السطح المحددة للسلك الحلزوني أكبر 3.5 ... 5 مرات من قوة السطح المحددة لعنصر التسخين الأنبوبي.

في الحسابات العملية لعنصر التسخين ، حدد أولاً درجة حرارة سطحه Tp = To + P ∙ Rt1 ،

حيث درجة الحرارة المحيطة ، درجة مئوية ؛ P هي قوة عنصر التسخين ، W ؛ RT1 - المقاومة الحرارية عند الأنبوب - واجهة متوسطة ، ОC / W.

ثم يتم تحديد درجة حرارة الملف: ملعقة صغيرة = إلى + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) ،

حيث Rt2 هي المقاومة الحرارية لجدار الأنبوب ، ОC / W ؛ RT3 - المقاومة الحرارية للحشو ، ОC / W ؛ Rp1 = 1⁄ (α ∙ F) ، حيث α هو معامل انتقال الحرارة ، W / (م ^ 2 • ОС) ؛ F - مساحة السخان ، م 2 ؛ Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F) ، حيث δ هي سماكة الجدار ، م ؛ λ - التوصيل الحراري للجدار ، W / (م • ОС).

لمزيد من المعلومات حول جهاز عناصر التسخين ، انظر هنا: عناصر التسخين. الجهاز ، الاختيار ، التشغيل ، توصيل عناصر التسخين

الجدول 1. جدول الأحمال الحالية

مثال 1. احسب السخان الكهربائي على شكل سلك حلزوني وفقًا لطاقة السطح المحددة المسموح بها PF.

حالة.طاقة السخان P = 3.5 كيلو واط ؛ إمداد الجهد U = 220 فولت ؛ مادة الأسلاك - نيتشروم Х20Н80 (سبيكة من 20٪ كروم و 80٪ نيكل) ، وبالتالي فإن المقاومة الكهربائية المحددة للسلك ρ20 = 1.1 10 ^ (- 6) أوم • م ؛ معامل درجة حرارة المقاومة αр = 16 10 ^ (- 6) 1 / ОС ؛ اللولب مفتوح ، في شكل معدني ، درجة حرارة عمل اللولب هي Tsp = 400ОC ، PF = 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. حدد d ، lp ، D ، h ، n ، lp.

إجابة. مقاومة الملف: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 أوم.

مقاومة كهربائية محددة عند Tsp = 400 OS

ρ400 = 1.1 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (400-20)] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) أوم • م.

أوجد قطر السلك:

من التعبير R = (ρ ∙ l) ⁄S نحصل على l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ) ، من أين طول السلك

متوسط ​​قطر الدوران الحلزوني هو D = 10 ∙ d = 10 0.001 = 0.01 م = 10 مم. خطوة حلزونية ع = 3 ∙ د = 3 1 = 3 مم.

عدد لفات اللولب

طول اللولب هو lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 cm.

مثال 2. احسب هيكليًا سخان مقاومة السلك عند تحديد قطر السلك d باستخدام جدول الأحمال الحالية (انظر الجدول 1).

حالة. طاقة سخان السلك P = 3146 W ؛ إمداد الجهد U = 220 فولت ؛ مادة الأسلاك - نيتشروم Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) أوم • م ؛ αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃ ؛ حلزون مفتوح يقع في مجرى الهواء (كم = 0.85 ، Kc = 2.0) ؛ درجة حرارة التشغيل المسموح بها للموصل Td = 470 درجة مئوية.

أوجد القطر د وطول السلك ل.

إجابة.

Tr = Km Ks ∙ Td = 0.85 2 ∙ 470 OS = 800 OS.

سخان التصميم الحالي I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

وفقًا لجدول الأحمال الحالية (انظر الجدول 1) عند Tр = 800 ОС و I = 14.3 A ، نجد قطر ومقطع السلك د = 1.0 مم و S = 0.785 مم 2.

طول السلك lp = (R ∙ S) ⁄ρ800 ،

حيث R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 أوم ، ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-20)] = 1.11 10 ^ (- 6) أوم • م ، lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 م.

أيضًا ، إذا لزم الأمر ، على غرار المثال الأول ، يمكن تعريف D ، h ، n ، lsp.

مثال 3. حدد الجهد المسموح به للسخان الكهربائي الأنبوبي (TEN).

الحالة ... ملف عنصر التسخين مصنوع من سلك نيتشروم بقطر d = 0.28 مم وطول l = 4.7 م عنصر التسخين في الهواء الساكن بدرجة حرارة 20 درجة مئوية. خصائص نيتشروم: ρ20 = 1.1 10 ^ (- 6) أوم • م ؛ αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / درجة مئوية. طول الجزء النشط من غلاف عنصر التسخين هو La = 40 سم.

عنصر التسخين أملس ، القطر الخارجي dob = 16 مم. معامل انتقال الحرارة α = 40 واط / (م ^ 2 درجة مئوية). المقاومة الحرارية: حشو RT3 = 0.3 ОС / W ، جدران الإسكان Rт2 = 0.002 ОС / W.

حدد الحد الأقصى للجهد الذي يمكن تطبيقه على عنصر التسخين بحيث لا تتجاوز درجة حرارة ملفه Tsp 1000.

إجابة. درجة حرارة عنصر التسخين لعنصر التسخين

ملعقة صغيرة = إلى + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) ،

حيث هي درجة حرارة الهواء المحيط ؛ P هي قوة عنصر التسخين ، W ؛ RT1 - المقاومة الحرارية الملامسة لواجهة الأنبوب المتوسط.

قدرة عنصر التسخين P = U ^ 2⁄R ،

حيث R هي مقاومة ملف التسخين.لذلك ، يمكننا كتابة Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) ، من حيث الجهد على عنصر التسخين

U = √ ((R ∙ (Tsp-To)) / (Rt1 + Rt2 + Rt3)).

أوجد R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2) ،

حيث ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = 1.12 ∙ 10 ^ ( - 6) أوم • م.

ثم R = 1.12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4.7) ⁄ (3.14 ∙ (0.28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85.5 أوم.

المقاومة الحرارية الملامسة RT1 = 1⁄ (α ∙ F) ،

حيث F هي مساحة الجزء النشط من غلاف عنصر التسخين ؛ F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 0.4 = 0.02 متر مربع.

أوجد Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0.02 = 1.25) OC / W.

حدد جهد عنصر التسخين U = ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 فولت.

إذا كان الجهد الاسمي الموضح على عنصر التسخين هو 220 فولت ، فإن الجهد الزائد عند Tsp = 1000 OS سيكون 5.6٪ Un.