Принимаем количество n=6.
Мощность одного тэна, а значит, мощность одной спирали определяется по формуле:
P1 = P/n, кВт…. (24)
где P - мощность суммы всех тэнов в аппарате, кВт;
n - количество установленных тэнов, шт., принимается равным 4 шт.;
P1 = 30 940/6 156,7= 5 кВт;
Длина активной части трубки находится по формуле:
La = P1/р∙D∙W, мм…. (25)
где D - наружный диаметр трубки тэна, мм, принимается равным 11 мм;
W - удельная поверхностная мощность, Вт/см2, принимается равной 11 Вт/см2;
La = 5 156,7/3,14∙11∙0,11 = 1 360,61 мм
Полная длина трубки после опрессовки, определяется по формуле:
L = La + 2∙Lк, мм…. (26)
где Lк - длина контактного стержня в трубке, мм, принимается равным 50 мм
L = 1360,61 + 2∙50 = 1461 мм;
Длина активной части трубки до опрессовки находится по формуле:
Lа.о. = L/г, мм (27)
где г - коэффициент удлинения трубки после опрессовки, принимается равным 1,15.
Lа.о. = 1461/1,15 = 1270 мм
Сопротивление спирали тэна после опрессовки определяется по формуле:
R = Uт/I, Ом (28)
где Uт - номинальное напряжение, В.
I = P1/U = 5156,7/220 = 23,44 А
R = 220/23,44 = 9,39 Ом
Сопротивление проволоки до опрессовки тэна находится по формуле:
R0 = ar∙R, Ом (29)
где ar - коэффициент уменьшения сопротивления проволоки в результате опрессовки, в зависимости от диаметра проволоки, принимается равным 1,3.
R0 = 1,3∙9,39 = 12,21 Ом
Длина активной части проволоки определяется по формуле:
l = 0,785∙R0∙d2/с, мм (30)
где d - диаметр проволоки, мм, принимается равным 0,8 мм;
с - удельное сопротивление материала спирали, Ом∙мм2/м, для нихрома при 700-900°С, с= 1,2 Ом∙мм2/м.
l = 0,785∙12,21∙(0,8)2/1,2 = 5,11 мм
Длина одного витка спирали находится по формуле:
lв = 1,07∙р∙dв, м (31)
где 1,07 - коэффициент, учитывающий увеличение диаметра витка спирали при снятии ее со стержня намотки;
dв =(dстержня + d) = (4+0,8) = 4,8 - средний диаметр витка, мм.
dстержня - диаметр стержня, мм, принимается равным 4 мм.
lв = 1,07∙3,14∙4,8 = 16,13 мм
Число витков спирали определяется по формуле:
nв = l*1000/lв, витков (32)
nв = 5,11∙1000/16,13 = 317 витков
Расстояние между витками находятся по формуле:
La = (d+a) (n-1) (33)= (La+ d-nd)/n-1 = (1 360,61+0.8-317∙0.8)/ 317-1 = 3,5 мм
Коэффициент шага спирали (или плотность навивки спирали) определяется по формуле:
k = a+d/d = 3,5+0,8/0,8 = 5,4
Шаг витка проволочной спирали:
= kd = 5,4∙0,8 = 4,3
Потребное количество проволоки для одного тэна с учетом необходимой навивки на концы контактного стержня из расчета 20 витков спирали на конец стержня находим по формуле:
lпотреб = l+(2∙20∙lb)/1000 = 5,11+(40∙16,13)/1000 = 3,3 м = 3300 мм
Температура нагрева спирали:
x = d/Dвн = 0,8/8 = 0,1
y = d/ dв = 0.8/4.8 = 0.17
z = Dвн/ dв = 8/4.8 = 1.67
где dв =(dстержня + d) = (4+0,8) = 4,8 мм;
Dвн = D-2д = 11-2∙1.5 = 8 (д=1.5 мм - толщина стенки после опрессовки).
По номограмме находим перепад температур в изоляционном слое тэна на единицу теплового потока. Коэффициент теплопроводности для периклаза принимается равным 0,022 Вт/см∙°С.
Удельный тепловой поток на единицу длины тэна находится по формуле:
q = P1/La, Вт/см (34)
q = 5156,7/1361 = 38Вт/см
Перепад температур в изоляционном слое определяется по формуле:
∆tиз = [∆t/ql]∙ql,°С (35)
∆tиз = 3,5∙38 = 133°С
Рабочая температура спирали находится по формуле:
t1 = ∆tиз + tw,°С (36)
t1 = 133 + 126 = 259°С
где tw - температура поверхности тэна (для кипящей воды при давлении в пароводяной рубашке котла 140 кПа равна 126°С).
Расчет парогенератора
Так как длинна активной трубки тена:
Общая длина парогенератора:
Принимаем ширину и высоту парогенератора:
Объем парогенератора:
Объем парогенератора должен вмещать: