Расчет резистивных нагревателей

Цель работы.1: Научиться производить расчет резистивных нагревателей.

Содержание работы. Для усвоения методики расчета необходимо, пользуясь приведенным в методических указаниях примером, рассчитать параметры резистивного нагревателя по данным своего варианта.

Упражнение. Рассчитать закрытые спиральные нагреватели по типу рисунка 4.5, б для проточного подогревателя питьевой воды для животных в зимнее время. Мощ­ность подогревателя 10 кВт, начальная температура воды 5°С, конечная 18°С, напряжение питания 380/220 В, пределы изменения мощности 100... 50%.

Решение. Для регулирования мощности предусматриваем две трехфаз­ные секции по три нагревателя в каждой, соединенные «в звезду», следователь­но общее количество нагревателей 6. Мощность (кВт) одного нагревателя:

Расчет ведем по рабочему току I (А):

Для спиралей выбираем нихром Х15Н60=Н (ρ₂₀=1,1*10^-6 Ом-м, β=16,3*10^{-6 о}С^-1) и рабочую температуру ν_д=500°С. Расчетная температура ^оС

где k_м=0,7 и k_c=3 приняты из таблиц 4.5 и 4.6.

По ближайшим расчетным значениям р = 1000 °С и I = 7,7 А из таблицы 4.4 находим d=0,5 mm.

Длина нихромовой проволоки (м) на один нагреватель

Проверим полученные значения d и l. Сопротивление нагревателя (Ом)

Мощность одного нагревателя (кВт)

что практически совпадает с заданной.

Размеры спиралей определяют по формулам

Диаметр: D=(8…10)d

Длина спирали: l_cn=hn

4. Рассчитать спираль для ТЭНа, предназначенного для подогрева воздуха в электрическом калорифере мощностью 25 кВт. Питающее напряжение 380/220 В, пределы регулирования мощности 100...25%, средняя температура нагреваемого У воздуха 25 °С. По опытным данным удельная поверхностная мощность для спиралей подобных устройств достигает 5 Вт/см².

5. Рассчитать спираль для открытой плитки мощностью 0,5 кВт при напряжении питания 220 В. Температура спирали не должна превышать 800 °С.

Упражнение. Выбор ТЭНов

1. Выбрать ТЭНы взамен вышедших из строя (тип ТЭНов неизвестен) для поточного водонагревателя ЭПВ-2А.

Таблица 4.7 Удельные нагрузки на поверхности трубок ТЭНов

Нагреваемая среда и условия нагрева	Материал трубки	доп, Вт/см2
Вода (нагрев и генерация пара)	Латунь
	Ст. 10, Ст. 20	3,5...10
	Х18Н10Т
Воздух:
спокойный	Ст. 10, Ст. 20	1.2...1,8
	Х18Н10Т
движущийся (электрокалори­феры)
Ст. 10, Ст. 20	4,5...5,0
	Х18Н10Т	4,5...5,5
Молоко (подогрев в емкости)	Х18Н10Т	1,5...2,0
Лучистый обогрев животных и птицы	Х18Н10Т	5,0...6.0

Мощность водонагревателя Р«=12 кВт, количество ТЭНов 3 мощностью по 4 кВт, питающее напряжение 220 В (соединение «звезда»).

Решение. Учитывая, что ТЭНы работают в потоке воды, из таблицы 4.7 выбираем σ_доп=10 Вт/см². Расчетная площадь поверхности ТЭНа

По каталогу 12.15.04—75 «Трубчатые электронагреватели» выбираем нагре­ватель типа ТЭН-87 У-образяого исполнения номинальной мощностью 4 кВт, на 220 В, развернутая активная длина 927 мм, что соответствует размерам ра­бочей камеры водонагревателя, диаметр трубки 13 мм.

Площадь активной поверхности ТЭНа (см²)

S₁ = π*d*l*10^-2 =14*13*927*10* =379 см²

что близко к расчетному значению.

2. Перед выпойкой телят необходимо подогревать молоко в бидоне вмести­мостью 50 кг от 10 до 30 °С. Подобрать ТЭНы, которые могли бы быть встроены в крышку бидона в качестве переносного нагревателя. Высота бидона 0,7 м, время нагрева 30 мин.

3. Выбрать ТЭН для того, чтобы его можно было вмонтировать в арматуру инфракрасного облучателя ССП01-250 вместо лампы ИКЗК-220-250.

Указание: В качестве излучателей следует использовать ТЭНы с трубками из нержавеющей стали (типа НСЖ, НМЖ и др.)

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6