חישוב גוף החימום

כדי לקבוע את אחד הפרמטרים העיקריים של החוט של גוף החימום - קוטר d, m (מ"מ), נעשה שימוש בשתי שיטות חישוב: על פי כוח השטח הספציפי המותר PF ושימוש בטבלת העומסים הנוכחיים.

כוח משטח ספציפי מותר PF= P⁄F,

כאשר P הוא הספק של מחמם החוט, W;

F = π ∙ d ∙ l - שטח המחמם, m2; l - אורך חוט, מ.

לפי השיטה הראשונה

כאשר ρd - התנגדות חשמלית של חומר החוט בטמפרטורה בפועל, אוהם • m; U הוא מתח חוט המחמם, V; PF - ערכים מותרים של כוח משטח ספציפי עבור מחממים שונים:

השיטה השנייה משתמשת בטבלה של עומסים נוכחיים (ראה טבלה 1) המורכבת מנתוני ניסוי. כדי להשתמש בטבלה המצוינת, יש צורך לקבוע את טמפרטורת החימום המחושבת Tp הקשורה לטמפרטורה בפועל (או המותרת) של המוליך Td על ידי היחס:

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

כאשר Km הוא גורם ההתקנה, תוך התחשבות בהידרדרות תנאי הקירור של המחמם עקב בנייתו; Kc הוא גורם הסביבה, בהתחשב בשיפור תנאי הקירור של המחמם בהשוואה לסביבת אוויר נייחת.

עבור גוף חימום עשוי חוט מעוות בספירלה, Km = 0.8 … 0.9; אותו דבר, עם בסיס קרמי Km = 0.6 ... 0.7; עבור חוט של לוחות חימום וכמה גופי חימום Km = 0.5 ... 0.6; עבור מוליך מרצפה חשמלית, אדמה וגופי חימום Km = 0.3 ... 0.4. ערך קטן יותר של Km מתאים למחמם בקוטר קטן יותר, ערך גדול יותר לקוטר גדול יותר.

כאשר פועלים בתנאים שאינם הסעה חופשית, נלקח Kc = 1.3 … 2.0 עבור גופי חימום בזרם האוויר; עבור אלמנטים במים שקטים Kc = 2.5; בזרימת המים - Kc = 3.0 … 3.5.

אם המתח Uph והספק Pf של דוד העתיד (המעוצב) מוגדרים, אזי הזרם שלו (לכל שלב)

Iph = Pph⁄Upph

לפי הערך המחושב של זרם המחמם עבור הטמפרטורה המחושבת הנחוצה לחימום שלו לפי טבלה 1, נמצא הקוטר הנדרש של חוט הניקרום d והאורך הנדרש של החוט, m, לייצור המחמם. מחושב:

כאשר d הוא קוטר החוט שנבחר, m; ρd הוא ההתנגדות החשמלית הספציפית של המוליך בטמפרטורת החימום בפועל, אוהם • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

שבו αр — מקדם התנגדות טמפרטורה, 1/OS.

כדי לקבוע את הפרמטרים של ספירלת הניקרום, קח את הקוטר הממוצע של הסיבובים D = (6 … 10) ∙ d, גובה הספירלה h = (2 … 4) ∙ d,

מספר סיבובים

אורך הסליל lsp = h ∙ n.

בעת חישוב גופי החימום, יש לזכור כי ההתנגדות של חוט הספירלה לאחר לחיצה על גוף החימום

כאשר k (y.s) הוא מקדם הלוקח בחשבון את הפחתת ההתנגדות של הספירלה; לפי נתוני ניסוי, k (s) = 1.25. כמו כן, יש לקחת בחשבון שכוח השטח הספציפי של חוט הספירלה גדול פי 3.5 ... פי 5 מעוצמת השטח הספציפית של גוף החימום הצינורי.

בחישובים מעשיים של גוף החימום, תחילה קבע את הטמפרטורה של פני השטח שלו Tp = To + P ∙ Rt1,

כאשר זוהי טמפרטורת הסביבה, מעלות צלזיוס; P הוא הספק של גוף החימום, W; RT1 - התנגדות תרמית בצינור - ממשק בינוני, ОC / W.

ואז הטמפרטורה של הפיתול נקבעת: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

כאשר Rt2 הוא ההתנגדות התרמית של דופן הצינור, ОC / W; RT3 - התנגדות תרמית של חומר המילוי, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), כאשר α הוא מקדם העברת החום, W / (m ^ 2 • ОС); F - שטח התנור, מ"ר; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), כאשר δ הוא עובי הדופן, m; λ - מוליכות תרמית של הקיר, W / (m • ОС).

למידע נוסף על התקן גופי החימום ראה כאן: גופי חימום. התקן, בחירה, תפעול, חיבור גופי חימום

טבלה 1. טבלת עומסים נוכחיים

דוגמה 1. חשב את המחמם החשמלי בצורה של ספירלת תיל לפי הספק השטח הספציפי המותר PF.

מַצָב.כוח מחמם P = 3.5 קילוואט; מתח אספקה ​​U = 220 V; חומר חוט - nichrome Х20Н80 (סגסוגת של 20% כרום ו-80% ניקל), ולכן ההתנגדות החשמלית הספציפית של החוט ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) אוהם • m; מקדם טמפרטורה של התנגדות αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; הספירלה פתוחה, בצורה מתכתית, טמפרטורת העבודה של הספירלה היא Tsp = 400 ОC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. קבעו d, lp, D, h, n, lp.

תשובה. התנגדות סליל: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 אוהם.

התנגדות חשמלית ספציפית ב-Tsp = 400 OS

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

מצא את קוטר החוט:

מהביטוי R = (ρ ∙ l) ⁄S נקבל l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ), ומכאן אורך החוט

הקוטר הממוצע של הסיבוב הספירלי הוא D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 מ' = 10 מ"מ. גובה ספירלה h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 מ"מ.

מספר הסיבובים של הספירלה

אורך הסליל הוא lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 מ' = 93.3 ס"מ.

דוגמה 2. חשב באופן מבני את מחמם התנגדות החוט בעת קביעת קוטר החוט d באמצעות טבלת עומסי הזרם (ראה טבלה 1).

מַצָב. כוח מחמם תיל P = 3146 W; מתח אספקה ​​U = 220 V; חומר תיל — nichrome Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) אוהם • מ; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; סליל פתוח הממוקם בזרם האוויר (Km = 0.85, Kc = 2.0); טמפרטורת הפעולה המותרת של המוליך Td = 470 ОС.

קבע את הקוטר d ואת אורך החוט lp.

תשובה.

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

זרם המחמם העיצובי I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

על פי טבלת העומסים הנוכחיים (ראה טבלה 1) ב-Tр = 800 ОС ו-I = 14.3 A, אנו מוצאים את הקוטר והחתך של החוט d = 1.0 מ"מ ו-S = 0.785 מ"מ.

אורך חוט lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

כאשר R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 אוהם, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-20) ∙11 ] = 1. 10 ^ (- 6) אוהם • m, lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 מ'.

כמו כן, במידת הצורך, בדומה לדוגמא הראשונה, ניתן להגדיר D, h, n, lsp.

דוגמה 3. קבע את המתח המותר של דוד החשמל הצינורי (TEN).

מצב... סליל גוף החימום עשוי מחוט ניכרום בקוטר d = 0.28 מ"מ ואורך l = 4.7 מ' גוף החימום נמצא באוויר דומם בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. מאפיינים של nichrome: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) אוהם • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. אורך החלק הפעיל של הדיור של גוף החימום הוא La = 40 ס"מ.

גוף החימום חלק, דוב בקוטר חיצוני = 16 מ"מ. מקדם העברת חום α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). התנגדויות תרמיות: חומר מילוי RT3 = 0.3 ОС / W, קירות דיור Rт2 = 0.002 ОС / W.

קבע איזה מתח מרבי ניתן להפעיל על גוף החימום כך שטמפרטורת הסליל שלו Tsp לא תעלה על 1000 ℃.

תשובה. טמפרטורת גוף החימום של גוף החימום

Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

איפה זה טמפרטורת האוויר הסביבה; P הוא הספק של גוף החימום, W; RT1 - התנגדות תרמית למגע של ממשק הצינור-בינוני.

הספק של גוף החימום P = U ^ 2⁄R,

כאשר R היא ההתנגדות של סליל החימום.לכן, נוכל לכתוב Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3), ומכאן המתח על גוף החימום

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

מצא R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2),

כאשר ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = (1.12 ) — 6 ) אוהם • מ.

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

התנגדות תרמית למגע RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

כאשר F הוא השטח של החלק הפעיל של המעטפת של גוף החימום; F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 מ"ר.

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

קבע את המתח של גוף החימום U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V.

אם המתח הנומינלי המצוין על גוף החימום הוא 220 וולט, אזי מתח היתר ב-Tsp = 1000 OS יהיה 5.6% ∙ Un.