발열체 계산

발열체 와이어의 주요 매개 변수 중 하나 인 직경 d, m (mm)을 결정하기 위해 허용되는 비 표면 전력 PF에 따라 현재 부하 표를 사용하는 두 가지 계산 방법이 사용됩니다.

허용 비표면력 PF= P⁄F,

여기서 P는 와이어 히터의 전력, W입니다.

F = π ∙ d ∙ l - 히터 면적, m2; l — 와이어 길이, m.

첫 번째 방법에 따르면

여기서 ρd - 실제 온도에서 와이어 재료의 전기 저항, 옴 • m; U는 히터 와이어 전압, V입니다. PF — 다른 히터에 대한 특정 표면 전력의 허용 값:

두 번째 방법은 실험 데이터에서 컴파일된 현재 부하 표(표 1 참조)를 사용합니다. 표시된 표를 사용하려면 도체 Td의 실제(또는 허용) 온도와 관련하여 계산된 가열 온도 Tp를 다음 비율로 결정해야 합니다.

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

여기서 Km은 히터의 구성으로 인한 냉각 조건의 열화를 고려한 설치 계수입니다. Kc는 정지된 공기 환경에 비해 히터 냉각 조건의 개선을 고려한 주변 요인입니다.

나선형으로 꼬인 와이어로 만든 발열체의 경우 Km = 0.8 … 0.9; 동일, 세라믹베이스 Km = 0.6 ... 0.7; 가열판 와이어 및 일부 가열 요소의 경우 Km = 0.5 ... 0.6; 전기 바닥, 토양 및 발열체 Km = 0.3 ... 0.4의 도체의 경우. Km 값이 작을수록 직경이 작은 히터에 해당하고 값이 클수록 직경이 큽니다.

자유 대류 이외의 조건에서 작동할 때 Kc = 1.3 … 2.0은 공기 흐름의 발열체에 적용됩니다. 정수에 있는 요소의 경우 Kc = 2.5; 물 흐름에서 — Kc = 3.0 … 3.5.

미래의 (설계된) 히터의 전압 Uph와 전력 Pf가 설정되면 전류 (위상 당)

Iph = Pph⁄Uph

표 1에 따라 필요한 가열 온도에 대한 히터 전류의 계산 값에 따라 필요한 니크롬 와이어 직경 d와 히터 제조에 필요한 와이어 길이 m이 발견됩니다. 다음과 같이 계산됩니다.

여기서 d는 선택한 와이어 직경, m입니다. ρd는 실제 가열 온도에서 도체의 특정 전기 저항, Ohm • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

여기서 αр — 저항의 온도 계수, 1/OS.

니크롬 나선의 매개 변수를 결정하려면 회전의 평균 직경 D = (6 … 10) ∙ d, 나선 피치 h = (2 … 4) ∙ d,

턴 수

나선 길이 lsp = h ∙ n.

가열 요소를 계산할 때 가열 요소를 누른 후 나선형 와이어의 저항을 기억해야 합니다.

여기서 k (y.s)는 나선형 저항 감소를 고려한 계수입니다. 실험 데이터에 따르면 k(s) = 1.25입니다. 또한 스파이럴 와이어의 비표면 전력이 관형 발열체의 비표면 전력보다 3.5 ~ 5배 더 크다는 점도 고려해야 합니다.

발열체의 실제 계산에서 먼저 표면 온도 Tp = To + P ∙ Rt1을 결정합니다.

여기서 그것은 주변 온도, ° C입니다. P는 발열체의 전력, W입니다. RT1 — 파이프의 열 저항 — 중간 인터페이스, ОC / W.

그런 다음 권선의 온도가 결정됩니다. Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

여기서 Rt2는 파이프 벽의 열 저항, ОC / W입니다. RT3 - 필러의 열 저항, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), 여기서 α는 열전달 계수, W / (m ^ 2 • ОС)입니다. F - 히터 면적, m2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), 여기서 δ는 벽 두께, m입니다. λ - 벽의 열전도율, W / (m • ОС).

발열체 장치에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하십시오. 발열체. 가열 요소의 장치, 선택, 작동, 연결

표 1. 현재 부하 표

예 1. 허용 비표면력 PF에 따라 나선형 와이어 형태의 전기 히터를 계산합니다.

상태.히터 전력 P = 3.5kW; 공급 전압 U = 220V; 와이어 재료 — 니크롬 Х20Н80(크롬 20%와 니켈 80%의 합금), 따라서 와이어의 특정 전기 저항 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) 옴 • m; 저항 온도 계수 αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; 나선형은 금속 형태로 열려 있고 나선형의 작동 온도는 Tsp = 400 ºC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2입니다. d, lp, D, h, n, lp를 결정합니다.

답변. 코일 저항: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8옴.

Tsp = 400 OS에서의 특정 전기 저항

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

와이어의 직경 찾기:

식에서 R = (ρ ∙ l) ⁄S 우리는 l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ)를 얻습니다. 여기서 와이어 길이

나선형 회전의 평균 직경은 D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 mm입니다. 나선형 피치 h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3mm.

나선의 회전 수

나선의 길이는 lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 cm입니다.

예 2. 전류 부하 표를 사용하여 와이어 직경 d를 결정할 때 와이어 저항 히터를 구조적으로 계산합니다(표 1 참조).

상태. 와이어 히터 전력 P = 3146W; 공급 전압 U = 220V; 와이어 재질 — 니크롬 Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) 옴 • m; αp = 16·10^(-6)1/℃; 기류에 위치한 개방형 나선(Km = 0.85, Kc = 2.0); 도체의 허용 작동 온도 Td = 470 ОС.

직경 d와 와이어 lp의 길이를 결정하십시오.

답변.

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

설계 히터 전류 I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3A.

Tр = 800 ОС 및 I = 14.3 A에서 현재 부하 표(표 1 참조)에 따르면 와이어의 직경과 단면적은 d = 1.0 mm 및 S = 0.785 mm2입니다.

와이어 길이 lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

여기서 R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄146 = 15.3 옴, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-20) ] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) 옴 • m, lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 m.

또한 필요에 따라 첫 번째 예와 마찬가지로 D, h, n, lsp를 정의할 수 있다.

예 3. 관형 전기 히터(TEN)의 허용 전압을 결정합니다.

조건... 발열체의 코일은 직경 d = 0.28 mm, 길이 l = 4.7 m인 니크롬 와이어로 만들어졌으며 발열체는 20 °C의 온도로 정지된 공기 중에 있습니다. 니크롬의 특성: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) 옴 • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C 발열체 하우징의 활성 부분 길이는 La = 40cm입니다.

가열 요소는 매끄럽고 외경 dob = 16mm입니다. 열전달 계수 α = 40W / (m ^ 2 ∙ ° C). 열 저항: 필러 RT3 = 0.3 ОС / W, 하우징 벽 Rт2 = 0.002 ОС / W.

코일 온도 Tsp가 1000℃를 초과하지 않도록 발열체에 인가할 수 있는 최대 전압을 결정합니다.

답변. 발열체의 발열체 온도

Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

여기서 그것은 주변 공기 온도입니다. P는 발열체의 전력, W입니다. RT1 - 파이프 매체 인터페이스의 접촉 열 저항.

발열체의 전력 P = U ^ 2⁄R,

여기서 R은 가열 코일의 저항입니다.따라서 Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3)을 쓸 수 있습니다. 여기서 발열체의 전압

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

찾기 R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2),

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

그런 다음 R = 1.12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4.7) ⁄ (3.14 ∙ (0.28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85.5 옴.

접점 열 저항 RT1 = 1⁄(α ∙ F),

여기서 F는 발열체 쉘의 활성 부분 영역입니다. F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02m2.

Rt1 = 1⁄(40 ∙ 0.02 = 1.25) OC / W를 찾으십시오.

발열체 U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4V의 전압을 결정합니다.

발열체에 표시된 공칭 전압이 220V이면 Tsp = 1000 OS에서의 과전압은 5.6% ∙ Un이 됩니다.