Расчет тэна

Исходные данные

P₁ = 1500 Вт;

U = 220 В;

Материал трубки тэна – для греющей камеры – обычная сталь; для парогенератора – обычная сталь с защитным покрытием;

Диаметр трубки тэна: до опрессовки D = 16 мм; после опрессовки D_т = 12,3 мм (0,0123 м);

Материал спирали – нихром (удельное сопротивление ρ = 1,1ּ10^–6 Омּм).

Тэн греющей камеры

Принимаем длину участка тэна L_к (рис. 8.48 а), на котором находится контактный стержень 30 мм, а радиус изгиба трубки тэна – 25 мм. При этом расстояние между осями трубок (s) составит 50 мм. Для обеспечения равномерного нагрева теплоносителя тэны в греющей камере необходимо разместить по всей ее длине. Тогда с учетом зазора (примерно 10 мм) и выступающего внутрь греющей камеры контактного стержня на 20 мм длина активной части тэна (L_а) составит

L_а = [А_рк – 10 – 20 – (s/2 + D_т/2)] ּ 2 + π ּ s/2 = [590 – 10 – 20 – (25 + 6,15)] ּ 2 + 3,14 ּ 25 = 1192 мм (1,192 м).

Активная длина тэна до опрессовки

L = L_а/1,15 = 1192: 1,15 = 1037 мм.

Действительная удельная поверхностная мощность на тэне определится по формуле (4.38)

ω_т = = = 3,26ּ10⁴ Вт/м²

Полученное значение удельной поверхностной мощности на трубке тэна значительно меньше допустимого значения 4,5 ּ 10⁴ Вт/м² (табл. 4.4). Однако по результатам исследований, проведенных на кафедре торгово-технологического оборудования РЭА им. Г.В. Плеханова, для конвективных аппаратов подобного типа рекомендуемая удельная поверхностная мощность на трубке тэна греющей камеры не должна превышать 1,2 ּ 10⁴ Вт/м² (1,2 Вт/см²).

Для обеспечения рекомендуемой удельной поверхностной мощности на трубке тэна следует увеличить площадь его теплоотдающей поверхности за счет оребрения. Необходимая площадь оребрения (S_р) составит

S_р = – πּD_тּL_а = – 3,14ּ1,23ּ119,2 = 790 см².

По конструктивным соображениям принимаем ребра размерами 2ּ4,5 см. Откуда площадь одного ребра за вычетом трубки тэна составит 15,6 см², а число ребер на тэне 790/15,6 = 51 шт. Принимаем к установке 52 ребра на двух прямолинейных участках длиной по 520 мм с шагом 20 мм. Причем их равномерная установка на разных тэнах осуществляется со смещением относительно друг друга на 10 мм.

Общая длина трубки тэна после опрессовки определяемая по формуле (4.39) будет равна

L = 1192 + 2ּ30= 1252 мм.

До опрессовки

L₀ = L/1,15 = 1252: 1,15 = 1088,7 мм.

Диаметр проволоки спирали (d) определяется по формуле (4.36)

d = = = 0,68ּ10^–3 м,

где ω_с – удельная поверхностная мощность на проволоке спирали, Вт/м² (Для тэнов работающих в воздухе движущемся со скоростью мене 6 м/с допускается до 7 ּ 10⁴ Вт/м². Принимаем 5ּ10⁴ Вт/м²).

Полученный диаметр по табл. 4.5 округляется до ближайшего стандартного (d _ст) диаметра нахромовой проволоки – 0,7 мм (0,7ּ10^–3 м) и определяется ее длина (l). Для ее нахождения в начале определим сопротивление проволоки спирали до опрессовки

R₀ = 1,3ּR = 1,3ּ32,26 = 41,94 Ом

где R – сопротивление проволоки спирали после опрессовки, Ом (R = U²/P₁ = 220²/1500 = 32,26 Ом).

Длина проволоки спирали определяется по следующей формуле

l = = = 14,66 м.

Реальная удельная поверхностная мощность на проволоке спирали (ω_с) составит

ω_с = = = 4,65ּ10⁴ Вт/м².

Средний диаметр витка спирали:

= D – δ_т – δ_из – d = 16 – 2– 4 – 0,7 = 9,3 мм,

где δ_т – сумма толщин стенок трубки, δ_т = 2ּ1 = 2 мм;

δ_из – сумма толщин слоев изоляции, δ_из = 2ּ2 = 4 мм;

d _ст – диаметр проволоки спирали, d _ст = 0,7 мм.

Длина витка спирали:

l _в = πּ = 3,14ּ9,3 = 29,2 мм.

Число витков:

n _в = = = 502.

Расстояние между витками:

а = = = 1,35 мм.

Поскольку а > d, то расчет выполнен верно и конструктивные параметры нагревателя соответствуют предъявляемым требованиям.

Тэн парогенератора

Принимаем длину участка тэна L_к (рис. 8.48 б), на котором находится контактный стержень 50 мм, а радиус изгиба трубки тэна – 40 мм. При этом расстояние между осями трубок (s) составит 80 мм, а ширина парогенератора В_п = 80 + 12,3 + 20 = 112 мм. С учетом зазора по длине между тэном и стенкой парогенератора (10 мм) и выступающего внутрь парогенератора контактного стержня на 30 мм длина активной части тэна (L_а) составит

L_а = [А_п – 10 – 30 – (s/2 + D_т/2)] ּ 2 + π ּ s/2 = [350 – 10 – 30 – (40 + 6,15)] ּ 2 + 3,14 ּ 40 = 673,3 мм (0,673 м).

Тогда удельная поверхностная мощность на тэне определится по формуле (4.38)

ω_т = = =5,77 10⁴ Вт/м²

Полученное значение удельной поверхностной мощности на трубке тэна значительно меньше допустимого значения 14 ּ 10⁴ Вт/м² (табл. 4.4), что позволяет уменьшить L_а примерно в 2 раза. Принимаем L_а = 400 мм. Тогда длина парогенератора составит А_п = 225 мм.

Активная длина тэна до опрессовки составит

L = L_а/1,15 = 400: 1,15 = 348 мм.

Общая длина трубки тэна после опрессовки определяемая по формуле (4.39) будет равна

L = 400 + 2ּ50= 500 мм.

До опрессовки

L₀ = L/1,15 = 500: 1,15 = 434,8 мм.

Диаметр проволоки спирали (d) определяется по формуле (4.36)

d = = = 0,47ּ10^–3 м,

где ω_с – удельная поверхностная мощность на проволоке спирали, Вт/м² (Для тэнов работающих в воде допускается до 25 ּ 10⁴ Вт/м². Принимаем 15ּ10⁴ Вт/м²).

Полученный диаметр по табл. 4.5 округляется до ближайшего стандартного (d _ст) диаметра нахромовой проволоки – 0,5 мм (0,5ּ10^–3 м) и определяется ее длина (l). Для ее нахождения в начале определим сопротивление проволоки спирали до опрессовки

R₀ = 1,3ּR = 1,3ּ32,26 = 41,94 Ом

где R – сопротивление проволоки спирали после опрессовки, Ом (R = U²/P₁ = 220²/1500 = 32,26 Ом).

Длина проволоки спирали определяется по следующей формуле

l = = = 7,48 м.

Реальная удельная поверхностная мощность на проволоке спирали (ω_с) составит

ω_с = = = 12,77ּ10⁴ Вт/м².

Средний диаметр витка спирали:

= D – δ_т – δ_из – d _ст = 16 – 2 – 4 – 0,5 = 9,5 мм,

где δ_т – сумма толщин стенок трубки, δ_т = 2ּ1 = 2 мм;

δ_из – сумма толщин слоев изоляции, δ_из = 2ּ2 = 4 мм;

d _ст – диаметр проволоки спирали, d _ст = 0,5 мм.

Длина витка спирали:

l _в = πּ = 3,14ּ9,5 = 29,83 мм.

Число витков:

n _в = = = 251.

Расстояние между витками:

а = = = 0,88 мм.

Поскольку а > d, то расчет выполнен верно и конструктивные параметры нагревателя соответствуют предъявляемым требованиям.

Дата добавления: 2015-06-30