హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క గణన

హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క వైర్ యొక్క ప్రధాన పారామితులలో ఒకదానిని నిర్ణయించడానికి - వ్యాసం d, m (mm), గణన యొక్క రెండు పద్ధతులు ఉపయోగించబడతాయి: అనుమతించదగిన నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి PF ప్రకారం మరియు ప్రస్తుత లోడ్ల పట్టికను ఉపయోగించడం.

అనుమతించదగిన నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి PF= P⁄F,

ఇక్కడ P అనేది వైర్ హీటర్ యొక్క శక్తి, W;

F = π ∙ d ∙ l — హీటర్ ప్రాంతం, m2; l - వైర్ పొడవు, m.

మొదటి పద్ధతి ప్రకారం

ఇక్కడ ρd - వాస్తవ ఉష్ణోగ్రత వద్ద వైర్ పదార్థం యొక్క విద్యుత్ నిరోధకత, ఓం • m; U అనేది హీటర్ వైర్ వోల్టేజ్, V; PF - వివిధ హీటర్ల కోసం నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి యొక్క అనుమతించదగిన విలువలు:

రెండవ పద్ధతి ప్రయోగాత్మక డేటా నుండి సంకలనం చేయబడిన ప్రస్తుత లోడ్ల పట్టికను ఉపయోగిస్తుంది (టేబుల్ 1 చూడండి). సూచించిన పట్టికను ఉపయోగించడానికి, నిష్పత్తి ద్వారా కండక్టర్ Td యొక్క వాస్తవ (లేదా అనుమతించదగిన) ఉష్ణోగ్రతకు సంబంధించి లెక్కించిన తాపన ఉష్ణోగ్రత Tpని నిర్ణయించడం అవసరం:

Tr = కి.మీ ∙ Ks ∙ Td,

ఇక్కడ Km అనేది సంస్థాపనా కారకం, దాని నిర్మాణం కారణంగా హీటర్ యొక్క శీతలీకరణ పరిస్థితుల క్షీణతను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది; Kc అనేది పరిసర కారకం, స్థిరమైన గాలి వాతావరణంతో పోలిస్తే హీటర్ శీతలీకరణ పరిస్థితుల మెరుగుదలని పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది.

స్పైరల్‌లో మెలితిప్పిన తీగతో చేసిన హీటింగ్ ఎలిమెంట్ కోసం, Km = 0.8 … 0.9; అదే, సిరామిక్ బేస్ Km = 0.6 ... 0.7; హీటింగ్ ప్లేట్లు మరియు కొన్ని హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ యొక్క వైర్ కోసం Km = 0.5 ... 0.6; ఎలక్ట్రిక్ ఫ్లోర్, మట్టి మరియు హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ నుండి ఒక కండక్టర్ కోసం Km = 0.3 ... 0.4. Km యొక్క చిన్న విలువ చిన్న వ్యాసం కలిగిన హీటర్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది, పెద్ద వ్యాసానికి పెద్ద విలువ.

ఉచిత ఉష్ణప్రసరణ కాకుండా ఇతర పరిస్థితులలో పనిచేస్తున్నప్పుడు, Kc = 1.3 ... 2.0 గాలి ప్రవాహంలో హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ కోసం తీసుకోబడుతుంది; నిశ్చల నీటిలో ఉన్న మూలకాల కోసం Kc = 2.5; నీటి ప్రవాహంలో - Kc = 3.0 … 3.5.

వోల్టేజ్ Uph మరియు ఫ్యూచర్ (డిజైన్ చేయబడిన) హీటర్ యొక్క పవర్ Pf సెట్ చేయబడితే, దాని కరెంట్ (ప్రతి దశకు)

Iph = Pph⁄Uph

టేబుల్ 1 ప్రకారం దాని తాపన యొక్క అవసరమైన లెక్కించిన ఉష్ణోగ్రత కోసం హీటర్ యొక్క కరెంట్ యొక్క లెక్కించిన విలువ ప్రకారం, నిక్రోమ్ వైర్ d యొక్క అవసరమైన వ్యాసం కనుగొనబడింది మరియు హీటర్ తయారీకి అవసరమైన వైర్ పొడవు, m లెక్కించబడుతుంది:

ఇక్కడ d అనేది ఎంచుకున్న వైర్ వ్యాసం, m; ρd అనేది వాస్తవ తాపన ఉష్ణోగ్రత వద్ద కండక్టర్ యొక్క నిర్దిష్ట విద్యుత్ నిరోధకత, ఓం • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

ఎక్కడ αр - నిరోధకత యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం, 1/OS.

నిక్రోమ్ స్పైరల్ యొక్క పారామితులను నిర్ణయించడానికి, మలుపుల యొక్క సగటు వ్యాసాన్ని తీసుకోండి D = (6 … 10) ∙d, స్పైరల్ పిచ్ = (2 … 4) ∙ d,

మలుపుల సంఖ్య

హెలిక్స్ పొడవు lsp = h ∙ n.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్లను లెక్కించేటప్పుడు, తాపన మూలకాన్ని నొక్కిన తర్వాత స్పైరల్ వైర్ యొక్క ప్రతిఘటన గుర్తుంచుకోవాలి

ఇక్కడ k (y.s) అనేది మురి యొక్క ప్రతిఘటనలో తగ్గింపును పరిగణనలోకి తీసుకునే గుణకం; ప్రయోగాత్మక డేటా ప్రకారం, k (లు) = 1.25. మురి వైర్ యొక్క నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి గొట్టపు హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి కంటే 3.5 ... 5 రెట్లు ఎక్కువ అని కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క ఆచరణాత్మక గణనలలో, ముందుగా దాని ఉపరితలం Tp = To + P ∙ Rt1, ఉష్ణోగ్రతను నిర్ణయించండి.

ఇక్కడ ఇది పరిసర ఉష్ణోగ్రత, ° C; P అనేది హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క శక్తి, W; RT1 - పైపు వద్ద ఉష్ణ నిరోధకత - మీడియం ఇంటర్‌ఫేస్, OC / W.

అప్పుడు వైండింగ్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత నిర్ణయించబడుతుంది: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

ఇక్కడ Rt2 అనేది పైపు గోడ యొక్క ఉష్ణ నిరోధకత, ОC / W; RT3 - పూరక యొక్క ఉష్ణ నిరోధకత, ОC / W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), ఇక్కడ α అనేది ఉష్ణ బదిలీ గుణకం, W / (m ^ 2 • ОС); F - హీటర్ యొక్క ప్రాంతం, m2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), ఇక్కడ δ అనేది గోడ మందం, m; λ - గోడ యొక్క ఉష్ణ వాహకత, W / (m • ОС).

హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ పరికరం గురించి మరింత సమాచారం కోసం, ఇక్కడ చూడండి: హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్. పరికరం, ఎంపిక, ఆపరేషన్, హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ కనెక్షన్

టేబుల్ 1. ప్రస్తుత లోడ్ల పట్టిక

ఉదాహరణ 1. అనుమతించదగిన నిర్దిష్ట ఉపరితల శక్తి PF ప్రకారం వైర్ స్పైరల్ రూపంలో విద్యుత్ హీటర్‌ను లెక్కించండి.

పరిస్థితి.హీటర్ పవర్ P = 3.5 kW; సరఫరా వోల్టేజ్ U = 220 V; వైర్ పదార్థం - nichrome Х20Н80 (20% క్రోమియం మరియు 80% నికెల్ మిశ్రమం), కాబట్టి వైర్ యొక్క నిర్దిష్ట విద్యుత్ నిరోధకత ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ఓం • m; ప్రతిఘటన యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; స్పైరల్ తెరిచి ఉంటుంది, లోహ రూపంలో, మురి పని ఉష్ణోగ్రత Tsp = 400 OC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2. d, lp, D, h, n, lpని నిర్ణయించండి.

సమాధానం. కాయిల్ నిరోధకత: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ఓంలు.

Tsp = 400 OS వద్ద నిర్దిష్ట విద్యుత్ నిరోధకత

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

వైర్ యొక్క వ్యాసాన్ని కనుగొనండి:

R = (ρ ∙ l) ⁄S వ్యక్తీకరణ నుండి మనకు l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ), వైర్ పొడవు ఎక్కడ నుండి వస్తుంది

స్పైరల్ టర్న్ యొక్క సగటు వ్యాసం D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 mm. స్పైరల్ పిచ్ h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 మిమీ.

మురి యొక్క మలుపుల సంఖ్య

హెలిక్స్ యొక్క పొడవు lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 మీ = 93.3 సెం.మీ.

ఉదాహరణ 2. ప్రస్తుత లోడ్ల పట్టికను ఉపయోగించి వైర్ వ్యాసం dని నిర్ణయించేటప్పుడు వైర్ రెసిస్టెన్స్ హీటర్‌ను నిర్మాణాత్మకంగా లెక్కించండి (టేబుల్ 1 చూడండి).

పరిస్థితి. వైర్ హీటర్ పవర్ P = 3146 W; సరఫరా వోల్టేజ్ U = 220 V; వైర్ పదార్థం - నిక్రోమ్ Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ఓం • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; గాలి ప్రవాహంలో ఉన్న ఓపెన్ హెలిక్స్ (Km = 0.85, Kc = 2.0); కండక్టర్ Td = 470 OС యొక్క అనుమతించదగిన ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత.

వ్యాసం d మరియు వైర్ lp యొక్క పొడవును నిర్ణయించండి.

సమాధానం.

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

డిజైన్ హీటర్ కరెంట్ I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 ఎ.

Tр = 800 ОС మరియు I = 14.3 A వద్ద ప్రస్తుత లోడ్ల పట్టిక (టేబుల్ 1 చూడండి) ప్రకారం, మేము వైర్ d = 1.0 mm మరియు S = 0.785 mm2 యొక్క వ్యాసం మరియు క్రాస్-సెక్షన్ని కనుగొంటాము.

వైర్ పొడవు lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

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

అలాగే, అవసరమైతే, మొదటి ఉదాహరణ మాదిరిగానే, D, h, n, lsp నిర్వచించవచ్చు.

ఉదాహరణ 3. గొట్టపు విద్యుత్ హీటర్ (TEN) యొక్క అనుమతించదగిన వోల్టేజ్ని నిర్ణయించండి.

పరిస్థితి... హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క కాయిల్ d = 0.28 mm మరియు పొడవు l = 4.7 m వ్యాసం కలిగిన నిక్రోమ్ వైర్‌తో తయారు చేయబడింది. హీటింగ్ ఎలిమెంట్ 20 °C ఉష్ణోగ్రతతో గాలిలో ఉంటుంది. నిక్రోమ్ యొక్క లక్షణాలు: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ఓం • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క హౌసింగ్ యొక్క క్రియాశీల భాగం యొక్క పొడవు లా = 40 సెం.మీ.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్ మృదువైనది, బయటి వ్యాసం dob = 16 mm. ఉష్ణ బదిలీ గుణకం α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). థర్మల్ నిరోధకతలు: పూరక RT3 = 0.3 ОС / W, గృహ గోడలు Rт2 = 0.002 ОС / W.

దాని కాయిల్ ఉష్ణోగ్రత Tsp 1000 ℃ మించకుండా ఉండేలా హీటింగ్ ఎలిమెంట్‌కు గరిష్ట వోల్టేజీని ఏ వోల్టేజ్ వర్తించవచ్చో నిర్ణయించండి.

సమాధానం. హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క హీటింగ్ ఎలిమెంట్ ఉష్ణోగ్రత

Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

ఇక్కడ ఇది పరిసర గాలి ఉష్ణోగ్రత; P అనేది హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క శక్తి, W; RT1 — పైప్-మీడియం ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క ఉష్ణ నిరోధకతను సంప్రదించండి.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క శక్తి P = U ^ 2⁄R,

ఇక్కడ R అనేది తాపన కాయిల్ యొక్క ప్రతిఘటన.కాబట్టి, మేము Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3), హీటింగ్ ఎలిమెంట్‌పై వోల్టేజ్ ఎక్కడ నుండి వ్రాయవచ్చు

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

R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2), కనుగొనండి

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

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

కాంటాక్ట్ థర్మల్ రెసిస్టెన్స్ RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

ఇక్కడ F అనేది హీటింగ్ ఎలిమెంట్ యొక్క షెల్ యొక్క క్రియాశీల భాగం యొక్క ప్రాంతం; F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 m2.

Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0.02 = 1.25) OC / Wని కనుగొనండి.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్ U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V యొక్క వోల్టేజ్‌ని నిర్ణయించండి.

హీటింగ్ ఎలిమెంట్‌పై సూచించిన నామమాత్రపు వోల్టేజ్ 220 V అయితే, Tsp = 1000 OS వద్ద ఓవర్‌వోల్టేజ్ 5.6% ∙ Un.