ताप तत्व की गणना

हीटिंग तत्व के तार के मुख्य मापदंडों में से एक को निर्धारित करने के लिए - व्यास डी, एम (मिमी), गणना के दो तरीकों का उपयोग किया जाता है: स्वीकार्य विशिष्ट सतह शक्ति पीएफ के अनुसार और वर्तमान भार की तालिका का उपयोग करना।

अनुमेय विशिष्ट सतह शक्ति पीएफ = P⁄F,

जहां पी वायर हीटर की शक्ति है, डब्ल्यू;

एफ = π ∙ डी ∙ एल - हीटर क्षेत्र, एम 2; एल - तार की लंबाई, मी।

पहली विधि के अनुसार

जहां ρd — वास्तविक तापमान पर तार सामग्री का विद्युत प्रतिरोध, ओम • मी; यू हीटर वायर वोल्टेज है, वी; पीएफ - विभिन्न हीटरों के लिए विशिष्ट सतह शक्ति के अनुमेय मूल्य:

दूसरी विधि प्रयोगात्मक डेटा से संकलित वर्तमान भार (तालिका 1 देखें) की तालिका का उपयोग करती है। संकेतित तालिका का उपयोग करने के लिए, कंडक्टर Td के वास्तविक (या अनुमेय) तापमान से संबंधित गणना किए गए ताप तापमान Tp को अनुपात द्वारा निर्धारित करना आवश्यक है:

ट्र = किमी ∙ केएस ∙ टीडी,

जहां Km स्थापना कारक है, इसके निर्माण के कारण हीटर की शीतलन स्थिति में गिरावट को ध्यान में रखते हुए; Kc एक स्थिर वायु वातावरण की तुलना में हीटर शीतलन की स्थिति में सुधार को देखते हुए परिवेशी कारक है।

सर्पिल में मुड़े हुए तार से बने ताप तत्व के लिए, Km = 0.8 … 0.9; वही, सिरेमिक बेस किमी = 0.6 ... 0.7 के साथ; ताप प्लेटों के एक तार और कुछ ताप तत्वों के लिए किमी = 0.5 ... 0.6; एक बिजली के फर्श से कंडक्टर के लिए, मिट्टी और हीटिंग तत्व किमी = 0.3 ... 0.4। किलोमीटर का एक छोटा मान छोटे व्यास वाले हीटर से मेल खाता है, बड़े व्यास के लिए बड़ा मान।

मुक्त संवहन के अलावा अन्य परिस्थितियों में संचालन करते समय, Kc = 1.3 … 2.0 वायु धारा में ताप तत्वों के लिए लिया जाता है; स्थिर जल में तत्वों के लिए Kc = 2.5; जल प्रवाह में - Kc = 3.0 … 3.5।

यदि भविष्य (डिज़ाइन किए गए) हीटर के वोल्टेज यूएफ़ और पावर पीएफ सेट हैं, तो इसका वर्तमान (प्रति चरण)

Iph = Pph⁄Uph

तालिका 1 के अनुसार इसके ताप के आवश्यक परिकलित तापमान के लिए हीटर की धारा के परिकलित मान के अनुसार, निक्रोम वायर d का आवश्यक व्यास पाया जाता है और हीटर के निर्माण के लिए तार की आवश्यक लंबाई, m, परिकलित:

जहाँ d तार का चयनित व्यास है, मी; ρd वास्तविक ताप तापमान पर कंडक्टर का विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध है, ओम • मी,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

कहा पे - प्रतिरोध का तापमान गुणांक, 1/ओएस।

निक्रोम सर्पिल के मापदंडों को निर्धारित करने के लिए, घुमावों का औसत व्यास D = (6 … 10) ∙ d लें, सर्पिल की पिच h = (2 … 4) ∙ d,

घुमावों की संख्या

हेलिक्स की लंबाई एलएसपी = एच ∙ एन।

हीटिंग तत्वों की गणना करते समय, यह याद रखना चाहिए कि हीटिंग तत्व को दबाने के बाद सर्पिल तार का प्रतिरोध

जहाँ k (y.s) एक गुणांक है जो सर्पिल के प्रतिरोध में कमी को ध्यान में रखता है; प्रायोगिक आंकड़ों के अनुसार, के (एस) = 1.25। यह भी ध्यान में रखा जाना चाहिए कि सर्पिल तार की विशिष्ट सतह शक्ति 3.5 ... ट्यूबलर हीटिंग तत्व की विशिष्ट सतह शक्ति से 5 गुना अधिक है।

हीटिंग तत्व की व्यावहारिक गणना में, पहले इसकी सतह का तापमान Tp = To + P ∙ Rt1 निर्धारित करें,

जहां यह परिवेश का तापमान है, डिग्री सेल्सियस; पी ताप तत्व की शक्ति है, डब्ल्यू; RT1 - पाइप पर थर्मल प्रतिरोध - मध्यम इंटरफ़ेस, ओसी / डब्ल्यू।

फिर वाइंडिंग का तापमान निर्धारित किया जाता है: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

जहां Rt2 पाइप की दीवार का थर्मल प्रतिरोध है, ओसी / डब्ल्यू; RT3 - भराव का थर्मल प्रतिरोध, ओसी / डब्ल्यू; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), जहां α गर्मी हस्तांतरण गुणांक है, W / (m ^ 2 • ОС); एफ - हीटर का क्षेत्र, एम 2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), जहां δ दीवार की मोटाई है, मी; λ — दीवार की तापीय चालकता, W / (m • OS)।

ताप तत्वों के उपकरण के बारे में अधिक जानकारी के लिए, यहां देखें: तापन तत्व। डिवाइस, चयन, संचालन, हीटिंग तत्वों का कनेक्शन

तालिका 1. वर्तमान भार की तालिका

उदाहरण 1. स्वीकार्य विशिष्ट सतह शक्ति पीएफ के अनुसार तार सर्पिल के रूप में इलेक्ट्रिक हीटर की गणना करें।

स्थिति।हीटर की शक्ति पी = 3.5 किलोवाट; आपूर्ति वोल्टेज यू = 220 वी; तार सामग्री - निक्रोम Х20Н80 (20% क्रोमियम और 80% निकल का एक मिश्र धातु), इसलिए तार का विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ओम • मी; प्रतिरोध का तापमान गुणांक αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; सर्पिल खुला है, धात्विक रूप में, सर्पिल का कार्य तापमान Tsp = 400 ОC, PF = 12 ∙ 10 ^ 4 W / m2 है। डी, एलपी, डी, एच, एन, एलपी निर्धारित करें।

उत्तर। कुंडल प्रतिरोध: आर = यू ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ओम।

Tsp = 400 OS पर विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध

ρ400 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (400-20)] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) ओम • म।

तार का व्यास ज्ञात कीजिए:

व्यंजक R = (ρ ∙ l) ⁄S से हमें l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ) प्राप्त होता है, जिससे तार की लंबाई

सर्पिल मोड़ का औसत व्यास डी = 10 ∙ डी = 10 ∙ 0.001 = 0.01 मीटर = 10 मिमी है। सर्पिल पिच एच = 3 ∙ डी = 3 ∙ 1 = 3 मिमी।

सर्पिल के घुमावों की संख्या

हेलिक्स की लंबाई lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 सेमी है।

उदाहरण 2। वर्तमान भार की तालिका (तालिका 1 देखें) का उपयोग करके तार व्यास डी का निर्धारण करते समय तार प्रतिरोध हीटर की संरचनात्मक रूप से गणना करें।

स्थिति। वायर हीटर पावर पी = 3146 डब्ल्यू; आपूर्ति वोल्टेज यू = 220 वी; तार सामग्री - निक्रोम Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ओहम • एम; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; हवा की धारा में स्थित खुला हेलिक्स (किमी = 0.85, केसी = 2.0); कंडक्टर Td = 470 ОС का अनुमेय ऑपरेटिंग तापमान।

व्यास d और तार lp की लंबाई निर्धारित करें।

उत्तर।

ट्र = किमी ∙ केएस ∙ टीडी = 0.85 ∙ 2 ∙ 470 ओएस = 800 ओएस।

डिजाइन हीटर वर्तमान I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 ए।

Tр = 800 ОС और I = 14.3 A पर वर्तमान भार की तालिका (तालिका 1 देखें) के अनुसार, हम तार d = 1.0 मिमी और S = 0.785 mm2 का व्यास और क्रॉस-सेक्शन पाते हैं।

तार की लंबाई एलपी = (आर ∙ एस) ⁄ρ800,

जहाँ R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 ओम, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-20) ] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) ओम • एम, एलपी = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 मीटर।

साथ ही, यदि आवश्यक हो, पहले उदाहरण के समान, D, h, n, lsp परिभाषित किया जा सकता है।

उदाहरण 3. ट्यूबलर इलेक्ट्रिक हीटर (टीईएन) के स्वीकार्य वोल्टेज का निर्धारण करें।

हालत... हीटिंग तत्व का तार नाइक्रोम तार से बना है जिसका व्यास d = 0.28 मिमी और लंबाई l = 4.7 मीटर है। हीटिंग तत्व 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ अभी भी हवा में है। निक्रोम के लक्षण: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ओम • मी; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / डिग्री सेल्सियस। हीटिंग तत्व के आवास के सक्रिय भाग की लंबाई ला = 40 सेमी है।

ताप तत्व चिकना है, बाहरी व्यास dob = 16 मिमी। हीट ट्रांसफर गुणांक α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C)। थर्मल प्रतिरोध: भराव RT3 = 0.3 OS / W, आवास की दीवारें Rт2 = 0.002 OS / W।

निर्धारित करें कि हीटिंग तत्व पर अधिकतम वोल्टेज क्या लागू किया जा सकता है ताकि इसका कॉइल तापमान Tsp 1000 ℃ से अधिक न हो।

उत्तर। ताप तत्व का ताप तत्व तापमान

टीएसपी = टू + पी ∙ (आरटी1 + आरटी2 + आरटी3),

जहां यह परिवेशी वायु तापमान है; पी ताप तत्व की शक्ति है, डब्ल्यू; RT1 - पाइप-मध्यम इंटरफ़ेस के थर्मल प्रतिरोध से संपर्क करें।

ताप तत्व की शक्ति P = U ^ 2⁄R,

जहां आर हीटिंग कॉइल का प्रतिरोध है।इसलिए, हम Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) लिख सकते हैं, जहां से ताप तत्व पर वोल्टेज

यू = √ ((आर ∙ (टीएसपी-टू)) / (आरटी1 + आरटी2 + आरटी3))।

R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2) ज्ञात कीजिए।

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

फिर आर = 1.12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4.7) ∙ (3.14 ∙ (0.28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85.5 ओम।

संपर्क थर्मल प्रतिरोध RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

जहाँ F ताप तत्व के खोल के सक्रिय भाग का क्षेत्र है; एफ = π ∙ डीओबी ∙ ला = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 एम 2।

Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0.02 = 1.25) OC / W ज्ञात कीजिए।

हीटिंग तत्व यू = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 वी के वोल्टेज का निर्धारण करें।

यदि ताप तत्व पर अंकित वोल्टेज 220 V है, तो Tsp = 1000 OS पर ओवरवॉल्टेज 5.6% ∙ Un होगा।