हीटिंग एलिमेंटची गणना

हीटिंग एलिमेंटच्या वायरच्या मुख्य पॅरामीटर्सपैकी एक - व्यास d, m (मिमी) निर्धारित करण्यासाठी, गणनाच्या दोन पद्धती वापरल्या जातात: अनुमत विशिष्ट पृष्ठभागाच्या पॉवर पीएफनुसार आणि वर्तमान भारांच्या सारणीचा वापर करून.

परवानगीयोग्य विशिष्ट पृष्ठभाग शक्ती PF= P⁄F,

जेथे P ही वायर हीटरची शक्ती आहे, W;

F = π ∙ d ∙ l — हीटर क्षेत्र, m2; l — वायरची लांबी, मी.

पहिल्या पद्धतीनुसार

जेथे ρd — वास्तविक तपमानावर वायर सामग्रीचा विद्युत प्रतिकार, ओहम • m; यू हीटर वायर व्होल्टेज आहे, व्ही; पीएफ - वेगवेगळ्या हीटर्ससाठी विशिष्ट पृष्ठभागाच्या शक्तीची परवानगीयोग्य मूल्ये:

दुसरी पद्धत प्रायोगिक डेटावरून संकलित केलेली वर्तमान भारांची सारणी (तक्ता 1 पहा) वापरते. सूचित टेबल वापरण्यासाठी, कंडक्टर Td च्या वास्तविक (किंवा परवानगीयोग्य) तापमानाशी संबंधित गणना केलेले हीटिंग तापमान Tp गुणोत्तरानुसार निर्धारित करणे आवश्यक आहे:

Tr = किमी ∙ Ks ∙ Td,

जेथे किमी हा स्थापनेचा घटक आहे, त्याच्या बांधकामामुळे हीटरची थंड स्थिती बिघडते हे लक्षात घेऊन; स्थिर हवेच्या वातावरणाच्या तुलनेत हीटर कूलिंग स्थितीत सुधारणा लक्षात घेऊन Kc हा सभोवतालचा घटक आहे.

सर्पिलमध्ये फिरवलेल्या वायरपासून बनवलेल्या गरम घटकासाठी, किमी = 0.8 … 0.9; समान, सिरेमिक बेससह किमी = 0.6 ... 0.7; हीटिंग प्लेट्स आणि काही हीटिंग घटकांच्या वायरसाठी किमी = 0.5 ... 0.6; विद्युत मजल्यावरील कंडक्टरसाठी, माती आणि गरम घटक किमी = 0.3 ... 0.4. किमीचे लहान मूल्य लहान व्यासाच्या हीटरशी संबंधित आहे, मोठे मूल्य मोठ्या व्यासाशी.

मुक्त संवहन व्यतिरिक्त इतर परिस्थितीत कार्य करताना, हवेच्या प्रवाहातील घटक गरम करण्यासाठी Kc = 1.3 … 2.0 घेतले जाते; स्थिर पाण्यातील घटकांसाठी Kc = 2.5; पाण्याच्या प्रवाहात - Kc = 3.0 … 3.5.

भविष्यातील (डिझाइन केलेले) हीटरचे व्होल्टेज Uph आणि पॉवर Pf सेट केले असल्यास, त्याचा वर्तमान (प्रति फेज)

Iph = Pph⁄Uph

टेबल 1 नुसार त्याच्या हीटिंगच्या आवश्यक गणना केलेल्या तपमानासाठी हीटरच्या वर्तमान मोजलेल्या मूल्यानुसार, निक्रोम वायर d चा आवश्यक व्यास आढळतो आणि हीटरच्या निर्मितीसाठी वायरची आवश्यक लांबी, m. गणना केली जाते:

जेथे d निवडलेल्या वायरचा व्यास आहे, m; ρd हा वास्तविक तापविण्याच्या तापमानात कंडक्टरचा विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध आहे, ओहम • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

कुठे αр — प्रतिरोधक तापमान गुणांक, 1/OS.

निक्रोम सर्पिलचे मापदंड निर्धारित करण्यासाठी, वळणांचा सरासरी व्यास घ्या D = (6 … 10) ∙ d, सर्पिल h = (2 … 4) ∙ d,

वळणांची संख्या

हेलिक्स लांबी lsp = h ∙ n.

हीटिंग एलिमेंट्सची गणना करताना, हे लक्षात ठेवले पाहिजे की हीटिंग एलिमेंट दाबल्यानंतर सर्पिल वायरचा प्रतिकार

जेथे k (y.s) हा एक गुणांक आहे जो सर्पिलच्या प्रतिकारातील घट लक्षात घेतो; प्रायोगिक डेटानुसार, k(s) = 1.25. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की सर्पिल वायरची विशिष्ट पृष्ठभागाची शक्ती ट्यूबलर हीटिंग एलिमेंटच्या विशिष्ट पृष्ठभागाच्या शक्तीपेक्षा 3.5 ... 5 पट जास्त आहे.

हीटिंग एलिमेंटच्या व्यावहारिक गणनेमध्ये, प्रथम त्याच्या पृष्ठभागाचे तापमान निश्चित करा Tp = To + P ∙ Rt1,

जेथे ते सभोवतालचे तापमान आहे, ° से; पी ही हीटिंग एलिमेंटची शक्ती आहे, डब्ल्यू; RT1 — पाइपवर थर्मल रेझिस्टन्स — मध्यम इंटरफेस, OC/W.

मग वळणाचे तापमान निश्चित केले जाते: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

जेथे Rt2 हा पाईपच्या भिंतीचा थर्मल रेझिस्टन्स आहे, OC/W; RT3 - फिलरचा थर्मल रेझिस्टन्स, ओसी / डब्ल्यू; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), जेथे α उष्णता हस्तांतरण गुणांक आहे, W / (m ^ 2 • ОС); एफ - हीटरचे क्षेत्र, एम 2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), जेथे δ ही भिंतीची जाडी आहे, m; λ — भिंतीची थर्मल चालकता, W / (m • ОС).

हीटिंग घटकांच्या डिव्हाइसबद्दल अधिक माहितीसाठी, येथे पहा: हीटिंग घटक. डिव्हाइस, निवड, ऑपरेशन, हीटिंग घटकांचे कनेक्शन

तक्ता 1. वर्तमान भारांची सारणी

उदाहरण 1. परवानगीयोग्य विशिष्ट पृष्ठभागाच्या पॉवर पीएफनुसार वायर सर्पिलच्या स्वरूपात इलेक्ट्रिक हीटरची गणना करा.

अट.हीटर पॉवर पी = 3.5 किलोवॅट; पुरवठा व्होल्टेज U = 220 V; वायर मटेरिअल — निक्रोम Х20Н80 (20% क्रोमियम आणि 80% निकेलचा मिश्रधातू), म्हणून वायरचा विशिष्ट विद्युत प्रतिकार ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) ओहम • m; प्रतिरोधक तापमान गुणांक αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; सर्पिल खुले आहे, धातूच्या स्वरूपात, सर्पिलचे कार्यरत तापमान Tsp = 400 OC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W/m2 आहे. d, lp, D, h, n, lp ठरवा.

उत्तर द्या. कॉइल रेझिस्टन्स: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ohms.

Tsp = 400 OS वर विशिष्ट विद्युत प्रतिकार

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

वायरचा व्यास शोधा:

R = (ρ ∙ l) ⁄S या अभिव्यक्तीवरून आपल्याला l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ) मिळते, तेथून वायरची लांबी

सर्पिल वळणाचा सरासरी व्यास D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 मिमी आहे. सर्पिल पिच h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 मिमी.

सर्पिल च्या वळण संख्या

हेलिक्सची लांबी lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 सेमी आहे.

उदाहरण 2. वर्तमान भारांच्या सारणीचा वापर करून वायरचा व्यास डी निर्धारित करताना वायर प्रतिरोधक हीटरची संरचनात्मक गणना करा (तक्ता 1 पहा).

अट. वायर हीटर पॉवर पी = 3146 डब्ल्यू; पुरवठा व्होल्टेज U = 220 V; वायर मटेरियल — निक्रोम Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) ओहम • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; हवेच्या प्रवाहात स्थित ओपन हेलिक्स (Km = 0.85, Kc = 2.0); कंडक्टरचे परवानगीयोग्य ऑपरेटिंग तापमान Td = 470 ОС.

d व्यास आणि वायर lp ची लांबी निश्चित करा.

उत्तर द्या.

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

डिझाइन हीटर चालू I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

Tр = 800 ОС आणि I = 14.3 A वर वर्तमान भारांच्या सारणीनुसार (टेबल 1 पहा), आम्हाला वायरचा व्यास आणि क्रॉस-सेक्शन d = 1.0 मिमी आणि S = 0.785 मिमी 2 सापडतो.

वायरची लांबी lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

जिथे R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 Ohm, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-10) ∙ (800-10) 10 ^ (- 6) ओम • m, lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 मी.

तसेच, आवश्यक असल्यास, पहिल्या उदाहरणाप्रमाणे, D, h, n, lsp परिभाषित केले जाऊ शकते.

उदाहरण 3. ट्यूबलर इलेक्ट्रिक हीटर (TEN) च्या स्वीकार्य व्होल्टेजचे निर्धारण करा.

स्थिती... हीटिंग एलिमेंटची कॉइल d = 0.28 मिमी आणि लांबी l = 4.7 मीटर व्यासासह निक्रोम वायरपासून बनलेली आहे. हीटिंग एलिमेंट 20 डिग्री सेल्सियस तापमानासह स्थिर हवेत आहे. निक्रोमची वैशिष्ट्ये: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ओहम • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. हीटिंग एलिमेंटच्या हाऊसिंगच्या सक्रिय भागाची लांबी La = 40 सेमी आहे.

हीटिंग घटक गुळगुळीत आहे, बाह्य व्यास dob = 16 मिमी. उष्णता हस्तांतरण गुणांक α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). थर्मल प्रतिरोधक: फिलर RT3 = 0.3 ОС / W, घरांच्या भिंती Rт2 = 0.002 ОС / W.

हीटिंग एलिमेंटवर जास्तीत जास्त व्होल्टेज किती लागू केले जाऊ शकते ते ठरवा जेणेकरुन त्याचे कॉइलचे तापमान Tsp 1000 ℃ पेक्षा जास्त नसेल.

उत्तर द्या. हीटिंग एलिमेंटचे गरम घटक तापमान

Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

जेथे ते सभोवतालचे हवेचे तापमान आहे; पी ही हीटिंग एलिमेंटची शक्ती आहे, डब्ल्यू; RT1 - पाईप-मध्यम इंटरफेसच्या थर्मल प्रतिरोधनाशी संपर्क साधा.

हीटिंग एलिमेंटची शक्ती P = U ^ 2⁄R,

जेथे R हा हीटिंग कॉइलचा प्रतिकार आहे.म्हणून, आपण Tsp-To = U^2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) लिहू शकतो, जेथून हीटिंग एलिमेंटवर व्होल्टेज

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

R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2) शोधा,

जेथे ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = 1.120 ^ — ६) ओम • मी.

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

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

जेथे एफ हे हीटिंग एलिमेंटच्या शेलच्या सक्रिय भागाचे क्षेत्रफळ आहे; F = π ∙ dob ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 m2.

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

हीटिंग एलिमेंट U = √ (85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V चे व्होल्टेज निश्चित करा.

जर हीटिंग एलिमेंटवर सूचित केलेले नाममात्र व्होल्टेज 220 V असेल, तर Tsp = 1000 OS वर ओव्हरव्होल्टेज 5.6% ∙ Un असेल.