3.2 Расчет герметически закрытых трубчатых нагревательных элементов (тэн)

Для расчета герметически закрытых трубчатых нагревательных элементов необходимы исходные данные, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 – Исходные данные для расчета ТЭНа

Наименование показателя	Значение показателя
Суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, P, Вт	9400
Количество ТЭНов в аппарате, шт	3
Единичная мощность ТЭНа P, Вт	3133
Напряжение электрической сети, U, В	220
Вид среды, в которой работает ТЭН	Вода
Удельная нагрузка на поверхности трубки WТ, Вт/м2	10∙104
Удельная нагрузка на поверхности спирали WП, Вт/м2	18∙104

Перед выполнением расчета вычерчивается эскиз ТЭНа с указанием расчетных параметров ( Рисунок 2.1).

3.2.1Осуществляют расчет размеров трубки в соответствии с3.2.2…3.2.5.

3.2.2Определяют длину активной части трубки ТЭНаL_А, м, по формуле

, =1 м

(29)

где D_Т- диаметр трубки ТЭНа.

К расчету принимаемD_Т = 0,01м.

3.2.3Полученное значениеL_А соотносят с размерами рабочего пространства с учетом формы ТЭНа. В случае значительных расхождений в размерах ТЭНа и рабочего пространства значенияW_ПиD_Т корректируют в указанных пределах до получения удовлетворительного результата.

3.2.4Рассчитывают длину активной части трубки ТЭНа до опрессовкиL_АО, м, из соотношения

, =0,87

(30)

где  – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки.

 = 1,15.

3.2.5 Находят полную развернутую длину трубки после опрессовкиL_Т, м, по формуле

LТ = LА + 2 LП , LТ = 1+2∙65=131 м

(31)

где L_П - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

Длину пассивного конца трубки (длину контактного стержня) L_Ппринимают в зависимости от способа крепления ТЭНа в аппарате по таблице Б3.

3.2.6 Осуществляют расчет геометрических размеров проволоки ТЭНа в соответствии с3.2.7…3.2.12.

3.2.7 Находят сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовкиR, Ом, из выражения

, =15,4 Ом

(32)

а сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовкиR_О, Ом, из выражения

RО= R R, RО= 1,3∙15,4=20

(33)

где _R – коэффициент изменения сопротивления проволоки

в результате опрессовки, _R = 1,3.

3.2.8 Рассчитывают удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре,_t, Омм, по формуле

t=20[1+(t– 20)], t=1,1∙10-6[1+0,17∙10-3(850– 20)]=1,25∙10-6

(34)

где ₂₀– удельное сопротивление проволоки при рабочей

температуре 20 С, Омм;

 - температурный коэффициент, учитывающий изменение

удельного сопротивления проволоки при изменении

температуры, град^-1;

t– рабочая температура проволоки,С.

Данные для расчета _t берут из таблицы Б2.

3.2.9 Определяют диаметр проволоки ТЭНd, м, по формуле

. = 8,29∙10-4 м

(35)

3.2.10 После расчета диаметра проволоки выбирают ближайший стандартный диаметрd₁(т.е. результат округляют до десятых долей миллиметра).

3.2.11 Находят длину проволоки ТЭНl, м, из выражения

, = 8 м

(36)

где d₁– выбранный стандартный диаметр проволоки, м.

3.2.12 Проверяют значение фактической удельной поверхностной мощности на проволокеW_ПФ,Вт/м²

. =15,6∙104 Вт/м2

(37)

W_ПФне должна превышать предельно допустимых величин.

3.2.13 Осуществляют расчет размеров спирали в соответствии с3.2.14…3.2.18.

3.2.14 Вычисляют длину одного витка спиралиl_В, м, по уравнению

, =0,02 м

(38)

где 1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия

ее со стержня намотки;

D_СТ – диаметр стержня намотки, м, выбирается из конструктивных соображенийD_СТ = 0,003…0,006 м.

3.2.15 Находят количество витков спиралиn, шт, по формуле

. =400 шт

(39)

3.2.16 Расстояние между витками спиралиа, м, связано с длиной активной части трубки ТЭНа соотношением

. =1,7 ∙10-3

(40)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали должно быть соблюдено соотношение а > d₁.

3.2.17 Определяют шаг спиралиS, м,

S = а + d1. S = 1,7 ∙10-3+8∙10-4 = 8,17∙10-4 м

(41)

3.2.18 Вычисляют коэффициент шагаК_Ш

= 1∙10-4

(42)

и коэффициент стержня намотки К_СТ

. =6,25

(43)

3.2.19 Определяют диаметр спирали ТЭНаd_СП, м, по формуле

dСП = d1  (КСТ + 2). dСП = 8∙10-4  (6,25 + 2)= 6,6∙10-3

(44)

3.2.20 Находят общую длину проволокиl_O, м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков

lO = l + 2 20 lВ . lO = 8+2∙20∙0,02 = 8,8 м

(45)