Výpočet ohřívacích prvků z nichromového drátu: metodika výpočtu, referenční tabulky

Nejvýznamnější částí elektrotermické instalace je topné těleso. Hlavní součástí nepřímých topných zařízení je rezistor s vysokým měrným odporem. A jedním z prioritních materiálů je slitina chromniklu. Protože odpor nichromového drátu je vysoký, zaujímá tento materiál přední místo jako surovina pro různé typy elektrických tepelných instalací. Výpočet ohřívače nichromového drátu se provádí za účelem stanovení rozměrů topného tělesa.

Základní pojmy

Obecně je nutné vypočítat topné těleso z nichromu podle čtyř výpočtů: hydraulického, mechanického, tepelného a elektrického. Výpočty se však obvykle provádějí pouze ve dvou fázích: pomocí tepelných a elektrických indikátorů.

Tepelný výkon zahrnuje:

• tepelná izolace;
• tepelná účinnost;
• požadovaný povrch odvádějící teplo.

Hlavním účelem výpočtu nichromu je určit geometrické rozměry topného odporu.

K elektrickým parametrům ohřívačůjsou:

• napájecí napětí;
• způsob regulace výkonu;
• účiníku a elektrické účinnosti.

Při výběru napájecího napětí pro topná zařízení se dává přednost něčemu, co minimálně ohrožuje zvířata a obsluhující personál. Síťové napětí v zemědělských zařízeních je 380/200 voltů s aktuální frekvencí 50 Hertzů. V případě použití elektrických instalací ve zvláště vlhkých místnostech se zvýšeným elektrickým nebezpečím by mělo být napětí sníženo. Jeho hodnota by neměla přesáhnout 12, 24, 36 voltů.

Upravte teplotu a výkon ohřívače lze provést dvěma způsoby:

• měnící se napětí;
• změna velikosti odporu.

Nejběžnějším způsobem změny výkonu je zapnutí určitého počtu sekcí třífázové instalace. V moderních topných instalacích se výkon mění regulací napětí pomocí tyristorů.

Výpočet pro provozní proud je založen na tabulkové závislosti, která spojuje proudové zatížení nichromového vodiče, jeho průřez a teplotu.

Tabulkové údaje byly sestaveny pro nichromový drát, který byl napínán na vzduchu bez zohlednění vibrací a vibrací při teplotě 20 °C.

Aby bylo možné přejít do reálných podmínek, je nutné ve výpočtech použít korekční faktory.

Výpočtový algoritmus pro jednofázové instalace

Výpočet nichromové spirály by měl být prováděn po etapách s použitím počátečních informací o ohřívači: požadovaný výkon a značka nichromu.

Výkon jedné sekce:

Pc = P / (mn)

P je výkon zařízení, W;

m - počet fází, pro jednofázové m = 1;

n je počet sekcí v jedné fázi, pro instalace s výkonem asi 1 kW n = 1.

Provozní proud jedné sekce topení:

Ic = P s / (Un)

U - síťové napětí, pro jednofázové instalace U = 220 V

Vypočítaná teplota drátu:

θр = θд / (Km Ks)

θд - přípustná provozní teplota, vybraná z tabulky 1 v závislosti na materiálu, °C.

stůl 1 - Parametry materiálů pro elektrické ohřívače.

Materiál	Odolnost při 20 °C, x10-6Ohm m	Teplotní koeficient odporu, x10— 6 °C -1	Přípustná provozní teplota, °C	Teplota tání, °C
Nichrome double (H20Н80-Н)	1,1	16,5	1200	1400
Nichrome triple (H15H60-H)	1,1	16,3	1100	1390

Km - instalační faktor, vybraný z tabulky 2, v závislosti na provedení.

tabulka 2 - Instalační faktor u některých typů provedení ohřívačů v klidném proudění vzduchu.

Design ohřívače	Km
Vodorovný drát	1,0
Spirála z drátu bez tepelné izolace	0,8 — 0,9
Drátěná spirála na ohnivzdorném rámu	0,7
Žáruvzdorný drát	0,6 — 0,7
Tepelné odpory mezi dvěma vrstvami tepelné izolace	0,5
Topné odpory s dobrou tepelnou izolací	0,3 — 0,4

Úlohou instalačního faktoru je, že umožňuje zohlednit nárůst teploty ohřívače v reálných podmínkách oproti údajům ve vyhledávací tabulce.

Кс - environmentální faktor, určený z tabulky 3.

Tabulka 3 - Korekční faktor pro některé podmínky prostředí.

Ekologické předpoklady	Ks
Spirála z drátu v proudu vzduchu s rychlostí pohybu m/s
3	1,8
5	2,1
10	3,1
Topné těleso ve stojaté vodě	2,5
Topné těleso v proudu vody	3,0−3,5

Faktor prostředí koriguje lepší přenos tepla v důsledku podmínek prostředí. Skutečné výsledky výpočtu se proto budou mírně lišit od tabulkových hodnot.

Průměr d, mm a plocha průřezu S, mm ² vybrané podle provozního proudu a návrhové teploty z tabulky 4

Tabulka 4 - Přípustné zatížení na nichromovém drátu při 20 °C, zavěšeném vodorovně v klidném vzduchu.

Délka drátu jedné části:

L = (U f²S * 10^-6) / (ρ 20 [1 + α (θ р -20)] Рс x10³)

ρ 20 - měrný odpor při 20 °C, vybraný z tabulky 1;

α - teplotní součinitel odporu, je určen z odpovídajícího sloupce v tabulce 1.

Průměr spirály:

D = (6... 10) d, mm.

Určete stoupání spirály:

h = (2... 4) d, mm

Rozteč spirály ovlivňuje pracovní výkon. S jeho velkými hodnotami se zvyšuje přenos tepla.

Počet závitů spirály

W = (lx10³) / (√h²+ (πD)²)

Délka cívky:

L = v Š x 10^-3

Pokud je účelem drátěného ohřívače zvýšit teplotu kapaliny, zvýší se provozní proud o 1,5 násobek vypočtené hodnoty. V případě ohřívače uzavřeného typu se doporučuje snížit provozní proud 1,2krát.

Teplotní klasifikace ohřívačů

Podle maximální přípustné teploty jsou topidla rozdělena do pěti tříd:

1. 200 °C. V tomto teplotním rozmezí je nejběžnější použití trubkových elektrických ohřívačů. Pro udržení optimální teploty v pracovním prostoru je třeba při instalaci TEN dbát na jejich správné umístění.
2. 200 až 400 °C. Používají se páskové ohřívače. Pro vytvoření požadované teploty v pracovní komoře zakryjte celý její obvod.
3. 400 až 600 °C. Materiálem pro ohřívače by měl být pouze vysoce odolný odporový prvek. Nejběžnější jsou konstantní, fechral, ​​nichrom. Aby byla zajištěna požadovaná teplota, musí být ohřívač otevřen pro přístup vzduchu. Proto je umístěn uvnitř nebo vně trubky.
4. 600 až 1250 °C. Nichrome se používá ve starých pecích. Ale v tomto teplotním rozsahu je výrazně horší než slitina hliníku, železa a chrómu (fechrali). Proto je u modernějších modelů kamen nichrom nahrazen fechralem.
5. 1250 až 1700 °C. Vysokoteplotní ohřívače jsou vyrobeny z disilicidu molybdenu, karbidu křemíku. Hlavní nevýhodou ohřívačů je jejich nedostatek a vysoká cena.

Možnosti přispívající k problémům

Nejvyšší pravděpodobnost selhání elektrických ohřívačů v důsledku oxidace povrchu topného odporu.

Faktory, které ovlivňují rychlost destrukce ohřívače:

• pracovní teplota;
• podmínky prostředí, ve kterých ohřívač pracuje;
• spínací frekvence.

Vzhledem k tomu, že elektrická topná zařízení pracují nad přípustné hodnoty těchto parametrů, nejčastěji dochází k poruchám: spálení kontaktů, porušení mechanické pevnosti nichromu drát.

Oprava nichromového topného tělesa se provádí pájením nebo kroucením.