Der wichtigste Teil einer elektrothermischen Anlage ist das Heizelement. Der Hauptbestandteil von indirekten Heizgeräten ist ein Widerstand mit hohem spezifischen Widerstand. Und einer der vorrangigen Werkstoffe ist eine Chrom-Nickel-Legierung. Da der Widerstand von Nichrom-Draht hoch ist, nimmt dieses Material eine führende Stellung als Rohstoff für verschiedene Arten von elektrisch-thermischen Anlagen ein. Die Berechnung der Nichrom-Drahtheizung wird durchgeführt, um die Abmessungen des Heizelements zu bestimmen.
Inhalt
- Grundlegendes Konzept
- Berechnungsalgorithmus für einphasige Installationen
- Temperaturklassifizierung von Heizungen
- Optionen, die zu Problemen beitragen
Grundlegendes Konzept
Im Allgemeinen ist es notwendig, ein Heizelement aus Nichrom nach vier Berechnungen zu berechnen: hydraulisch, mechanisch, thermisch und elektrisch. Normalerweise werden Berechnungen jedoch nur in zwei Stufen durchgeführt: durch thermische und elektrische Indikatoren.
Die thermische Leistung umfasst:
- Wärmedämmung;
- Wärmeeffizienz;
- erforderliche wärmeableitende Oberfläche.
Der Hauptzweck der Nichrom-Berechnung besteht darin, die geometrischen Abmessungen des Heizwiderstands zu bestimmen.
Zu den elektrischen Parametern von Heizungensind:
- Versorgungsspannung;
- Methode der Leistungsregelung;
- Leistungsfaktor und elektrischer Wirkungsgrad.
Bei der Auswahl einer Versorgungsspannung für Heizgeräte wird einer möglichst geringen Gefährdung von Tieren und Servicepersonal der Vorzug gegeben. Die Netzspannung in landwirtschaftlichen Anlagen beträgt 380/200 Volt bei einer Stromfrequenz von 50 Hertz. Beim Einsatz von Elektroinstallationen in besonders feuchten Räumen mit erhöhter elektrischer Gefährdung sollte die Spannung reduziert werden. Sein Wert sollte 12, 24, 36 Volt nicht überschreiten.
Temperatur und Leistung der Heizung einstellen kann auf zwei Arten erfolgen:
- wechselnde Spannung;
- eine Änderung der Widerstandsstärke.
Die gebräuchlichste Methode zum Ändern der Leistung besteht darin, eine bestimmte Anzahl von Abschnitten einer dreiphasigen Installation einzuschalten. In modernen Heizungsanlagen wird die Leistung durch Spannungsregelung mit Thyristoren verändert.
Der Berechnung des Betriebsstroms liegt eine tabellarische Abhängigkeit zugrunde, die die Strombelastung des Nichrom-Leiters, dessen Querschnittsfläche und Temperatur miteinander verbindet.
Die tabellarischen Daten wurden für Nichromdraht zusammengestellt, der ohne Berücksichtigung von Schwingungen und Schwingungen bei einer Temperatur von 20 ° C an Luft gespannt wurde.
Um zu realen Bedingungen zu gelangen, ist es notwendig, Korrekturfaktoren in den Berechnungen zu verwenden.
Berechnungsalgorithmus für einphasige Installationen
Die Berechnung der Nichrom-Spirale sollte schrittweise durchgeführt werden, wobei die ersten Informationen über das Heizgerät verwendet werden: die erforderliche Leistung und die Marke des Nichroms.
Leistung eines Abschnitts:
Pc = P / (mn)
P ist die Leistung der Anlage, W;
m - Anzahl der Phasen, für einphasig m = 1;
n ist die Anzahl der Abschnitte in einer Phase, bei Anlagen mit einer Leistung von ca. 1 kW n = 1.
Betriebsstrom einer Heizstrecke:
Ic = P mit / (Un)
U - Netzspannung, für einphasige Installationen U = 220 V
Berechnete Drahttemperatur:
р = ä / (Km Ks)
ä - zulässige Betriebstemperatur, je nach Material aus Tabelle 1 ausgewählt, ° C.
Tabelle 1 - Parameter der Materialien für Elektroheizungen.
| Material | Widerstand bei 20 ° C, x10-6Ohm m | Temperaturkoeffizient des Widerstands, x10— 6 ° C -1 | Zulässige Betriebstemperatur, ° C | Schmelzpunkt, °C |
| Nichrome Doppel (Х20Н80-Н) | 1,1 | 16,5 | 1200 | 1400 |
| Nichrom-Triple (Х15Н60-Н) | 1,1 | 16,3 | 1100 | 1390 |
Km - Installationsfaktor, ausgewählt aus Tabelle 2, je nach Ausführung.
Tabelle 2 - Installationsfaktor für einige Arten von Heizungsausführungen in einem ruhigen Luftstrom.
| Heizungsdesign | km |
| Horizontaler Draht | 1,0 |
| Spirale aus Draht ohne Wärmedämmung | 0,8 — 0,9 |
| Drahtspirale auf einem feuerfesten Rahmen | 0,7 |
| Feuerfester Draht | 0,6 — 0,7 |
| Heizwiderstände zwischen zwei Wärmedämmschichten | 0,5 |
| Heizwiderstände mit guter Wärmedämmung | 0,3 — 0,4 |
Die Rolle des Installationsfaktors besteht darin, dass er es ermöglicht, den Anstieg der Heizungstemperatur unter realen Bedingungen im Vergleich zu den Daten in der Nachschlagetabelle zu berücksichtigen.
Кс - Umweltfaktor, ermittelt aus Tabelle 3.
Tisch 3 - Korrekturfaktor für einige Umgebungsbedingungen.
| Umweltbedingungen | Ks |
| Spirale aus einem Draht in einem Luftstrom mit einer Bewegungsgeschwindigkeit, m / s | |
| 3 | 1,8 |
| 5 | 2,1 |
| 10 | 3,1 |
| Heizelement in stillem Wasser | 2,5 |
| Heizelement im Wasserfluss | 3,0−3,5 |
Der Umgebungsfaktor korrigiert eine verbesserte Wärmeübertragung aufgrund von Umgebungsbedingungen. Daher weichen die tatsächlichen Berechnungsergebnisse geringfügig von den Tabellenwerten ab.
Durchmesser d, mm und Querschnittsfläche S, mm 2 ausgewählt nach Betriebsstrom und Auslegungstemperatur aus Tabelle 4
Tabelle 4 - Zulässige Belastung auf Nichrom-Draht bei 20 ° C, horizontal in ruhiger Luft aufgehängt.
Drahtlänge eines Abschnitts:
L = (U f2S * 10-6) / (ρ 20 [1 + α (θ р -20)] Рс x103)
ρ 20 - spezifischer Widerstand bei 20 ° C, ausgewählt aus Tabelle 1;
α - Temperaturkoeffizient des Widerstands, wird aus der entsprechenden Spalte in Tabelle 1 bestimmt.
Spiraldurchmesser:
D = (6... 10) d, mm.
Bestimmen Sie die Steigung der Spirale:
h = (2... 4) d, mm
Die Spiralsteigung beeinflusst die Arbeitsleistung. Mit seinen großen Werten nimmt die Wärmeübertragung zu.
Anzahl der Spiralwindungen
W = (lx103) / (√h2+ (πD)2)
Spulenlänge:
L = h B x 10-3
Wenn der Heizdraht die Temperatur der Flüssigkeit erhöhen soll, wird der Betriebsstrom um das 1,5-fache des berechneten Wertes erhöht. Bei einer geschlossenen Heizung wird empfohlen, den Betriebsstrom um das 1,2-fache zu reduzieren.
Temperaturklassifizierung von Heizungen
Nach der maximal zulässigen Temperatur werden Heizgeräte in fünf Klassen eingeteilt:
-
200 °C. In diesem Temperaturbereich ist der Einsatz von Rohrheizkörpern am häufigsten. Um die optimale Temperatur im Arbeitsraum beizubehalten, muss bei der Installation von TEN auf deren richtige Position geachtet werden. - 200 bis 400 °C. Es werden Bandheizer verwendet. Um die erforderliche Temperatur in der Arbeitskammer zu erzeugen, den gesamten Umfang abdecken.
- 400 bis 600 °C. Das Material für die Heizelemente sollte nur ein Widerstandselement mit hohem Widerstand sein. Die häufigsten sind Konstantan, Fechral, Nichrom. Um die erforderliche Temperatur zu gewährleisten, muss die Heizung für den Luftzugang geöffnet sein. Daher befindet es sich innerhalb oder außerhalb der Röhre.
- 600 bis 1250 °C. Nichrom wird in Öfen im alten Stil verwendet. Aber in diesem Temperaturbereich ist es einer Legierung aus Aluminium, Eisen und Chrom (Fechrali) deutlich unterlegen. Daher wird Nichrom in moderneren Ofenmodellen durch Fechral ersetzt.
- 1250 bis 1700 ° C. Hochtemperaturheizungen bestehen aus Molybdändisilizid, Siliziumkarbid. Der Hauptnachteil von Heizungen ist ihr Mangel und ihre hohen Kosten.
Optionen, die zu Problemen beitragen
Die höchste Ausfallwahrscheinlichkeit von Elektroheizungen durch Oxidation der Oberfläche des Heizwiderstands.
Faktoren, die die Zerstörungsrate des Heizgeräts beeinflussen:
-
Arbeitstemperatur; - Umgebungsbedingungen, unter denen das Heizgerät arbeitet;
- Schaltfrequenz.
Aufgrund der Tatsache, dass Elektroheizungsanlagen die zulässigen Werte dieser Parameter überschreiten, die häufigsten Ausfälle treten auf: Brennen von Kontakten, Verletzung der mechanischen Festigkeit von Nichrom Kabel.
Die Reparatur eines Nichrom-Heizelements erfolgt durch Löten oder Verdrehen.
