Najważniejszą częścią instalacji elektrotermicznej jest element grzejny. Głównym elementem pośrednich urządzeń grzewczych jest rezystor o wysokiej rezystywności. Jednym z priorytetowych materiałów jest stop chromowo-niklowy. Ponieważ odporność drutu nichromowego jest wysoka, materiał ten zajmuje czołowe miejsce jako surowiec do różnego rodzaju elektrycznych instalacji cieplnych. Obliczenia grzejnika drutu nichromowego przeprowadza się w celu określenia wymiarów elementu grzejnego.
Zadowolony
- Podstawowe koncepcje
- Algorytm obliczeniowy dla instalacji jednofazowych
- Klasyfikacja temperaturowa grzejników
- Parametry przyczyniające się do problemów
Podstawowe koncepcje
Ogólnie rzecz biorąc, konieczne jest obliczenie elementu grzejnego wykonanego z nichromu według czterech obliczeń: hydraulicznego, mechanicznego, termicznego i elektrycznego. Ale zwykle obliczenia są przeprowadzane tylko w dwóch etapach: za pomocą wskaźników termicznych i elektrycznych.
Wydajność cieplna obejmuje:
- izolacja cieplna;
- wydajność cieplna;
- wymagana powierzchnia rozpraszania ciepła.
Głównym celem obliczania nichromu jest określenie wymiarów geometrycznych rezystancji ogrzewania.
Do parametrów elektrycznych grzałeksą:
- napięcie zasilania;
- metoda regulacji mocy;
- współczynnik mocy i sprawność elektryczna.
Wybierając napięcie zasilania urządzeń grzewczych, preferowane jest coś, co stanowi minimalne zagrożenie dla zwierząt i personelu obsługi. Napięcie sieciowe w instalacjach rolniczych wynosi 380/200 V przy częstotliwości prądu 50 Hz. W przypadku stosowania instalacji elektrycznych w pomieszczeniach szczególnie wilgotnych, o zwiększonym zagrożeniu elektrycznym należy obniżyć napięcie. Jego wartość nie powinna przekraczać 12, 24, 36 woltów.
Dostosuj temperaturę i moc grzałki można to zrobić na dwa sposoby:
- zmieniające się napięcie;
- zmiana wielkości oporu.
Najczęstszym sposobem zmiany mocy jest włączenie określonej liczby sekcji instalacji trójfazowej. W nowoczesnych instalacjach grzewczych moc zmieniana jest poprzez regulację napięcia za pomocą tyrystorów.
Obliczenie prądu roboczego opiera się na zależności tabelarycznej, która łączy obciążenie prądowe przewodu nichromowego, jego pole przekroju i temperaturę.
Dane tabelaryczne zestawiono dla drutu nichromowego, który był naprężany w powietrzu bez uwzględnienia drgań i wibracji w temperaturze 20 ° C.
Aby przejść do rzeczywistych warunków, konieczne jest zastosowanie w obliczeniach współczynników korekcyjnych.
Algorytm obliczeniowy dla instalacji jednofazowych
Obliczenie spirali nichromowej należy przeprowadzić etapami, wykorzystując początkowe informacje o nagrzewnicy: wymagana moc i marka nichromu.
Moc jednej sekcji:
Pc = P / (min)
P to moc instalacji, W;
m - liczba faz, dla jednofazowej m = 1;
n to liczba sekcji w jednej fazie, dla instalacji o mocy około 1 kW n = 1.
Prąd roboczy jednej sekcji grzałki:
Ic = P z / (Un)
U - napięcie sieciowe, dla instalacji jednofazowych U = 220 V
Obliczona temperatura drutu:
θр = θд / (Km Ks)
θд - dopuszczalna temperatura pracy, wybrana z tabeli 1 w zależności od materiału, ° C.
Tabela 1 - Parametry materiałów na grzałki elektryczne.
| Materiał | Rezystywność w 20°C, x10-6Ohm m | Współczynnik temperaturowy rezystancji, x10— 6 ° C -1 | Dopuszczalna temperatura pracy, ° C | Temperatura topnienia, ° C |
| Nichrom podwójny (Х20Н80-Н) | 1,1 | 16,5 | 1200 | 1400 |
| Nichrom potrójny (Х15Н60-Н) | 1,1 | 16,3 | 1100 | 1390 |
Km - współczynnik instalacji, dobierany z tabeli 2, w zależności od konstrukcji.
Tabela 2 - Współczynnik instalacji dla niektórych typów konstrukcji nagrzewnic przy spokojnym przepływie powietrza.
| Projekt grzałki | Km |
| Drut poziomy | 1,0 |
| Spirala wykonana z drutu bez izolacji termicznej | 0,8 — 0,9 |
| Spirala druciana na ramie ognioodpornej | 0,7 |
| Drut ogniotrwały | 0,6 — 0,7 |
| Opory grzewcze między dwiema warstwami izolacji termicznej | 0,5 |
| Rezystory grzejne o dobrej izolacji termicznej | 0,3 — 0,4 |
Rola czynnika instalacyjnego polega na tym, że umożliwia uwzględnienie wzrostu temperatury nagrzewnicy w warunkach rzeczywistych w stosunku do danych w tabeli przeglądowej.
Кс - współczynnik środowiskowy, określony z tabeli 3.
Tabela 3 - Współczynnik korygujący dla niektórych warunków środowiskowych.
| Warunki środowiska | Ks |
| Spirala z drutu w strumieniu powietrza z prędkością ruchu, m / s | |
| 3 | 1,8 |
| 5 | 2,1 |
| 10 | 3,1 |
| Element grzewczy w wodzie stojącej | 2,5 |
| Element grzewczy w przepływie wody | 3,0−3,5 |
Czynnik środowiskowy koryguje się w celu poprawy wymiany ciepła ze względu na warunki środowiskowe. W związku z tym rzeczywiste wyniki obliczeń będą nieznacznie różnić się od wartości w tabeli.
Średnica d, mm i pole przekroju S, mm 2 wybrany według prądu roboczego i temperatury projektowej z tabeli 4
Tabela 4 - Dopuszczalne obciążenie drutu nichromowego w temperaturze 20 ° C, zawieszonego poziomo w spokojnym powietrzu.
Długość drutu jednej sekcji:
L = (U f2S * 10-6) / (ρ 20 [1 + α (θ р -20)] Рс x103)
ρ 20 - rezystywność w 20 ° C, wybrana z tabeli 1;
α - współczynnik temperaturowy oporu, określa się z odpowiedniej kolumny w tabeli 1.
Średnica spirali:
D = (6... 10) d, mm.
Określ skok spirali:
h = (2... 4) d, mm
Skok spirali wpływa na wydajność pracy. Dzięki dużym wartościom zwiększa się przenikanie ciepła.
Liczba zwojów spirali
W = (lx103) / (√h2+ (πD)2)
Długość cewki:
dł. = wys. szer. x10-3
Jeżeli celem grzałki drutu jest podniesienie temperatury cieczy, prąd roboczy jest zwiększany o 1,5-krotność obliczonej wartości. W przypadku grzałki typu zamkniętego zaleca się zmniejszenie prądu roboczego o 1,2 razy.
Klasyfikacja temperaturowa grzejników
Zgodnie z maksymalną dopuszczalną temperaturą grzejniki są podzielone na pięć klas:
-
200°C. W tym zakresie temperatur najczęściej stosuje się rurowe grzejniki elektryczne. Aby utrzymać optymalną temperaturę w przestrzeni roboczej, podczas instalowania sieci TEN należy zwrócić uwagę na ich prawidłową lokalizację. - 200 do 400 ° C. Stosowane są grzałki taśmowe. Aby wytworzyć wymaganą temperaturę w komorze roboczej, pokryj cały jej obwód.
- 400 do 600 ° C. Materiałem na grzałki powinien być tylko element rezystancyjny o wysokiej rezystancji. Najczęstsze to konstantan, fechral, nichrom. Aby zapewnić wymaganą temperaturę, grzejnik musi być otwarty dla dostępu powietrza. Dlatego znajduje się wewnątrz lub na zewnątrz tuby.
- 600 do 1250 ° C. Nichrom jest używany w piekarnikach w starym stylu. Ale w tym zakresie temperatur jest znacznie gorszy od stopu aluminium, żelaza i chromu (fechrali). Dlatego w bardziej nowoczesnych modelach pieców nichrom zastępuje się fechralem.
- 1250 do 1700 ° C. Grzałki wysokotemperaturowe wykonane są z dwukrzemku molibdenu, węglika krzemu. Główną wadą grzejników jest ich niedobór i wysoki koszt.
Parametry przyczyniające się do problemów
Największe prawdopodobieństwo awarii grzałek elektrycznych z powodu utlenienia powierzchni rezystancji grzewczej.
Czynniki wpływające na szybkość niszczenia nagrzewnicy:
-
temperatura pracy; - warunki środowiskowe, w których pracuje nagrzewnica;
- częstotliwość przełączania.
Ze względu na to, że instalacje ogrzewania elektrycznego pracują powyżej dopuszczalnych wartości tych parametrów, najczęstsze awarie występują: spalanie kontaktów, naruszenie mechanicznej wytrzymałości nichromu drut.
Naprawa elementu grzejnego nichromu odbywa się przez lutowanie lub skręcanie.
