Практическое занятие 1 (объем – 1ч.)

Тема: Расчет электрических нагревателей

Цель занятия: освоить порядок расчета и приобрести практические навыки

Изучаемые вопросы:

- определение удельной поверхностной мощности;

- расчет мощности потребляемой одной спиралью;

- определение конструктивных параметров нагревателя;

- проверка по рабочему току и температуре.

 

Рекомендуемая литература:

- Карасенко В.А. и др. Электротехнология. – М.: Колос, 1992.

- Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. М.: Агропромиздат, 1989.

- Изаков Ф.Я. и др. Практикум по применению электрической энергии в сельском хозяйстве. – М.: Колос, 1972.

- Бабко А.Н. Электромеханика и электротехническое оборудование: Уч. пособие. – Астана: Каз АТУ, 2009.

 

Краткое содержание

Расчет элементных нагревателей

Задание на расчет

Провести расчет печи, для закалки деталей, мощностью Р = 20 кВт. Напряжение сети U = 380 В, температура закалки (900 °С) t_изд -°С.

Внутренние габариты печи 600 × 300 ×500 мм; габариты теплоизоляции 730 × 430 ×630 мм; наружные габариты печи 1230 × 930 ×1130 мм

Задание выполняется по своему варианту.

Решение

1. Определяем приведенный коэффициент излучения изделия:

С_пр = ,

 

где , степень черноты материала изделия и материала нагревателя, для стали и нихрома одинаковы.

2. Находим удельную поверхностную мощность идеального нагревателя

 

W_ид= С_пр [( ]∙10^-4, [Вт / м²].

 

температура изделия Т_изд = t^° + 273, [К].

температура нагревателя из нихрома, (t^°_н = 1200 °С), тогда Т_н = t^°_н + 273, [К].

3. Определяем коэффициент α_р, учитывающий неполное использование мощности нагревателей. Согласно исходных данных внутренняя площадь печи S₁ = 1,26 м², площадь занятая нагревателями F = 0,8 м², поверхность изделий F_изд. = 0,4 м².

По графикам [2;3;4] находим α_р = 0,6, при отношении площадей

 

F_изд./ F = 0,4 / 0,8 = 0,5

4. Коэффициент эффективности системы излучателей для проволочных спиралей

α_эф. = 0,32 [2; 3].

 

5. Коэффициент шага, при отношении

 

h /d = (3; 4), α_г. = (1,4 ¸1,7)

 

6. Фактическая удельная поверхность мощности:

 

W= W_ид∙ α_р∙ α_эф.∙ α_г.∙ α_с, [Вт/ см²],

где α_с = 1 (для данного случая).

7. Определим мощность на фазу (в приведенной задаче, требуемая мощность задана, в реальность она определяется тепловым расчетом):

 

Р_ф = , [кВт]

 

8. Диаметр проволоки для спирали

 

d= , [мм]

 

9. Сопротивление фазы

 

R_{ф = ,} [Ом]

 

10. Длина проволоки на фазу

 

, [м]

 

11. Диаметр спирали, при условии: D = (8 ¸ 10)∙ d

12. Длина витка спирали

l_w = p ∙ D, [ мм]

 

13. Количество витков на фазу

w =

 

14. Определяем шаг спирали, исходя из принятого соотношения

 

h= 3 ∙ d, [мм]

 

15. Длина спирали на фазу

 

l_сп = w ∙ h, [м]

 

тогда, на три фазы длина составляет, l = 3 ∙ l_сп

 

16. Провести оценку размещения нагревателей в печи, в случае невозможного размещения, необходимо произвести перерасчет, и конкретизировать схему включения нагревателей.

17. Определим срок службы нагревателей:

 

, где

 

- срок службы проволочного нагревателя в зависимости от температуры;

- коэффициент, учитывающий форму сечения нагревателя (для круглого - = 1, для ленты - = 1,75).

При неудовлетворительном сроке службы, следует рассмотреть возможность замены сплава нагревателя, имеющего лучшие характеристики

18. Необходимо разработать электрическую схему включения нагревателей в сеть, с несложной схемой управления. Произвести проверку по рабочему току и температуре.

19. Рабочий ток нагревателя находится по формуле:

 

I_р = Р / U_ф∙ m ∙ n, [А],

где m – число фаз;

n – число параллельных спиралей на фазу.

Далее, определяем установившуюся температуру нагревателя:

 

t_уст ≤ t_доп; t_уст = t_раб + ∆t,

где ∆t – разность температур нагреваемого изделия и нагревателя, °С

t_доп – допустимая температура материала нагревателя, °С

Если условия выполняются, то расчет можно считать законченным.