Конструирование и расчет электронагревателей

 

Для выполнения расчета электронагревателя надо знать его мощность, допустимые удельные мощности на поверхности трубки тэна, номинальное напряжение, рабочую температуру и среду, в которой будет работать нагреватель.

Мощность оборудования определяется на основании теплового расчета по формуле

 

,

 

где Q - максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева Q’ или стационарного режима Q" (определяется из теплового баланса), Дж;

τ - время разогрева или стационарного режима, с.

Мощность одного тэна Р_э, кВт, определяется по формуле

 

,

 

где n - количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева.

Для выполнения расчета по таблице 3.1 выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.

 

Таблица 3.1 - Рекомендуемые значения удельной мощности ТЭНов

Рабочая среда	Рекомендуемый материал оболочки тэна	Удельная мощность W, Вт / м^2
Жиры пищевые	Ст.10, Ст.20 с защитным покрытием	3∙ 10^4
Воздух	Ст.10, Ст.20 с защитным покрытием	2,2∙ 10^4
Вода	Нержавеющая сталь марки Х18Н10Т.	11∙ 10^4

 

По чертежу "Схема расположения электронагревателей" (лист 2) полная длина электронагревателя L_полн составляет 1,246 м. Определяем активную длину после опрессовки L_а,, м,

 

 

где L_n,, - длина пассивных концов трубки ТЭНа, м, принимаем равной 0,004 м.

Длина активной части тэна до опрессовки L_а1 составляет

 

,

 

где g - коэффициент удлинения трубки после опрессовки; принимается равным 1,15.

Полная длина трубки тэна после опрессовки L_полн составляет

 

 

где L_nолн-длина пассивных концов трубки тэна; принимается в пределах 0,04-0,05 м.

По значению L_а1 определяем диаметр трубки корпуса тэна D, м,

 

 

Электрическое сопротивление проволоки тэна после опрессовки R, Ом, составляет

 

,

 

где U-напряжение сети, U=220 В.

Сопротивление проволоки тэна до опрессовки R, Ом, составляет

 

R_o=R∙a_r,

 

где a_r. - коэффициент изменения электрического сопротивления проволоки в результате опрессовки; принимается равным 1,3.

Зная R_o, можно вычислить диаметр и длину проволоки спирали, пользуясь известными зависимостями:

 

,

 

где d-диаметр проволоки, м; принимается в пределах от 0,0004 до 0,001

S-сечение проволоки, м²;

l-длина проволоки сопротивления (активная), м.

Длина проволоки тэна согласно формуле будет равна

 

,

 

где d-принятый диаметр проволоки, м;

ρ-удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, определяемое по формуле, Ом×м²

 

r= ρ₂₀ [1+а (t-20)],

 

где ρ₂₀ - удельное сопротивление проволоки при 20° С; по таблице 3.1.;

а - температурный коэффициент сопротивления (см. таблице 3.1)

 

Таблица 3.2 - Характеристики электротехнических сплавов

Марка сплава	Удельное сопротивление, при 20^0С, Ом∙м	Температурный коэффициент сопротивления, 1/^0С	Допустимая температура, ^0С
			предельная	рабочая
Х15Н60	(1,06…1,16) 10^-6	0,17∙10^-3	1000	950
Х20Н80	(1,03…1,13) 10^-6	0,15∙10^-3	1100	1050
Х13Ю4	(1,18…1,34) 10^-6	0,15∙10^-3	1000	900
0Х27Ю5А	(1,37…1,47) 10^-6	0,15∙10^-3	1300	1250

 

Длина одного витка спирали l _в, м;. в среднем составит

 _в=1,07p (d_ст+d), м,

 

где 1,07 - коэффициент, учитывающий пружинность спирали при навивке;

d_{ст -} диаметр стержня для навивки спирали, м.

Число витков спирали составит

 

,

 

Расстояние между витками равняется

 

,

 

Для нормального отвода тепла от спирали необходимо, чтобы расстояние между витками превышало диаметр проволоки спирали в два-три раза. Однако чем больше расстояние между витками, тем лучше условия работы спирали и тем она долговечнее.

Преобразуя формулу, получим коэффициент шага спирали

 

 

Потребное количество проволоки для одного элемента с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составит.

 

,

 

Расчет электронагревателей

 

 кВт

 кВт

W=3^.10⁴Вт^. м²

L_полн=1,1356 м

L_а= L_nолн - 2L_n= 1,246-2^.0,04=1, 165 м

 м

 

Примем D=12 мм

 

 Ом

R_o=R∙a_r, =46,54^.1,3=60,5 Ом

;

r= ρ₂₀ [1+а (t-20)] =1,1^.10^-6 [1+0,7^.10^-3 (950-20)] =

,2^.10^-6Ом. м

 м _в=1,07p (d_ст+d) =1,07^.3,14 (0,007+0,001) =0,0202 м

 витка

=5,94+2.20^.0,0202=6,75 м

 

Заключение

 

В ходе выполнения курсового проектирования, пользуясь данными варианта, был составлен тепловой баланс фритюрницы в период разогрева, состоящий из полезно используемого тепла, потерь тепла наружными поверхностями оборудования в окружающую среду, тепла, расходуемого на нагревание конструкции фритюрницы.

На основе полученных результатов по тепловому балансу был произведен расчет трубчатых электронагревателей.

 

Список литературы

 

1. Белобородов В.В., Гордон Л.И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.,: Экономика, 1983, - 303.

. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.: Экономика, 1976. - 399 с.

. Гинзбург А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов - М.; Экономика, 1983,-303.

. Золин В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания: Учебник для нач. проф. Образования: Учеб. Пособие для сред. Проф. Образования/Виктор Петрович Золин. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2003. - 248 с.

. Кисимов Б.М., Сторожева Е.Д. Расчет теплового оборудования: Учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ 2006. - 48 c.

. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий для предприятий общественного питания. - Киев.: Экономика, 2003.