Расчет герметически закрытых трубчатых нагревательных элементов (ТЭН)

Для расчета герметически закрытых трубчатых нагревательных элементов необходимы исходные данные, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 – Исходные данные для расчета ТЭНа

Перед выполнением расчета вычерчивается эскиз ТЭНа с указанием расчетных параметров ( Рисунок 2.1).

3.2.1 Осуществляют расчет размеров трубки в соответствии с 3.2.2…3.2.5.

3.2.2 Определяют длину активной части трубки ТЭНа L_А, м, по формуле

, =1 м

(29)

где D_Т - диаметр трубки ТЭНа.

К расчету принимаем D_Т = 0,01 м.

3.2.3 Полученное значение L_А  соотносят с размерами рабочего пространства с учетом формы ТЭНа. В случае значительных расхождений в размерах ТЭНа и рабочего пространства значения W_П и D_Т корректируют в указанных пределах до получения удовлетворительного результата.

3.2.4 Рассчитывают длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки L_АО, м, из соотношения

, =0,87

(30)

где g – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки.

g = 1,15.

3.2.5 Находят полную развернутую длину трубки после опрессовки L_Т, м, по формуле

где L_П - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.  

Длину пассивного конца трубки (длину контактного стержня) L_П принимают в зависимости от способа крепления ТЭНа в аппарате по таблице Б3.

3.2.6 Осуществляют расчет геометрических размеров проволоки ТЭНа в соответствии с 3.2.7…3.2.12.

3.2.7 Находят сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки R, Ом, из выражения

, =15,4 Ом

(32)

а сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки R_О, Ом, из выражения

RО= aR ×R, RО= 1,3∙15,4=20

(33)

где a_R – коэффициент изменения сопротивления проволоки

в результате опрессовки, a_R = 1,3.

3.2.8 Рассчитывают удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, r_t, Ом×м, по формуле

где r₂₀ – удельное сопротивление проволоки при рабочей

температуре 20 °С, Ом × м;

a - температурный коэффициент, учитывающий изменение

удельного сопротивления проволоки при изменении 

температуры, град^-1;

t – рабочая температура проволоки, °С.

Данные для расчета r_t берут из таблицы Б2.

3.2.9 Определяют диаметр проволоки ТЭН d, м, по формуле

. = 8,29∙10-4 м

(35)

3.2.10 После расчета диаметра проволоки выбирают ближайший стандартный диаметр d₁ (т.е. результат округляют до десятых долей миллиметра).

3.2.11 Находят длину проволоки ТЭН l, м, из выражения

,  = 8 м

(36)

где d₁ – выбранный стандартный диаметр проволоки, м.

3.2.12 Проверяют значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке W_ПФ, Вт/м²

. =15,6∙104 Вт/м2

(37)

W_ПФ не должна превышать предельно допустимых величин.

3.2.13 Осуществляют расчет размеров спирали в соответствии с 3.2.14…3.2.18.

3.2.14 Вычисляют длину одного витка спирали l_В , м, по уравнению

, =0,02 м

(38)

где 1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия

ее со стержня намотки;

D_СТ – диаметр стержня намотки, м, выбирается из конструктивных соображений D_СТ =0,003…0,006 м.

3.2.15 Находят количество витков спирали n, шт, по формуле

. =400 шт

(39)

3.2.16 Расстояние между витками спирали а, м, связано с длиной активной части трубки ТЭНа соотношением

. =1,7 ∙10-3

(40)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали должно быть соблюдено соотношение а > d₁.

3.2.17 Определяют шаг спирали S, м,

3.2.18 Вычисляют коэффициент шага К_Ш

= 1∙10-4

(42)

и коэффициент стержня намотки К_СТ

. =6,25

(43)

3.2.19 Определяют диаметр спирали ТЭНа d_СП, м, по формуле

3.2.20 Находят общую длину проволоки l_O, м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков