Задача № 2. Расчет и Выбор нагревательных элементов

ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ.

 

Исходные данные:

Рн =17 кВт

U_Н = 380 В

t_Р = 800° С

Размеры (внутренние) печи:

Ширина 0,8 м.

Высота 0,6 м

 

Определить:

1. Основные электрические величины: I_л, I_ф, R_л, R_ф, Р_ф.

2. Параметры нагревательного элемента d, W, L_ф, R_ф, W_д.

3. Массу и способ укладки нагревательного элемента в печи.

 

Отношение ширины к толщине нагревательного элемента m

Решение:

1. Определение основных электрических величин;

а) определение линейных и фазных токов нагрузок по формулам:

 

I_л=P_н/U_н =17·10³/380=44,8 А

I_ф=P_ф/U_ф= I_л/ = 44,736/ = 25,858 А

R_л=U_л²/P_н =380²/17·10³=8,494 Ом

P_ф=U_ф²/P_ф =220²/5,66·10³=8,55 Ом, где Р_ф=Р_н /3=17/3=5,66 кВт

 

где Р_н - номинальная мощность печи, кВт;

U_л - напряжение линейное, В;

U_ф - напряжение фазное, В.

 

б) По (3) т.8-25 выбираем нагревательный элемент круглого се­чения Х15Н6О-Н с t_р =950⁰С;

с удельным сопротивлением ρ₂₀ =1,12 мкОм · м;

поправочный коэффициент электрического сопротивления α =1,089

при t_p = 800°С (3) т. 8-27.

 

2. Определение параметров нагревательных элементов.

2.1 Выбор формы (ленточный или проволочный) производится в зависимости от мощности печи по (3) т.8-29.

Диаметр круглого сечения (в виде спирали или зигзага)

где - удельное электрическое сопротивление материала в горячем состоянии, Ом·м;

W_д - допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/м²

Р_ф - мощность на фазу, Вт.

 

ρ_гор=ρ₂₀·α =1,12·1,089=1,219·10^-6 Ом·м

 

где α - поправочный коэффициент электрического сопротивления при 800°С α =1,089 (3) т. 8-27.

ρ₂₀ = 1,12 мкОм·м (3) т. 8-25 для нихромного сплава X15H60-H.

W_д=ε_пр·W_s·α_эф= 0,333·0,58·0,68

 

где α_эф = 0,68 (2) т. 45-4;

W_s = 0,58 Вт/см² рис.45-9.

 

ε_пр=

мм

 

Выбираем по (3) т.8-25 Х15Н60-Н α =1,4 мм стержень круглого сечения.

2.2 Определение длины нагревательного элемента.

 

м

 

где R – сопротивление нагревательного элемента.

2.3 Определение параметра нагревательного элемента в форе ленты или стержня прямоугольного сечения; размер сечения.

 

, м

 

где m=a/b – отношение ширины к толщине нагревательного элемента по (3) стр. 154

2.4 Длина ленты (или стержня) на фазоветвь.

, м

2.5 Определение сопротивления нагревательного элемента.

R_ф=ρL_ф/S =1,719 · 10^-6 · 7,489/1,53·10^-6=5,45 Oм

где S=F=πd²/ 4=3,14·1,4²/4=1,539 мм²

Метод укладки нагревательного элемента в камере зависит от конструктивных размеров проволочного спирального и ленточного зигзагообразного нагревателя.

 

 

Значение Д, А, S по (2) стр. 154 и размерности.

3. Определение удельной поверхностной мощности нагревательного элемента и теплоизоляционных материалов и их выбор.

а) Расчет удельной поверхностной мощности идеального нагревателя и нагреваемого изделия.

W_ид=ε_пр W_s =0,333·5,8= 1,93 Вт/см²; W_s =5,3 Вт/см²

 

где ε_пр - приведенный коэффициент теплового излучения.

W_s - удельная поверхностная мощность при теплообмене двух абсолютно черных тел, по рис. 45-9.

б) Определение типа применяемых тепло-изоляционных материалов
и их монтаж выполняется руководствуясь по (3) Г. 1-3, Г.2-1, 2-7.

в) Расчет сечения токоведущих токопроводов и пускорегулирующих устройств выполняется по (5, 6, 7).

Таблица №2

Задания для расчета и выбора нагревательных элементов печи сопротивления по курсу «Электротехнологические установки»

Наименование данных	Задания
Мощность печи, Рн, кВт	21,6	1,8	1,65	1,55	1,7	5,5	9,3	13,1	10,9	8,6	7,7	27,5	13,5
Напряжение питающей сети, Uн, В
Рабочая температура печи ТП, 0С
Размеры печи: Ширина, м Высота, м	0,5	0,6	0,55	0,52	0,6	0,7	0,7	0,9	0,68	1,4	0,8	1,5	0,9
0,4	0,5	0,5	0,42	0,4	0,5	0,6	0,6	0,5	1,0	0,6	1,2	0,75
m=a/b
Продолжение таблицы
Наименование данных	Задания
Мощность печи, Рн, кВт	5,7	9,6	12,7	10,7	8,1	7,3	3,9	3,5		3,6		4,5
Напряжение питающей сети, Uн, В
Рабочая температура печи ТП, 0С
Размеры печи: Ширина, м Высота, м	0,5	0,75	0,92	0,82	0,6	0,5	0,4	1,7	1,9	0,5	0,9	0,55	1,2
0,35	0,6	0,7	0,7	0,4	0,3	0,35	1,3	1,5	0,3	0,6	00,4	0,8
m=a/b