હીટિંગ તત્વની ગણતરી

હીટિંગ એલિમેન્ટના વાયરના મુખ્ય પરિમાણોમાંના એકને નિર્ધારિત કરવા માટે - વ્યાસ d, m (mm), ગણતરીની બે પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે: અનુમતિપાત્ર ચોક્કસ સપાટી પાવર PF અનુસાર અને વર્તમાન લોડના કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરીને.

અનુમતિપાત્ર ચોક્કસ સપાટી શક્તિ PF= P⁄F,

જ્યાં P એ વાયર હીટરની શક્તિ છે, W;

F = π ∙ d ∙ l — હીટર વિસ્તાર, m2; l — વાયર લંબાઈ, m.

પ્રથમ પદ્ધતિ અનુસાર

જ્યાં ρd — વાસ્તવિક તાપમાને વાયર સામગ્રીનો વિદ્યુત પ્રતિકાર, ઓહ્મ • m; U એ હીટર વાયર વોલ્ટેજ છે, V; PF - વિવિધ હીટર માટે ચોક્કસ સપાટીની શક્તિના અનુમતિપાત્ર મૂલ્યો:

બીજી પદ્ધતિ પ્રાયોગિક ડેટામાંથી સંકલિત વર્તમાન લોડના કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરે છે (કોષ્ટક 1 જુઓ). સૂચવેલ કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરવા માટે, ગુણોત્તર દ્વારા કંડક્ટર Td ના વાસ્તવિક (અથવા અનુમતિપાત્ર) તાપમાન સાથે સંબંધિત ગણતરી કરેલ હીટિંગ તાપમાન Tp નક્કી કરવું જરૂરી છે:

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td,

જ્યાં કિમી એ ઇન્સ્ટોલેશન પરિબળ છે, તેના બાંધકામને કારણે હીટરની ઠંડકની સ્થિતિના બગાડને ધ્યાનમાં લેતા; સ્થિર હવાના વાતાવરણની સરખામણીમાં હીટરની ઠંડકની સ્થિતિમાં સુધારણાને ધ્યાનમાં રાખીને Kc એ એમ્બિયન્ટ પરિબળ છે.

સર્પાકારમાં ટ્વિસ્ટેડ વાયરથી બનેલા હીટિંગ એલિમેન્ટ માટે, કિમી = 0.8 … 0.9; તે જ, સિરામિક બેઝ સાથે Km = 0.6 ... 0.7; હીટિંગ પ્લેટ અને કેટલાક હીટિંગ તત્વોના વાયર માટે કિમી = 0.5 ... 0.6; ઇલેક્ટ્રિક ફ્લોર, માટી અને હીટિંગ તત્વોના કંડક્ટર માટે કિમી = 0.3 ... 0.4. કિમીનું નાનું મૂલ્ય નાના વ્યાસવાળા હીટરને અનુલક્ષે છે, મોટા વ્યાસ સાથે મોટું મૂલ્ય.

જ્યારે મુક્ત સંવહન સિવાયની પરિસ્થિતિઓમાં કામ કરવામાં આવે ત્યારે, Kc = 1.3 … 2.0 હવાના પ્રવાહમાં તત્વોને ગરમ કરવા માટે લેવામાં આવે છે; સ્થિર પાણીમાં તત્વો માટે Kc = 2.5; પાણીના પ્રવાહમાં — Kc = 3.0 … 3.5.

જો ભવિષ્યના (ડિઝાઇન કરેલ) હીટરનું વોલ્ટેજ Uph અને પાવર Pf સેટ કરેલ હોય, તો તેનો વર્તમાન (તબક્કા દીઠ)

Iph = Pph⁄Uph

કોષ્ટક 1 અનુસાર તેના હીટિંગના જરૂરી ગણતરી કરેલ તાપમાન માટે હીટરના વર્તમાનના ગણતરી કરેલ મૂલ્ય અનુસાર, નિક્રોમ વાયર ડીનો જરૂરી વ્યાસ જોવા મળે છે અને હીટરના ઉત્પાદન માટે વાયરની જરૂરી લંબાઈ, m. ગણતરી કરવામાં આવે છે:

જ્યાં d એ પસંદ કરેલ વાયર વ્યાસ છે, m; ρd એ વાસ્તવિક ગરમીના તાપમાને વાહકનો વિશિષ્ટ વિદ્યુત પ્રતિકાર છે, ઓહ્મ • m,

ρd = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (Td-20)],

જ્યાં αр — પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક, 1/OS.

નિક્રોમ સર્પાકારના પરિમાણો નક્કી કરવા માટે, વળાંકનો સરેરાશ વ્યાસ લો D = (6 … 10) ∙ d, સર્પાકારની પિચ h = (2 … 4) ∙ d,

વળાંકની સંખ્યા

હેલિક્સ લંબાઈ lsp = h ∙ n.

હીટિંગ તત્વોની ગણતરી કરતી વખતે, તે યાદ રાખવું જોઈએ કે હીટિંગ તત્વને દબાવ્યા પછી સર્પાકાર વાયરનો પ્રતિકાર

જ્યાં k (y.s) એ એક ગુણાંક છે જે સર્પાકારના પ્રતિકારમાં ઘટાડો ધ્યાનમાં લે છે; પ્રાયોગિક માહિતી અનુસાર, k(s) = 1.25. તે પણ ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ કે સર્પાકાર વાયરની ચોક્કસ સપાટીની શક્તિ 3.5 છે ... ટ્યુબ્યુલર હીટિંગ તત્વની વિશિષ્ટ સપાટીની શક્તિ કરતાં 5 ગણી વધારે છે.

હીટિંગ એલિમેન્ટની પ્રાયોગિક ગણતરીમાં, પ્રથમ તેની સપાટીનું તાપમાન નક્કી કરો Tp = To + P ∙ Rt1,

જ્યાં તે આસપાસનું તાપમાન છે, ° સે; P એ હીટિંગ તત્વની શક્તિ છે, W; RT1 — પાઇપ પર થર્મલ પ્રતિકાર — મધ્યમ ઇન્ટરફેસ, OC/W.

પછી વિન્ડિંગનું તાપમાન નક્કી થાય છે: Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

જ્યાં Rt2 એ પાઇપ દિવાલનો થર્મલ પ્રતિકાર છે, OC/W; RT3 — ફિલરનો થર્મલ પ્રતિકાર, OC/W; Rp1 = 1⁄ (α ∙ F), જ્યાં α એ હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક છે, W / (m ^ 2 • ОС); એફ - હીટરનો વિસ્તાર, એમ 2; Rt2 = δ⁄ (λ ∙ F), જ્યાં δ એ દિવાલની જાડાઈ છે, m; λ — દિવાલની થર્મલ વાહકતા, W / (m • ОС).

હીટિંગ તત્વોના ઉપકરણ વિશે વધુ માહિતી માટે, અહીં જુઓ: હીટિંગ તત્વો. ઉપકરણ, પસંદગી, કામગીરી, ગરમી તત્વોનું જોડાણ

કોષ્ટક 1. વર્તમાન લોડનું કોષ્ટક

ઉદાહરણ 1. મંજૂર ચોક્કસ સપાટી પાવર PF અનુસાર વાયર સર્પાકારના સ્વરૂપમાં ઇલેક્ટ્રિક હીટરની ગણતરી કરો.

શરત.હીટર પાવર P = 3.5 kW; સપ્લાય વોલ્ટેજ U = 220 V; વાયર સામગ્રી — નિક્રોમ Х20Н80 (20% ક્રોમિયમ અને 80% નિકલનું મિશ્રણ), તેથી વાયરનો ચોક્કસ વિદ્યુત પ્રતિકાર ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) ઓહ્મ • m; પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 /ОС; સર્પાકાર ખુલ્લું છે, મેટાલિક સ્વરૂપમાં, સર્પાકારનું કાર્યકારી તાપમાન Tsp = 400 OC, PF= 12 ∙ 10 ^ 4 W/m2 છે. d, lp, D, h, n, lp નક્કી કરો.

જવાબ આપો. કોઇલ પ્રતિકાર: R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3500 = 13.8 ઓહ્મ.

Tsp = 400 OS પર વિશિષ્ટ વિદ્યુત પ્રતિકાર

ρ400 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (400-20)] = 1.11 ∙ 10 ^ (- 6) ઓહ્મ • મી.

વાયરનો વ્યાસ શોધો:

અભિવ્યક્તિ R = (ρ ∙ l) ⁄S પરથી આપણને l⁄d ^ 2 = (π ∙ R) ⁄ (4 ∙ ρ) મળે છે, જ્યાંથી વાયરની લંબાઈ

સર્પાકાર વળાંકનો સરેરાશ વ્યાસ D = 10 ∙ d = 10 ∙ 0.001 = 0.01 m = 10 mm છે. સર્પાકાર પીચ h = 3 ∙ d = 3 ∙ 1 = 3 mm.

સર્પાકારના વળાંકની સંખ્યા

હેલિક્સની લંબાઈ lsp = h ∙ n = 0.003 ∙ 311 = 0.933 m = 93.3 cm છે.

ઉદાહરણ 2. વર્તમાન લોડના કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરીને વાયરનો વ્યાસ d નક્કી કરતી વખતે વાયર રેઝિસ્ટન્સ હીટરની માળખાકીય રીતે ગણતરી કરો (કોષ્ટક 1 જુઓ).

શરત. વાયર હીટર પાવર P = 3146 W; સપ્લાય વોલ્ટેજ U = 220 V; વાયર સામગ્રી — નિક્રોમ Х20Н80 ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ ( — 6) ઓહ્મ • m; αp = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ℃; હવાના પ્રવાહમાં સ્થિત ઓપન હેલિક્સ (Km = 0.85, Kc = 2.0); કંડક્ટરનું અનુમતિપાત્ર ઓપરેટિંગ તાપમાન Td = 470 ОС.

d વ્યાસ અને વાયર lp ની લંબાઈ નક્કી કરો.

જવાબ આપો.

Tr = Km ∙ Ks ∙ Td = 0.85 ∙ 2 ∙ 470 OS = 800 OS.

ડિઝાઇન હીટર વર્તમાન I = P⁄U = 3146⁄220 = 14.3 A.

વર્તમાન લોડના કોષ્ટક અનુસાર (કોષ્ટક 1 જુઓ) Tр = 800 ОС અને I = 14.3 A પર, આપણે વાયરનો વ્યાસ અને ક્રોસ-સેક્શન d = 1.0 mm અને S = 0.785 mm2 શોધીએ છીએ.

વાયર લંબાઈ lp = (R ∙ S) ⁄ρ800,

જ્યાં R = U ^ 2⁄P = 220 ^ 2⁄3146 = 15.3 ઓહ્મ, ρ800 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (800-10) ∙ (800-10) 10 ^ (- 6) ઓહ્મ • m, lp = 15.3 ∙ 0.785 ∙ 10 ^ (- 6) ⁄ (1.11 ∙ 10 ^ (- 6)) = 10.9 મી.

ઉપરાંત, જો જરૂરી હોય તો, પ્રથમ ઉદાહરણની જેમ, D, h, n, lsp વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે.

ઉદાહરણ 3. ટ્યુબ્યુલર ઇલેક્ટ્રિક હીટર (TEN) ના માન્ય વોલ્ટેજ નક્કી કરો.

સ્થિતિ... હીટિંગ એલિમેન્ટની કોઇલ d = 0.28 mm અને લંબાઈ l = 4.7 m વ્યાસ ધરાવતા નિક્રોમ વાયરથી બનેલી છે. હીટિંગ એલિમેન્ટ 20 °C તાપમાન સાથે સ્થિર હવામાં છે. નિક્રોમની લાક્ષણિકતાઓ: ρ20 = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ઓહ્મ • m; αр = 16 ∙ 10 ^ (- 6) 1 / ° C. હીટિંગ તત્વના આવાસના સક્રિય ભાગની લંબાઈ La = 40 સે.મી.

હીટિંગ તત્વ સરળ છે, બાહ્ય વ્યાસ ડોબ = 16 મીમી. હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક α = 40 W / (m ^ 2 ∙ ° C). થર્મલ પ્રતિકાર: ફિલર RT3 = 0.3 ОС / W, હાઉસિંગ દિવાલો Rт2 = 0.002 ОС / W.

હીટિંગ એલિમેન્ટ પર મહત્તમ વોલ્ટેજ શું લાગુ કરી શકાય તે નક્કી કરો જેથી કરીને તેની કોઇલનું તાપમાન Tsp 1000 ℃ કરતાં વધી ન જાય.

જવાબ આપો. હીટિંગ એલિમેન્ટનું હીટિંગ એલિમેન્ટનું તાપમાન

Tsp = To + P ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3),

જ્યાં તે આસપાસના હવાનું તાપમાન છે; P એ હીટિંગ તત્વની શક્તિ છે, W; RT1 - પાઇપ-મધ્યમ ઇન્ટરફેસના થર્મલ પ્રતિકારનો સંપર્ક કરો.

હીટિંગ એલિમેન્ટની શક્તિ P = U ^ 2⁄R,

જ્યાં R એ હીટિંગ કોઇલનો પ્રતિકાર છે.તેથી, આપણે Tsp-To = U ^ 2 / R ∙ (Rt1 + Rt2 + Rt3) લખી શકીએ છીએ, જ્યાંથી હીટિંગ એલિમેન્ટ પર વોલ્ટેજ

U = √ ((R ∙ (Tsp-To)) / (Rt1 + Rt2 + Rt3)).

R = ρ ∙ (4 ∙ l) ⁄ (π ∙ d ^ 2) શોધો,

જ્યાં ρ1000 = ρ20 ∙ [1 + αp ∙ (T-20)] = 1.1 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ [1 + 16 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (1000-20)] = 1.120 ^ — 6) ઓહ્મ • મી.

પછી R = 1.12 ∙ 10 ^ (- 6) ∙ (4 ∙ 4.7) ⁄ (3.14 ∙ (0.28 ∙ 10 ^ (- 3)) ^ 2) = 85.5 ઓહ્મ.

સંપર્ક થર્મલ પ્રતિકાર RT1 = 1⁄ (α ∙ F),

જ્યાં F એ હીટિંગ તત્વના શેલના સક્રિય ભાગનો વિસ્તાર છે; F = π ∙ ડોબ ∙ La = 3.14 ∙ 0.016 ∙ 0.4 = 0.02 m2.

Rt1 = 1⁄ (40 ∙ 0.02 = 1.25) OC/W શોધો.

હીટિંગ એલિમેન્ટનું વોલ્ટેજ નક્કી કરો U = √ ((85.5 ∙ (1000-20)) / (1.25 + 0.002 + 0.3)) = 232.4 V.

જો હીટિંગ એલિમેન્ટ પર દર્શાવેલ નોમિનલ વોલ્ટેજ 220 V છે, તો Tsp = 1000 OS પર ઓવરવોલ્ટેજ 5.6% ∙ Un હશે.