Determinarea puterii specifice a suprafeței încălzitorului
Puterea alocată de unitatea de suprafață a încălzitorului determină temperatura și, în consecință, funcționabilitatea acestui încălzitor în condițiile selectate de proiect. Prin urmare, puterea specifică a suprafeței W este cea mai importantă valoare de proiectare pentru proiectarea elementelor de încălzire.
În mod tipic, puterea de suprafață a încălzitorului calculat este comparată cu puterea de suprafață a încălzitoarelor ideale. Ideal înseamnă un astfel de încălzitor, care formează două plane continuu infinite continuu cu încărcare, cu condiția că mucoasa nu participă la transferul de căldură, iar transferul de căldură are loc datorită radiației.
Pentru un astfel de încălzitor, ecuația de transfer de căldură:
unde c0 este coeficientul de emisie al unui corp absolut negru;
εpr - coeficient redus de negru a sistemului de incalzire-incarcare;
Тн - temperatura încălzitorului;
T3 este temperatura încărcării.
Factorul negru rezultat în acest caz:
unde εζ este coeficientul de negru al materialului de încărcare;
εn este coeficientul de negru al materialului de încălzire.
Pentru a calcula tipul pentru o temperatură de încărcare cunoscută a cuptorului, este necesar să setați temperatura încălzitorului. De obicei, TN este luat cu 50-100 grade peste temperatura T3. Gradele de negru ale diferitelor materiale utilizate la fabricarea încălzitoarelor, creuzeturilor, bărcilor etc. sunt prezentate în tabelul nr. 2.8.
Pentru simplificarea calculelor de inginerie, în [5, 6, 9], nomogramele dependenței Wid = f (Thd Tn) sunt date pentru cazul εϊдд = εν = 0,8.
Un încălzitor real, spre deosebire de încălzitorul ideal, radiază produsul, nu pe întreaga suprafață: o parte din raze este cauzată de încălzitoarele adiacente și de căptușeală. Se poate presupune că încălzitorul real emite la produs căldura care nu este plină de suprafața sa Fn. ci numai de o anumită suprafață eficientă condiționată. Apoi, puterea permisă a suprafeței încălzitorului WD real va fi diferită de puterea de suprafață a încălzitorului ideal:
unde α eff este coeficientul de eficiență a radiației a sistemului de încălzire dat;
este coeficientul de pas;
αc este un coeficient care ține cont de dependența W de coeficientul de emisie redus cf;
αp este un coeficient care ține seama de influența mărimii cuștii.
Coeficientul ε eff caracterizează eficiența radiației sistemului de încălzire cu distanța relativă minimă (din motive structurale), adică pentru încălzitoarele cele mai dens amplasate. Valorile coeficientului αef pentru diferite sisteme de încălzire sunt prezentate în tabelul. 2.9.
Coeficientul de negru al unor materiale
Coeficientul de pas αi ia în considerare dependența puterii de suprafață specifică de distanțele relative de creează, pentru un sistem de încălzire dat. În Fig. 2.4-2.6 sunt grafice pentru găsirea lui αr pentru diferite sisteme de încălzire. Pentru un sistem de tije paralele și pentru produsele din interiorul unui încălzitor spiral, graficul 2.5 este utilizat ca și pentru un încălzitor cu zigzag din sârmă.
Toate celelalte relații geometrice au un efect redus asupra puterii specifice a suprafeței, astfel încât acestea nu sunt luate în considerare la calcularea încălzitorului.
Fig. 2.4. Valoarea unui cablu
spirală încălzitor
Fig. 2.5. Valoarea lui a pentru fir
zigzag încălzitor
Fig. 2.6. Valoarea εg pentru o bandă
zigzag încălzitor
Coeficientul αc ia în considerare dependența puterii specifice de suprafață de coeficientul de emisie redus, cf. Pentru un sistem în care sarcina se află în interiorul unei suprafețe radiante închise:
unde F3 este suprafața suprafeței de încărcare cu care se confruntă încălzitorul;
Fst este suprafața pereților camerei cuptorului ocupată de încălzitoare.
Dependența de pe on este prezentată în Fig. 2.7.
Coeficientul αp ia în considerare influența mărimii sarcinii asupra valorii puterii specifice a suprafeței. Valoarea acestui coeficient este definită ca o funcție a raportului (Figura 1.2.8). Când> 0,8, corecția pentru mărimea sarcinii nu contribuie (adică, αp = 1). la <0,3 определение удельной поверхностной мощности приводит к завышению температуры нагревателя. В этом случае принимают Тз » Тп и поправку на αр и αс не берут.
Fig. 2.8. Dependența de pe
Pentru încălzitoarele realizate din disilicid de molibden, există o dependență a Wd de temperatura cuptorului, care poate fi utilizată, ocolind definiția Ref. αef. αg. aS. αp (Figura 2.9).
După finalizarea calculelor, cunoaștem puterea specifică maximă admisă a suprafeței Wd. care pot fi asigurate prin proiectarea elementelor de încălzire alese de noi. Această putere este radiată de suprafața reală a încălzitorului Fn și este legată de parametrii geometrici și electrici.
Calculul mărimii încălzitoarelor
Atunci când se calculează elementele de încălzire EPS, care funcționează la o temperatură de peste 600 0 C, se procedează la o serie de cerințe:
- întreaga putere preluată de cuptorul electric din rețeaua Nt este eliberată în elementele de încălzire sub formă de căldură, în timp ce tensiunea de alimentare U este constantă:
- încălzitorul are o lungime constantă l și o secțiune transversală constantă S. Rezistența electrică r în timpul funcționării cuptorului în regimul de temperatură dat este invariabilă, apoi rezistența sa:
- energia eliberată pe încălzitor este transferată către produsele și zidăria cuptorului prin radiație de la suprafața încălzitorului Fn. Puterea specifică a suprafeței încălzitorului:
Pentru a determina dimensiunile încălzitorului, este necesar să se găsească relațiile dintre parametrii geometrici și electrici. Pentru un radiator cu secțiune circulară (sârmă, tija etc.) cu diametrul d, aceste relații sunt descrise prin ecuațiile:
unde M este masa încălzitorului;
rn este densitatea materialului de încălzire.
Dacă încălzitorul este realizat dintr-o bandă dreptunghiulară cu laturile a și c. astfel încât v = a · m. atunci
Folosind puterea specifică admisibilă a suprafeței în W, găsim valorile minime limitative ale masivității încălzitorului în ecuațiile (2.8), (2.9), (2.11), (2.12).
După d sau a sunt găsite din ecuațiile (2.8) sau (2.11). este necesar să alegeți un fir sau bandă din gama de materiale disponibile. Pentru a face acest lucru, ar trebui să luați cele mai apropiate dimensiuni mari. Apoi, este necesar să repetați calculul puterii specifice a suprafeței luând în considerare parametrii geometrici specifici aleși pentru încălzitoare.
Calculul dimensiunilor geometrice ale elementelor de încălzire poate fi utilizat pentru a compara fezabilitatea economică a utilizării unui anumit sistem de încălzitoare. De exemplu, puteți compara costurile de capital ale unui material prin calcularea mai multor versiuni ale sistemelor de încălzire; Este posibilă compararea eficienței diferitelor circuite electrice pentru comutarea încălzitoarelor, variația tensiunii și a rezistenței fazelor individuale; este posibilă selectarea poziției optime a încălzitoarelor în zona de lucru a cuptorului, găsirea raportului optim de lungime și secțiune transversală a încălzitorului; este posibil să se aleagă parametrii electrici pentru a atinge o grosime dată a încălzitorului (durata sa de funcționare specificată) etc.
Fig. 2.9. Dependența suprafeței specifice admisibile
încălzitoare electrice de la DM de la temperatura cuptorului:
1 - cu reglare continuă; 2 - cu control releu
Determinarea duratei de viață aproximativă a încălzitoarelor
În timpul funcționării, încălzitoarele "îmbătrânesc", adică modifică parametrii lor electrici, ceea ce duce în final la necesitatea înlocuirii acestora. De exemplu, pentru încălzitoarele din aliaje de crom-nichel, în timpul funcționării lor într-o atmosferă de oxidare, grosimea stratului oxidat crește și zona secțiunii conductive scade. Dacă luăm rata de oxidare voc pentru a fi constantă în timp, atunci pentru un radiator rotund
unde n este raportul dintre suprafața secțiunii transversale a stratului oxidat și suprafața inițială a secțiunii transversale a încălzitorului;
t este timpul de funcționare al încălzitorului.
Pentru o panglică dreptunghiulară:
Viteza de oxidare vco pentru anumite aliaje este prezentată în Fig. 2.10.
durata de viață recomandată așteptată a încălzitorului primesc timp de serviciu egal de lucru în care secțiunea încălzitorului oxidat 20% din suprafața inițială, adică. E. Atunci când n în ecuațiile (2.14) și (2.15) atinge 0,2. Pe baza acestei condiții, durata de viață a încălzitorului tc. va fi egal cu:
- pentru un încălzitor cu secțiune circulară:
- pentru încălzirea benzii:
Fig. 2.10. Dependența ratei de oxidare
de la temperatura încălzitorului pentru diferite aliaje:
1 - X15H60; 2-X25H20; 3-X15H60-H; 4 - Х20Н80ТЗА;
5 - X20H80T; 6-X20H80; 7 - H20N80-H
Durata de viață a încălzitoarelor din aliaje de fier-crom-aluminiu este determinată de scăderea concentrației de aluminiu în compoziția lor. Starea finală a aliajului este atunci când concentrația de aluminiu scade la 1%. Pentru a determina tc de aceste încălzitoare, utilizați ecuația:
unde tс1 - durata de viață a încălzitorului cu un diametru de 1 mm.
Pentru încălzitoarele secțiunii dreptunghiulare, d înseamnă diametrul echivalent d. egal cu:
unde este aria secțiunii transversale a încălzitorului; - secțiunea transversală a încălzitorului.
În Fig. 2.11 prezintă valorile tc1 pentru un număr de aliaje de fier-crom-aluminiu.
Durata de viață a încălzitoarelor care funcționează în medii diferite poate fi calculată prin același principiu dacă este cunoscută viteza de oxidare, coroziune, schimbări în compoziția chimică și proprietățile electrice ale materialului de încălzire în aceste medii. Viteza de coroziune a unui număr de aliaje metalice în mediile cu conținut de carbon este dată în [4], unde este posibil să se găsească viteze de evaporare a W, Mo, Nb și Ta în vid la diferite temperaturi.
Formulele (2.16) - (2.18) că perioada de funcționare a încălzitorului este mai mare decât diametrul sau grosimea ei. De asemenea, trebuie remarcat faptul că încălzitorul cu o secțiune transversală mare este mai puțin influențată de defectele aliajului din care este făcut.
Fig. 2.11. Durata de viață a încălzitoarelor realizate din sârmă cu diametrul de 1 mm
în funcție de temperatura diferitelor aliaje de Fe-Cr-Al:
1-X23O5; 2 - H23YU5T; 3 - H27YU5T
La alegerea materialului încălzitorului și a secțiunii transversale a acestuia, acesta este, de obicei, ghidat de astfel de condiții de funcționare, la care durata sa de funcționare va fi de aproximativ 10.000 de ore.
Procedura de calculare a încălzitoarelor
Procedura de calculare a încălzitoarelor EPS este determinată de natura sarcinilor: datele inițiale și scopul calculului. Să luăm în considerare o serie de opțiuni posibile:
1. Dacă, înainte de calcularea calculului cuptor încălzitorului termic a fost realizat, proiectantul cunoscut puterea încălzitorului N și suprafața pe care este amplasata. În acest caz, tensiunea de alimentare este în general cunoscut faptul că selectează diagrama încălzitoare care încorporează și, în consecință, tensiunea pe încălzitoare cunoscute U.
În acest caz, calculul încălzitorului începe cu determinarea puterii specifice de suprafață admisă Wd. În timpul acestui calcul, materialul încălzitorului și construcția acestuia sunt selectate pentru a asigura temperatura de funcționare dorită în cuptor. Apoi, determinați parametrii electrici ai încălzitorului, găsiți dimensiunile sale geometrice, alegeți o dimensiune specifică din gama oferită de industrie. La sfârșitul calculului, se verifică posibilitatea poziționării încălzitorului în cuptor și durata sa de viață.
În cadrul acestui sistem calculele recomandate pentru a calcula mai multe opțiuni de materiale de încălzire și modele și să aleagă cea mai bună (considerațiilor de economie sau ușurința de utilizare).
Dacă puterea specifică de suprafață este prea mare (deasupra admisibilă), ceea ce duce la temperaturi ridicate incalzitor, de obicei este transferat la materialul cu temperatura de funcționare mai mare sau de a folosi o suprafață liberă a spațiului de lucru în cuptor pentru a găzdui un număr mai mare de încălzitoare cu o mai mare FH. În cazul în care rezultatul calculului de încălzire selectat nu poate fi plasat pe o anumită suprafață sau în cazul în care este prea greu, este recomandat să meargă la materialele pentru a crește puterea specifică de suprafață. Adesea, această dificultate poate fi rezolvată prin trecerea de la încălzitorul de sârmă la radiatorul de bandă.
3. În cuptoare cu putere specifică scăzută, suprafața spațiului de lucru al cuptorului nu influențează în mod semnificativ alegerea încălzitoarelor. În acest caz, pentru calcularea radiatoarele pot solicita economic rezonabil serviciu încălzitoare perioadă (de exemplu, de 1 an sau egal cuptor termenul de amortizare) și parametrii electrici cele mai avantajoase.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: