|
|
3 Методика расчета 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 электронагревателя определяется на основании мощности аппарата или его определенного узла, (жарочная поверхность, шкаф) и числа нагревателей в нем.
Мощность аппарата определяется из теплового баланса по формуле
, (3.2.1.)
где Q — максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева или стационарного режима (определяется из теплового баланса), Дж;
t — время разогрева или стационарного режима, с.
Мощность одного тэна Рэ определяется по формуле
, (3.2.2.)
где п — количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева.
При расчете важно правильно выбрать диаметр проволоки. При завышении его потребуется большая длина проволоки, что вызовет перерасход дорогостоящего материала и увеличение габаритов нагревателя, при занижении диаметра – спираль быстрее перегорит.
Для выполнения расчета по таблице 3.1. выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.
Таблица 3.1.
Рабочая среда
Рекомендуемый материал оболочки тэна
Удельная
мощность W, Вт / м2
Вода
Жиры пищевые
Воздух
Нержавеющая сталь марки Х18Н10Т.
Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием.
Ст. 10, Ст. 20 с защитным покрытием.
11 104
3 104
2,2 104
Длина активной части трубки тэна после опрессовки La выбирается в зависимости от размеров, формы и схемы размещения тэнов в зоне нагрева или по формуле
, (3.2.3.)
где D — наружный диаметр трубки тэна, м.
Длина активной части тэна до опрессовки Lа1 составляет
, (3.2.4.)
где g — коэффициент удлинения трубки после опрессовки; принимается равным 1,15.
Полная длина трубки тэна после опрессовки Lполн составляет
(3.2.5.)
где Lnолн—длина пассивных концов трубки тэна; принимается в пределах 0,04—0,05 м.
Электрическое сопротивление проволоки тэна после опрессовки составляет
, (3.2.6.)
где U—напряжение сети, В.
Сопротивление проволоки тэна до опрессовки составляет
Ro=R∙ar, (3.2.7.)
где ar.—коэффициент изменения электрического сопротивления проволоки в результате опрессовки; принимается равным 1,3.
Зная Ro, можно вычислить диаметр и длину проволоки спирали, пользуясь известными зависимостями:
, (3.2.8.)
где d—диаметр проволоки, м; принимается в пределах от 0,0004 до 0,001 м;
S—сечение проволоки, м2;
l—длина проволоки сопротивления (активная), м.
Длина проволоки тэна согласно формуле 3.2.9. будет равна
, (3.2.9.)
где d—принятый диаметр проволоки, м;
ρ—удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, определяемое по формуле, Ом×м2
r= ρ20 [1+а(t—20)], (3.2.10.)
где ρ20 —удельное сопротивление проволоки при 20° С; по таблице 3.1.;
а —температурный коэффициент сопротивления; принимается по таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Марка сплава
Удельное сопротивление, при 200С, Ом∙м
Температурный коэффициент сопротивления, 1/0С
Допустимая температура, 0С
предельная
рабочая
Х15Н60
Х20Н80
Х13Ю4
0Х27Ю5А
(1,06…1,16) 10-6
(1,03…1,13) 10-6
(1,18…1,34) 10-6
(1,37…1,47) 10-6
0,17∙10-3
0,15∙10-3
0,15∙10-3
0,15∙10-3
1000
1100
1000
1300
950
1050
900
1250
Длина одного витка спирали в среднем составит
l в=1,07p(dст+d), м, (3.2.11.)
где 1,07—коэффициент, учитывающий пружинность спирали при навивке;
dст — диаметр стержня для навивки спирали.
Число витков спирали составит
, (3.2.12.)
Расстояние между витками равняется
, (3.2.13.)
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 3.2.13., получим коэффициент шага спирали
, (3.2.14.)
Потребное количество проволоки для одного элемента с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составит.
, (3.2.15.)
=7275,62кДж/900с=8,1кВт
=8,1кВт/6=1,35кВт
W=11.104Вт.м2
; D=P/LаWП
Найдем ширину тена: (0,5-2.0,05)/11=0,036м
R=0,018м
L=0,25-0,05-0,018=0,185м
=2.0,182+3,14.0,018=0,421м
Lа= Lnолн – 2Ln= 0,412-2.0,05=0,321м
D=P/LаWП=1,35кВт/0,321м.11.104м2.3,14=0,012м=12см
=0,321м/1,15=0,279м
=(220)2В/1496,7Вт=32,34Ом
Ro=R∙ar, =1,3.32,34=42,042Ом
;
r= ρ20 [1+а(t—20)]=1,34.10-6Ом.м (1+0,15.10-3(10000С-200С))=
1,537.10-6Ом.м
=42,042Ом.3,14.(0,4.10-3)2м/4/1,537.10-6Ом.м=3,44м
dвнут.=D-2=12мм-2=10мм
dст=10мм/2=5мм
l в=1,07p(dст+d)=1,07.3,14(0,005+0,5.10-3)=0,018м
=3,44м/18.10-3м=191витка
=0,321-191.0,4.10-3/191=0,00128м=1,28мм
=0,321м/191.0,4.10-3м=4,2
=3,37м+2.20.18.10-3м=4,09м
Заключение
В ходе выполнения курсового проектирования, пользуясь данными варианта, был составлен тепловой баланс макароноварки в период разогрева, состоящий из полезно используемого тепла, потерь тепла наружными поверхностями оборудования в окружающую среду, тепла, расходуемого на нагревание конструкции макароноварки.
На основе полученных результатов по тепловому балансу был произведен расчет производительности макароноварки и расчет трубчатых электронагревателей.
На основе произведенных расчетов был разработан чертеж конфигурации и месторасположения электронагревательных элементов оборудования и изображен электронагревательный элемент в разрезе с указанием конструктивных элементов.
Литература
1. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.: Экономика, 1976.-399 с.
2. Литвина Л.С., Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М., : Экономика, 1987.-248 с.
3. Дорохин В.А. Тепловое оборудование предприятий общественного питания.- Киев, 1987 г.
4. Белобородов В.В., Гордон Л.И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания - М.,: Экономика, 1983, - 303.
5. Гинзбург А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов- М.; Экономика, 1983,-303.
6. Литвина Л.С, Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. М.: «Экономика», 1969, - 311с.
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.