Расчет электронагревателей

При расчете электронагревателей определяют ширину и длину нагревательной ленты из заданного материала для получения нагревателя требуемой мощности.

Расчет электронагревателей определяется по формулам:

ширина нагревательной ленты в мм

длина нагревательной ленты в м

сопротивление нагревательной ленты в омах

сила тока, протекающего по ленте, в амперах

общая вычисленная мощность нагревателя в квт

общая требуемая мощность нагревателя в квт.

Значение величин, входящих в эти формулы:

1. w-необходимая удельная мощность нагревателя в кВт/м2, определяемая подсчетом теплового баланса.

Практически можно пользоваться данными табл. 148.

Максимальная температура нагревателя	60°	70°	80°	90°·	100°	110°	120°
Удельная мощность нагревателя в кВт/м2	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0

Удельная мощность в 1 квт/м3, установленная опытным путем для обеспечения режима, требуемого инструкциями по склеиванию жидкими смоляными и казеиновыми клеями с подогревом при толщине защитной обкладки не более 3 мм, называется нормальной удельной мощностью нагревателя. При ней температура нагревателя достигает 70° и время нагрева до этой температуры лежит в пределах от 30 до 45 мин.

2. ρ – удельное сопротивление материала, выбранного для изготовления нагревательной ленты, в ом мм2/м (табл. 147).

3. h-толщина материала нагревательной ленты в мм должна быть в пределах от 0,1 до 0,3 мм и, как исключение,- до 0,5 мм. Измеряется микрометром и округляется с точностью до 0,05 мм.

4. е – расстояние между полосами лент при укладке ее на нагревателе; практически принимается равным 5 мм

Таблица 148 – Значения удельной мощности нагревателя w для различных режимов подогрева

для нагревателей любых типов и любой мощности.

5.F – расчетная площадь нагревателя.

Таблица 149 Удельное сопротивление некоторых материалов в ом мм2/м (при t°=20°)

Алюминий	0,025
Дуралюмнний	0,12
Железо	0,09
Медь красная	0,017
Латунь	0,07
Сталь	0,100-0,250
Сталь нержавеющая	0,80
Цинк	0,06
Манганин	0,430
Константан	0,500
Никелин	0,41
Нейзильбер	0,340

Определение расчетной площади нагревателя однофазного тока.

а. Расчетная площадь сплошного нагревателя Fc равна площади склеиваемой детали с припуском по контуру 30 мм для равномерного обогрева кромок. Припуски сверх этого (для оклейки кромок обкладок и т. п.) в расчетную площадь не входят.

б.Расчетная площадь контурного нагревателя Fk равна удвоенной сумме площадей полок каркаса, по которым производится склейка.

При определении расчетных площадей нагревателей трехфазного тока расчет ведется только для одной секции (из трех). Поэтому расчетная площадь нагревателя трехфазного тока равна одной трети всей действительной площади нагревателя (сплошного или контурного).

6. ν-расчетное напряжение в вольтах; определяется с учетом способа подключения нагревателя к питающей сети (параллельное или последовательное при однофазном токе и включение «звездой» или «треугольником» при трехфазном токе). Расчетное напряжение не всегда совпадает с напряжением сети.

Для однофазного тока при параллельном включении нагревателей расчет производится отдельно для каждого из них, и расчетное напряжение нагревателя равно напряжению сети.

При последовательном соединении нескольких равных по сопротивлению нагревателей можно сделать расчет только для одного нагревателя. Расчетное напряжение в этом случае будет равно напряжению в сети, деленному на число нагревателей.

Рис. 373. Диаграмма для определения ширины ленты электронагревателя.

При трехфазном токе расчетное напряжение при соединении секции нагревателя «звездой» равно напряжению сети V.

При соединении «треугольником» расчетное напряжение нагревателей в 1,73 раза меньше напряжения в сети

При расчете нагревателей с поверхностью двойной кривизны следует предварительно установить ту наибольшую ширину нагревательной ленты, при которой она еще достаточно плотно прилегает к поверхности нагревателя.

Полученная по расчету ширина ленты не должна превышать этой наибольшей ширины.

При расчете контурных нагревателей рекомендуется предварительно подсчитать количество элементов каркаса, группируя их по ширине склейки, и определить ту ширину склейки, которая встречается наиболее часто.

Вычисленная ширина нагревательной ленты должна быть не больше удвоенного значения наиболее часто встречающейся ширины склейки по контуру минус 5 мм.

Определить ширину нагревательной ленты можно не только по формуле, но и по номограмме (рис. 373). Она построена для следующих значений:

1)удельная мощность W= 1 квт/м2

2)расстояние между полосами ленты при укладке е = 5 мм;

3)толщина материала ленты h=0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30 мм;

4)удельное сопротивление материала ρ – от 0,010 до 1,00 ом-мм/м·.

5)расчетное напряжение ν = 12; 24; 36; 120; 220 и 380 в;

6)расчетная площадь F-от 0,02 до 10 м2.

Правила пользования номограммой ясны из следующего примера.

Пример. Требуется построить нагреватель удельной мощности W = = 1 квт/м2 с расчетной площадью F = =3,2 м – при расчетном напряжении тока ν =120 в. В качестве материала для нагревательной ленты намечается рулонная сталь толщиной h = 0,5 мм и с удельным сопротивлением ρ = 0,12 ом – мм2/м.

Находим на правой вертикальной шкале для h = 0,15 точку р=0,12 и соединяем ее с точкой О прямой линией.

На нижней горизонтальной шкале, соответствующей напряжению о = 120 в. находим точку =3,2 мг. Из этой точки проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией. Против этой точки на вертикальной шкале слева номограммы находим искомую ширину ленты b = 22 мм.

Если при расчете нагревателей двойной кривизны или контурных нагревателей вычисленная ширина ленты выходит за установленные пределы, то изменяют способ подключения нагревателя, величину расчетного напряжения или материал для ленты и вновь подбирают ширину ленты.

При расчете контурных нагревателей полученную длину ленты проверяют, подсчитывая ее длину по примерному ее расположению по контурам склейки. Если при этом полученная расчетная длина окажется недостаточной, необходимо подыскать другой способ расположения лент или снять по одной полоске в тех местах, где получилось большое перекрытие склейки.

Если расчетная длина ленты велика, то излишек ленты распределяется по контурам склейки или укладывается на свободной площади между контурами.

Необходимое сечение проводов, подводящих ток к нагревателю, можно определить по табл. 148.

При параллельном включении нескольких нагревателей сечение проводов должно быть рассчитано на общую силу тока, потребляемого всеми (этими) нагревателями.

Таблица 150 – Допускаемая нагрузка током изолированных проводов

Сечение провода мм	Максимальная сила тока I d амперах
медные провода	алюминиевые провода
1,0	11	8
1,5	14	10
2,0	20	15
4,0	25	20
4,0	31	24
10,0	43	34
16,0	75	60
25,0	100	80

При соединении нагревателя трехфазного тока «треугольником» подводящие провода рассчитываются на силу тока в 1,73 раза большую, чем сила тока, протекающего по секции.

Общая, вычисленная по формуле (5), мощность каждого нагревателя должна, соответствовать общей мощности, получающейся по формуле (6). Допустимое отклонение – не более ±10%.

При вычислении ширины ленты для нагревателя с удельной мощностью, отличающейся от нормальной мощности (W= 1 квт/м1), можно также пользоваться номограммой (рис. 373), но в полученный результат необходимо вводить поправку по формуле

bиспр = Kbн

где bн- ширина ленты, определенная по номограмме, bиспр – ширина ленты для нагревателя с мощностью, отличающейся от нормальной.

Коэффициент К, зависящий от выбранной удельной мощности нагревателя и ширины bн, находится по табл. 149.

Значение ширины ленты, получаемое по формуле, округляется до 0,5 мм.

Для местного нагрева с успехом могут быть использованы нагревательные коврики. Они состоят из двух слоев плотной ткани с уложенной между ними лентой. Ленты укладываются на расстоянии 3-4 мм одна от другой, после чего промежутки между лентами должны быть прострочены для закрепления лент. Размеры коврика определяются длиной ленты.

Таблица 151

Значение поправочного Коэффициента К (для формулы bиспр = Kbн).

Удельная мощность нагревателя, кВт/м2	Ширина ленты по номограмме
от 5 до 6 мм	от 6,5 до 7,5 мм	от 8 до 9.5 мм	от 10 до 19,5 мм	от 20 до 29,5 мм	от 30 до 60 мм	свыше 60 мм
0,8	0,86	0,87	0,88	0,89	0,89	0,89	0,89
1,0	1 .0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
1,2	1,13	1,12	1,11	1,10	1,10	1,10	1,10
1,4	1,25	1,23	1,21	1,20	1,19	1,19	1,18
1,6	1,36	1,34	1,30	1,29	1,28	1,27	1,27
1,8	1,46	1,44	1,39	1,37	1,36	1,35	1,35
2,0	1,56	1,53	1,47 -	1,45	1,44	1,43	1,42

Таблица 152 – Размеры нагревательной ленты из нержавеющей стали для нагревательных ковриков (практические данные)

Толщина лентымм	Ширина ленты мм	Сила тока ампер	Длина ленты в м при напряжении
6 а	12 в	24 в	36 в
0,15	10	3,5-4,5	3,0	6,5	13,0	20,0
0,15	15	3,5-6,5	3,0	6,0	12,0	18,5
0,15	20	7,5-9,0	3,0	6,0	12,0	18,5
0,30	10	7,5-9,0	3,0	5.5	11,0	16,5
0,30	15	11-13,5	3,0	5,5	11,0	16,5
0,30	20	15-18	3,0	5,5	11,0	16,5