Расчет печи

Задача: для трёхфазной печи сопротивления выбрать материал нагревателя и определить его  конструктивные размеры.

 

исходные данные:

 

P_N = 100 кВт

U_N = 380 В

T_РАБ = 750°С

конструкция нагревателя: спираль

нагреваемый металл: чугун

= 5

 

1) Общий анализ исходных данных.

 

2) Определяется T_РАБ нагревательного элемента. Для обеспечения эффективного нагрева детали T_{РАБ.Н.Э.} должна быть на 50-200°С выше T_РАБ в печи. С другой стороны, для обеспечения требуемого ресурса нагревателя, необходимо, чтобы T_{РАБ.Н.Э.} была как минимум на 100°С ниже его предельной температуры.

T_{РАБ.Н.Э.} = 750 + 100 = 850°С

T_{ПРЕД.РАСЧ.} = 850 + 100=950°С

 

берём сплав Х15Н60-Нихром

 

ρ = 1,1 10^-6 Ом м (для 25°С)          удельное сопротивление

ТКС = 0,035 10^-3

T_{ПРЕД Н.Э} = 950°С

γ = 8,2 10³                                                  плотность

 

3) Определяется удельная поверхностная мощность идеального нагревательного элемента. При её расчёте полагают, что вся электрическая мощность, потребляемая нагревателем от сети, полностью преобразуется в тепловую. При этом считают, что нагреватель излучает тепло всей своей боковой поверхностью и оно полностью передаётся изделию.

    Для расчёта  этой величины используют закон  Стефана-Больцмана:

 

- приведённый  коэффициент излучения изделия

 

 

4) Определяется удельная поверхностная мощность реального нагревательного элемента. При расчёте этой величины полагают, что нагреватель работает не всей своей боковой поверхностью, а только некоторой частью - эффективной поверхностью, поэтому для осуществления перехода от идеального нагревателя к реальному при расчёте удельной поверхностной мощности вводится система коэффициентов.

ω = ω_ид

λ_ЭФ λ_С λ_Г

λ_ЭФ = 0,32     - коэффициент эффективности излучения

λ_С = 0,26 = 1

λ_Г = 1,85     - коэффициент шага

ω = 19066,1 0,32 1 1,85 = 11287,13

 

5) Определяются конструктивные размеры нагревателя.

 

P_Ф = P_N/3 = 100000/3 = 33 кВт

 

  1,1318 10^-6 Ом м

выбираем d = 7 мм

 

6) Рассчитывается активное сопротивление одной фазы ветви.

R_Ф = = = 4,38 Ом

 

7) Определяется общая длина и масса нагревательного элемента для всей печи.

 

m_Н.Э. = S L γ = 3,85 10^-5 446,98 8,2 10³ = 141,1 кг

 

8) Уточняется значение удельной поверхностной мощности.

ω_УТ = = = 10183,3 

F_Н.Э. = π d L = 3,14 0,007 446,98 = 9,82 м²

 

 

9) Определяется фазные и линейные токи печи.

 

 

 

 

10) Выбор сечения питающего кабеля.

 

Длительно допустимый ток, протекающий  по кабелю с медными жилами с сечением 1 кв. мм, равен 10А, при нормальных условиях эксплуатации.

В соответствии с ПУЭ (Таблица 1.3.3.Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, неизолированных и  изолированных проводов и шин  в зависимости от температуры  земли и воздуха) выберем понижающий температурный коэффициент: Кпт = 0,71.

В соответствии с ПУЭ (Таблица 1.3.12.Снижающий коэффициент для  проводов и кабелей, прокладываемых в коробах) выберем понижающий коэффициент  прокладки кабеля: Кпп = 0,8.

С учетом Кпт и Кпп рассчитаем сечение жил кабеля.

1. Определим длительно  допустимый ток на 1 кв. мм (с учетом  коэффициентов):

 

2. Определим сечение жилы  кабеля:

 

 

3. Выбираем кабель АВВГ 3х35 (кабель с ПВХ изоляцией)

 

 

11) Результаты расчета.

 

 

Материал нагревательного  элемента			Для одной фазоветви				d, мм	L, м	m, кг
			P, кВт	Uном, В	Iф, А
Х15Н60		1,1318 10-6 Ом м	100	380	86,8	11287,13 10183,3	6,75	446,98	141,1