Tài liệu Chương 6. TÍNH TOÁN PHẦN ĐIỆN DÂY ĐỐT pptx

Chương TÍNH TỐN PHẦN ĐIỆN DÂY ĐỐT §1 Khái niệm tính tốn phần điện dây đốt Tính phần điện dây đốt xác định kích thước dây đốt, bao gồm đường kính, bề dày dây đốt trịn, dẹt kích thước kết cấu dây đốt Qua phép tính phần nhiệt dây đốt chương thấy rằng, công suất truyền tải dây đốt phương thức truyền tải (dẫn nhiệt, đối lưu, xạ …) xác định theo biểu thức chung: t - t0 P  WF = F rt Trong đó: t- nhiệt độ làm việc dây đốt, 0C, nhiệt độ t phải chọn nhỏ nhiệt độ cho phép lớn dây đốt tmax: t < tmax t0- nhiệt độ đặt vật nung nóng, tức nhiệt độ nung nóng vật, C rt- nhiệt trở tính từ phương thức trưyền nhiệt thực m 0C thiết bị nung nóng W F- Bề mặt truyền nhiệt tác dụng dây đốt, m2 Bề mặt truyền nhiệt F, tương ứng phương thức truyền nhiệt xác định từ biểu thức (1) sau: P.r Phương thức truyền nhiệt dẫn nhiệt: Fd  td t  t0 P.r Phương thức truyền nhiệt đối lưu: Fdl  t dl t  t0 Phương thức truyền nhiệt xạ: Fbx  P.rt bx t  t0 Từ để tính kích thước dây đốt, dùng biểu thức: P rt t F Đặt t  t0  t W rt t  t0 P Có biểu thức: F  (2) W W- mật độ cơng suất tính phần tính nhiệt dây đốt F- bề mặt truyền nhiệt dây đốt, phụ thuộc vào kích thước dây đốt Từ biểu thức (2) tính kích thước dây đốt trịn dẹt sau: §2 Tính kích thước dây đốt trịn dẹt Tính kích thước dây đốt trịn: tính đường kính d chiều dài l dây đốt Cơng suất P dây đốt toả (truyền tải) xác định: U2 l P  I t rt s I- dòng điện làm việc qua dây đốt, A t - điện trở suất dây đốt nhiệt độ làm việc,  m l- chiều dài dây đốt, m s- tiết diện tròn dây đốt, m2 Bề mặt truyền nhiệt F biểu diễn: F = C.l C- chu vi tiết diện dây đốt, m Thay vào (2) có biểu thức: t I rt C.s  t  d2 Với tiết diện trịn dây đốt, có: C   d ; s  Cuối có biểu thức tính đường kính dây đốt sau: t I rt   t thường hay dùng biểu thức: d3  t P rt t P   2U t  2U w (3)  t P d  w.U Tính độ dài l dây đốt: U2 l  d2 Từ P  với Rt  t ; s  Rt s biểu thức tính l sau: kết hợp với cơng thức tính d tìm PU l3 (4) 4t w Đơn vị công thức (3);(4); w m2 0C t (m), P(w), U ( V ), W( ), rt ( ), I ( A), d (m), l(m) m w Kích thước dây đốt dẹt (dây đốt băng) với dây đốt dẹt tỷ số đặc trưng qua bề mặt cắt hình bên biểu diễn bề dày dây đốt b, bề rộng a: a m b Hình vẽ a b Cùng với dẫn dắt biểu thức làm với dây đốt trơn có:  I2 r C.s  t t t với C = (a + b) = 2b(m + 1) ; s = a.b = m.b có kết sau: t P b m(m  1)wU (5) , mPU l 4( m  1)2 t w (6) w ) ; U(V) ; b(m); l(m) m2 Trong số tài liệu kỹ thuật chọn đơn vị theo: mm w P(kw), U ( V ),  ( ), w( ), d(mm), l(m), b(mm), a(m ) m cm Thì có cơng thức tính sau: Dây đốt trịn t (m) ; P(w) ; w( d 4.105 t P (mm)  wU (7) , l 2,5mPU 4t w (m) (8) Dây đốt dẹt: 5.10 4.t P 2,5mPU b (mm ) (9), l  (m) (10) m(m  1)wU (m  1)2  t w Khi chọn đơn vị theo: w P( KW),  t (cm), w( ), d (mm), b(mm), l(m) cm Dây đốt tròn: 4.10 9. t P (mm) d  wU Dây đốt dẹt: (11), l  3 10 3 PU (m) 4t w (12) 109 t P 10 3 mPU b (mm) (13), l  (m) (14) 2 m  m  1 wU  m  1  t w §3 Tính thơng số kết cấu d D h Hình Quấn dây đốt kín theo lị xo d- đường kính dây đốt h- bước lị xo D- đường kính lị xo A A A a H b Hình Quấn dây đốt theo díc dắc A- chiều cao díc dắc H - bước díc dắc Thơng số kết cấu giá trị h, D, A, H… hình H1, H2 quấn dây đốt theo lị xo, díc dắc Những giá trị phải tính chọn cho dây đốt dễ toả nhiệt, đảm bảo bền cơ, thuận tiện bố trí, đồng đều… Thực tế thường chọn theo kinh nghiệm, loại dây đốt khác có thơng số kết cấu khác Đưa số loại dây đốt với thông số kết cấu sau: Loại dây đốt Nicrom có quan hệ: D = ( – 10 )d Loại dây đốt hợp kim sắt nhơm có quan hệ: D=(5–8)d Bước lị xo thường chọn theo: H = (2 – )d Số lượng vịng lị xo tính theo biểu thức; l n (vòng) 2  D   h D (mm), l(mm), h (mm), n ( vòng) Với loại dây đốt dẹt quấn díc dắc: A  100 b H  2b Khi chọn lựa thông số kết cấu phải ý đến việc bố trí dây đốt thiết bị: Sau lấy ví dụ tính tốn dây đốt cho thiết bị sấy §4 Ví dụ tính tốn dây đốt Hãy tính kích thước, thời gian sử dụng, thơng số kết cấu dây đốt tròn quấn lò xo cho thiết bị sấy khơng khí nóng có cơng suất định mức Pđm = 20,8 KW Nguồn áp pha có 380/220V, điều chỉnh cơng suất cấp, cấp 25% công suất định mức Thực thay đổi số nhánh dây đốt pha Nhiệt độ đầu khơng khí 180C, khơng khí nung 0 -3 m C nóng lên 25 C, nhiệt trở dây đốt 13,5.10 w Kích thước Calorifa nói bố trí dây đốt cho phép chiều dài ống quấn dây đốt theo lò xo khoảng 1,0 – 1,3 m Thời gian sử dụng dây đốt với loại Nicrom  '  2000 h / mm chọn dây đốt theo bảng: số loại dây đốt hợp kim phi kim loại Bảng 1:Một số loại dây đốt hợp kim phi kim loại Loại dây đốt Cr20Ni80-N Cr15Ni60-N Cr13Al4 Cr18Ni9T Tỉ trọng  103 Kg/m3 Điện trở suất 200C 10 6 m 20 8,4 8,3 7,2 7,9 1,1 1,1 1,26 0,71 Hệ số nhiệt điện trở 10 6 0C 1  16,5 16,3 17,0 16,6 Nhiệt độ làm việc cực đại C Nhiệt độ nóng chảy C 1200 1100 900 850 1400 1390 1450 1420 (thép khơng gỉ) Ni40Cu60 thép cácbon Cacborun Graphít 8,9 7,8 2,3 1,6 0,5 0,135 800 – 1900 – 13 5,0 4500 Thay đổi Thay đổi 450 300 1500 2000 1270 1460 — — Bài làm: Để điều chỉnh cấp công suất yêu cầu, cần nối dây đốt mối pha có phần tử nung nóng nối theo hình Y hình 1: phần tử nung nóng ký hiệu R C B A 380 V R R R R R R R R R R R R Hình Tính cơng suất cho phần tử nung nóng với pha có phần tử, số phần tử   12 Công suất phần tử P P P  tb 12 Trong đó: Ptb – cơng suất thiết bị Tính Ptb theo: Ptb = 1,2Pđm = 1,2.20,8 = 25KW 25 P  2,083 KW 12 Dịng điện qua phần tử nung nóng R là: P 2,083.103 I   9,5 A U 220 Chọn dây đốt Từ bảng dây đốt hợp kim phi kim loại chọn loại Nicrom: Cr20Ni80N có thông số: 20  1,1.10 6 m,  16,5.10 6 0C 1 , tmax  1200 C Chọn nhiệt độ làm việc dây đốt tlv = 7000C < tmax = 1200 0C Tính điện trở suất t t  20 1    t  20   t  1,1.10 6 1  16,5.10 6  700  20   t  1,112.10 6 m Tính kích thước d l Theo cơng thức dẫn có 4.1,112.106  2,083.103   P t d3   wU  2202.50.103 d  0,94.10 3 m  0,94mm 700.25 w w=  50.103 -3 13,5.10 m PU 2,083.103.220 l 3  14,52 mm 4t w 4 1,112.10 6  50.103  Hiệu chỉnh dây đốt Trong công nghiệp dây đốt có đường kính d = 0,94 mm khơng có nên chọn d = 0,90 mm điều làm thay đổi điện trở R phần tử nung nóng dó để đảm bảo điện trở khơng thay đổi cần thay đổi chiều dài cho: Rd = 0,94 = Rd = 0,90 Từ có quan hệ: l l t 0,94   t 0,90 s0,94 s0,90 l0,90 Có l0,94  d0,94 /4  s0,9  l0,94 s0,94  d0,90 / 0,902 l0,90  14,52  13,3m 0,942 Vậy giảm đường kính phần tử nung nóng phải giảm bớt chiều dài Kích thước phần tử nung nóng tính chọn là: d = 0,90 mm, l = 13,3 m Kiểm tra lại công suất phần tử nung nóng chọn l Ptb = 12.P = 12.I R  12.I t s 13,3 Ptb = 12.9,52.1,112.10 6  12.20,992 W 3   0,90.10  So với Ptb = 25 KW công suất dây đốt cung cấp đảm bảo yêu cầu Thông số kết cấu dây đốt Với loại dây đốt Nicrom chọn theo: D = ( 8- 10 )d chọn D = 10d = 10.0,90 = 9mm Bước lò xo h = (2 -4 )d chọn h = 3d = 3.0,90 = 2,7mm l 13,3.103 Số vòng lò xo: n    468 vòng 2 2  D   h    2,7 Thời gian sử dụng dây đốt:   K  ' d  1.1200.0,9  1800 h 10 Chiều dài ống lò xo dây đốt: l = 2,7.468.10-3 = 1,263 m so với chiều dài cho phép từ – 1,3 m đạt yêu cầu bố trí Calorife §5 Các phương pháp tính gần Trong tính tốn kích thước dây đốt trình bày mục tiêu trên, khó khăn phải xác định nhiệt trở rt từ tính mật độ công suất W Trong thực tế, trường hợp cho phép tính kích thước dây đốt theo kết thu kinh nghiệm thực nghiệm Đó phương pháp gần Sau đưa số phương pháp: Tính kích thước dây đốt theo mật độ dòng điện dòng điện làm việc: Có thể dùng phương pháp để tính kích thước dây đốt với sai số tương đối lớn mang tính định hướng Thứ tự thực sau: a Tính dịng điện làm việc dây đốt: I I Ptb®m nU Trong đó: Ptbđm – cơng suất thiết bị định mức, W tính theo Ptbđm = 1,2Pđm Pđm – cơng suất hữu ích pha n- số nhánh dây đốt pha U - điện áp pha nhánh dây đốt dây đốt b Dựa vào mật độ dòng điện cho phép Jcp loại dây đốt, cho bảng để tính tiết diện dây đốt s theo: I  d2 4s s với s  từ tính d : d  Jcp  Tính chiều dài dây đốt l: l U2 U 2s Với R  t mà R  ;l  Ptb®m Ptb®m t s Trong đó: U (V), s( m2 ), P (W), l (m) c Mật độ dòng điện cho phép loại dây đốt thường cho phạm vi rộng Trong tính tốn cần chọn cho hợp lý phải tính số lần Ví dụ: với loại dây đốt Nicrom : Jcp = (5 – 30) A / mm2 Với loại dây đốt thép: Jcp < 15 A /mm2 Nói chung phương pháp tính toán đơn giản, sai số nhiều nên thường dùng để tính định hướng kiểm tra Tính kích thước dây đốt theo dịng điện làm việc I nhiệt độ tính tốn ttt Nội dung phương pháp thực nghiệm lập quan hệ dòng điện làm việc I dây đốt nhiệt độ làm việc dây đốt cho loại dây đốt điều kiện tiêu chuẩn Khi tính dây đốt làm việc khác điều kiện tiêu chuẩn cần nhân nhiệt độ làm việc ký hiệu tlv với hệ số nhiệt độ tính tốn ký hiệu ttt Dựa vào ttt I dây đốt bảng có đường kính dây đốt Dịng điện làm việc dây đốt Nicrom tương ứng nhiệt độ nung nóng tính tốn ttt dây đốt điều kiện dây đốt treo ngang khơng khí tĩnh nhiệt độ 200C Tiết Đường kính diện Dịng điện làm việc cho phép nhiệt độ tính tốn ttt 0C mm2 dây đốt 200 400 600 700 800 900 1000 mm 19,6 52 83 105 124 146 173 206 12,6 37 60 80 93 110 129 151 7,07 22,3 37,5 54,5 64 77 88 102 2,5 4,91 16,6 27,5 40 46,6 57,5 66,5 73 3,14 11,7 19,6 28,7 33,8 39,5 47 51 1,8 2,54 10 16,9 24,9 29 33,1 39 43,2 1,6 1,5 1,4 2,01 1,77 1,54 8,6 7,9 7,25 14,4 13,2 12 21 19,2 17,4 24,5 22,4 20 28 25,7 23,3 32,9 30 27 36 33 30 1,3 1,2 1,1 1,33 1,13 0,95 6,6 5,4 10,9 9,8 8,7 15,6 14 12,4 17,8 15,8 13,9 21 18,7 16,5 24,4 21,6 19,1 27 24,3 21,5 0,9 0,8 0,785 0,636 0,503 4,85 4,25 3,7 7,7 6,7 5,7 10,8 9,35 8,15 12,1 10,45 9,15 14,3 12,3 10,8 16,8 14,5 12,3 19,2 16,5 14 0,75 0,7 0,65 0,442 0,385 0,332 3,4 3,1 2,82 5,3 4,8 4,4 7,55 6,95 6,3 8,4 7,8 7,15 9,95 9,1 8,25 11,25 10,3 9,3 12,85 11,8 10,75 0,6 0,55 0,5 0,342 0,238 0,195 2,52 2,25 3,55 3,15 5,7 5,1 4,5 6,5 5,8 5,2 7,5 6,75 5,9 8,5 7,6 6,75 9,7 8,7 7,7 0,45 0,40 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 Thứ tự 0,159 0,126 0,096 0,085 0,049 0,0314 0,0177 0,00785 1,74 1,5 1,27 1,05 0,84 0,65 0,46 0,1 2,75 2,34 1,95 1,63 1,33 1,03 0,74 0,47 3,9 3,3 2,76 2,27 1,83 1,4 0,99 0,63 Bảng 4,45 3,85 3,3 2,7 2,15 1,65 1,15 0,72 5,2 4,4 3,75 3,05 2,4 1,82 1,28 0,8 5,85 4,15 3,4 2,7 1,4 0,9 Loại dây đốt Dây đốt quấn lò xo treo khơng khí tĩnh Dây đốt căng khơng khí tĩnh Dây đốt quấn lị xo khơng khí động Dây đốt ngâm nước Dây đốt ngâm dòng chất lỏng chuyển động KC 1,1- 1,5 2,5 – 3,5 Bảng Điều kiện bao quanh dây đốt, hệ số KC Thứ tự Loại dây đốt Dây đốt căng ngang khơng khí tĩnh động Dây đốt quấn lị xo khơng khí tĩnh động Dây đốt quấn lị xo treo tựa chịu sát tường khơng khí tĩnh Dây đốt nẵm hai lớp cách điện dẫn nhiệt Dây đốt nằm hai lớp cách điện dẫn nhiệt lớn KM 0,8 – 0,9 0,6 – 0,7 0,5 0,3 – 0,4 Bảng Điều kiện đặt dây đốt hệ số KM 6,75 5,7 4,75 3,85 3,1 2,3 1,62 1,0 Ví dụ: Bảng lập cho dây đốt Nicrom điều kiện tiêu chuẩn: dây đốt kéo căng theo phương pháp mơi trường khơng khí tĩnh nhiệt độ 200C bảng Thứ tự tính tốn sau: a Tính dịng điện làm việc dây đốt: I P I  tb®m nU Trong đó: Ptbđm – cơng suất thiết bị định mức(W), tính theo Ptbđm = 1,2Pđm Pđm – cơng suất hữu ích pha n- số nhánh dây đốt pha U - điện áp pha nhánh dây đốt dây đốt b Chọn loại dây đốt bảng ‘’Một số dây đốt hợp kim phi kim loại’’ c Chọn nhiệt độ làm việc dây đốt tlvdđ Chọn theo tlv lò < tlv dđ < tmax Trong đó: tlv lị - nhiệt độ làm việc lò tlv dđ - nhiệt độ làm việc dây đốt tmax - nhiệt độ làm việc cực đại dây đốt d Tính nhiệt độ tính tốn ttt theo: ttt = KC.KM.tlvdđ Trong đó: KC - ảnh hưởng môi trường đặt dây đốt KM - ảnh hưởng điều kiện đặt dây đốt KC, KM cho bảng 3, bảng Dựa vào bảng theo dòng điện làm việc I ttt chọn đường kính dây đốt d Tính chiều dài dây đốt l U 2s l P.t Với U (V), P (W), s (m2 ), l (m), t  m  Hiệu chỉnh kích thước dây đốt Kiểm tra công suất dây đốt Sau lấy ví dụ tính tốn kích thước dây đốt cho lị điện Lị điện có cơng suất Ptbđm KW nguồn áp pha 220 V, dây đốt quấn lò xo treo tựa chịu nhiệt sát tường khơng khí tĩnh Bố trí theo nhánh để tiện điều chỉnh nhánh 25% công suất, nhiệt độ làm việc lò 3500C Bài làm: a.Vẽ sơ đồ bố trí dây đốt hình I R R R R Hình Vật liệu dây đốt nhiệt độ làm việc thiết bị khơng khí tĩnh 350 0C nên chọn loại Cr15 Ni80 – N rẻ tiền t  1,1.10 6 (m ) Có   16,3.10 6 (0 C 1 ) Chọn nhiệt độ làm việc dây đốt tlvdđ = 6000C < tmax = 1100 0C tlvdđ > tlv lò = 250 0C c Tính dịng điện làm việc: 2.103 I  2,27 A 4.220 d Tính nhiệt độ tính tốn ttt ttt = KC.KM.tlvdđ Theo điều kiện cho đầu chọn KC = 1, KM = 0,7 có ttt = 1.0,7.600 = 420 0C e Chọn đường kính dây đốt d Dựa vào bảng khơng co 420 0C, chọn 4000C 400 0C> 350 0C nhiệt độ làm việc thiết bị Dòng điện làm việc dây đốt Ilvdđ = 2,27 A khơng có 400 0C, chọn 2,34A tương ứng có d = 0,4 mm Tính chiều dài dây đốt l: U 2s 2202. 0,4 2.10 6 l  P.t 103.1,1.10 6  16,3.10 6 600  20    l  10,96m  11m Kiểm tra li cụng sut Ptbđm 4.P1nh ánh U2 R l 11 Với R  t  1,108.10 6  0,75 0,125.10 6 s 2202 Ptb®m   1985,6W so với 2000 W kết chấp nhận 0,75 Tính kích thước kết cấu Với loại dây đốt Cr- Ni D = ( – 10)d, chọn D = 10d = 10.0,4 = 4mm h = ( 2- )d, chọn h = 4.0,4 = 1,6 mm Số vịng lị xo tính theo: l 11.103 n   869 vßng 2 2  D   h    1,6 ... mặt truyền nhiệt dây đốt, phụ thuộc vào kích thước dây đốt Từ biểu thức (2) tính kích thước dây đốt trịn dẹt sau: §2 Tính kích thước dây đốt trịn dẹt Tính kích thước dây đốt trịn: tính đường kính... số nhiệt độ tính tốn ký hiệu ttt Dựa vào ttt I dây đốt bảng có đường kính dây đốt Dịng điện làm việc dây đốt Nicrom tương ứng nhiệt độ nung nóng tính toán ttt dây đốt điều kiện dây đốt treo ngang... nhánh dây đốt dây đốt b Dựa vào mật độ dòng điện cho phép Jcp loại dây đốt, cho bảng để tính tiết diện dây đốt s theo: I  d2 4s s với s  từ tính d : d  Jcp  Tính chiều dài dây đốt l: l U2