3.2.12 Расстояние между витками спирали

    

    3.2.13 Потребная длина проволоки для изготовления спирали ТЭНа с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 20 витков спирали на конец стержня

    

   3.2.14 Полная длина трубки ТЭНа

   

,

    где – длина пассивного конца трубки. Можно принять равным 0,05 м.

    После конструктивного расчета проверяется возможность размещения нужного количества разработанных ТЭНов в корпусе водонагревателя (при этом учитывается, что ТЭНы имеют U – образную  форму). Затем выполняется проверочный расчет.

      3.3 Проверочный расчет ТЭНа

      Целью проверочного расчета является определение температуры спирали и сравнение ее с максимально допустимой рабочей температурой материала спирали.

      Значение    принимается равным  105°С, значение  плотности  периклаза  после  опрессовки  принимается  согласно  исходных  данных, материал трубки ТЭНа – сталь 10, толщина стенки трубки после опрессовки , теплопроводность стали .

    3.3.1 Мощность  ТЭНа  на  первом  этапе  расчета  принимается  равной

    

.

    3.3.2 Термическое  сопротивление  трубки  оболочки  ТЭНа

    

,

    где - внутренний диаметр трубки оболочки ТЭНа, м;

    

,

    

.

    3.3.3 Термическое  сопротивление  наполнителя (периклаза)

    

,

    где  – теплопроводность наполнителя (периклаза), ;

      – коэффициент, учитывающий   различия  условий  теплообмена   в  реальной  конструкции  нагревателя  и  в  эквивалентной  составной  трубе;

      – наружный  диаметр  спирали, мм;

    

,

    Коэффициент    определяется  по  формуле:

 

    Теплопроводность наполнителя (периклаза):

    

,

                                

    где – пористость  периклаза в готовом ТЭНе, %;

      – средняя  температура   периклаза, °С. 

    Пористость  периклаза  в  готовом  ТЭНе:

    

,                        

    где  – плотность  периклаза  после  опрессовки, кг/м³ (принимается согласно  исходных  данных).

       – плотность периклаза с  нулевой пористостью. 

    Средняя  температура  периклаза

    

.

    Поскольку  значение    пока  не  определено, принимаем  ориентировочно

    

,

    

. 

    3.3.4 Температура  спирали  ТЭНа

    

,

    где  – температура  наружной  поверхности  оболочки  ТЭНа, °С. 

    При  серийном  изготовлении  ТЭНа  с  алюминиевым  оребрением  термическое  сопротивление  между  оболочкой  ТЭНа  и  несущей  трубкой  оребрения  незначительно, поскольку  обеспечивается  хороший  контакт  между  ними. Поэтому  при  расчете  температуры  спирали  ТЭНа  с  алюминиевым  оребрением  принимают  температуру  наружной  поверхности  оболочки  равной  температуре  поверхности  оребрения, т.е.

    

. 

   3.3.5 Значение  , полученное  при первичном расчете, является  ориентировочным  и может быть  уточнено  за  счет  более точного  определения  величин    и . Уточняющий  расчет  проводят  в следующем порядке.

    Удельное  электрическое  сопротивление  материала  проволоки  при  рабочей  температуре

    

,

    где коэффициент  принимается согласно при температуре . 

    Электрическое  сопротивление  спирали  ТЭНа  при  рабочей  температуре.

    

,

    где – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления проволоки в результате  опрессовки  (ориентировочно  можно принять равным  1,3). 

    Мощность  ТЭНа  при  рабочей  температуре.

    

.

    Далее,  уточняем значение  :

    

. 

    Уточняем  значение  :

,

    

 

    Уточняем значение  :

    

,

    

. 

    Уточняем  значение  :

    

 

    3.3.6 Максимально допустимая рабочая  температура материала спирали , если оказывается, что , то расчет ТЭНа можно считать законченным ( ).

    3.4 Расчет  толщины  тепловой  изоляции.

    Расчет  толщины  тепловой  изоляции  проводится  на  основании  двух  условий:

    а)  по  заданному  (допустимому)  снижению  температуры  горячей  воды  в  водонагревателе  за  первый  час  после  его  отключения  от  сети;

    б)    по  нормируемой  температуре  наружной  поверхности  водонагревателя.

    Цель  расчета – определение толщина тепловой изоляции. Значение d определяют по каждому из двух вышеуказанных условий и затем принимают наибольшее значение. 

    3.4.1 Порядок расчета d по  заданному (допустимому)  снижению  температуры  горячей  воды  в  водонагревателе  за  первый  час  после  его  отключения  от  сети.

    3.4.1.1 Количество  теплоты, которое  теряет  вода  в  водонагревателе при остывании её на разность температуры :

    

,

    где  с – удельная  теплоемкость  воды; с=4190  Дж/кг×°С;

    М – масса  воды, нагреваемой  в  водонагревателе, кг;

     - снижение температуры воды  в водонагревателе за первый  час после его отключения от сети.

    3.4.1.2 Средний  тепловой  поток, теряемый  горячей  водой  в  окружающую  среду  при  ее  остывании  за  1  час  на  разность  температур  :

    

 

    3.4.1.3 Требуемое  термическое  сопротивление  теплопередаче  от  воды  к  окружающей  среде:

    

,

    где - температура воздуха в помещении, в котором установлен водонагреватель ( )

    3.4.1.4 С учетом допущений термическое  сопротивление  складывается из термического сопротивления слоя тепловой изоляции и термического сопротивления теплоотдаче наружной поверхности водонагревателя:

    

,

    где - теплопроводность материала тепловой изоляции, ;

          - площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, ;

          - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, .

    Теплопроводность материала тепловой изоляции:

    

    - шлаковая минеральная вата марки 150.

    Согласно  рекомендациям:

    

,

    

.

    Площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, :

    

    Толщина теплоизоляционного слоя:

    

    3.4.2 Порядок расчета d по  нормируемой температуре наружной  поверхности  водонагревателя.

    Для расчета используется условие неизменности теплового потока при прохождении им последовательных участков тепловой цепи (рассматривается стационарный процесс теплопередачи):

    

(1),

    Левая часть выражения представляет собой  тепловой поток, идущий от горячей воды через теплоизоляционный слой к наружной поверхности водонагревателя, а правая часть - тепловой поток отдаваемый от наружной поверхности водонагревателя в окружающую среду.

    Из  выражение  (1) получается формула  для расчета искомой толщины теплоизоляционного слоя :

     ,

    где - нормируемая (по соображениям безопасности) температура наружной поверхности водонагревателя принимается равной .

    Принимаем толщину  тепловой  изоляции  .

    4 Разработка  принципиальной  электрической  схемы  управления  ЭТУ

    Базовая  часть  схемы  управления  электроводонагревателем  должна  обеспечивать:

1. защиту  водонагревателя  и  схемы  управления  от  токов  короткого  замыкания;
2. ручное  и  автоматическое  управление  каждой  группой  ТЭНов;

    3)световую  сигнализацию  о  подаче  напряжения  от  сети   на  схему  управления  и  о  включении  группы  ТЭНов.

      В  курсовой  работе  эта  схема  подвергается  усовершенствованию. В  нашем  случае  усовершенствованием  является схема: «Автоматическое поддержание не заданного значения температуры, как в стандартной схеме, а температуры в заданном интервале (в интервале 80…90 ⁰С)».

    5 Выбор  силовых  проводов.

    Выбор проводов осуществляется только для  силовой части схемы. Для каждой группы ТЭНов и для общей магистрали. В настоящей курсовой работе задача выбора проводов и кабелей решается в неполном объеме: она сводится к выбору площади сечения только по условию допустимого нагрева провода (кабеля) и по условию его механической прочности.

    

    Формулы для определения расчетных токов, трехфазных электроприемников:

    а) Для группы ТЭНов электроводонагревателя

    

,

    Где – расчетная активная мощность секции (группы), Вт;

      – номинальное линейное  напряжение сети; .