94

Есептелуі: D H кезіндегі жанама қабырғасының минимальды шартынан, цилиндрдің оптимальды геометриялық өлшемін көлем теңдеуінен анықтаймыз:

V

D2

H

D3

,

бұдан D H =3

4V

=3

4 0,4

=0,8м.

4

4

3,14

Жылу оқшаулағыштың қалыңдығын есептеген кезде, келесіні ескеру қажет. Суқыздырғыш түбі жылу оқшаулағышсыз атқарылады, түбіндегі судың температурасы Н 6,5°С болғандықтан жылулығы жоғалмайды, керісінше бөлме ауасынан суқыздырғышқа келеді. Суқыздырғыштың беткі қабырғасының жылу оқшаулағышын, судың орташа температурасымен бірге анықтаймыз:

	ВН	К Н	=	95 6,5	=50,75°С
	2		2
	Суқыздырғыштың кірісінен, шығысына өткен уақытта, ол Н					6,5°С-тан
К	95°С-қа дейін жылиды.					К 95°С
	Суқыздырғыштың қақпағындағы судың температурасы ВН

болғандықтан, ондағы жылу оқшаулағыштың қалыңдығы максимальды болуы қажет.

Суқыздырғыштың беткі қабырғасындағы жылу оқшаулағыштың оптимальды қалыңдығы:

Би

tr SЭ и ВН

НАР

и

; м

(1.23)

10Sи pа EН

НАР

Жылу оқшаулағыш қақпақтың оптималдық қалыңдығы:

К и

tr SЭ и ВН НАР

и

;

м

(1.24)

10Sи pа EН

НАР

Қақпақтың Д

және есептік ауданының тереңдігі К

Д

К

Д2

;

м2

(1.25)

4

Түбі арқылы су қыздырғыш бөлшегіне келіп түсетін, ауаның жылулық

ағыны, Вт.̣

НАР Н

;

(1.26)

1

СТ

СТ АД

НАР АД

11

мұндағы СТ	металл қабатының қалыңдығы, м;
СТ	металл қабатының жылу өткізгіштігі, Вт/(м°С).
Бұдан мәндерін қабылдаймыз СТ		м-ге; СТ	Вт/(м*°С .

Беттік цилиндр қабаты арқылы жұмсалатын, су қыздырғыштың жылу ағыны, Вт

ПОТ1

Н ВН

НАР

;

(1.27)

1

ln

D 2 Б

и

1

2 и

D

D 2 Би

НАР

Суқыздырғыштың қақпағы арқылы, жойылатын жылу ағыны, Вт

ПОТ 2			ВН		НАР			;	(1.28)
			К и
						1
			иАК			НАР АК

Суқыздырғыштың қосындысының жылулық шығыны, Вт

ПОТ ПОС1 ПОС2 ПОС ;

(1.29)

Суқыздырғыштың пайдалы қуаты, кВт

cQvpВ ( К Н ) ; (1.30)

ПОЛ	3600

мұндағы B судың тығыздығы, кг/м³ ( B =l0³).

Қор коэффициенті k3 1 болғандағы, қондырылған суқыздырғыштың қуаты, Вт

	УСТ ПОЛ		ПОТ ;	(1.31)
	Суқыздырғыштың ПӘК-і:
		РПОЛ	;	(1.32)
		РУСТ

Электр қыздырғыш қондырғысының жылулық есептелуін есептегенде, студенттердің әрқайсысына әртүрлі мәндер беріп, есептеулер жүргізіледі.

12

№2 ПРАКТИКАЛЫҚ ЖҰМЫС 2.1. ҚЫЗДЫРҒЫШТЫҢ ЭЛЕКТРЛІК ЕСЕПТЕЛУІ

Электрлік қыздыру - электр энергиясын пайдалану арқылы, денені қыздыру. Электр қыздыру кезінде материалда электр өрісі пайда болады. Электр өрісі өткізгіште ток көзіне қосқанда пайда болады. Пайда болған өрістің әсерінен бос зарядтар (иондар, электрондар) орын ауыстыра бастайды. Нейтраль атомдарымен, молекулаларымен түйіскенде, олар бөлшектердің жылулық қозғалысының ұлғаюына, шығындалатын кинетикалық энергияның артық мөлшерін береді және заттардың температурасы артады.

Ток өткізетін денелерді - бірінші және екінші текті өткізгіштерді - индукциялық қыздыру, олардың электр-магниттік энергияны жұтуына, Джоуль-Ленц заңы бойынша денені қыздыратын индукцияланған құйынды токтардың пайда болуына негізделінген.

Айнымалы магниттік өріс индуктормен тудырылады. Ол қыздырылатын денеге қарағанда трансформатордың бірінші реттік орамасы болады. Қыздырылатын дене кысқа тұйықталған орамнан бір тұратын трансформатордың екінші реттік орамасының рөлін орындайды.

Энергияны индукциялық енгізудің ерекшелігіне кұйынды токтардың ағу аймағының кеңістіктік орналасуын реттеу мүмкіншілігі жатады.

Біріншіден, құйынды токтар индуктор қоршап тұрған алаңның шегінде ғана өтеді. Дененің ток индуктормен магниттік байланыста болатын бөлігі ғана қыздырылады.

Екіншіден, кұйынды токтардың өту аймағының және, осы себептен, энергияның бөліну аймағының тереңдігі, басқа факторлармен қатар индуктор тоғының жиілігіне тәуелді келеді.

Индукторда орналасқан өткізгіштегі электр өрісі, айнымалы магнит өрісіне бағытталады. Бағытталған электр өрісі жылу энергиясына айналып, бос зарядтардың қозғалысын тудырады.

Конденсаторда орналасқан диэлектриктегі электр өрісі, электр өрісінің әсерінен болатын белгілі бір шектік мәнде бірі екіншісіне араласатын, бір-бірімен байланысқан зарядтардың қозғалысын тудырады. Бір-бірімен араласу натижесінде үйкеліс арқылы жылу бөлінуімен жүзеге асырылады.

Электрлік есептелуі - қыздырғыш бетіндегі жылу беретін температурасы мен қажетті қуатын қамтамасыз ететін жылулық кедергілердің геометриялық өлшемдерін анықтау үшін жүргізіледі. Қалыптасқан режимде электр қуаты қыздырғыштың бетінен бөлінетін жылулық ағынға тең, яғни Р=Ф.

13

Қыздырғышты электрлік есептеу келесіден тұрады: тәсімді өңдеумен қондырғының қуатын реттеуге қажеттіліктерін есепке алып, қоректендіру кернеуін таңдау және жұмыстық кедергілердің геометриялық өлшемдерін анықтау. Қыздырғыштың меншікті беттік қуатын, меншікті беттік жылу ағынын жұмыстық тоқ бойынша есептеу. Меншікті беттік қуатты есептеу, біріккен екі теңдеудің шешіміне негізделеді:

P pУД А рУД Пl ;				(2.1)
және
Р UФ2 /R UФ2 S / p l			;	(2.2)
мұндағы	Р -	қыздырғыштың қуаты, Вт;		PУД -қыздырғыштың
меншікті беттік қуаты,		Вт/м2 ; А -	қыздырғыштың бетінің ауданы, м2 ; П -

қыздырғыш қимасының диаметрі, м; l- қыздырғыш ұзындығы, м; UФ2 - қыздырғышқа қатысты фазалық кернеу, В; R - қыздырғыштың электрлік кедергісі, Ом; S - қыздырғыш қимасының ауданы, м2 ; - қыздырғыштың меншікті электрлік кедергісі, Ом м, жұмыстық температура θ кезіндегі.

Дөңгелек қимасы бар дайындамадан жасалған қыздырғыштар үшін

(сым), П d ,

S d2 /4

(d - қыздырғыштың көлденең қимасының

диаметрі, м). Бұл жағдайда теңдеудің біріккен шешімі былай болады:

d

3

4p P2

;

(2.3)

2 2

U

Ф

р

УД

және қыздырғыштың ұзындығы, м.

l

3

PU Ф2

;

(2.4)

4 р

рУД2

Жылулық ағын сәуле шығарумен берілген жағдайда, идеал қыздырғыштың (жылу шығыны нольге тең) жіберілетін шеткі, меншікті беттік қуатын, Вт/м2 , Стефан-Больцман заңы негізінде анықтайды.

рУДид спр ТН /100 4 ТНТ /100 4 ;

(2.5)

14

мұндағы

Спр

- идеал

қыздырғыштың

келтірілген сәуле

шығару

1

1

Вт/ м

2

К

4

коэффициенті

с

5,7 /

1

,

; мұндағы

және

пр

НТ

Н

н

нт сәуле шығарудың салыстырмалы коэффициенті, сәйкесінше қыздырғыштың және қызу денесінің сандық мәні;

Тн және Тнт - сәйкесінше қыздырғыш пен қызу денесінің температурасы, К.

Қыздырғыштың жіберілетін шеткі, меншікті беттік қуаты, реал қыздырғыштағындай температурада жұмыс жасайды.

Ол келесі тәуелділікті білдіреді:

УД УДид ЭФ Ш С Р ,

(2.6)

мұндағы ЭФ, Ш , С , Р - түзету коэффициенті; ЭФ - коэффициенті берілген қыздырғыш жүйесінің сәуле шығару тиімділігін толық сипаттайды. Керамикалық трубкада орналасқан, сымдық спираль үшінЭФ = 0,32 деп алынады. Қадам коэффициенті Ш , УД - ге тәуелділігін есепке алады. С - коэффициенті реал қыздырғыштың келтірілген сәуле шығару коэффициентіне УД - ге ықпалын анықтайды

		1		А	н .т		1
спр	5,7 /							1		,	(2.7)
		н .т		Аст			н

мұндағы Ан.т - қыздырғыш дене бетінің жылу қабылдағыш беті, м2 ;

Аст - жар қондырғысы бетінің қыздырғыштар орналасқан

ауданы, м2 ;
Р - коэффициенті,		óä - ге қызитын дененің қатыстық , ал
шешімдерінің	ықпал	етуін	есепке алады	және Ан.т / Аст
қатынасына тәуелді.			0,8 болады. Ан.т.
Р = 1 болғанда, Ан.т / Аст				-	ның мәнін
қыздырғышқа	қараған беттің ауданына қарап				аламыз. Ал

қиын қалыпты қыздырғыш үшін Ан.т. - ның мәнін бетті иіліп жауып тұрған ауданына қарап алады.

Ан.т / Аст< 0,3 болғанда, Р - қызитын дененің өлшеміне және келтірілген сәуле шығару коэффициентіне ñ түзетулер енгізілмейді.

15

Спиральдің геометриялық өлшемдерін келесі формулалармен анықтаймыз:

қадам h = (3,2...4,8) d;				(2.8)
диаметр D = (6...10) d;				(2.9)
орам саны l/
	h2 D 2		;	(2.10)
ұзындығы L n ;				(2.11)
ЕСЕПТЕЛУ ЖОЛДАРЫ:
№2.1 мысал. Электр қозғағышын			жөндеуден	кейін келтіруге

арналған қуаты 15 кВт қыздыру камерасының элементтерін есептеу. Қыздырғыштың сымды-спираль құймасы Х20H80; í .ò 0,65, í 0,75, келтірудің максималдық температурасы 150 С. Электр қозғағыштардың жылу қабылдағыш беттік ауданының, қыздырғыштар орналасқан камера қабырға бетінің ауданына қатынасы Ан.т / Аст= 0,3 , торап кернеуі 380/220В.

Қыздырғыш жүйесінің сәуле шығару коэффициенті келтірілген:

1

А

н .т

1

;

(2.12)

с

пр

5,7 /

1

н .т

Аст

н

Келтіру кезіндегі электр қозғаушының температурасы:

Т Н .Т t t0

0 K ;

(2.13)

Нихромнан Х20H80 жасалған қыздырғыштың температурасын

1000 С деп алады. Онда Тн= (1000+273)К = 1273 К.

Идеал қыздырғыштың меншікті беттік қуаты:

Т

н

4

Т

нт

4

УДид спр

;

(2.14)

100

100

Сымдық спираль күйінде жасалған қыздырғыштың тиімділік

коэффициенті Э .Ф 0,32

. Қадам коэффициенті Ш 1,4 егер, h/d = 3 ке

болса; С 0,80 болады

егер,

СПР 3,1Вт/ м2 К4

болса; Р 1

болады

егер, Ан.т / Аст = 0,9 болса.

Реал қыздырғыштың меншікті беттік қуаты:

УД УДид ЭФ Ш С Р ;

(2.15)

16

Бір спиральдің қуаты:

РС Р mn;

(2.16)

мұндағы m – фаза саны, n – фазадағы параллель орналасқан спираль саны.

1000 С температура кезіндегі нихромның меншікті кедергісі:

1000 20 1 R 1000 20 ;

Қыздырғыштарды жұлдызшалап жалғағанда UÔ = 220 В. Қыздырғыш үшін нихромды сымның диаметрі:

4

P2

d 3

C

;

2

2

UФ

УД

Бір спираль сымның ұзындығы:

l 3

P U2

C

Ф

;

4 УД2

Спираль қадамы:

h 4d

Спираль орам саны:

l

h

2

2

;

D

Бір спиральдің ұзындығы:

L h

Спиральдің диаметрі:

D = 10d

(2.17)

(2.18)

(2.19)

(2.20)

Жұмыстық тоқ бойынша қыздырғыш элементтерді есептеу үшін,

қыздырғыштың қалыптасқан температурасының, тоқ				күші мен
диаметрінің	тәуелділігін	қолданады.	Басқа	конструкциялы

қыздырғыштарды немесе конструкция мен ортаның қалыптасқан температураға әсерін есептеу кезінде km монтаж және kC орта коэффициенттерін ескереді.

Жұмыстық тоқ бойынша мына реттілік тогы анықталады:

Ip P mnUФ ;

(2.21)

мұндағы Р – қондырғының қуаты, Вт.

17

Қыздырғыштың		қалыптасқан	температурасы келесі	шартты
қабылдайды:
УСТ	ДОП ;		УСТ РАБ ;	(2.22)

мұндағы ДОП - қыздырғыш материалының жұмыстық жіберілетін температурасы, С ; РАБ - қондырғының жұмыстық температурасы, С (қызитын материалдың температурасы). - қызитын материалдың температурасынан қыздырғыш температурасының асып түсуі. IP жәнеУСТ - ді біле тұра, қыздырғыш сымның диаметрін анықтаймыз.

Қыздырғыш сымның ұзындығы, м

l RS/ d2UФ /4 IP

(2.23)

№2.2 мысал. Престеліп немесе пісіріліп салынған нихромды спираль бар, керамикалық диск сымдарды инфрақызыл сәулелендіргіш кейіпінде жасалған қыздырғышты есептеу. Сәулелендіргіш қуаты 0,5 кВт, қоректендіргіш кернеуі 220 В.

Қыздырғыштың жұмыс тоғы:

IP P U ;

(2.24)

Жануарлардың түктік қаптауының спектрлы сезімталдық максимумы сәуле шығару температурасы 500...700С болатын радиация көзіне сәйкес келгендіктен, керамикалық дискінің температурасын және диск бетімен нихромды сым арасындағы температура айырымын 100С деп жазамыз.

Сонда спиральдің қалыптасқан температурасы:

УСТ t0Д tНП0

Спиральдің шартты (есептеу) температурасы:

УСЛ УСТkмkс

Екі оқшаулағыш қабат арасындағы қыздырғыш кедергісі үшін бұл формулада kм = 0,4- ке тең, ал kñ= 1- ге ; IP 2,27А және УСЛ 280 С үшін сым диаметрі d 0,45 10 3 м.

Сым ұзындығы, м:

l	d2UФ	;	(2.25)

4 IP

18

№3 ПРАКТИКАЛЫҚ ЖҰМЫС

ЭЛЕКТРОДТЫ СУҚЫЗДЫРҒЫШТАРДЫҢ ЖӘНЕ БУ ҚАЗАНДАРЫНЫҢ ЕСЕПТЕЛУІ

Суды қыздыру және бу алу үшін, 25кВт жоғары қуатты жылытқыш қондырғысында электродты суқыздырғыштар мен бу қазандықтары қолданылады. Электрод қондырғылары фаза саны, конструктивті орындалуы, қоректендіргіш торап кернеуі, қуатты реттеу тәсілі және белгіленуі бойынша жіктеледі.

Ауыл шаруашылық өндірісінде қуаты бірқалыпты, реттелетін кернеуі 0,4 кВ үш фазалы бірқалыпты суқыздырғыштар және бу қазандықтары қолданылады. Бұл қондырғыларда коаксиальды цилиндрлі, доғалы және жазықпараллельді электроды бар жүйелерін пайдаланады. Әртүрлі су қыздырғыштары мен бу қазандықтарын, электрод жүйесінің орындалуынан және габариті бойынша ажыратады.

Электрод аппараттарын есептеудің мақсаты - электродтың ұтымды пішінін таңдау және электрод жүйелерінің өлшемдерін, қуатымен, оның реттелу диапазонын анықтау, өріс кернеулігі және ток тығыздығы бойынша аппараттың жұмыс істеу мүмкіндігін тексеру.

Су қыздырғыш пен бу қазандықтарының қалыпты және апатсыз жұмыс жасауы үшін, есептелген деңгей бойынша, жұмыстық ортаның салыстырмалы электр кедергісін, электродтағы электр тоғының тығыздығын, электродтар арасындағы кеңістіктің электр өрісінің кернеулігін бақылап және қолдап отыру қажет.

Есептелген деңгеймен салыстырғанда, судың меншікті электрлі кедергісі азайғанда, өріс кернеулігі және электродтағы ток тығыздығы жоғарылайды, электродтардың қақтану қарқындылығы мен коррозиясы артып, нәтижесінде суқыздырғыш пен бу қазандықтарының жұмысының қалыптан шығатын электродтар арасындағы тесіктің үлкеюіне және жарылғыш қаупі бар газ бөлінетін су электролизіне алып келеді.

Электродты қыздырғыш қондырғыларына су табиғи көздерден алынады. Технологиялық процесстер үшін судың жарамдылық мерзімі, оның физикохимиялық көрсеткіштеріне байланысты анықталады. Электродты қыздырғыш қондырғылары үшін ең маңызды судың физикалық, сапалық көрсеткіштеріне тұз құрамы және оның меншікті электр кедергісі жатады.

Электродты аппараттарда, су электролизін қатыстырмай, айнымалы ток қолданады. Электродтарды металл материалдардан: титан, тоттанбайтын және көмірсулы болаттан, электротехникалық графиттен т.б дайындайды. Ток тығыздығы 2×10³ А/м² болғанда, коррозияға төзімді электрод дайындау үшін тоттанбайтын болат, ал одан да көп ток тығыздығы үшін көмірсулы болатты пайдалану керек. Тоттануға бейім

19

және тоттануымен суды ластайтын алюминий және цинктелген болат материалдан жасалған электродтарды қолдануға болмайды.

Электродты		қыздыру - ионды өткізгіштігі бар, электр өткізгішті
материалдарды қыздыру			үшін қолданады. Әрекет ету принципіне
байланысты	электродты		қыздырудың өзі орта	болып табылғасын
(электрод),	электр	энергиясын жылу энергиясына		түрлендіретіндіктен

тікелей қыздыруға жатады. Электродтар тек жылытқыш материалдарында

электр	тогын	өткізу		үшін	қолданады.	Қондырғының
қарапайымдылығына,			сенімділігіне,		қолданылатын	материалдың

ақаусыздығына және жөндеуге жарамдылығына байланысты, электродты қыздырғыштарды өндірісте және тұрмыстық ғимараттарда жылумен жабдықтауда, сонымен қатар, технологиялық процесстерде ыстық суды дайындау үшін пайдаланады. Ыссы су және жылумен жабдықтау, төменгі қысымды бу алу үшін электр су қыздырғыштар және бу қазандықтары қолданылады.

Электродты суқыздырғыштардың және бу қазандарының есептелу ерекшеліктері, қыздырылатын судың меншікті электр кедергісінің тұтынатын қуаты, тәуелділігі және электрлік тесіп өту мен судың ыдырауын ескерту үшін электродтар арасындағы электр өрісі кернеуінің шектеулігінде.

Коаксалды цилиндрикалық электроды бар жүйеде өріс кернеулігі E, В/м, және ток тығыздығы j, А / м2 , электрон аралық кеңістікте қалыпты емес:

Е

U

1

;

(3.1)

rH

ln

r

rB

j

U

1

;

(3.2)

rH

ln

r

r

B

мұндағы

rв және

rн

сәйкесінше, электродтың

ішкі және сыртқы

радиустары, м; r – электрод аралық кеңістіктегі нүктенің ағымдағы радиусы, м; p - судың меншікті электр кедергісі, Ом м ; rв rн кезінде өріс кернеулігі және ток тығыздығы максимал.

Паралельді жалпақ электроды бар жүйенің электр өрісі біртекті және

оның кернеулігі, В/м\
E=U/a;	(3.3)
мұндағы -электродтар арасындағы қашықтық, м.

20