Расчет нагревательного элемента

Расчет электронагревательного элемента (спирали, ТЭНа) производится для периода с наибольшим (соответственно и большей мощностью) – как правило, для периода разогрева.

Электрическая мощность одного ТЭНа ( ) или спирали ( ) определяется по формуле

, (9.3)

где – число ТЭНов или спиралей в данном аппарате (по технической характеристике), которое задается из следующих условий:

1) с целью регулирования теплового режима при трехфазном напряжении n кратно 3;

2) мощность ТЭНов, используемых в ТА, находится в пределах = 0,2…5 кВт, т. е. необходимо выполнить условие кВт.

Рассчитываем активную длину трубки, см:

где наружный диаметр трубки, см ( рекомендуемые диаметры в мм : 6,5; 8,0 ;8,5 ;9,5 ;10,0;13,0 ;16,0);

удельная мощность на поверхности трубки ТЭНа (см. прил. 2 - а)

Рассчитываем полную длину трубки ТЭНа после опрессовки:

где длина контактного стержня трубки ТЭНа, см ( рекомендуемая 40; 65; 100 мм)

Определяем длину трубки ТЭНа до опрессовки, см:

где коэффициент удлинения трубки ТЭНа в результате опрессовки методом отсадки (

Рассчитываем ток потребляемый одним ТЭНом, А:

где номинальное напряжение ТЭНа, Вт (220 Вт)

Рассчитываем электрическое сопротивление проволоки ТЭНа, Ом:

Рассчитываем электрическое сопротивление проволоки внутри трубки до опрессовки, Ом:

где коэффициент изменения электрического сопротивления проволоки в результате опрессовки методом отсадки (

Определяем длину проволоки спирали, м:

где диаметр проволоки спирали ,мм

удельное сопротивление спирали ( )

Определяем диаметр проволоки спирали и задаемся диаметром стержня намотки спирали (для d = 0.2- 0.7 мм d_ст = 6-9 мм, для d= 0,8 – 1 мм d_ст = 4-6 мм)

(10.8)

Проволочную спираль навивают на стержень требуемоего диаметра. При навивании на стержень средний диаметр витка увеличивается примерно на 7 % ввиду пружинности проволоки. Поэтому длина одного витка спирали в среднем равна, мм:

Определяем число витков спирали, шт:

Рассчитываем расстояние между витками,мм:

Определяем коэффициент шага спирали, мм:

Шаг витка проволочной спирали, мм

Потребное количество проволоки для одного ТЭНа:

(

)

*

*

+

=

в

потр

l

l

l

Находим геометрические характеристики спирали для определения перепада температуры в изоляционном слое:

где диаметр проволоки спирали, мм

внутренний диаметр трубки ТЭНа, мм

(10.14)

где толщина стенки трубки после опрессовки (

диаметр витка спирали, мм

По монограмме (прил. 3) определяют перепад температуры в изоляционном слое на единицу теплового потока при известной величине коэффициента теплопроводности изоляции

Определяем удельный тепловой поток на единицу длины ТЭНа, :

Определяем перепад температуры в изоляционном слое, :

Определим рабочую температуру спирали, :

(Сравнить с рекомендуемой, рекомендуемая рабочая температура спирали 950 , максимальная 1150 )

По образцу сделать условное обозначение рассчитанного ТЭНа используя полученные выше характеристики.

Структура условного обозначения ТЭНа:

ТЭН-L-Lк-D/P_тХU,

где:

ТЭН – трубчатый электронагреватель;
L – полная длина трубки ТЭНа , см
L_к – буквенное обозначение заделки контактного стержня Lк (табл. 1 приложение 13)
D - диаметр оболочки ТЭНа, мм;
/ - разделитель;
Р_т - номинальная мощность, кВт;
Х – буквенное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки ТЭНа (табл. 2 приложение 13)

U - номинальное напряжение, В.

Пример обозначения ТЭНа:

ТЭН-100-A-13/3,5J220

где:
100 - развернутая длина ТЭН по оболочке, см;
А - обозначение заделки контактного стержня (табл.1);
13 - диаметр оболочки ТЭН, мм;
3,5 - номинальная мощность, кВт;
J - нагреваемая среда – вода; материал оболочки - нержавеющая сталь; (табл. 2);
220 - номинальное напряжение, В.

Расчитать максимальную мощность ТЭНа

Площадь активной поверхности : см²:

(10.18)

где: длина оболочки ТЭН по окружности.

Максимальная мощность Рмах, кВт:

(10.19)

выбирается по таблице 3 приложения 13

Максимальная мощность ТЭНа не должна превышать 5,65 кВт.

Задача№2

Основным элементом управления теплового аппарата является ТЭН.

По образцу сделать условное обозначение ТЭНа используя табличные характеристики и рассчитать и

Пример обозначения ТЭНа:

ТЭН-100-A-13/3,5J220

где:
100 - развернутая длина ТЭН по оболочке, см;
А - обозначение заделки контактного стержня (табл.1);
13 - диаметр оболочки ТЭН, мм;
3,5 - номинальная мощность, кВт;
J - нагреваемая среда – вода; материал оболочки - нержавеющая сталь; (табл. 2);
220 - номинальное напряжение, В.

Расчитать максимальную мощность ТЭНа

Площадь активной поверхности : см²:

(10.18)

где: длина оболочки ТЭН по окружности.

Максимальная мощность Рмах, кВт:

(10.19)

выбирается по таблице 3 приложения 13

Максимальная мощность ТЭНа не должна превышать 5,65 кВт.

Вариант	Длина контактного стержня, см	Диаметр оболочки, мм	Номинальная мощность, кВТ	Нагреваемая среда	Длина ТЭНа, см
			2,5	вода
			3,8	масло
			4,5	Воздух (подвижный)
			4,9	Воздух (спокойный)
			3,1	металл
			2,4	вода
			4,7	масло
			3,9	Воздух (спокойный)
			3,4	металл
			3,9	вода
			4,9	Воздух (подвижный)
			4,9	Воздух (подвижный)
			3.0	масло
			2,3	вода
			2,5	масло
			2,0	Воздух (спокойный)
			4,1	металл
			2,9	Воздух (спокойный)
			3,7	вода
			3,5	Воздух (подвижный)
			3,3	масло
			4,8	Воздух (спокойный)
			3.7	вода
			2.8	Воздух (подвижный

Приложение 13 Маркировка ТЭНа

Таблица 1. Стандартная заделка Lk (рис. 1) контактного стержня ТЭН.

Обозначение	Величина, мм
A
B
C
D
E
F
G
H

Таблица2. Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки
для бытовых ТЭН.

Условное обозначение	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Материал оболочки
Х	Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH от 5 до 9)	Нагревание, кипячение	Медь и латунь (с покрытиями)
Р	Вода, слабый раствор щелочей (pH от 7 до 9)	Нагревание, кипячение	Нержавеющая сталь
С	Воздух	Нагрев в спокойной воздушной среде до 500°С на оболочке ТЭН	Углеродистая сталь
Т	Воздух	Нагрев в спокойной воздушной среде до 700°С на оболочке ТЭН	Нержавеющая сталь
О	Воздух	Нагрев в движущейся со скоростью не менее 6м/с воздушной среде до 500 °С на оболочке ТЭН	Углеродистая сталь
Э	Воздух	Нагрев в движущейся со скоростью менее 6м/с воздушной среде до 500 °С на оболочке ТЭН	Углеродистая сталь
И	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и др. емкостях до 300 °С на оболочке ТЭН	Углеродистая сталь
У	металлические плиты (комфорки) из алюминиевых сплавов, металлические формы (стальные и чугунные)	ТЭН вставлен в паз и запрессован в изделие, работает с термоограничителями (терморегуляторами, термовыключателями), температура на оболочке ТЭН до 500 °С.	Углеродистая сталь

Таблица 3. Pуд.мах для ТЭН промышленного назначения.

Условное обозначение (см. табл. 2)	Pуд.мах, Вт/см2
X
P
С	2,2
T
O	5,5
Э	6,5
R	3,5
И	5,1
Z	3,0
V	3,5
W	3,5
L	5,0
У

10. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ , ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

В разделе «Техника безопасности» перечисляют правила предосторожности, которые в соответствии с действующими положениями необходимо соблюдать как во время подготовки ТА к работе, так и при его работе.В этом же разделе (в зависимости от особенностей изделия и его работы) приводят правила пожарной безопасности, взрывобезопасности и т. п. , а так же производственной санитарии при обслуживании данного оборудования

В разделе «Техническое обслуживание» описывают ТО при использовании , регламентированное обслуживание оборудования, текущий ремонт.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Единая система конструкторской документации Под ред. Говердовской Р.Г.– М.: Издательство стандартов, 2004. – 160 с.

2. Теплофизические характеристики пищевых продуктов : справочник / под ред. А. С. Гинзбурга. – М. : Пищевая пром-сть, 1990.

3. "Оборудование предприятий общественного питания Тепловое оборудование Том(часть) 2.: Учебник для студ. высш. учеб. заведений - ("Высшее профессиональное образование-Пищевое производство") (ГРИФ) /Кирпичников В.П., Ботов М.И."- М.: Академия. 2010. -496 с.

4. Беляев М. И. Оборудование предприятий общественного питания / М. И. Беляев. – М. : Экономика. 1990. – Т. 3. – 559 с.

5. Дорохин В. А. Тепловое оборудование предприятий общественного питания / В. А. Дорохин. – Киев. : Вища шк., 1987. – 406 с.

6. Белобородов В. В. Тепловое оборудование предприятий общественного питания / В. В. Белобородов, Л. И. Гордон. – М. : Экономика, 1983. – 304 с.

7. Кирпичников В. П. Справочник механика. Общественное питание / В. П. Кирпичников, Г. Х. Леенсон. – М. : Экономика, 1990. – 382 с.

8. Оформление дипломных и курсовых проектов: Метод.указания для

студентов спец. 260501.65 «Технология продуктов общественного питания»

всех форм обучения» / Сост. Е.О. Никулина; КГТЭИ; Кафедра технологии и организации питания. – Красноярск. 2004 – 45 с.

9. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М. : Химия, 1971. – 784 с.

10. Литвина Л. С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания / Л. С. Литвина, З. С. Фролова. – М. : Экономика, 1980. – 248 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Пример заполнения задания на расчетную работу

Министерство образования и науки

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский федеральный университет

Торгово-экономический институт

Кафедра технологии питания

УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ___________________И.В.Изосимова   «____»_________________201___г.

ЗАДАНИЕ

на расчетную работу по дисциплине

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

(тепловое)

На тему: «Пищеварочный котел КЭ-250. Поверочный расчет»

Специальность, группа____260501.65, ТОП-05-1_________________________

Студент (ка)___Водовозова Катерина Кимовна________________________

Исходные данные:___Рецептура № 220__

____«Суп полевой»_____

______________________

В расчете должно быть разработано и изложено:

Введение____Приводятся общие сведения о тепловом оборудовании_________

1. Общая часть___Краткое описание аппаратов, сходных с поверяемым____________и описание поверяемого аппарата____

2. Расчетная часть _Расчет производительности аппарата_______________

___Тепловые расчеты___________________________

3. Расчетно-конструкторская часть_______Расчет ТЭНов_________

4. Технико-экономическая часть

__Тепловой КПД_, удельные показатели__________________________________

5. Охрана труда, ТБ, эргономика, техническая эстетика

Описание безопасных приёмов работ с тепловым аппаратом, промышленный дизайн

6. Графическая часть

__________________1. Один лист формата А4 – общий вид и разрез_______

___

Дата выдачи ________________

Дата окончания _____________

Руководитель ________________________

Студент(ка)______________________________

Пример выполнения аннотации расчетной работы

Проведен поверочный расчет котла КЭ-250 (сковороды, шкафа и т. д.) по рецептуре № 220 «Суп полевой».

Для расчетов было принято время разогрева 60 минут , время тепловой обработки 30 минут, время загрузки ≈ 20 минут, время выгрузки – 30 минут. В этом случае расчетная производительность оказалась равной 160 порций/час (порция 500 г).

Расчетная температура кожуха составила 55 ºС, что согласуется с нормативом.

Мощность и КПД котла (сковороды, шкафа) периода разогрева составила 8,4 кВт и 81 %, а периода варки – 5,25 кВт и 68 %.

Для модернизации котла (в случае выполнения рецептуры «Суп полевой») следует применять ТЭНы типа ТЭН-L-Lк-D/P_тХU.

Результаты поверочного расчета позволяют сделать вывод: котел КЭ-250 можно применять для осуществления рецептуры № 220 «Суп полевой».

Расчетная работа содержит расчетно-пояснительную записку из 30 страниц текста, 3 таблиц, 4 рисунков, 7 литературных источников и графическую часть из листа формата А4 (общий вид и разрез котла КЭ-250) .

Прил.1