电热合金电热元件设计参数分析
应用前文所述公式计算确定电热合金的尺寸并不困难,但在设计电热元件时经常会遇到一些实际问题,如电热元件布置不下,电热元件的直径太细或者太粗,如何才能节省电热材料等等。在确定设计方案时,不同的根数,选择不同的端电压,取不同的实际表面功率负荷,对电热元件的设计尺寸也都产生影响。对于这些问题应采取哪些有效措施来解决,就需要对各设计参数的影响规律进行分析,才能找到解决问题的答案。
下面以电阻丝为例进行具体分析。根据式(9.8a~e),将各设计参数对电热丝直径、长度和重量的影响趋势列于表9.10。
由表可以看出:
(1)增加元件的根数,如将单相改为三相,或将单星形改为双星形连接,虽然单根长度、单根重量和总重量减少,电热材料用量减少,但总长度增大,使电热丝在炉膛内难以布置,若电热丝间距过小,可能导致短路或电压击穿。同时,电热丝直径减少,其使用寿命缩短。
(2)当端电压增大时,如将星形改为三角形接法,则元件直径减小,总长度增大,有时不利于电热丝在炉膛内的布置。在可以布置的情形下,提高电压可以有效地节省电热丝材料。
(3)适当提高单位表面功率,可使元件直径、长度减少,有利于布置。如果选用过高的表面功率,虽然节省材料,但由于电热元件过细导致使用寿命缩短。
(4)材料的电阻率越大,电热丝的直径越大,总长度越短,在一定条件下有利于电热丝的布置和安装,同时可提高电热丝的使用寿命。电阻率过小的电热材料,由于电热元件又细又长,此时必须通过降低端电压的措施。
(5)如果在选择标准电热丝规格时,选择的直径较小,此时虽然电热丝的长度缩短,节省了材料,但实际表面功率负荷会增大很多,所以,在电热元件能够布置下的情况下,选用规格要较计算尺寸略大一些。
(6)采用给定规格电热丝设计电热丝的长度,增加根数和提高端电压均有利于降低实际表面功率负荷,但同时增加了电热丝的长度和重量。
实验用小型加热炉可选用1-3 mm的电热丝,一般工业电炉电热丝直径为3—7 mm。电热丝过细寿命短,过粗则绕制和布置困难。如果现有电热丝过细,可用多股细丝缠绕成麻花式或并列式,使之成为一体。或者减少根效,降低端电压,选择较小的表面功率和采用电阻率较高的材料,或者用电热带代替电热丝。
降低端电压,减少根散,选用更耐热的和电阻率大的材料,或者用电热丝代替电热带,在一定条件下有利于布置安装。
为了节省电热材料,可以采用较高的电压,增加根数、用更耐热的材料,或者用电热带代替电热丝。
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