Вибір діаметра вивідного стрижня та номінальної потужності нагрівального елемента

Потужність електричного нагрівального елемента зазвичай визначається температурою і часом нагріву системи опалення. Тому після визначення потужності та напруги матеріал і діаметр проводу-стрижня мають відповідати вимогам конструкції. Нижче наведено список відповідних даних щодо матеріалів, які використовуються для свинцю-стрижня.

Оскільки після обробки нагрівальний елемент зазвичай герметизується силіконом RTV із термостійкістю приблизно 250 градусів, максимальна робоча температура вибраного свинцю-в стрижні має бути меншою або дорівнювати 250 градусам (максимальна температурна стійкість силікону RTV). Як можна гарантувати цю вимогу?

Давайте проілюструємо це на прикладі застосування: розглянемо електричний нагрівальний елемент 220 В 4000 Вт зі свинцем із нержавіючої сталі- в стрижні, зовнішній діаметр якого становить Φ2,6×75 мм. Чи правильний і розумний цей вибір розміру? Визначити його правильність і обґрунтованість ми можемо лише шляхом розрахунку.

Рішення: візьміть свинцевий стрижень Φ2,6 довжиною 75 мм, що дорівнює 0,075 метра.

① Струм, що протікає через свинцевий стрижень, становить:

I=P/U=4000/220 ≈ 18,18 А

② Обчисліть значення опору для довжини 75 мм і зовнішнього діаметра Φ2,6 мм:

Оскільки R=ρ.L/S=0.7 × 0,075/3,142 × 1,32 ≈ 0,01 Ом

③ Потужність P, що генерується, коли 18,18 А протікає через 75-мм свинцевий стрижень, становить:

P=I²R=18.18² × 0,01 ≈ 3,31 Вт (тобто потужність, яку генерує свинцевий стрижень 75 мм, становить 3,31 Вт)

④ При діаметрі 75 мм поверхневе навантаження, що відповідає Φ2.6 свинцю-стрижня, становить q_rod.

q_rod=P/S=3.31/3,142 × 0,26 × 7,5 ≈ 0,54 Вт/см²

⑤ Коли струм 18,18 А протікає через кабель із нержавіючої сталі Φ2,6-у стрижні, загальна генерована потужність становить 3,13 Вт, а відповідне навантаження на поверхню стрижня становить 0,54 Вт/см². На основі співвідношення між поверхневим навантаженням і відповідною температурою поверхні труби можна розрахувати, що температура поверхні цього свинцю з нержавіючої сталі-в стрижні може становити приблизно 200–220 градусів.

Висновок: коли діаметр свинцю-в стрижні цього нагрівального елемента становить Φ2,6, а струм, що протікає через нього, становить 18,18 ампер, температура свинцю-в стрижні становить приблизно 200–220 градусів, що є нижчим за звичайний температурний опір силіконової гуми (250 градусів), що відповідає вимогам конструкції. Якщо температура перевищує звичайну термостійкість силіконової гуми (250 градусів), силіконова гума схильна до поступового старіння та розтріскування при провідній-температурі стрижня, що призводить до зниження ізоляції та електричних характеристик. Перевищення нормальної термостійкості також може спричинити карбонізацію силікону, що призведе до погіршення ізоляції нагрівального елемента та навіть поломки між свинцевим стрижнем і зовнішнім корпусом через карбонізацію силікону.

Щоб вирішити вищезазначену ситуацію, якщо температура перевищує 250 градусів, можна внести такі покращення:

① Залежно від зовнішнього діаметра нагрівального елемента, якщо Φ більше або дорівнює 10 мм, зовнішній діаметр або довжину свинцевого стрижня можна відповідно збільшити. Ця модифікація зменшує опір на одиницю довжини та знижує навантаження на поверхню свинцевого стрижня. Незважаючи на те, що через свинцевий стрижень все ще протікає струм 18,18 А, температура поверхні впаде до температури, яку зможе витримати силікон, або навіть нижче.

② Якщо діаметр трубки Φ менше або дорівнює 10 мм, а сила струму все ще становить 18,18 ампер, матеріал свинцевого стрижня можна відповідно подовжити або змінити, наприклад, використавши стрижень із чистого нікелю. Слід зазначити, що хоча питомий опір залізних свинцевих стрижнів менший, ніж у нержавіючої сталі, використовувати їх не рекомендується, оскільки залізні свинцеві стрижні схильні до окислення, мають низьку міцність і високий контактний опір, що небажано.