电阻丝的设计示例

二、电阻丝的设计示例

电阻丝是由圆棒状的电阻材料制成的螺旋状的产品,设计方法步骤如下:

第一步,计算一根电阻丝所需要直线电阻棒材的直线长度l。收集数据:圆棒状电阻材料的直径d₁、该电阻棒材的电阻率ρ和电阻丝的发热功率P。数据d₁、ρ均从直线电阻棒材附带的说明中查找,电阻丝的发热功率则由炉子的分布形式、接线方法和工艺要求等决定。

第二步,计算电阻丝机加工所需的两个参数:芯棒直径D(即d₂)和螺距h。收集数据:耐火砖数据(决定芯棒直径D)、电阻丝长度L(由炉子宽度决定)、圆棒状电阻材料的长度l。

第三步,机加工。

设计示例如下。

(1)第一步:计算直线电阻棒材的长度l

①电气上的数据。

电气上的数据包括:加热炉为三相电源,其功率为60kW,星型接法。故一相功率:

P=60/3=20kW

根据公式,则一相的总电阻为:

R(总)=220²/20×1000=2.42Ω

②电阻材料的原始数据。

查圆棒状电阻材料上的出厂说明,得到电阻棒材的直径d₁为7mm,电阻率ρ=1.25mm²·Ω/m。

③直线电阻棒材的直线长度l的计算。

根据中学物理公式:R=ρl/S来计算圆棒状电阻材料的长度l,有:

l=R·S/ρ

式中,S是电阻棒材的截面面积,根据圆面积计算公式,有S=;R是前面计算出的电阻R(总),R(总)=2.42Ω。

将R(总)=2.42Ω,S=38.5mm²,ρ=1.25mm²·Ω/m代入公式l=R·S/ρ中,则圆棒状电阻材料的总长度l(总)为:

l(总)=2.42·38.5/1.25=74.5(m)

(2)第二步:确定电阻丝的长度L和电阻丝的内径d₂

①确定电阻丝的长度L。

电阻丝的长度L由炉子的宽度决定,如果炉子是圆形,则由周长决定。首先画电阻丝的分布图,如图5-2所示。从图5-2中可直接获得电阻丝长度L=1.8(m)。

图5-2　电阻丝分布图

②确定电阻丝的内径d₂。

图5-3是电阻丝接线和耐火砖剖面。根据耐火砖剖面图,电阻丝内径d₂最大取38mm。

图5-3　电阻丝接线和耐火砖剖面

(3)第三步:机加工

①概述。

有了芯棒直径D和螺距h两个数据,就可以进行机加工了。芯棒直径一般取电阻丝的内径d₂,即D=d₂。螺距h的推导公式是:

因　　　　　　

故　　　　　　　　

式中,l是电阻丝上电阻棒材的长度,d₁是电阻棒材的直径,d₂是电阻丝内径,L是电阻丝长度。

②芯棒直径D。

取D=d₂=38mm。

③计算螺距h。

加热炉共有18根电阻丝,每相6根,则每根电阻丝所需棒材长度l为:

l=l(总)/6=74.5/6=12.4m

将L=1.8m,d₁=7mm,d₂=38mm,π=3.14,l=12.4m代入公式中,得:

h=1.8×2×3.14×(19+3.5)/12.4=20.5

取整数,h=20。

根据计算结果,取芯棒D=38mm,螺距h=20mm进行机加工。电阻丝按1.8m分段裁切。引出棒使用直径不小于10mm的不锈钢棒,长度约20cm,与电阻丝焊接。