идз 3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

РАСЧЁТ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА И ВЫБОР ПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3

по дисциплине:

Электротехническое материаловедение

Исполнитель:
студент группы	5А38				13.04.2025
Руководитель:
преподаватель

Томск – 2025

Задание: рассчитать и сконструировать нагревательный элемент для промышленного фена. Выбрать материал для нагревательного элемента, рассчитать необходимые параметры (диаметр проволоки не должен быть больше 2,5 мм, если получится больше – предложить пути уменьшения диаметра). Написать техническое задание для работника.

Задано: мощность нагревательного элемента; рабочее напряжение; рабочая температура нагревательного элемента; допустимая плотность тока через нагревательный элемент.

Описание и принцип работы фена промышленного:

Устройство фена включает следующие элементы:

• Корпус. Защищает внутренние компоненты от повреждений. 

• Мотор. Создаёт поток воздуха, который поступает через вентиляционные отверстия. 

• Нагревательный элемент. Отвечает за подогрев воздуха. Обычно используется никель-хромовый провод, который нагревается при подаче на него электрического тока. 

• Вентилятор. Направляет воздух через нагревательный элемент. 

• Решётка или фильтр. Расположены на входе воздуха. Предотвращают попадание пыли, грязи и волос в вентилятор и другие механизмы фена. 

• Термостат. Позволяет регулировать температуру воздуха, делать его холодным, тёплым или горячим. 

• Переключатели и кнопки. Предназначены для управления феном. 

Принцип работы: промышленного фена сводится к созданию направленного потока воздуха и теплообмену. Электрический ток подаётся на нагревательный элемент, который нагревает воздух. Мотор вращает вентилятор, направляет его через нагреватель и выводит наружу. Через систему термостатов и регуляторов можно менять температуру и скорость потока воздуха.

Исходные данные, заданные по варианту представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

, кВт	, В
2	220	700	1,9

Ход работы:

Рассчитываем ток, протекающий через нагревательный элемент:

Далее рассчитываем минимальную площадь сечения проводника нагревательного элемента:

Необходимая площадь сечения с учетом коэффициента запаса по мощности:

где – коэффициент запаса по мощность (можно выбирать любое число из заданного промежутка, в нашем случае )

Найдем диаметр проволоки для нагревательного элемента, выражая его из площади круга:

Полученный диаметр больше допустимого , поэтому разделяем нагревательный элемент на 2 проволоки:

Пересчитаем диаметр:

Рассчитываем активное сопротивление проводника нагревательного элемента :

Учитывая требования высокого удельного сопротивления для нагревательного элемента, выбираем ферхаль – железо-хромо-алюминиевый сплав марки Х15Н60 с удельным сопротивлением при 20 в диапазоне . Состав сплава представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Химический состав в (процентах) жаростойких сплавов с высоким электрическим сопротивлением

Рисунок 2 – Нормируемые свойства сплавов

Рисунок 3 – Температурный коэффициент удельного сопротивления сплавов

Далее рассчитываем удельное электрическое сопротивление при рабочей температуре нагревательного элемента :

Длина проволоки для нагревательного элемента :

Техническое задание

Изготовление спирали для нагревательного элемента промышленного фена. Используя следующие исходные данные:

Мощность нагревательного элемента ;

Рабочее напряжение ;

Рабочая температура нагревательного элемента ;

Допустимая плотность тока через нагревательный элемент

Задание для работки

Используя выше представленные расчеты, а точнее их итоги изготовить фехральную проволоку марки Х15Н60, длиной 96,4 м, диаметром 2,46 мм (2 штуки) для изготовления спиралей.

Режим термической обработки для заданного сплава – выдержка при 850 30 мин, охлаждение в печи до 150 , выдержка 48 ч.

Список используемой литературы:

1. Корицкий Ю. В. Справочник по электротехническим материалам в 3 т.: / под ред. Ю. В. Корицкого . — 3-е изд., перераб. . — Ленинград : 1986- 1988. Т. 3 . — 1988. — 728 с.: ил. — ISBN 5283044165