Характерный элемент электронагревателя открытого типа цоколь фарфоровый изолятор открытая спираль

Обновлено: 25.01.2025

Классификация нагревательных элементов

По причине масштабного развития промышленной индустрии электрические нагревательные элементы стали очень востребованными и незаменимыми в работе оборудования для обработки различных материалов требующих высоких температурных воздействий. Корпус нагревательных приборов может быть выполнен из самых различных термостойких сплавов. Сопротивление материала обеспечивается нагревом токопроводящего элемента при прохождении по нему электричества.

Зависимо от конструкции самого нагревателя и требований к его работе существует несколько типов электронагревательных элементов:

Нагреватели с открытой спиралью

Открытые нагреватели представлены в виде спирального нагревательного элемента, который размещают в специальные изоляционные канавки или подвешивают с помощью кронштейнов. Тепловая подача от таких нагревателей производится за счет излучения либо конвекции. Данные нагреватели имеют простую схему, быстро вырабатывают необходимое тепло, недорогие и их просто ремонтировать. Главными недостатками есть их невысокая электробезопасность, незащищенность от механических повреждений и возможные замыкания.

Для примера, нагреватели с открытой спиралью - это:

проволочные нагреватели и пр.

Негерметичные нагреватели

Негерметичные нагреватели относятся к одному из подвидов нагревательных устройств закрытого типа. В конструкцию таких устройств входят нагревательные элементы в виде ленты либо спирали, которые защищены изоляционными материалами, предотвращающими непосредственный контакт элемента нагрева с нагреваемым объектом, но не предотвращающих контакт с воздухом. Зачастую в качестве изоляторов применяют керамические бусы. Конструкция таких приборов считается несложной, но не отличается особой прочностью. Негерметичные элементы нагрева, работающие за счет нихромовой или фехральной спиральной проволоки размещают в специальные кожухи из металла. Это уже совсем другой вид конструкции негерметичного нагревателя. Кожух наполняют изоляционным порошкообразным веществом. Такой вариант нагревателя является более надежным в эксплуатации, но дольше прогревается.

Негерметичнымии нагревателями также можно назвать:

Герметичные нагреватели

Герметичные нагреватели закрытого типа способны вырабатывать тепловую энергию разными способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. К данной категории устройств относятся ТЭНы. Конструкция ТЭНа состоит из тоненькой металлической оболочки трубчатого типа со спиралью из проволоки, обладающей высоким сопротивлением. Во внутренней части оболочки находится изоляционный материал. В стержни обеспечивающие контакт вмонтированы клеммы.

Также к герметичным нагревателям относятся:

Преимуществом данной категории устройств по нагреву есть их высокая электрическая безопасность, длительный период службы, возможность использования в различных средах (даже самых агрессивных).

Выбирая нагреватель, следует ориентироваться на такие показатели как место монтажа, желаемая температурная величина нагрева, среда применения, скорость нагрева и ряд индивидуальных факторов работы. В некоторых производствах требуется высокотемпературный быстрый нагрев, в других длительная непрерывная тепловая подача. Поэтому определяясь с выбором электронагревателя, в первую очередь обращайте внимание не на стоимость устройства, а на требования к нему. В противном случае пытаясь сэкономить Вы, подвергаете себя еще большим растратам. Неправильно подобранный прибор будет систематически выходить из строя.

ТЭН воздушный с открытой спиралью

ТЭНы с открытой спиралью применяются для подогрева потоков воздушных масс и смесей газов. Устанавливаются воздушные ТЭНы в промышленные и бытовые тепловентиляторы, тепловые пушки, сушилки и другие устройства.

Количество

Состоит нагревательное устройство с открытой спиралью из следующих компонентов: нагреватель (реостатная проволока), каркас (миканит), электровыводы. Форма воздушного ТЭНа с открытой спиралью может быть различной, но размер и мощность имеют ограничения. Каждый нагреватель производится под заказ, под размеры оборудования заказчика, что позволяет не подбирать, а изготовить ТЭН с точными размерами, учитывая особенности установок для нагрева.

Отрасли использования воздушных ТЭНов с открытой спиралью:

вентиляторы тепловые;
тепловые завесы;
пушки тепловые;
автоматы сушильные;
сушки для рук;
духовые шкафы электрические;
в других установки, в которых необходим нагрев воздушных потоков.

ТЭНы с открытой спиралью наиболее часто изготавливаются в форме креста или прямоугольной формы. Мы производим воздушные нагреватели с открытой спиралью под серийное оборудование или же на современные промышленные установки.

Основными преимуществами ТЭНа с открытой спиралью:

быстрая окупаемость;
высокая производительность;
мгновенный нагрев греющей спирали;
большой срок службы ТЭНа.

Воздушный ТЭН с открытой спиралью подключается с помощью штепселя или термостойкого провода. Для безопасной работы оборудования необходимо предусмотреть ограничитель температуры, а также контроллер воздушного потока.

Электронагрев производит ТЭНы с открытой спиралью под заказ, как на новое оборудование, так и взамен вышедшим из строя нагревателям. Заказать нагреватель для воздушных потоков можно по телефону, электронной почте или на сайте. Консультация по техническим характеристикам, возможному исполнению и мощности у специалиста компании Электронагрев.

Технические характеристики

Температура на поверхности нагревателя: до 600 о С;

Длина ТЭНа: 50 – 600 мм;

Мощность: до 5 кВт;

Напряжение максимальное: 440 В;

Форма исполнения: плоская, х-образная.

Условное обозначение ТЭНа с открытой спиралью

ЭНКкЭ 500*200;1.3*220;1

Диаметр мм Ширина мм Мощность кВт Напряжение В Тип подключения

ЭлектроНагреватель Кольцевой керамический Энергосберегающий - ЭНКкЭ

Электрические нагревательные элементы, ТЭНы, виды, конструкции, подключение и проверка

Электрические нагревательные элементы применяются в бытовой и промышленной технике. Применение различных нагревателей известно всем. Это электрические плиты, жарочные шкафы и духовки, электрокофеварки, электрические чайники и отопительные приборы всевозможных конструкций.

Электрические водонагреватели, чаще именуемые бойлерами, тоже содержат нагревательные элементы. Основой многих нагревательных элементов служит проволока с высоким электрическим сопротивлением. И чаще всего эта проволока изготовлена из нихрома.

Открытая нихромовая спираль

Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.

Конец провода нужной длины вставляется в пропил воротка, сам провод пропускается между двумя деревянными брусками. Тиски нужно зажать так, чтобы вся конструкция держалась, как показано на рисунке. Усилие зажима должно быть таким, чтобы провод проходил сквозь бруски с некоторым усилием. Если усилие зажима будет велико, то провод попросту оборвется.

Рисунок 1. Навивка нихромовой спирали

Вращением воротка проволока протаскивается сквозь деревянные бруски, и аккуратно, виток к витку, укладывается на металлический стержень. В арсенале электриков был целый набор воротков различного диаметра от 1,5 до 10 мм, что позволяло навивать спирали на все случаи жизни.

Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке 2 показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.

Рисунок 2. Расчет электрической спирали нагревательного элемента (для увеличения нажмите на рисунок)

Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.

Как рассчитать нихромовую спираль

При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600Вт на напряжение 220В. Все расчеты выполняются по закону Ома.

О том, как перевести амперы в ватты и, наоборот, ватты в амперы:

Сначала следует рассчитать ток, потребляемый спиралью.

I = P/U = 600/220 = 2,72 A

Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.

По известному теперь току рассчитать требуемое сопротивление спирали достаточно просто: R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,

где ρ – удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом•мм2/м), L - длина проводника в метрах, S – сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.

Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.

В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.

Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкция которого показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Самодельный обогреватель «козел»

Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке 4.

Рисунок 4. «Козел» домашний

Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем рисунке.

Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.

Рисунок 5. Обогреватель рефлекторного типа

Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения – выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.

Нагревательные элементы с закрытой спиралью

Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Конструкция ТЭНа

Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).

После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.

Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.

При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.

По условиям эксплуатации ТЭНы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.

Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.

Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.

Водяные ТЭНы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные ТЭНы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.

Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.

Тут можно привести простой пример: при выкипании воды в обычном электрическом чайнике ТЭН может разогреться докрасна, после чего прогореть до дыр. Такую же картину можно наблюдать и с обычными кипятильниками, предназначенными для кипячения воды в стакане или в ведре.

Приведенный пример наглядно говорит о том, что водяные ТЭНы ни в коем случае нельзя применять для работы в воздушной среде. Воздушные ТЭНы для нагрева воды использовать можно, вот только придется долго ждать, пока вода закипит.

Не на пользу водяным ТЭНам пойдет и слой накипи, образующийся в процессе работы. Накипь, как правило, имеет пористую структуру, и ее теплопроводность невелика. Поэтому тепло, выделяемое спиралью, в жидкость уходит плохо, зато сама спираль внутри нагревателя разогревается до весьма высокой температуры, что рано или поздно приведет к ее перегоранию.

Чтобы такого не произошло, желательно периодически очищать ТЭНы с помощью различных химических средств. Например, в телевизионной рекламе для защиты нагревателей стиральных машин рекомендуется средство «Calgon». Хотя по поводу этого средства существует множество самых различных мнений.

Как избавиться от накипи

Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.

Электронные умягчители воды

В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Электронный умягчитель воды

Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.

Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.

Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.

Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.

Подключение и проверка ТЭНов

При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.

Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1КВт (1000Вт) на напряжение питания 220В. Для такого нагревателя получается, что ток составит

I = P/U = 1000/220 = 4,545A.

Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5мм2 (11А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.

Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000Вт этот расчет выглядит так:

Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.

Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.

Вообще для проверки изоляции применяется специальный прибор мегаомметр, но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.

Как уже было сказано, ТЭНы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.

Некоторые ТЭНы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.

Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.

ТЭНы с терморегулятором

При отсутствии горячего водоснабжения приходится пользоваться бойлерами. Конструкция бойлеров достаточно проста. Это металлическая емкость, спрятанная в «шубу» из теплоизолятора, поверх которого находится декоративный металлический корпус. В корпус же врезан термометр, показывающий температуру воды. Конструкция бойлера показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Бойлер накопительного типа

Некоторые бойлеры содержат магниевый анод. Его назначение защита от коррозии нагревателя и внутреннего бака бойлера. Магниевый анод является расходным материалом, его приходится периодически менять при обслуживании бойлера. Но в некоторых бойлерах, видимо, дешевой ценовой категории, такая защита не предусмотрена.

В качестве нагревательного элемента в бойлерах применяется ТЭН с терморегулятором, конструкция одного из них показана на рисунке 9.

Рисунок 9. ТЭН с терморегулятором

В пластмассовой коробке расположен микровыключатель, который срабатывает от жидкостного термодатчика (прямая трубка рядом с ТЭНом). Форма собственно ТЭНа может быть самой разнообразной, на рисунке показана самая простая. Все зависит от мощности и конструкции бойлера. Степень нагрева регулируется за счет положения механического контакта, управляемого белой круглой рукояткой, расположенной внизу коробки. Здесь же находятся клеммы для подвода электрического тока. Крепление нагревателя производится при помощи резьбы.

Мокрые и сухие ТЭНы

Подобный нагреватель находится в непосредственном контакте с водой, поэтому такой ТЭН называют «мокрым». Срок службы «мокрого» ТЭНа находится в пределах 2…5 лет, после чего его приходится менять. В общем-то, срок службы невелик.

Для увеличения срока службы нагревательного элемента и всего бойлера в целом французской компанией Atlantic в 90-х годах прошлого века была разработана конструкция «сухого» ТЭНа. Если сказать проще, то нагреватель был спрятан в металлическую защитную колбу, исключающую прямой контакт с водой: нагревательный элемент греется внутри колбы, которая передает тепло воде.

Естественно, что температура колбы намного ниже, чем собственно ТЭНа, поэтому образование накипи при той же жесткости воды происходит не столь интенсивно, в воду передается большее количество тепла. Срок службы таких нагревателей достигает 10…15 лет. Сказанное справедливо для хороших условий эксплуатации, прежде всего стабильности напряжения питания. Но даже и в хороших условиях «сухие» ТЭНы тоже вырабатывают свой ресурс, и их приходится менять.

Вот здесь обнаруживается еще одно достоинство технологии «сухого» ТЭНа: при замене нагревателя нет никакой необходимости сливать воду из бойлера, для чего следует отключать его от трубопровода. Достаточно просто вывернуть нагреватель и заменить его на новый.

Компания Atlantic, конечно же, запатентовала свое изобретение, после чего стала продавать лицензию другим фирмам. В настоящее время бойлеры с «сухим» нагревательным элементом выпускают и другие фирмы, например, Electrolux и Gorenje. Конструкция бойлера с «сухим» ТЭНом показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Бойлер с «сухим» нагревателем

Кстати, на рисунке показан бойлер с керамическим стеатитовым нагревателем. Устройство такого нагревателя показано на рисунке 11.

Рисунок 11. Керамический нагреватель

На керамическом основании закреплена обычная открытая спираль из проволоки с высоким сопротивлением. Температура нагрева спирали достигает 800 градусов и передается в окружающую среду (воздух под защитной оболочкой) конвекцией и теплоизлучением. Естественно, что такой нагреватель применительно к бойлерам может работать только в защитной оболочке, в воздушной среде, прямой контакт с водой попросту исключен.

Спираль может быть намотана в несколько секций, о чем говорит наличие нескольких клемм для подключения. Это позволяет менять мощность нагревателя. Максимальная удельная мощность подобных нагревателей не превышает 9Вт/см 2 .

Условием нормальной работы такого нагревателя является отсутствие механических нагрузок, изгибов и вибраций. На поверхности не должно быть загрязнений в виде ржавчины и масляных пятен. И, конечно же, чем более стабильным будет напряжение питания, без выбросов и скачков, тем более долговечна работа нагревателя.

Но электротехника не стоит на месте. Технологии развиваются, усовершенствуются, поэтому кроме ТЭНов в настоящее время разработаны и успешно применяются самые разнообразные нагревательные элементы. Это керамические нагревательные элементы, карбоновые нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы, но это будет темой для другой статьи.

ТЭНы с открытой спиралью (воздушные)

ТЭНы с открытой спиралью используется для подогрева направленного потока воздушных масс. Нагревательное устройство состоит из следующих частей: корпус нагревателя (многослойная миканитовая бумага), нагревательный элемент (нихромовая спираль), подключение к электросети (термостойкий провод или болты).

Используются нагреватели воздушные с открытой спиралью в тепловых завесах, пушках тепловых, профессиональных сушильных автоматах, электрических духовых шкафах, сушилках для рук и другом оборудовании.

Заказать производство ТЭНов с открытой спиралью воздушных в Электронагреве можно под заказ, мощностью и размерами для вашего оборудования.

ТЭН воздушный с открытой спиралью стандарт:

Температура (на нагревательном элементе): 600 о С
Длина ТЭНа: 50 - 600 мм
Мощность: до 5 кВт
Тип вывода: см. таб. Подключения
Напряжение: 12 - 400 В
Форма исполнения: произвольная

Нагреватели с открытой спиралью под заказ:

Температура (на нагревательном элементе): максимальная 600 о С
Длина ТЭНа: возможно под заказ
Мощность: до 5 кВт
Тип вывода: возможно под заказ
Напряжение: до 400 В
Форма исполнения : возможно под заказ

Сухой керамический ТЭН с открытой спиралью

Сухой ТЭН с открытой спиралью применятся как для подогрева воздушных масс, так и для нагрева жидкости при использовании нагревателя в герметичной колбе. Керамический наборной ТЭН представляет собой наборное устройство из керамических блоков, через которые проведена греющая спираль и выводом на конце.

Сухой ТЭН с открытой спиралью может иметь длину от 6 до 300 см. Керамический ТЭН можно изготовить с холодными зонами по запросу клиента. ТЭН сухой с открытой спиралью имеет два доступных диаметра изготовления 3,6 и 4,6 см.

Электронагрев производит керамические ТЭНы цилиндрической формы с открытой спиралью по чертежам, утвержденным заказчиком.

Конструкции нагревательных элементов электрических печей

Для большей части электропечей нагреватели изготавливают из ленты или из проволоки высокого сопротивления. На рис. 1 представлен нагреватель состоящий из нихромовой проволоки, его закрепление на своде, на стенках и в поду печи, а также контактные выводы. По стандарту нагревательные элементы для печи состоят из проволоки, диаметр которой может составлять 3-7 мм. Но, для печей рассчитанных на рабочую температуру 1000°С и более диаметр проволоки должен составлять больше 5 мм.

Проволочные нагреватели

Рис. 1. Проволочные нагреватели: а — проволочный зигзагообразный нагреватель на металлических крючках на боковой стенке: б — проволочный зигзагообразный нагреватель в поду, в — то же в своде, г — то же на керамических полочках, д — проволочная спираль на выступающих кирпичах боковой стены с привязкой к крючкам, е — проволочная спираль в сводовых камнях и в лазах пода, ж — проволочная спираль на керамических полочках, з — проволочная спираль на керамической трубке, и — вывод проволочного нагревателя, к — условное обозначение размеров проволочного нагревателя.

Соотношения между шагом h спирали и ее диаметром D и диаметром проволоки d (рис. 1,к) необходимо подобрать так, чтобы нагреватель можно было удобно и легко установить в печь. Жесткость элемента нагрева должна быть достаточной, но не затруднять отвод тепла к обрабатываемым изделиям.

Стоит понимать, что чем большим диаметром обладает спираль, чем гуще расположен шаг намотки, тем проще будет установить нагреватели в печной установке. Также важно то, что с увеличением диаметра спирали снижается ее прочность и возрастает риск налаживания друг на друга витков.

Для тоненьких проволок характерен подбор большего соотношения шага и диаметров спирали и проволоки. Эти соотношения подбираются к спиральным нагревателям, которые улаживают на полки, в пазы футеровки и сводные камни.

В современных печах все чаще стараются использовать спиральные нагревательные элементы с керамическими трубками. Они зарекомендовали себя как самый лучший вариант излучателей, обладающих большей эффективностью, чем спиральные элементы, размещенные в пазах или на полках.

В таких нагревателях каждый виточек может опираться на внутреннюю поверхность трубки и в случае незначительно провисания спирали на ее рабочую способность это не повлияет. Такие излучатели менее нагружены сравнительно с аналогами. У них исключен риск наложения друг на друга витков. Поэтому соотношение диаметра спирали к проволоке можно довести до 10 в случае нихрома, для других сплавов — до 8.

Особенности конструкции спирального элемента нагрева в керамической трубке

Рис. 2. Конструкции проволочных спиральных нагревателей на керамических трубках: а — сводовые нагреватели, б — трубки на боковых стенках, крепление на жароупорных подвесках, в — то же в пазах керамических столбиков, г — трубки в поду.

Данная конструкция отлично подходит для установки трубок в поду. В таких условиях материал при нагреве может свободно расширятся. Помимо этого на рис.2 представлены конструкции электронагревателей с керамическими трубками для монтажа не только в печные стенки, но и в своды и поды. Для последнего места установки нагревательные элементы могут изготавливаться как съемные рамки. Их легко вставлять и заменять в случае перегорания.

Из вышесказанного можно сделать точный вывод, что нагреватели в керамических трубках являются универсальными устройствами, и со стороны примененных материалов, и со стороны установки в печь.

Соотношение внутреннего диаметра спирали к наружному диаметру керамической трубки может равняться примерно 1,1—1,2, расстояния между осями трубок 1,5—2 диаметра спирали.

Применение спиральных элементов нагрева для печей с принудительной вентиляцией не очень желательно, т. к. коэффициент тепловой отдачи снижается в данном случае. Использование спиралей уложенных на полочки или в пазы футеровки также недопустимо. Исключением являются лишь случаи, когда поток газа направлен вдоль по оси спирали.

В данных печных установках желательно использовать свободно обдуваемые спирали, которые зажимаются между изоляционным материалом на определенном расстоянии. При использовании в печах с принудительной вентиляцией воздуха спиралей в керамических трубках следует увеличить отношение диаметра спирали к диаметру керамической трубки до 1,5.

Рис. 3. Конструкции (а) нагревателей из проволоки и (б) ленточного типа

Нагреватели ленточного типа имеют зигзагообразный вид и могут изготавливаться в разных размерах. Крепление выполняется за счет крючков из металла или керамики.

Чтобы исключить замыкание зигзагов при короблении, между ними размещают специальные разделительные элементы из шамота или алундовых керамических втулок. Разделители надевают на штыри из нихрома или другого жароупорного материала и вмазывают в кладку. Втулки монтируются на штыри за счет нихромовых шплинтов. В случае керамических крючков разделители используют также из керамики.(рис. 4,а).

Выше представлена конструкция крючков из керамики и разделители. Данная конструкция позволяет провести быструю и легкую замену крючков в случае поломки.

Зигзагообразные нагреватели ленточного типа можно устанавливать на боковые стенки печки крепя их на полочках из керамики. Но, использовать такой тип нагревателей еще менее целесообразно, чем спиральные элементы нагрева по причине их удельной мощности и уровня экранирования. Практика показала, что полочки, изготовленные из керамики, не очень хорошо себя зарекомендовали в применении. При их поломке приходится полностью заменять кладку. (рис. 4,г).

Рис. 4. Конструкция нагревателей ленточного типа : а — ленточные зигзагообразные нагреватели на боковой стенке на металлических крючках, б — ленточный зигзагообразный нагреватель в поду. в — то же в своде, г — то же на керамических полочках, д — выемной высокотемпературный рамочный элемент, е — низкотемпературный рамочный элемент, ж — нагреватель «плоская волна» на керамических трубках, з — ленточный зигзагообразный нагреватель на выемных крючках, и — условное обозначение размеров ленточного зигзагообразного нагревателя.

В сводах или в подах нагревательные ленты можно укладывать в специальные пазовые кладки. Данный тип нагревателей может еще изготавливаться в виде рамок, которые легко вынимаются. В случае арочного свода нагревательные ленты можно подвешивать на специальные металлические крюки.

В печных установках с принудительным циркулированием воздуха ленточные нагревательные устройства должны устанавливаться таким образом, чтобы их поверхность была доступной для обдувши газовым потоком. Данный тип конструкции можно рассмотреть на рис. 3,б.

Длина нагревательного элемента ленточного типа зависит от его густоты. Чем гуще зигзагообразный элемент, тем длиннее он может быть. Но, в этом случае возрастет взаимоэкранирование витков, что негативно скажется на использовании поверхности ленты. По этой причине были установлены стандартные размеры таких нагревателей, которые способны обеспечить их достаточный уровень прочности и низкую степень взаимоэкранирования.

Для печей рассчитаных на работу при температуре не больше тысячи градусов Цельсия используются ленты не меньше 1X10 мм, для работы в более горячих печах используются нагреватели размером не меньше 2X20 мм.

При температурной выработке меньше 1000°С высоту зигзага В на стенках можно менять в пределах от 150 до 400— 600 мм. Но, на каждых 200 мм необходимо установить свой ряд разделительных элементов. На участках сводов и подов высоту зигзага следует ограничить 250 мм., т.к. возможно провисание нагревательного элемента. Перечень вышеизложенных рекомендаций актуален и для фехралевых типов устройств.

Для нагревателей работающих при температурах выше 1000 °С, но до 1100°С указанные предельные размеры могут сохраняться для сплава Х20Н80 и Х20Н80Т, для железо-хромо-алюминиевых сплавов размер В с вертикальным положением зигзага следует ограничивать до 250 мм. и при горизонтальном положении 150 мм.

Для устройств рассчитанных на работу свыше 1100 ° C единственно приемлемой конструкцией ленточных обогревателей является плоская волна на керамических трубках (рис. 2, ж). В этом случае длину зигзага B можно принять равной 75-100 мм. Для утеплителей на боковых стенках можно использовать конструкцию с керамическими крючками, ограничив высоту зигзага до 150 мм.

При использовании железо-хром-алюминиевых сплавов в печах с рабочей температурой свыше 1000 °С, все части огнеупорной кладки, которые могут вступать в контакт с нагревателями должны изготавливаться из высокоглиноземистых материалов с минимальным содержанием оксидов железа.

Зигзаги ленточного нагревателя создаются вручную за счет простых рычажных устройств. Спирали создают с помощью токарного станка и растягивают для получения необходимого расстояния между витками.

Рис. 5.Герметичный вывод нагревательных устройств

После того, как спираль изымают с оправки, она немного может раскрутиться. Диаметр при этом может увеличиться до 3 мм. По этой причине диаметр оправки должен быть немного ниже расчётного. Подбор правильных параметров зависит от степени упругости материала. Определить максимально точные показатели реально только путем проб и ошибок.

Контактные выводы для нагревательных устройств рассчитанных на работу до 1000 °С изготавливают из жаростойкого металла. Для этого берется катанка, стержень с поперечным сечением, в 3-4 раза превышающим поперечное сечение нагревательного устройства, чтобы уменьшить тепловыделение в выводах. Кусочек вывода, который располагается в зоне низкой температуры, в целях экономии дорогостоящих материалов может быть изготовлен из обычной углеродистой стали. Типичные конструкции выводов для нагревателей проволочного типа и устройств в виде ленточных зигзагов показаны на рис. 5.

Ленточные нагреватели обладают высоким взаимоэкранированием. Намного выгодней было б использовать ленты так, чтобы к изделию была повернуть широкая их сторона. Но для этого требуется очень много сварки, так как каждый поворот ленты имеет по два сварочных шва и конструкция нагревателя получается дорогой и склонной к короблению.

По этой причине данные нагревательные устройства используют лишь для малогабаритных печек. Они считаются более экономными сравнительно с нагревательными лентами и проволочными устройствами нагрева, и на их поверхности получается сравнительно большая удельная мощность.

Конструктивные решения нагревателей для печей

Для электропечей продуманы различные варианты нагревателей отличающихся по конструкции. Каждое конструктивное решение направлено на конкретную задачу.

Литые нагреватели

К варианту плоских ТЭНов приближены литые элементы нагрева, которые отливают из нихромового сплава и подвешивают на крючки. Литым нагревателям характерно крупное сечение. Поэтому используют их для крупных печей или при пониженном напряжении. Они высоконадежны и обладают длительным сроком службы.

В печах муфельного и трубчатого типа нагреватели из ленты и проволоки наматывают на муфель или трубку из керамики. На керамике предварительно проделывают пазы, в которые монтируют нагреватели, чтобы в дальнейшем нагревательные элементы не провисали от высокой температуры. По другому можно закрепить витки заключив их в обмазку керамики.

Стержневые ТЭНы

Для печей работающих в температурном режиме 400— 500 °С было разработано большее количество нагревательных элементов. Кроме проволочных элементов открытого типа и лент можно использовать сменные нагреватели. Такие устройства могут иметь различную мощность и легко поддаются демонтажу и переустановке.

Стержневые нагреватели — это фарфоровые изоляторы, нанизанные на стержень из жаростойкого материала или стали. Данная конструкция располагается в металлической трубке, которая имеет один герметичный закрытый конец, а из другого — протянуты выводы. По изоляторам протянута спираль из нихрома, которая с одной стороны приварена к выводу, а с другой прикреплена к центральному стержню.

В некоторых случаях пустоту между трубкой и нагревательным элементом наполняют кварцем. В стандартной сборке такой нагреватель выдает температуру до 500°С, а если в его конструкции применена жароупорная трубка, то такое устройство способно качественно функционировать при 1000°С. Это отличный вариант для больших печных установок, где есть риск механических повреждений.

Трубчатые элементы нагрева

В их конструкцию входит стальная трубка, внутри которой располагается спираль из нихрома, зафиксированная сваркой на концах трубки. Пустота между внутренними стенками трубки и резистивной проволокой заполняется периклазом. Это отличный изолятор и теплопроводник. Производят эти нагревательные элементы по следующей схеме.

В подготовленную очищенную стальную трубку устанавливают строго по оси нихромовую спираль, намотанную на стальной стержень, трубку вертикально закрепляют на вибрационной машине и заполняют порошком периклаза, прошедшим через магнитный сепаратор. Затем пруток вынимается из трубы и пропускается через кузнечный станок, который ударяет его молотками по окружности, за счет чего его диаметр уменьшается, и периклаз очень сильно уплотняется.

По краям трубки закрепляются герметичные выводные изоляторы, после чего благодаря периклазовому уплотнению ее можно как угодно согнуть и придать удобную форму. В таком виде трубчатые элементы можно использовать для нагрева воздуха (электронагреватели), масла, нитратов и даже для плавления легкоплавких металлов, таких как олово, свинец, баббит. В последнем случае во избежание быстрой коррозии стенки трубы металлом ее предварительно заполняют чугуном, который образует массивную пластину, внутри которой находится трубчатый нагревательный элемент.

Применение трубчатых нагревателей для ванн из селитры весьма желательно, так как по сравнению с устройствами с внешним обогревом дает снижение энергозатрат, повышение безопасности ванн и огромную экономию нихрома. Однако для их удовлетворительной работы в нитрате, особенно при температурах 500 ° С и выше, необходимо изготавливать двойную оболочку трубки, надев на подготовленный нагреватель вторую трубку, никелевую, жаропрочную.

При использовании в электрических воздухонагревателях они имеют оребрение для увеличения передачи тепла воздуху. ТЭНы широко используются для изготовления бытовых отопительных приборов и в промышленном оборудовании.

Данные об электронагревателях, производимых нашей компанией, доступны в каталогах.

«ТЭН24» является одним из самых мощных производителей, специализирующихся на производстве, исследованиях и разработках промышленных нагревателей и оборудования, для их обслуживания включая шкафы автоматики. Благодаря высокому качеству и конкурентоспособной цене наша продукция пользуется большой популярностью в стране и за рубежом.

Читайте также: