Любой электрический нагреватель сопротивления представляет собой высокоомное сопротивление (нагревательный элемент), оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления.
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) являются наиболее распространенными электротермическими устройствами установок низко- и среднетемпературного нагрева. Они полностью защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.
Устройство ТЭНов
Обычно ТЭН состоит из тонкостенной (0,8 - 1,2 мм) металлической трубки (оболочки), в которой размещена спираль из проволоки большого удельного электрического сопротивления. Концы спирали соединены с контактным стержнем, наружные выводы которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть углеродистая сталь, если температура поверхности ТЭНа в рабочем режиме не превышает 450 гр. С, и нержавеющая сталь при более высоких температурах или при работе ТЭНа в агрессивных средах.
Устройство ТЭНа. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) герметического исполнения: 1 - нихромовая спираль, 2 - трубка, 3 - наполнитель, 4 - выводная шпилька, 5 - герметизирующая уплотнительная втулка, 6 - гайка для крепления, 7 - выводы.
Спираль изолируют от трубки наполнителем, имеющим высокие электроизоляционные свойства и хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя, чаще всего, применяют периклаз (кристаллическая смесь магния). После заполнения наполнителя трубку ТЭНа опрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в монолит, надежно фиксирующий спираль по оси трубки ТЭНа. Опрессованный ТЭН может быть изогнут для придания необходимой формы. Контактные стержни ТЭНа изолируют от трубки изолятором, торцы герметизируют влагозащищенным кремнийограническим лаком.
Достоинства и недостатки ТЭНов
Преимущество ТЭНов - универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их можно использовать при контакте с газообразными и жидкими средами. ТЭны не боятся вибраций и ударов, но не являются взрывобезопасными. Рабочая температура ТЭНов может достигать 800 гр. С, что удовлетворяет использовать их не только в установках кондуктивного и конвекционного нагрева, но и в качестве излучателей в установках лучистого (инфракрасного) нагрева. Вследствие герметизации спиралей срок службы ТЭНов достигает 10 тысяч часов.
ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа с диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью, а также плоские ТЭНы с развитой теплоотдающей поверхностью.
К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), не очень высокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.
Трубчатый электронагреватель из трех элементов НВ-5,4/9,0
Как выбрать ТЭН
Выпускаются ТЭНы мощностью от 15 Вт до 15 кВт в единице, развернутой длиной от 250 до 6300 мм, наружным диаметром от 7 до 19 мм и номинальным напряжением от 12 до 380 В в одно или трехэлементном исполнении.
При выборе ТЭНов необходимо учитывать: назначение ТЭНа, его мощность, питающее напряжение, условия эксплуатации (нагреваемая среда, характер нагрева, условия теплообмена, необходимую температуру).
Мощность, которую можно снять с единицы поверхности трубки ТЭНа (удельная нагрузка), ависит от условий работы, материала трубки и материала наполнителя.
ТЭНы выбирают из расчетной мощности необходимой для нагрева среды: Pрасч = (Кз х Рпол) / кпд, где Кз - коэффициент запаса (1,1 - 1,3), кпд - КПД, учитывающий потери мощности.
Из каталога находят ТЭН, соответствующий условиям эксплуатации по напряжению, мощности. температуре оболочки и нагреваемой среде, а аткже форме, возможности размещения ТЭНа в рабочем пространстве. Затем определяют число ТЭНов в зависимости от Ррасч и единичной мощности ТЭНов.
Эксплуатация ТЭНов
Основные причины отказы ТЭНов в процессе эксплуатации - нарушение герметизации выводных концов, коррозионное нарушение оболочки, разрыв спирали из-за перегрева. Эти причины вызваны чрезмерными усилиями на контактные стержни при подключении проводов к ТЭНам, образование слоя накипина поверхности трубки ТЭНа.
Надежность работы трубчатых электронагревателей можно увеличить при выполнении следующих рекомендаций:
1) При подключении проводов к ТЭНам не следует прикладывать к гайкам контактных стержней излишнее усилие, в результате которого нарушается герметичность выводных концов ТЭНа.
2) Необходимо исключить работу ТЭНов без воды.
3) Необходимо очищать накипь с поверхности ТЭНов 1 раз в 2-3 месяца, не допуская отложений на ТЭНе толщиной более 2 мм.