Классификации ТЭН и нагревательных элементов

Электронагреватели — приборы, способные преобразовывать электрическую энергию в тепловую. Они могут иметь разную форму и принцип действия, но при этом всегда выполняют одну и ту же функцию. При выборе электронагревателя следует убедиться, что он подходит для выполнения технической задачи. Чтобы не ошибиться необходимо изучить все существующие типы нагревательных элементов оборудования, рассмотрев каждый вид классификации в отдельности.

Что такое классификация электронагревателей? Классификация нагревателей — это система их группировки по общему признаку, к примеру, материалу, из которого они изготовлены, классу защиты от внешних воздействий или типу нагрева. О каждой классификации, которая используется на момент публикации статьи, будет рассказано далее.

Классификация нагревателей по виду

Трубчатые нагревательные элементы, или ТЭНы

Такие нагреватели состоят из трубки, внутри которой находится нагревательный элемент в виде спирали из нихрома Х20Н80 или фехралей Х23Ю5. Спираль изолирована от трубки специальным материалом (периклазом), и с помощью контактного стержня подключается к электрической сети.

Классификация трубчатых электронагревателей — ТЭН:

1. Материал трубки.
   Обычно она изготавливается из различных металлов и может выдерживать воздействие воздуха, воды, масла или химических составов.
2. Количество трубок.
   Некоторые ТЭНы представляют собой не одну, а блок трубок, подключаемых одновременно или имеющих независимое управление.
3. Наличие оребрения.
   Чтобы повысить эффективность работы, на трубках могут присутствовать дополнительные ребра, улучшающие рассеивание тепловой энергии.



4. Форма ТЭНа.
   Существует 15 типовых форм электронагревателей. Некоторые из них применяются практически повсеместно, некоторые — только на узкоспециализированных видах производства. С информацией о самых распространенных формах нагревателей вы можете ознакомиться в статье «Разнообразие форм и видов ТЭНов

Прочие нагревательные элементы

Потребности быта и производства невозможно решить даже с учетом обилия форм трубчатых электронагревателей. Именно поэтому были изобретены нагреватели других видов. Перечислим некоторые из них:

• Хомутовые (кольцевые) нагреватели. Изготавливаются в виде хомута из пластины. Внутри нее располагается нагревательная спираль с изолирующим составом. Позволяют прогревать определенные зоны трубы.
• Ленточные нагреватели. Внутри основы из гибкого стекловолокна, покрытой специальным силиконовым составом, располагается несколько нихромовых параллельных жил. Они и подвергаются непосредственному нагреву. С помощью ленты можно нагревать трубы, теплицы, ливневую канализацию и лабораторную технику.
• Карбидокремниевые нагреватели. Изготавливаются из материалов, способных выдерживать высокие температуры. Зачастую используются в муфельных печах.



• Литые электронагреватели. Особенность литых электронагревателей — это устойчивость к коррозии и длительный срок службы. Они изготавливаются преимущественно из меди и алюминия и используются в пресс-формах и экструдерах.



• Силиконовые электронагреватели. Используются как греющие пояса для бочек и емкостей. Силикон безопасен для здоровья людей, и именно поэтому он активно используется в пищевой промышленности: в частности, силиконовые нагреватели очень хорошо используются для подогрева линий раздач в столовых.

Классификация по среде использования

Электрические нагреватели могут применяться для нагрева самых разных сред. Их можно использовать, чтобы повысить температуру:

• воды и жидкостей;
• воздуха и газов;
• масла и жиров;
• металлических форм;
• различных химических растворов и т. д.

В зависимости от типа прогреваемой среды подбирается корпус нагревателя, чтобы он был способен выдерживать возможное внешнее разрушающее воздействие.

Классификация нагревательных элементов по конструкции

Все нагреватели можно разделить на три основных типа, руководствуясь данным параметром:

• Нагреватели открытого типа. Не имеют никакой защиты, нагревающая спираль доступна извне. Такие электронагреватели обеспечивают быструю теплоотдачу, легко ремонтируются, но их устойчивость к физическим повреждениям гораздо ниже, чем у герметичных нагревателей.
• Нагреватели закрытого типа. Защита вокруг спирали присутствует, однако она не препятствует попаданию извне газов или жидкостей. У таких электронагревателей есть изоляционная защита, что увеличивает их надежность и срок эксплуатации.
• Герметичные нагреватели. Спираль находится внутри запаянной трубки, в которую не попадает вода или воздух. Они наиболее безопасны, обладают наибольшей теплопроводностью, и из-за этого наиболее распространены в производстве и в быту.

Классификация электронагревателей по способу теплопередачи

Существует три способа, с помощью которых электронагреватели различных форм могут передавать тепло во внешнюю среду:

1. Конвекционный



Конвекция — это такой вид передачи тепла, при котором тепловая энергия переносится за счет движения потоков нагреваемого вещества. Самый простой пример конвекции — это то, как слои нагретого воздуха поднимаются вверх, тем самым передавая тепло более холодным слоям в процессе своего движения.

Если естественная конвекция оказывается недостаточно эффективной, можно прибегнуть к искусственной конвекции: например, добавить возможность более активного перемешивания слоев воздуха с помощью насоса или движущихся лопастей. Такой способ теплопередачи используется в воздушных ТЭНах.

2. Теплопроводный

Если конвекционный тип передачи тепла используется в воздушных средах, то теплопроводный используется для нагрева твердых материалов, жидкостей и газов. В этом случае имеет место непосредственный нагрев среды за счет контакта нагревателя и нагреваемого материала.

3. Теплопередача излучением

При этом способе передача тепла от одного тела другому осуществляется за счет электромагнитных колебаний. При этом ни жидкие, ни газообразные, ни твердые среды в передаче тепла не участвуют.

Такой способ передачи энергии чаще всего используется в сушильных установках, которые снабжены инфракрасным электронагревателем.

Классификация по типу нагрева

1. Прямой тип



При прямом нагреве тепло передается непосредственно от электронагревателя к среде, температуру которой нужно повысить.

2. Косвенный тип

Косвенный тип нагрева подразумевает вторичную теплоотдачу: электронагреватель не контактирует со средой напрямую: либо электронагреватель защищен дополнительным материалом, либо продукт нагрева находится в емкости, которая и подвергается повышению температуры.

Классификация по сфере применения

1. Бытовые электронагреватели



Как правило, такие нагреватели отличаются меньшими мощностями и более простой конструкцией.

2. Промышленные электронагреватели

Характеризуются большими мощностями, а также многообразием форм, размеров и материалов.

Классификация по материалу изготовления

1. Металлические электронагреватели



Самыми распространенными материалами для изготовления электронагревателей являются:

• Нержавеющая сталь



Особенность нержавеющей стали — устойчивость к коррозии. Такие нагреватели способны выдерживать агрессивное воздействие внешней среды. Кроме того, нержавеющая сталь легко поддается сварке: сварные швы отличаются повышенной прочностью. За счет того, что нержавеющая сталь не вступает в реакцию с водой, нагреватели из этого материала находят активное применение в быту.

• Углеродистая сталь

Углеродистая сталь отлично выдерживает большие нагрузки. Она отлично подвергается резке и сварке, но практически не сопротивляется коррозии. Поэтому для того, чтобы повысить срок службы нагревателя из углеродистой стали при работе в активной среде, сталь может быть подвергнута легированию — то есть усилению хромом, железом или никелем.

• Медь

Также устойчива к воздействию воды, но реагирует на присутствие в воде электролитов, например, отрицательно заряженных ионов хлора. Обладает высокой пластичностью и теплоотдачей. Кроме того, у меди есть очень слабые обеззараживающие свойства.

• Алюминий

Главные преимущества алюминиевых нагревателей — легкость, герметичность и механическая прочность. Они не так устойчивы к нагрузкам, как нагреватели из углеродистой стали, но способны долго служить и выдерживать длительные статические нагрузки.

Для раствора слабых кислот и щелочей используется нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, для более концентрированных активных сред — химически устойчивая сталь 10Х17Н13М2. Кроме того, для концентрированных щелочей и кислот используются медь, свинец и тантал. Свинец используется, если электронагреватель воздействует с плавиковой, серной и фосфорной кислотой, а титан марок ВТ1-0 и ПТ1-М выдерживает работу в «царской водке» (смеси концентрированных азотной (HNO3) и соляной кислот, взятых в пропорции 1:3), а также чистой азотной кислоте.

2. Неметаллические электронагреватели

Неметаллические нагреватели обладают рядом характеристик, которые выгодно отличают их металлических: они негорючие, обладают низкой гигроскопичностью и адгезией. Изготавливаются из следующих материалов:

• Силикон



Силикон отличается высокой теплоотдачей. Он выдерживает широкий температурный диапазон. Кроме того, силикон эластичен, что позволяет создавать гибкие нагреватели. Так как этот материал отлично проводит тепло, оно равномерно распределяется по всей поверхности нагревателя без зон перегрева. Он химически и термически устойчив, имеет минимальную массу, безопасен и нетоксичен.

• Керамика

Керамические нагреватели не выделяют токсичных соединений. Керамика не окисляется, зато очень быстро нагревается и хорошо отдает тепло, обеспечивая от 90% теплоотдачи.

• Миканит

Главный недостаток миканита — повышенная хрупкость. К его достоинствам можно отнести высокую термостойкость, способность отдавать тепло равномерно по всей рабочей поверхности, гибкость и длительный срок службы. Миканит позволяет создавать особо тонкие электронагреватели.

• Фторопласт

Благодаря своей пластичности фторопласт напоминает парафин или некоторые виды полиэтиленов. Он абсолютно устойчив к воздействию кислот, высоких температур, влаги и ультрафиолета. Фторпласт химически и биологически нейтрален, что делает его безопасным для окружающей среды и человека. Повредить его можно только расплавленными щелочными солями металлов или трехфтористым хлором. Именно поэтому нагреватели для фторопласта идеально подходят для гальванических ванн.

Классификация электронагревателей по степени защиты от пыли и влаги

Степень защиты оборудования от пыли и влаги определяется системой IP (Ingress Protection Rating). Эта система содержит в себе код защищенности корпуса от влаги и повреждений различными предметами. Индекс IP соответствует данным ГОСТ 14254-96.

Формат индекса IP выглядит следующим образом: IP20, где 2 и 0 — цифры, которые обозначают пылезащиту и влагозащиту соответственно. Если на месте цифры вы видите букву «Х», значит, защита не нормируется. Нулем обозначается отсутствие защиты. Помимо цифр, индекс IP может дополняться двумя буквами, расположенными после цифр. Эти буквы обозначают защиту при доступе к опасным частям оборудования (первая буква) и вспомогательную информацию об испытаниях (вторая буква).

Основными вариантами степеней защиты у электронагревателей являются IP 20, 55, 65.

Классификация электронагревателей по классу взрывозащиты

Существует три класса взрывозащиты нагревательных элементов:

1. 0 степень — гарантия взрывозащищенности в любых условиях. Самая высокая степень защиты от взрывов, обеспеченная химическим составом оболочки. От оборудования I степени особовзрывобезопасное оборудование отличается дополнительными средствами защиты.
2. I степень — обеспечивается взрывозащита в условиях нормальной работы и вероятных повреждений оборудования, определяемых условиями эксплуатации, за исключением повреждения частей оборудования, отвечающих за взрывобезопасность. Такое оборудование называется взрывобезопасным.
3. II степень — защита от взрывов в нормальном режиме работы. Такое оборудование называется электрооборудованием повышенной надежности против взрыва.

Итоги

Классификация трубчатых электронагревателей отражает множество их характеристик: форму, материал, рабочую среду, тип контакта с ней, вид и характер нагрева. Эти характеристики особым образом сокращаются и передаются с помощью маркировки. Они помогают техническим специалистам быстро сориентироваться в многообразии видов приборов, чтобы выбрать электронагреватель, идеально соответствующий потребностям производства или техники, в которую он будет установлен.

В том случае, если вы столкнулись с необходимостью изготовить электронагреватель на заказ, вы можете обратиться к специалистам производственной компании «Марион», которые с радостью окажут вам квалифицированную помощь в выборе нужного товара, либо в изготовлении электронагревателя на заказ по вашим параметрам.

Специалисты ПК «Марион» могут проконсультировать вас как по вопросам выбора трубчатого электронагревателя, так и по особенностям его подключения.