Преимущества изготовленных под заказ патронных нагревателей

Электрические ТЭНы бывают всех форм и размеров. Одним из наиболее популярных типов нагревателей является патронный ТЭН, который в общем можно описать как круглую металлическую трубку с выводами, обычно выходящими на один конец, которые при подключении к электрическому источнику выделяют тепло.

Выбор патронного нагревателя ничем не отличается от выбора других типов нагревательных элементов. Вы должны учитывать множество факторов, таких как область применения, условия окружающей среды, температурные характеристики и напряжение.  Наиболее распространенные типы патронных нагревателей - это стандартная конструкция  и патронные ТЭНы повышенной мощности.

Стандартная конструкция патронного нагревателя

Первой конструкцией патронного нагревателя был стандартный тип со спиралями в керамической трубке. Конструкция такого ТЭНа состоит из трубы из нержавеющей стали, в которую вставляются экструдированные керамические изоляторы с отверстиями по всей длине. Эти керамические сердечники обеспечивают электрическую изоляцию для проходящего через них спирального провода сопротивления, располагая провод сопротивления из нихрома рядом с центром нагревателя. После того, как сердечник и провод вставлены в трубку, в отверстия насыпается порошок оксида магния,  который будет помогать рассеивать тепло. Один конец нагревателя закрыт диском с металлическим концом и, в зависимости от конструкции, может быть или не быть водонепроницаемым. Другой конец нагревателя, где провода питания выходят из нагревателя, обычно закрывается керамической крышкой. Доступны различные типы проводов и защиты кабеля.

Рис. 1. В стандартном патронном нагревателе керамические сердечники обеспечивают электрическую изоляцию для проходящего через них спирального провода сопротивления из нихрома.

Из-за характера своей конструкции нагреватель патронного типа ограничен по своей способности выделять тепло или мощность на квадратный см. В зависимости от области применения для данной конструкции нагревателя обычно максимум 6 Вт / см ² .

Высокотемпературная конструкция ТЭНП повышенной мощности

Как следует из названия, высокотемпературные патронные ТЭНы с обжимкой обеспечивают превосходные нагревательные характеристики по сравнению со стандартными патронными нагревателями, описанными выше. Поскольку они сконструированы по-разному, они позволяют увеличивать удельную мощность - до 10 Вт / см 2  или выше при определенных условиях.

Рис. 2. В высокотемпературном патронном нагревателе узел сердечника состоит из круглого изолятора из оксида магния с двумя отверстиями, проходящими по всей его длине, где резистивный провод намотан на сердечник.

В конструкции высокотемпературных патронных нагревателей провод сопротивления из нихрома размещается близко к металлической оболочке. Размещение провода сопротивления рядом с оболочкой обеспечивает лучшую внутреннюю теплопередачу от провода к оболочке. В большинстве высокотемпературных обжимных патроных нагревателей используется трубка из инколоя или нержавеющей стали, в которую вставляется сердечник. Рабочая температура нагревателя и среда применения определяют выбор материала оболочки.

Узел сердечника состоит из круглого изолятора  с двумя отверстиями, проходящими по всей его длине, где резистивный провод точно намотан на сердечник. Два никелевых штыря проходят через отверстия в сердечнике и контактируют с каждым концом резистивного провода. Этот узел расположен в центре металлической  трубки и окружен порошком оксида магния. Вся сборка уплотняется посредством операции обжатия для создания плотного нагревателя, который обеспечивает хорошую теплопередачу от резистивного провода к оболочке, сохраняя при этом электрическую прочность. Один конец нагревателя закрыт металлическим торцевым диском, который приваривается для обеспечения водонепроницаемости. Другой конец нагревателя, где провода питания выходят из нагревателя, обычно герметизируется керамическим материалом. Доступны различные типы проводов и защита кабеля (рис. 2).

Преждевременная поломка

Почему некоторые патронные нагреватели преждевременно выходят из строя? Наиболее частая причина - плохая посадка между нагревателем и отверстием, в котором он находится. В общем, неплотная посадка приводит к плохой теплопередаче. Когда теплопередача к устройству плохая (т.е. тепло некуда уйти), резистивный провод становится слишком горячим внутри нагревателя. Это приводит к чрезмерному окислению и возможному выходу ТЭНа из строя. Накопление тепла также может вызвать другие проблемы внутри нагревателя и сломать его компоненты. Лучшее для патронного нагревателя - это хорошо войти в отверстие, в которое он вставлен.

Как правило, нагреватели изготавливаются на доли миллиметров меньше указанного номинального диаметра, чтобы максимизировать теплопередачу и минимизировать проблемы со снятием нагревателя. Из-за теплового расширения патронный ТЭН имеет увеличенный диаметр и длину при своей рабочей температуре, что заполняет этот зазор и обеспечивает хорошую теплопередачу.

Опции патронных ТЭНов под заказ

Патронный нагреватель можно изготовить с особыми параметрами и опциями, которые могут увеличить производительность и продлить срок службы ТЭна. Некоторые из наиболее распространенных опций включают в себя:

• Встроенные термопары. Термопары можно использовать для оценки эффективности теплопередачи в оборудовании. Измеряя и улучшая теплопередачу, вы можете сократить расходы на электроэнергию и продлить срок службы нагревателя. Патронные ТЭНы могут быть изготовлены с внутренними термопарами, которые могут быть либо незаземленными, либо заземленными на оболочку. Двумя наиболее распространенными типами термопар являются J и K, хотя последний встречается гораздо реже.

• Фланцы. Из-за существующих или ожидаемых условий фланец может быть прикреплен рядом с выводным концом нагревателя с помощью пайки или сварки. В случаях, когда нагреватели подвергаются вибрации или ударам, или когда нагреватель установлен в вертикальном положении, фланец может удерживаться на месте винтами для сохранения положения ТЭНа.

• Резьбовые втулки. Различные типы резьбовых втулок из латуни или нержавеющей стали могут быть прикреплены к патронному нагревателю с помощью пайки или сварки, в зависимости от требуемого материала. Чаще всего нагреватель ввинчивается в контейнер для нагрева жидкостей, таких как вода или масло. При использовании погружных устройств положение нагревателя является важным фактором: его следует располагать так, чтобы уровень жидкости никогда не открывал нагреватель во время его работы. Еще одно распространенное применение резьбовых втулок - помощь при снятии нагревателя. Простое закручивание гаечным ключом шестигранной головки втулки может помочь освободить нагреватель, когда он прилип в отверстии.

• Эпоксидные уплотнения. Эпоксидные уплотнения помогают защитить обогреватель от влаги и загрязнения маслом, чистящими растворителями, пластиковыми материалами, испарениями и органическими лентами. Эти уплотнения эффективны при температуре до 260 ^o C при непрерывной работе. Также доступны другие уплотнительные материалы.

• Варианты выводов подключения. Область подключения патронного нагревателя часто требует особого внимания, потому что это одна из наиболее часто используемых секций нагревателя. Чрезмерные температуры, изгибы проводов, истирание и загрязнение - это условия, которые можно устранить, выбрав определенные аксессуары.

• Термостойкие провода. Обычно в патронных нагревателях используются провода с изоляцией из стекловолокна, рассчитанные на температуру 250 ^o C. В приложениях, где выводы могут подвергаться воздействию гораздо более высоких температур - например, в канале горячеканальной пресс-формы  - никелевые провода с изоляцией из стекловолокна с силиконовой пропиткой могут обеспечивать номинальную температуру 450 ^o C.

• Оплетка или гибкая трубка из нержавеющей стали. Оплетка из нержавеющей стали на проводах поможет им противостоять истиранию. Точно так же спиральная гофрированная трубка из нержавеющей стали защитит от истирания и некоторых типов загрязнений, таких как твердые частицы и расплавленный пластик. Применение оплетки или трубки не приведет к созданию водонепроницаемого состояния вокруг выводов.

• Сброс напряжения при изгибе. При наличии изгиба выводов к нагревателю может быть прикреплено устройство для снятия натяжения, что сводит к минимуму чрезмерное изгибание выводов на выходе из нагревателя.

• Уплотнение области вывода. Герметизация может выполняться различными методами; у каждого свой температурный предел. При использовании в сочетании со специальными изолированными проводами уплотнение может блокировать попадание определенных загрязняющих веществ в нагреватель. Как правило, необходима холодная зона между уплотнением и активной (горячей) зоной нагревателя. Самые популярные уплотнительные материалы - эпоксидная смола, силикон и тефлон.

• Распределенная мощность. Если указано, распределенная мощность может помочь выровнять температурный профиль по длине нагревателя. Эта функция полезна в таких приложениях, как уплотнительная планка, где требуется равномерная температура по всему нагревателю.

• Секции без обогрева. Необогреваемые секции рекомендуются в тех случаях, когда провода могут подвергаться чрезмерному нагреву, поэтому требуется более холодный конец вывода. Необогреваемые секции также могут быть указаны, когда нагрев не требуется по всей длине патронного нагревателя.

• Трехфазное питание. Обогреватели могут быть изготовлены для использования с трехфазным питанием. Обязательно укажите, является ли источник питания трехфазным, треугольником или звездой.

• Двойное напряжение. Нагреватели могут быть сконструированы для работы при двух различных напряжениях.

• Зонированные обогреватели. Обогреватели могут быть построены с секциями, которые имеют автономное питание и управление.

• Квадратные патронные нагреватели. Как стандартные насыпные, так и высокотемпературные патронные нагреватели могут быть изготовлены с квадратным поперечным сечением. 

Как и в случае с другими типами электронагревательных элементов, доступно множество других вариантов дополнительных параметров, в том числе:

• Провода с изоляцией из тефлона, ПВХ или неопрена.
• Соединители на концах выводов (накладки, кольца, лепестки, вилки и т. д.).
• Винтовые клеммы, выходящие из нагревателя на том же конце или на противоположных концах.
• Провода заземления.
• Стекловолокно или силиконовый кембрик поверх проводов.
• Специальные заглушки.
• Встроенные термостаты, плавкие предохранители или термисторы.
• Оболочки из латуни или экзотической стали.
• Конфигурации Г-образного или гнутого нагревателя.

Итак, в следующий раз, когда вы будете выбирать патронный нагреватель, подумайте, как изготовление патронного нагревателя под заказ в соответствии с вашей задачей по нагреву может повысить производительность и продлить срок службы нагревателя.