Информация о трубчатых электронагревателях (ТЭНы)

Трубчатые электронагреватели (сокращённо ТЭНы) были изобретены в далеком 1859 году в не менее далёкой для нас Америке. В самом начале своего существования такие нагреватели представляли собой обычную металлическую спираль, изолированную специальным материалом (то была керамика) и вставленную в металлическую оболочку. И только в начале 20-го века, спустя пять десятилетий после своего создания, ТЭНы стали весьма широко использоваться, как важный элемент в нагревателях, применяемых для бытовых и промышленных нужд для обогрева помещений. Тогда же и был налажен их серийный выпуск.

Сегодня сфера применения ТЭНов значительно расширилась.
Уникальность ТЭНов заключается в том, что они способны работать в самых разных средах. Это можно понять, если посмотреть на то, что они используются для нагрева воздуха и других газов или их смесей; воды или несильных растворов щелочей, кислот и других агрессивных сред, а также масел и жиров; некоторых металлов и их сплавов; пресс-форм и даже плавления селитры. Чтобы добиться таких результатов, используются следующие методы - конвекция, теплопроводность или излучение (когда происходит непосредственное преобразование электроэнергии в тепловую).

Диву даёшься, когда изучаешь рабочие характеристики этих нагревателей. Рассмотрим, для примера, их рабочую температуру, которая находится в пределах от нескольких десятков градусов до (внимание!) 750 С! Кроме того, существуют ТЭНы так называемого специального исполнения, рассчитанные и на ещё большие значения температур. Этакие "живчики" способны на многое! Поэтому-то они и смогли так быстро стать столь популярными. Как только мир узнал об их существовании, то промышленность уже не могла без них обойтись.

Конструкция трубчатых электронагревателей (ТЭН)

Сегодняшний ТЭН - это спираль или несколько спиралей, изготовленные из специального сплава, имеющего высокое сопротивление, оснащённые специальными контактными стержнями и помещённые в металлическую оболочку. Важно отметить, что спирали и контактные стержни от оболочки изолируются (спираль - электроизоляционным спрессованным наполнителем, стержни - диэлектрическими изоляторами), а торцы ТЭНа герметизируются, дабы защитить его от попадания внутрь влаги (рис. 1).

рис. 1

Кроме герметизации, концы ТЭНов подвергаются ещё одной процедуре - на них устанавливаются штуцера. Они необходимы для удобного крепления ТЭНа на месте использования (чаще всего, они резьбовые). Ещё один важный момент, касающийся конструкции ТЭНа - на торцах выводятся (опять же резьбовые) шпильки , предназначенные для подведения питающего напряжения.

Теперь поговорим о материале для трубчатых электронагревателей. Чаще всего, для этой цели используется сталь 10 либо нержавеющая сталь. В первом случае ТЭН способен выдержать воздействие разве что воздуха, воды, некоторых нейтральных или малоактивных растворов или масел, и т.д.

Для использования же в агрессивных средах нужны нагреватели, изготовленные из нержавейки. Больше того, для лучшей химической и электрохимической стойкости ТЭНы нередко покрывают специальными покрытиями. Чаще всего, в этом случае применяются методы лужения или никелирования, также возможно использование метода обёртывания фторопластом. Для усиления эффекта бывает, что трубки изготавливаются удвоенной толщины.

При выборе трубчатого электронагревателя стоит также обратить внимание на такой показатель, как его мощность. Многие об этом забывают, однако при работе нагревателя, изготовленного из той самой стали 10, на обычном воздухе мощность прибора не должна превышать двух Ватт на квадратный сантиметр. При работе в водной среде этот же показатель может быть, конечно, значительно выше, но и тут есть некоторые ограничения - он не должен превышать 13 Ватт на пресловутый квадратный сантиметр. В случае превышения указанных значений будьте готовы к тому, что начнётся стремительное разрушение нагревателя.

Пару слов о том, какую форму могут иметь трубчатые электронагревателя в стандартном заводском виде. Самая простая - это, конечно, прямая. Также существуют ТЭНы с U-образной формой профиля и формой типа "скрепка". Геометрически эти формы различаются тремя основными показателями - диаметром трубки, длиной самого ТЭНа (строго в развёрнутом виде), а также расстоянием между его центрами. Однако в справочниках обычно указываются некоторые другие показатели - это та самая длина ТЭНа (правда только в согнутом виде) и длина петли. Также нельзя не упомянуть показатель глубины заделки токоведущий шпильки.

Также полезным будет знать, как расшифровывается его обозначение.

Рассмотрим на примере:

ТЭН 120 В 13 / 1,0 Т 220

• 120 — развернутая длина L в сантиметрах (изготовитель имеет право производить тэн с длиной в развёрнутом виде, отличающейся от заявленной плюс-минус 1-2 процента)
• В — обозначение длины контактного стержня в заделке Lk
• 13 — диаметр оболочки D в миллиметрах (диаметр тэна может отклоняться от значения, указанного в паспорте: при диаметре до 10 мм - до 0,3 мм, при диаметре 13 или 16 мм - не выше 0,4 мм.)
• 1,0 — номинальная мощность в киловаттах (потребляемая мощность электронагревателя не должна превышать его номинального значения более, чем на 10 процентов)
• Т — обозначение нагреваемой среды и материала оболочки
• 220 — номинальное напряжение в вольтах (по желанию заказчика возможно изготовление нагревателей на другие напряжения)

 

Условное обозначение и номинальная длина контактного стержня в заделке

 

Обозначение длины	A	B	C	D	E	F	G	H
Длина в мм	40	65	100	125	160	250	400	630

 

Oбозначение нагреваемой среды и материала оболочки

 

Условное обозначение нагреваемой среды	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Удельная мощность. Вт/см 2, не более	Материал оболочки ТЭН
X	Вода, слабый раствор щелочей и кислот (рН от 5 до 9)	Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С	9	Меди и латунь (с покрытиями)
J	Вода, слабый раствор кислот (рН от 5 до 7)	То же	15	Нержавеющая жаростойкая сталь
P	Вода, слабый раствор щелочей (рН от 7 до 9)	То же	15	Углеродистая сталь
Q	Вода, слабый раствор кислот (рН от 5 до 7)	То же	9.5	Алюминиевые сплавы
S	Воздух и пр. газы и смеси газов	Нагрев в спокойной газовой среде до рабочей температуры на оболочке ТЭН 450°С	2.2	Углеродистая сталь
T	Воздух и пр. газы и смеси газов	Нагрев в спокойной газовой среде до рабочей температуры на оболочке ТЭН 450°С	5	Нержавеющая жаропрочная сталь
О	То же	Нагрев в среде с движущимся со скоростью б м/с воздухом до рабочей температуры на оболочке ТЭН 450°С	5.5	Углеродистая сталь
К	То же	Нагрев в среде с движущимся со скоростью не менее б м/с воздухом, с рабочей температурой на оболочке ТЭН св. 450°С	6.5	Нержавеющая жаростойкая сталь
R	То же	Нагрев в среде с движущимся со скоростью менее б м/с воздухом до рабочей температуры на оболочке ТЭН 450°С	3.1	Углеродистая сталь
N	То же	Нагрев движущимся со скоростью менее б м/с воздухом, с рабочей температурой на оболочке ТЭН св. 450°С	5.1	Нержавеющая жаростойкая сталь
Z	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и др. емкостях	3	Углеродистая сталь
V	Щелочь, щелочно-селитровая смесь	Нагрев и плавление в ваннах и др. ем костях с рабочей температурой на оболочке ТЭН до 600°С	3.5	Углеродистая сталь
W	Легкоплавкие металлы: олово, свинец и др.	То же, с рабочей температурой на оболочке ТЭН до 450°С	3.5	Углеродистая сталь
L	Литейные формы, пресс-формы	ТЭН вставлены в отверстия. Имеется гарантированный контакт с нагреваемым металлом. Нагрев с рабочей температурой на оболочке ТЭН до 450°С	5	Углеродистая сталь
Y	Металлические плиты из алюминиевых сплавов	ТЭН залиты в изделия. Работа с термоограничителями с рабочей температурой на оболочке ТЭН до 320°С	13	Углеродистая сталь

 

Теперь поговорим об изготовлении трубчатых электронагревателей. Как правило, идут в эксплуатацию обычные, стандартные ТЭНы. Однако бывает так, что требуется изготовление нагревателей с очень узкой направленностью. Такая необходимость обычно возникает тогда, когда этого требует техническое задание или, иначе говоря, техническая сторона устройств, задействованных в процессе. Понятно, что выпуск таких изделий является скорее исключением, чем правилом.

Другими словами, можно сказать, что изготовление ТЭНов происходит по двум основным направлениям - либо посредством регулярного, иными словами, серийного производства самых что ни на есть стандартных модификаций, либо изготовление нагревателей единичных экземпляров или их малой партии в индивидуальном порядке. В последнем случае производителям требуется конкретный заказ потребителя и хотя бы примерный чертёж будущего изделия.

Маркировка, упаковка.

Маркировка должна содержать:
• условное обозначение материала оболочки и нагревательной среды или тип ТЭН;
• номинальное напряжение, В;
• номинальную потребляемую мощность, кВт;
• … год выпуска (последние две цифры)

Хранение ТЭН должно осуществляться в отапливаемых и вентилируемых складах. Температура окружающего воздуха — от 5 до 40С.

Эксплуатация

При эксплуатации ТЭН:
• необходимо следить за состоянием контактных стержней и токоподводящих проводов, не допуская ослабления соединения;
• при подтягивании контактных гаек не допускается провертывания контактных стержней в корпусе ТЭН;
• активная часть ТЭН должна быть полностью расположена в рабочей среде;
• при нагревании твердых тел (деталей штампов, пресс-форм, литейных форм) должен быть обеспечен надежный тепловой контакт оболочки с нагреваемой средой.

Остаётся надеяться, что информация, представленная в данном материале, поможет вам лучше ориентироваться в мире трубчатых электронагревателей - и вы не утоните в их многообразии.