Общие характеристики ТЭНов
Трубчатые электронагреватели (ТЭН) предназначены для преобразования
электрической энергии в тепло. Применяются для непосредственного нагрева твердых,
жидких, газообразных и сыпучих сред. Эксплуатация ТЭН в той или иной среде, как правило, ограничивается коррозионной стойкостью оболочки и допустимой рабочей температурой.
Конструкция ТЭН:
Рис. 1
1 - контактный стержень;
2 - контактные гайки и шайбы;
3 - изолятор;
4 - трубчатая оболочка;
5 - нагревательная спираль;
6 - наполнитель;
7 - герметик.
D - диаметр оболочки; L - развернутая длина оболочки; Lk - заделка контактного стержня; La - активная длина ТЭН. Активная поверхность ТЭН - площадь поверхности трубчатой оболочки ТЭН на длине La.
Структура условного обозначения ТЭН:
ТЭН-ХХХ/ХХХ,
где:
ТЭН – трубчатый электронагреватель;
Х - развернутая длина ТЭН по оболочке L (рис. 1), см
Х - обозначение заделки контактного стержня Lк (рис. 1, табл. 1) или
численное значение заделки Lk в см.;
Х - диаметр оболочки ТЭН D (рис.1), мм;
/ - разделитель;
Х - номинальная мощность, кВт;
Х - обозначение нагреваемой среды и материала оболочки ТЭН (табл. 2 или табл. 3);
Х - номинальное напряжение, В.
Пример обозначения ТЭН: ТЭН-100A13/3,5J220
где:
100 - развернутая длина ТЭН по оболочке, см;
А - обозначение заделки контактного стержня (табл.1);
13 - диаметр оболочки ТЭН, мм;
3,5 - номинальная мощность, кВт;
J - нагреваемая среда – вода; материал оболочки - нержавеющая сталь; (табл. 2);
220 - номинальное напряжение, В.
Пример обозначения ТЭН: ТЭН-71-3-10/0,5И220
где:
71 - развернутая длина ТЭН по оболочке, см;
3 - величина заделки контактного стержня, см;
10 - диаметр оболочки ТЭН, мм;
0,5 - номинальная мощность, кВт;
И - нагреваемая среда – жиры, масла; материал оболочки - углеродистая сталь; (табл. 3);
220 - номинальное напряжение, В.
Таблица 1. Стандартная заделка Lk (рис. 1) контактного стержня ТЭН.
| Обозначение | Величина, мм |
|
A |
40 |
|
B |
65 |
|
C |
100 |
|
D |
125 |
|
E |
160 |
|
F |
250 |
|
G |
400 |
|
H |
630 |
Таблица 2. Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки
для промышленных ТЭН.
|
Условное обозначение |
Нагреваемая среда |
Характер нагрева |
Материал оболочки |
|
X |
Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH от 5 до 9) |
Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С |
Медь и латунь (с покрытиями) |
|
J |
Вода, слабый раствор кислот (pH от 5 до 7) |
Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С |
Нержавеющая сталь |
|
P |
Вода, слабый раствор щелочей (pH от 7 до 9) |
Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С |
Углеродистая сталь |
|
S |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в спокойной газовой среде до температуры на оболочке ТЭН 450°С |
Углеродистая сталь |
|
T |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в спокойной газовой среде с температурой на оболочке ТЭН свыше 450°С |
Нержавеющая сталь |
|
O |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в движущейся со скоростью 6м/с воздушной среде до температуры на оболочке ТЭН 450 °С |
Углеродистая сталь |
|
K |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в движущейся со скоростью не менее 6м/с воздушной среде с температурой на оболочке ТЭН св. 450 °С |
Нержавеющая сталь |
|
R |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в движущейся со скоростью менее 6м/с воздушной среде до температуры на оболочке ТЭН 450 °С |
Углеродистая сталь |
|
N |
Воздух и пр. газы и смеси газов |
Нагрев в движущейся со скоростью менее 6м/с воздушной среде с температурой на оболочке ТЭН св. 450 °С |
Нержавеющая сталь |
|
Z |
Жиры, масла |
Нагрев в ваннах и др. емкостях |
Углеродистая сталь |
|
V |
Щелочь, щелочно-селитровая смесь | Нагрев и плавление в ваннах и др. емкостях с температурой на оболочке ТЭН до 600 °С | Углеродистая сталь |
|
W |
Легкоплавкие металлы: олово, свинец и др. | Нагрев и плавление в ваннах и др. емкостях с температурой на оболочке ТЭН до 450 °С | Углеродистая сталь |
|
L |
Литейные формы, пресс-формы | ТЭН вставлен в паз, имеется гарантированный контакт с нагреваемым металлом, температура на оболочке ТЭН до 450 °С | Углеродистая сталь |
|
Y |
Металлические плиты из алюминиевых сплавов | ТЭН залит металлом, работает с термоограничителями, температура на оболочке ТЭН до 320 °С | Углеродистая сталь |
Таблица3. Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки
для бытовых ТЭН.
|
Условное обозначение |
Нагреваемая среда |
Характер нагрева |
Материал оболочки |
|
Х |
Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH от 5 до 9) | Нагревание, кипячение | Медь и латунь (с покрытиями) |
|
Р |
Вода, слабый раствор щелочей (pH от 7 до 9) | Нагревание, кипячение | Нержавеющая сталь |
|
П |
Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH от 5 до 9) | Нагревание, кипячение | Углеродистая сталь |
|
С |
Воздух | Нагрев в спокойной воздушной среде до 500°С на оболочке ТЭН | Углеродистая сталь |
|
Т |
Воздух | Нагрев в спокойной воздушной среде до 700°С на оболочке ТЭН | Нержавеющая сталь |
|
О |
Воздух | Нагрев в движущейся со скоростью не менее 6м/с воздушной среде до 500 °С на оболочке ТЭН | Углеродистая сталь |
|
Э |
Воздух | Нагрев в движущейся со скоростью менее 6м/с воздушной среде до 500 °С на оболочке ТЭН | Углеродистая сталь |
|
И |
Жиры, масла | Нагрев в ваннах и др. емкостях до 300 °С на оболочке ТЭН | Углеродистая сталь |
|
У-1 |
Подошвы электроутюгов | ТЭН залит металлом, работает с термоограничителями (терморегуляторами, термовыключателями), температура на оболочке ТЭН до 500 °С. | Углеродистая сталь |
|
У-2 |
Подошвы электроутюгов, металлические плиты из алюминиевых сплавов, металлические формы (стальные и чугунные) | ТЭН вставлен в паз и запрессован в изделие, работает с термоограничителями (терморегуляторами, термовыключателями), температура на оболочке ТЭН до 500 °С. | Углеродистая сталь |
Максимальная мощность Pмах ТЭН зависит от нагреваемой среды,
материала оболочки, характера нагрева, площади активной поверхности (Рис. 1).
Максимальная мощность Pмах ТЭН рассчитывается по формуле:
Pмах = Pуд.мах х S,
где:
S, см2 - площадь активной поверхности;
Pуд.мах, Вт/см2 - максимальная удельная мощность.
Рекомендации относительно значений максимальной удельной мощности Pуд.мах
можно найти в ГОСТ 13268-88 для ТЭН промышленного назначения и ГОСТ 19108-81 - для ТЭН бытового назначения.
Изготовление ТЭН, мощность которого превышает рекомендуемое максимальное значение, снижает его надежность и долговечность.
Таблица 4. Pуд.мах для ТЭН промышленного назначения.
|
Условное обозначение (см. табл. 2) |
Pуд.мах, Вт/см2 |
|
X |
9 |
|
J |
15 |
|
P |
15 |
|
S |
2,2 |
|
T |
5 |
|
O |
5,5 |
|
K |
6,5 |
|
R |
3,5 |
|
N |
5,1 |
|
Z |
3,0 |
|
V |
3,5 |
|
W |
3,5 |
|
L |
5,0 |
|
Y |
13,0 |
Таблица 5. Pуд.мах для ТЭН бытового назначения.
| Условное обозначение (см. табл. 3) | Pуд.мах, Вт/см2 |
|
Х |
11 |
|
Р |
11 |
|
П |
11 |
|
С |
2,2 |
|
Т |
5,2 |
|
О |
5,5 |
|
Э |
2,5 |
|
И |
3 |
|
У-1 |
18 |
|
У-2 |
13 |
Пример расчета максимальной мощности Pмах промышленного ТЭН-100А13/4J220, где:
- "100" - развернутая длина, см.;
- "А" - 40 - заделка контактного стержня (табл. 1), мм;
- "13" - диаметр оболочки, мм;
- "4" - номинальная мощность ТЭН, кВт;
- "J" - обозначение среды и материала оболочки.
В табл. 4 условному обозначению "J" соответствует значение Pуд.мах=15 Вт/см2
Активная длина ТЭН (см. рис. 1), м : La = L - 2 x Lk = 100см - 2 х 4см = 92см
Площадь активной поверхности (см. рис. 1), см2: S=( Pi х D) х La = 3,14 х 1,3 х 92 = 375,5 см2,
где: (Pi х D) длина оболочки ТЭН по окружности.
Максимальная мощность Рмах, кВт: Рмах = Руд.мах х S = 15Вт/см2 х 375см2 = 5633Вт = 5,63кВт.
Номинальная мощность ТЭН меньше максимально-допустимой Pмах: 4кВт < 5,63кВт.