Маркировка водяных тэнов. Трубчатые электрические нагреватели - ТЭНы: устройство, выбор, эксплуатация, подключение ТЭНов

Холодная вода нагревается в бойлере ТЭНом. Это трубчатый электронагреватель. Он состоит из трубки, в которой расположена спираль из проволоки, нагревающейся от электрического тока. Между проволокой и трубкой засыпан песок с диэлектрическими свойствами для предотвращения замыкания.

Бойлер состоит из емкости с выводами для горячей и холодной воды. ТЭН находится в емкости, нагревает воду. На ТЭНе со временем появляется налет в виде солей магния и кальция. Слой соли становится все больше, передача тепла ухудшается, затрачивается больше времени на нагрев, а следовательно, повышаются расходы на электроэнергию.

Есть решения этой проблемы в виде различных фильтров воды и магниевых стержней. Но появились бойлеры с инновационным решением в виде сухого ТЭНа. В бойлерах располагают металлическую колбу, соприкасающуюся с водой. В колбу помещены сухие ТЭНы для нагревания. Все чаще изготовители оснащают водонагреватели таким сухим ТЭНом. Он продлевает работу устройства, упрощает обслуживание. Большинство изготовителей перешли на сухие нагреватели, так как это является перспективным направлением, снижающим затраты на электроэнергию и покупку бойлера. Разберемся с этим вопросом подробнее.

Конструкция сухих ТЭНов постоянно совершенствуется. Существует несколько типов исполнения:

• В колбу с ТЕНом залито масло. Его теплопроводность выше воздуха, возникает экономия энергии для нагревания воды.
• Наиболее простой вариант. ТЭН находится в колбе в воздухе. Это дешевая конструкция, техническое обслуживание и замену ТЭНа легко произвести.

При работе на сухом ТЭНе нет контакта с водой и опасности поражения током. Когда спираль из проволоки перегорит, то она может прикоснуться к стенкам трубки, возникнет напряжение на корпусе бойлера. Качественные сухие ТЭНы надежные в плане безопасности. При выходе из строя они просто не работают, проволока не касается трубки. Но опасность все равно существует.

Обычные трубчатые нагреватели применяются в бытовой технике для нагрева жидкостей. Воздушные сухие ТЭНы применяются реже, но его свойства все чаще используются в различных сферах промышленности и быта. Они применяются для нагревания смесей газа, воздуха, в электрокалориферах, печах для сауны, конвертерах, пушках в тепловых завесах.

Виды сухих ТЭНов

Классы нагревателей основаны на принципиальных схемах работы в различных средах. Они отличаются тем, что могут работать в спокойных или движущихся средах. От этого зависит прочность конструкции, ее долговечность. Нагреватели для спокойных условий выполняют менее прочными и защищенными от температуры.

По сферам использования воздушные нагреватели разделяются по значению поддерживаемого напряжения, в зависимости от решаемой задачи. Универсальным ТЭНом классического типа можно считать воздушный нагреватель на 220 вольт. Его применяют в бытовых приборах, в областях производства для нагревания жидкостей согласно технологических процессов. В специальных сферах промышленности применяют сухие ТЭНы на 380 или 660 вольт.

Материалы изолятора

Обычный воздушный сухой нагреватель состоит из металлической трубки со спиралью из проволоки с высоким сопротивлением внутри нее. Для поддержания хорошей герметичности, составные части плотно прилегают друг к другу, использован специальный изоляционный материал.

Покупатели должны знать, какой материал входит в состав элемента. Сухие нагреватели с металлическими ребрами выполняются из нержавеющей или углеродной стали. В каждом случае подходит индивидуальный вариант, так как рабочая среда предназначена для своих параметров действия на материал. Универсальным свойством материала является коррозионная стойкость. Для воздушных сухих нагревателей такие требования не высоки, по сравнению с нагревателями для жидкостей.

Устройство сухого ТЭНа

В обычных нагревателях воды (трубчатых) элемент нагрева помещается непосредственно в воду. В водонагревателях с вариантом сухого ТЭНа элемент нагрева располагают в запаянной трубке, контакта с водой нагреватель не имеет.

Обычный водяной нагреватель комплектуется анодом из магния, для защиты от накипи в баке. При использовании сухого нагревателя анод помещается в бак через отдельное отверстие.

По форме также нагреватели разных типов имеют отличия. Сухой нагреватель тонкий и прямой, так как он располагается в металлической трубе, а обычный ТЭН бывает самой разной формы.

Сухой нагреватель входит в комплект баков выше 50 литров, так как по своим размерам он не подойдет для бака меньшего размера.

Особенности конструкции гибких сухих нагревателей

Элементы нагревателя со свойствами гибкости показывают подход высоких технологий к осуществлению нагрева среды. Их отличие от обычных нагревателей в том, что человек может без специального инструмента задать ТЭНу любую необходимую форму. Свойство гибкости не снижает эксплуатационные качества изделия. Нагреватель конкурирует в свойствах мощности и термической стойкости с обычными моделями, в том числе и с жидкостными.

Гибкие сухие воздушные нагреватели используются в специальном оборудовании и пресс-формах с горячими каналами. Специфика производства создала условия необходимости конструирования гибкой структуры.

Технические данные

Выпуск сухих ТЭНов происходит в огромном ассортименте, несмотря на малую распространенность в сравнении с аналогами для жидкости. Их характеристики различны по рабочим свойствам и по конструкции. Длина контактного стержня достигает длины 60 см, от этого значения зависит сфера применения. По месту использования выбирают нагревательный элемент по конфигурации, свойствам и размерам.

Диаметр трубки колеблется в пределах 8-16 мм. Существуют разные варианты моделей нагревателей по быстродействию нагревания, которое обуславливается мощностью. Широкое распространение получил нагреватель воздушного сухого типа мощностью 2 кВт, на напряжение 380 вольт. Модели более 40 см могут работать в сети 220 вольт. Также применяются и другие нагреватели в широком диапазоне мощностей от 0,2 до 10 кВт.

Установка сухих нагревателей

Монтаж и крепление производится механическими фиксаторами в виде хомутов, втулок, зажимов и скоб. Широко применяется способ пайки, который нужно выполнять осторожно. Точки пайки необходимо размещать от торца нагревателя на 50 мм. Сухой нагреватель гибкого типа закрепляется на раствор клея или механическим методом укладки в пазы.

Особенности обслуживания

Фирмы изготовители производят все более качественные изделия для нагревания воды с высокими защитными свойствами. Но, если вовремя не проводить обслуживание оборудования, то долговечная эксплуатация их невозможна. Необходимо чистить поверхности нагрева от загрязнений с интервалом времени, зависящим от условий работы и свойств среды.

При использовании гибкого воздушного электронагревателя требуется защитная смазка мест прилегания элемента. Перед началом запуска оборудования необходимо удалить с него консервационную смазку, которая будет мешать для оптимальной тепловой отдачи.

Сухие ТЭНы имеют недостатки

Бытует мнение, что сухой нагреватель не экономичный, так как в металлической трубке есть зазор между спиралью и стенкой трубки. Сначала греется трубка, а потом греется вода. Но это утверждение можно опровергнуть. Нагрев проходит внутри среды, потери для нагрева наименьшие. Диаметр ТЭНа меньше диаметра трубки на 2 мм, прослойка воздуха минимальная.

Мощность сухих нагревателей меньше обычных. Их мощность достигает 1200 ватт, по сравнению с обычными на 2 кВт. Зато сухие ТЭНы устанавливают 2 штуки на один бойлер, общая разница в мощности получается незначительная.

Недостаток, с которым не поспоришь, это высокая цена. Разница в стоимости примерно в 1,5 раза.

Преимущества

1. Простое обслуживание . Для замены элемента будет необходима отвертка для снятия корпуса из пластика и отвинчивания распорного винта. Больше никаких работ не требуется, только вытащить неисправный элемент и установить новый. А для замены «мокрого» ТЭНа вам нужно сливать воду, отвинчивать фланец, остатки воды могут вылиться на вас. Необходимо каждый раз менять прокладку под фланцем. Это грязная и дорогостоящая работа.
2. Цена нагревателя . Сухой элемент стоит около 15 долларов. Это зависит от производителя и продавца. «Мокрый» элемент стоит от 26 долларов и выше. Если у вас титан малоизвестной марки, то купить мокрый ТЭН будет непросто, и цена будет высокой. Прокладка также будет стоить немало денег.
3. Простота замены 1-го элемента . Если вышел из строя один элемент, то вы меняете его, не касаясь к другим элементам, не сливаете воду, и даже сам водонагреватель не нужно снимать со стены. Времени это займет не более 10 минут. Для замены мокрого элемента, тем более, если их два, нужно слить воду, снять сам нагреватель, открутить гайки. Затем нужно решать: менять сразу два элемента, или ждать, пока выйдет из строя второй, зная, что опять придется повторять эти неприятные процедуры.
4. Д оступность в продаже . ТЭНы подобны по своему оформлению, отличаются только длиной или диаметром. Во многих магазинах по продаже электротоваров их можно легко найти. Мокрые нагреватели изготавливаются под конкретную марку изделия, заказываются отдельно. Необходимо ждать, когда его доставят.

При покупке водонагревателя с элементом «мокрого» типа можно сэкономить до 30 долларов. Но это не окупит стоимость замены нагревательного элемента, с множеством неприятных работ по обслуживанию.

1 – контактные: клеммы или стержень; 2 – контактные шайбы и гайки; 3 – уплотнитель и изолятор; 4 – трубчатая металлическая оболочка; 5 – нагревательная нихромовая (Х15Н60, Х20Н80), фехралевая (Х23Ю5Т) спираль; 6 – наполнитель (песок); 7 – герметик; D – диаметр внешней оболочки; L – развернутая длина трубки; Lk – глубина заделки контактного стержня внутри трубки; La – активная длина нити ТЭНа.

Что представляет собой ТЭН? Принцип работы, конструктивные особенности.

ТЭН - трубчатый электронагреватель представляет собой деталь в виде металлической трубки, внутри которой по центру проложена нихромовая/фехралевая токопроводящая спираль. Объем между фехралевой/нихромовой нитью с высоким омическим сопротивлением и металлической трубкой заполнен диэлектрическим хорошо проводящим теплоизолятором периклазом (кристаллической окисью магния – MgO по ГОСТ 13236–83). Электрическая спираль, выполненная из термоэлектрического сплава, запрессованная и расположенная в сердцевине, при прохождении электрического тока сильно разогревается, но не плавится. Тепловая энергия, прежде чем попасть в окружающее пространство проходит слой кварцевого песка или иного стойкого к высокой температуре диэлектрика, а затем через стенки нержавеющего металла ТЭНа нагревает поверхность воды или воздуха.

Такая конструкция позволяет выдерживать без разрушения длительную штатную нагрузку. Кратковременные перегрузки, скачки напряжения питающей электросети практически не оказывают значительного влияние на функционирование данного элемента.

Существуют различные формы и конфигурации ТЭНов. По геометрическим параметрам формы бывают: прямые и гнутые пополам, в форме «скрепки» и английской буквы "U","N", буквы "М" и форме сердца, спиральные и гнутые. Предусмотрены различные радиусы гиба и наклона, со штуцером и без. Основные типы: одно концевые или патронные, в которых контакты (выводы) располагаются на единой поверхности; двух концевые, в которых выводы располагаются с двух сторон. Трубки трубчатых электронагревателей могут иметь различные диаметры- от 7 до 20 миллиметров, форма- быть круглой, в виде буквы «М», спиральные и сложной формы.

Место крепления водонагревателей должно исключать протечки, для уплотнения применяется пластичная герметизирующая прокладка, сохраняющая свои диэлектрические свойства при низких, экстремально высоких температурах.

Подключение к электрической схеме ТЭНов производится через клеммы . В большинстве случаев это контакты под зажим, выполненные в виде пластинок. Более редко встречаются клеммы на резьбе. Некоторые фирмы комплектуют электронагревательный элемент датчиком температуры и предохранителем, эти детали могут быть включены в конструкцию или запрессованы. Мощность большинства данных запчастей колеблется от 1200 Ватт до 3Квт.

Штуцер представляет собой резьбовую втулку с упорным фланцем. Данный элемент крепится в электронагревателе способом опрессовки или сварки, пайки или герметика. Тот или иной метод крепежа применяется в зависимости от условий работы ТЭН в конкретном виде нагреваемой среды. Часто применяются в промышленности штуцера со фланцами следующих размеров: G 1/2"" пол дюйма, резьба М16 с шагом 1,5; М22 х 1,5; М24 х 1,5 с различными толщинами и диаметрами фланца. Снаружи типовые формы контактов имеют узел крепления выводов подводящих проводов-шайбы и гайки. Ьолее частым является соединение стержней с резьбой М4, М5. ТЭНы у которых диаметр оболочки менее 8,5мм имеют контактные выводы в виде лепестков.

Отдельный тип представляют оребренные ТЭНы- ТЭНР , которые применяются в сушках стиральных машин . Оребренные трубчатые электронагреватели представляют собой обычный трубчатый нагревательный элемент, на поверхностной оболочке которого закреплена стальная лента, выполняющая роль радиатора. Благодаря прикреплённой ленты площадь поверхности увеличивается, соответсвенно растёт и теплоотдача электронагревателя. При направлении потока воздуха через такой вид ТЭНР достигается значительное увеличение теплообмена и увеличения передаваемой тепловой мощности. Оребрению подвергаются ТЭНы диаметром от 8 до 16 мм, используется для этих целей лента шириной от 5.5 до 10 мм, толщиной 0,3 мм. Материалы для оребрения: сталь черная, нержавеющая, алюминий. Дополнительно для улучшения крепления ТЭНР устанавливаются в оборудование крепежные пластины и штуцера.

ТЭНы со стальной или нержавеющей оболочкой с дополнительной оболочкой из фторопластовой трубки применяются в гальванических ваннах химического производства для разогрева агрессивных растворов концентрированных щелочей, кислот, растворов хромирования и др.

Данный тип ТЭНов изготавли вается только в погружном варианте, с креплением на верхней кромке ванны (выше максимального уровня раствора)

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 .

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: P расч = (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 - 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.