Наиболее полно отвечают следующие материалы

1. Хромоникелевые сплавы (нихромы)

2. Хромоалюминиевые сплавы (фехраль)

3. Хромоникельалюминиевые сплавы

4. Нержавеющие стали содержащие хром, никель, титан.

5. Сплавы, содержащие медь, никель …

Различают 2-е, 3-е нихромы

Х20Н80-Н

2-й нихром содержит около 80% никеля и 20% хрома

3-й нихром кроме никеля и хрома ходит железо.

Чем выше никеля в сплаве, тем выше качество нагревателя и выше цена.

Более дешевым является фехрали, но они мене прочные, технологичные.

Пример Х13Ю4 – хром 13%, алюминий 4%, остальное железо

Фехраль применяют при температуре до 700^оС.

В сельском хозяйстве для низкотемпературных и распределительных нагревателей применяют нержавеющую сталь и высокоуглеродистую сталь.

 

Материалы для электрических нагревателей

№	Материал	r20*10^-6 Ом*м	a*10^-6 1/С^о	t^оmax^oС	t^оплавл^oС
1	Нихром двойной	1,20	16,5	1200	1400
2	Нихром тройной	1,10	16,3	1100	1390
3	Фехраль	1,26	17	900	1450

a - температурный коэффициент

r- удельное сопротивление.

Снижение сечения приводит к уменьшению габаритов, металлоемкости нагревателя, так как позволяет получить необходимое сопротивление при меньшей длине проводника, при этом увеличивается температура проволоки, что уменьшает срок ее службы.

t_раб < t_max

Допустимы нагрузки (А) на нихромовую проволоку, подвешено горизонтально в спокойном воздухе, при 20 ^оС

Диаметр проволоки	Площадь сечения	Допустимые токовые нагрузки при температуре tр; А
		200	400	600	700	800	900	1000^оС
0,2	0,0314	0,65	1,03	1,4	1,65	1,82	2,0	2,3
0,3	0,085	1,05	1,63	2,27	2,7	3,05	3,4	3,85
0,4	0,126	1,5	2,34	3,3	3,85	4,4	5,0	5,7
0,5	0,196	2,0	3,15	4,5	5,2	5,9	6,75	,7,7
0,6	0,283	2,52	4,0	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,7	0,385	3,1	4,8	6,95	7,8	9,1	10,3	11,8
0,8	0,503	3,7	5,7	815	9,5	10,8	12,3	14,0
0,9	0,636	4,25	6,7	9,35	10,45	12,3	14,5	16,5
1,0	0,785	4,85	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
1,1	0,95	5,4	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,2	1,13	6,0	9,8	14,0	15,8	18,7	21,6	24,3
1,3	1,33	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,4	1,54	7,25	12,0	17,4	20,2	23,3	27,0	30,0
3,0	7,07	22,3	37,5	54,5	64,0	77	88	102,0
5,0	19,6	52,0	83,0	105,0	124,0	146,0	173,0	206,0

 

В реальных условиях конструкция нагревателя и параметры среды могут отличаться от стандартных табличных, следовательно, и температура проволоки будет отличаться от расчетной таблицы.

Расчетная температура

t_p^o=К_мК_сt_раб

К_м – коэффициент монтажа Км < 1; Км=1 для стандартных условий

Кс – коэффициент среды Кс < 1;Кс=1 для стандартных условий

T_раб – рабочая температура нагревательного элемента

Км – учитывает ухудшение теплоотдачи от нагревательного элемента в реальном устройстве (нагревателе) (меньше 1 è температура падает)

Кс – учитывает уменьшение теплоотдачи в зависимости от среды

 

Коэффициент монтажа Км для нагревателей сопротивлений

 

Конструктивное исполнение	Км
Проволока натянута горизонтально	1
Проволока на огнестойком каркасе	0,7
Проволочная спираль в воздухе	0,8…0,9
Проволочная спираль на огнеупорном держателе	0,6…0,7
Нагревательный элемент между двумя слоями огнеупорной изоляции	0,5…0,6
Нагревательное сопротивление в герметизированном исполнении	0,3…0,4

 

Для различных условий нагревателя	Кс
В спокойном воздухе	1
В воздушном потоке, скорость которого 1 3 5 10м/с	1,1 1,8 2,1 3,1
В спокойной воде	2,5
В потоке воды	3…3,5

Расчет по рабочему току ведут в следующей последовательности:

1. Определяем рабочий ток нагревателя I = P /U n [A]

N – количество нагревателей

Р – мощность нагревателей

2. Выбираем материал нагревательного элемента (нихром, фехраль…)

Определяем рабочую температуру t_раб

3. Определяем коэффициент монтажа и среды и рассчитанную температуру            (t_p K_c K_м=t_р)

4. По рабочему току и расчетной температуре находим диаметр проволоки D и площадь сечения из двух значений берут большее.

5. Определяем длину проволоки на один нагревательный элемент.

l = U S / r ₂₀ (1+ a (t_раб -20⁰))I

    r_{20 –} удельное сопротивление при 20⁰

    a - температурный коэффициент

I- рабочий ток

S –площадь сечения

T_раб – рабочая температура

U - напряжение

6. Определяем другие геометрические размеры нагревателя (например для спирали)

Диаметр витков спирали = 8…10 диаметра проволоки

Шаг спирали h=2…6 диаметра проволоки

Число витков спирали

Длина спирали l_с= n_ch

Электрические нагреватели

ТЭН – трубчатый электрический нагреватель

Основные характеристики тэнов

 

№	Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки тэна	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Удельная мощность Вт/см^2 не более	Материал оболочки и температура на оболочке	Ресурс токов (срок службы), ч
1	Р	Вода, слабые растворы щелочи	Нагрев, кипячение	15	Сталь 10-20	7000
					До 450^о
2	С	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в спокойном и движущемся воздухе до 1,5 м/с	2,2	Ст 10 Ст 20	11000
					Более 450
3	Т	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в спокойном и движущемся воздухе до 1,5 м/с	5	Нержавеющая сталь 12Х80Н10Т	11000
					Более 450
4	О	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость 6м/с (не менее)	5,5	Ст 10 Ст 20	11000
					До 450^0С
5	К	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость 6м/с (не менее)	6,5	12Х80Н10Т	11000
					450^0С
6	Н	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость не более 6м/с	5,1	12Х80Н10Т	11000
					450^0С
7	И	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и других емкостях	3	Ст 10 Ст 20	7000
					До 300^0С

 

Условные обозначение ТЭН

	1		2		3		4		5		6

ТЭН 

 

1. Развернутая длина тэнов, см (25, 12см)

2. Условное обозначение длины контактного стержня (А-40мм; Б-65мм; В –100мм; Г –125мм; Д – 160мм; Е – 250мм; Ж – 400мм; З – 630мм;)

3. Наружный диаметр тэнов, мм

4. Номинальная мощность, кВт

5. Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки (таблица)

6. Номинальное напряжение, В

 

Конструкция ТЭН

1. металлическая трубка

2. нагревательная спираль

3. контактный стержень

4. огнеупорный состав

5. периклаз (кристаллическая окись магния)

6. изоляционная пробка

 

Преимущества

1. Электрическая безопасность

2. Большой срок службы

3. Возможность использования в различных средах

Во всех без исключения случаях применения тэнов необходимо применение дополнительных мер электрической безопасности, защищающий обслуживающий персонал от токов проходящий по контактным стержням.