Главная » Статьи » Оборудование

Трубчатые нагревательные элементы - ТЭН

1. История возникновения ТЭН.

Первый патент на нагревательный элемент из стальной проволоки с керамическим изолятором заключенным в металлическую трубку получен в США в 1859г.  г Симпсоном. Но промышленное производство началось только через полвека после изобретения в США сплава с высоким удельным сопротивлением -Х20Н80- известного как нихром. 

В 1918г. Компания General Electric получила патент на нагревательный элемент с металлической оболочкой наполненной изоляционным порошком который фиксирует положение спирали благодаря редукции (обжатию). 
В последующие годы появилось еще много различных патентов которые в основном запрещали производство ТЭН за пределами США. И только после Второй мировой войны способ получения ТЭН при помощи порошка стал известен за пределами США.

В 1955г. Компания Kantal заключила соглашение с г.Стерлингом А Оукли (который сконструировал станки для навивки спиралей, наполнения трубок порошком и редуцирования засыпанных трубок.) и получила разрешение на изготовление оборудования и производство ТЭН. в 1980 г. Действие соглашения закончилось и началось распространение оборудования фирмы Kantal по всему миру. Несмотря на продолжительный период времени большинство нагревателей производят на оборудовании которое работает по принципам разработанным г.Стерлингом А Оукли  в 1940Х- 50Х годах.

2. Типы ТЭН.

ТЭН различают: 

По сечению.

  • Круглые
  • Овальные
  • Треугольные
  • Трапециевидные

По количеству выводов.

  • Двух концевые
  • Одно-концевые (патронные, коротко замкнутые.)

По количеству нагревательных спиралей в одной трубке.

  • С одной.(классический)
  • С двумя. (ТЭН типа Мечта)
  • С тремя. (трех фазный ТЭН овального сечения)

3. Арматура для закрепления ТЭН.

Для крепления ТЭН в рабочей среде применяют различные виды арматуры:
- Фланцы (типа ТЭНБ).
- Штуцера сборные.
- Штуцера монолитные.
- Различные пластины (ТЭН для грилей, каменок, эл. печей)

Для закрепления арматуры используют различные технологические приемы :
- Обжимка.
- Сварка.
- Пайка.

4. Основные методы производства ТЭН.

Существует 3 основных метода производства ТЭН:

  1. Метод Бакера (Норвегия 1928г.)
  2. Метод с разрушаемой керамической трубкой (применялся в Европе  с 1930х годов). 
  3. Метод порошковый (Основной)

Метод Бакера (Норвегия 1928г.) преобразование чистого магния непосредственно в трубке в окись магния в среде водных паров под высоким давлением с последующим отжигом.

Метод с разрушаемой керамической трубкой (применялся в Европе  с 1930х годов). При изготовлении используются керамические трубки спекаемые при низкой температуре. В трубке имеется два или более отверстий в зависимости от количества спиралей в нагревателе. При условии заполнения спиралей внутри оксидом магния и последующим редуцированием получают ТЭН высокого качества. В процессе редуцирования керамический стержень разрушается не принося вреда спирали т.к. он мягкий. 

Метод порошковый (Основной)
В качестве изолирующего материала используется оксид магния (Периклаз). Трубки заполняют порошком на специальных засыпных станках, одновременно происходит центрация спирали относительно трубки и уплотнение порошка за счет встряхивания (вибрации) и дальнейшего редуцирования на прокатных станах. При этом твердость трубки увеличивается из-за механического упрочнения при прокатке, и чтобы выполнить гибку ТЭН часто требуется произвести низкотемпературный отжиг. 

После проведения прокатки нагреватели вытягиваются неравномерно из-за невозможности обеспечить одинаковое уплотнение порошка (вибрация и подача песка), кроме того, требуется удалить полиэтиленовые втулки которыми закрываются торцы трубки, чтобы не высыпался песок. Производится операция подрезки торцов ТЭН. 

Затем ТЭН маркируется на прессе ударным способом при помощи наборных клейм. Далее происходит операция гибка ТЭН (при необходимости). Следующая операция очень важна – сушка ТЭН при температуре 180°С и заливка его специальным термостойким лаком, сушка лака, проверка ОТК, закрепление штуцеров или фланцев (если требуется) и окончательная сборка (Изоляторы, шайбы, гайки) 

5. Основные преимущества ТЭН.

  • Легкость получения различных форм.
  • Разнообразие выбора материала оболочки ТЭН.
  • Хорошая механическая прочность.
  • Спираль надежно изолирована и нет опасности удара током при случайном прикосновении к оболочке
  • КПД ТЭН ≈97%
  • Тепло передается различными способами:
  1. Конвекция
  2. Теплопроводность
  3. Радиация
  4. Возможность использования при низких и средних температурах.
  5. Возможность организации массового производства
  6. Возможность организации мелкосерийного производства.