ТЭНП 630×20 мм для фильеры экструдера: расчёт мощности

Контактная площадь плоского ТЭНП с активной длиной 630 мм и диаметром заготовки 20 мм составляет около 396 см². При допустимой для сухого контактного нагрева удельной нагрузке 3-5 Вт/см² это даёт рабочий диапазон 1250-2000 Вт. Питание: фазное напряжение около 220 В, напрямую от однофазной сети или по схеме звезда в группе из трёх элементов на 380 В.

Плоский ТЭНП закреплён прижимными планками на фильерной плите, контактные выводы расположены на сухой стороне.

Два изделия под одной аббревиатурой: не перепутать

ТЭНП у разных производителей означает разное, и путаница здесь дорого обходится, потому что один нагреватель физически не встанет на место другого.

Патронный ТЭНП: прямая цилиндрическая трубка с односторонним выводом контактов. Вставляется в глухое отверстие, высверленное в теле металла, и греет его изнутри. Подробно устройство разобрано в статье про патронные нагреватели.

Плоский ТЭНП: та же трубка, но опрессованная в плоский или слабоизогнутый профиль и закреплённая снаружи, на поверхности или в фрезерованном пазу. Он не проникает в металл, а прижимается к нему планками, болтами или скобами. Для фильерной плиты экструдера, где обычно нет подходящего глухого отверстия нужной глубины, но есть плоская или цилиндрическая внешняя поверхность, нужен именно этот тип.

Где плоский ТЭНП стоит на экструдере

Фильера: выходной узел экструдера, формующая головка, через которую расплав продавливается в профиль, трубу, плёнку или лист. Температуру здесь нельзя задавать «на глазок»: если расплав остынет на выходе, изделие пойдёт с раковинами и неравномерной толщиной стенки, если перегреется, начнётся термодеструкция полимера. Хомутовые нагреватели, которые ставят на цилиндрическую часть ствола, туда не подходят: у фильерной плиты часто плоские грани, фланцы и выступы сложной формы, под которые проще согнуть и прижать плоский элемент, чем обхватывать кольцом.

Плоский ТЭНП крепят на боковых гранях плиты, вокруг посадочного отверстия под дорн или по контуру разъёма, разбивая на 2-4 зоны с отдельными термопарами, так же как зонируют ствол, только форма контакта другая.

Таблица подбора по контактной площади

Мощность плоского ТЭНП считают не по стандартному ряду, а по реальной площади контакта. Площадь растёт с длиной и диаметром заготовки, а диапазон 3-5 Вт/см² ограничивает её сверху: после него плотный металл-металл контакт перестаёт держать ресурс.

Строка 630×20 мм разбирается в этой статье: площадь 395,8 см², практический рабочий диапазон 1190-1980 Вт, оговорки про качество прижима ниже в тексте.

Как считать мощность: формула и пример из заявки

Опрессовка меняет форму поперечного сечения трубки, а не площадь её боковой поверхности: она остаётся той же, что у исходной круглой заготовки. Поэтому площадь считают по той же формуле, что и для обычного трубчатого ТЭНа:

S = π × d × L

Для заявки с активной длиной L = 630 мм = 63 см и диаметром заготовки d = 20 мм = 2 см:

S = 3,14 × 2 × 63 = 395,8 см²

Дальше мощность P = q × S, где q означает удельную контактную нагрузку. Для сухого прижима металл-металл без термопасты, через планки с умеренным усилием, закладывают нижнюю половину диапазона, q ≈ 3,5-4 Вт/см²:

P = 4 × 395,8 ≈ 1583 Вт

В той заявке плита была разбита на две зоны, под каждую взяли по одному элементу на 1600 Вт, ближе к верхней границе, потому что заказчик предусмотрел термопасту и усиленный прижим, а значит теплоотвод с контактной зоны лучше номинала.

220 или 380 В: как подключают плиту фильеры

Один ТЭНП мотается под фазное напряжение около 220 В независимо от того, как потом его включат в сеть. На практике вариантов два:

• Плита с одной-двумя зонами на небольшом экструдере: каждый элемент напрямую в однофазную сеть 220 В.
• Плита с тремя и более зонами на промышленной линии, где подведена трёхфазная сеть 380 В: три одинаковых ТЭНП соединяют звездой, и фазное напряжение на каждом элементе всё равно около 220 В.

Сопротивление и ток считаются от этого фазного напряжения, а не от линейных 380 В:

Коридор несимметричный: ГОСТ 13268-88 нормирует допуск по мощности +5/−10 %, а не по сопротивлению. Расчёт одного значения разобран подробно в статье про сопротивление ТЭНа 1 кВт, здесь та же логика, только с другой базовой мощностью.

Ток на фазу при соединении звездой считают по той же формуле, что и для хомутовых нагревателей на стволе: I = P / (√3 × U), где U это линейное напряжение 380 В, P это суммарная мощность группы. Для трёх элементов по 1600 Вт в одной группе: суммарная мощность 4800 Вт, I = 4800 / (1,73 × 380) ≈ 7,3 А на фазу.

Материал оболочки: сталь 10 или нержавейка

По умолчанию плоский ТЭНП для фильеры делают из углеродистой стали 10: она держит сухой контактный нагрев без проблем, пока температура оболочки не превышает 450 °C, а среда нейтральна.

Если через фильеру идёт ПВХ, при локальном перегреве он выделяет хлористый водород, который разъедает углеродистую сталь изнутри паза быстрее обычного износа. Для таких линий, а также там, где рабочая температура выше 450-500 °C, по умолчанию берём нержавейку AISI 321 (08Х18Н10Т): держит до 700-750 °C и устойчива к агрессивным испарениям. Разница материалов и когда какой нужен разобрана в сравнении AISI 304, 321 и 316. Общий контекст по нагревателям для пластика дан в статье ТЭН для нагрева пластика.

Что прислать для расчёта

• Эскиз или фото плиты фильеры с местом посадки нагревателя: плоская грань, фланец или паз
• Активная длина контактной зоны в мм (можно фото со штангенциркулем приложенным к детали)
• Диаметр или сечение исходной трубки, если меняете по образцу старого элемента
• Напряжение питания линии: 220 В однофазное или 380 В трёхфазное, и желаемая схема (звезда или отдельные зоны)
• Какой полимер идёт через фильеру (ПЭ, ПП, ПВХ, фторопласт): от этого зависит материал оболочки
• Способ прижима: планки, болты, скобы, предусмотрена ли термопаста
• Маркировка или фото старого нагревателя, если нужна замена по аналогу, а не новый расчёт

Частые вопросы

Автор: Руслан Садыкбаев, производство ТЭН с 2017 года.