ТЭН для нагрева воздуха в вентканале флексопечатной машины до 120°C

42 кВт, именно столько нужно блоку ТЭН, чтобы поднять 1134 м³/ч воздуха с 25°C до 120°C в канале 350×180 мм с запасом на потери. Гладкая трубка в таком коротком канале физически не укладывается в допустимую ваттную нагрузку, нужен оребрённый элемент. Дальше: формула расчёта, таблица по сечениям, проверка ваттной нагрузки и чек-лист для заявки.

Зачем воздуху в вентканале печатной машины 120°C

Во флексографской печати краска сохнет между секциями, пока оттиск идёт дальше по машине. Водно-дисперсионные и спиртовые краски на плёнке и бумаге закрепляются горячим воздухом, который продувают через короб над или под полотном. 120°C на выходе из вентканала типичная рабочая точка для такой сушки: ниже краска не успевает высохнуть на скорости печати и следующая секция смазывает слой, выше растёт риск деформации тонкой плёнки и пересушки красочного слоя до растрескивания.

Нагревать такой объём воздуха электричеством проще всего трубчатым блоком прямо в канале: компактно, нет открытого пламени около растворителей, точная регулировка по термопаре на выходе.

Формула расчёта мощности и пример на 350×180 мм

Мощность нагрева воздушного потока считается через его объёмную теплоёмкость:

P (кВт) = 0,335 × L × ΔT / 1000, где L: расход воздуха, м³/ч; ΔT: перепад температур, °C; 0,335 Вт·ч/(м³·°C): теплоёмкость воздуха при нормальных условиях.

Пример для вентканала сечением 350×180 мм (0,063 м²) при скорости потока 5 м/с:

L = 0,063 × 5 × 3600 = 1134 м³/ч

Воздух у печатной машины обычно теплее цехового за счёт электроники и моторов самой машины, берём вход 25°C, выход 120°C, ΔT = 95°C:

P = 0,335 × 1134 × 95 / 1000 = 36,1 кВт

Это идеальная цифра без потерь через стенки короба и без учёта неравномерности потока по сечению. Запас 15% поднимает её до 41,5 кВт, на практике берут готовый блок 42 кВт, собранный из 6 элементов по 7 кВт.

Таблица подбора мощности по сечению канала

Расчёт для скорости потока 5 м/с и входа 25°C, выхода 120°C (ΔT = 95°C):

Если у вас уже стоит вентилятор с известной паспортной производительностью, расход берите из него, а не из скорости потока, так точнее.

Ваттная нагрузка: почему гладкая трубка тут не годится

Активная длина трубчатого элемента в таком вентканале ограничена шириной самого короба, для 350 мм это реально около 300 мм с учётом вывода контактов за стенку. Берём трубку ⌀13 мм, элемент на 7 кВт, активную длину 30 см.

Для гладкой трубки площадь теплоотдачи S = π × d × L = 3,14 × 1,3 × 30 = 122,5 см². Ваттная нагрузка q = P / S = 7000 / 122,5 = 57,1 Вт/см². Для воздуха с принудительным обдувом допустимый коридор 5-7 Вт/см², то есть гладкая трубка такой длины превышает норму в 8-10 раз: оболочка перегорит в первые часы работы.

Чтобы гладкая трубка держала 7 кВт в пределах нормы, активная длина должна быть 2,45-3,43 м, что в короб 350 мм не поместится никак, только сложной гнутой или многоходовой формой.

Оребрение решает это без игр с длиной: рёбра увеличивают площадь теплоотдачи в 8-10 раз без изменения активной длины. Для той же трубки 30 см с рёбрами S ≈ 1225 см², q = 7000 / 1225 = 5,7 Вт/см², прямо в середине допустимого коридора. Поэтому для коротких вентканалов оребрённый элемент не вопрос предпочтения, а единственный рабочий вариант при разумном числе элементов в блоке.

Материал оболочки и напряжение питания

По умолчанию берём углеродистую сталь 10: она держит температуру оболочки до 450°C, а рабочая температура трубки при 120°C воздуха и описанной ваттной нагрузке заметно ниже этого предела. Нержавейку AISI 304 или 08Х18Н10Т ставим только если в испарениях красок есть агрессивная химия, для типичных водно-дисперсионных и спиртовых красок обычной флексопечати это не требуется.

Блок на 42 кВт в однофазном исполнении 220В даёт ток 42000 / 220 ≈ 191 А, это уже отдельный силовой щит и толстый кабель. На 380В тремя фазами по схеме звезда фазное напряжение 220 В, фазный ток 14000 / 219 ≈ 64 А на каждую из трёх фаз, разводка гораздо реалистичнее для линии такой мощности. Поэтому блоки от 15-20 кВт и выше делают трёхфазными.

Защита от сухого хода: обязательная блокировка по потоку

ТЭН в вентканале охлаждается только проходящим воздухом. Если вентилятор встал, а напряжение на блоке осталось, трубки перегреваются за секунды, магнезитовая изоляция от локального перегрева начинает разрушаться быстрее, чем успеет сработать обычная термозащита на корпусе машины.

Правильная схема: датчик потока или перепада давления на вентиляторе блокирует пускатель нагрева, пока вентилятор не выйдет на рабочие обороты, и отдельный аварийный термостат на самом блоке ТЭН, срабатывающий независимо от основной автоматики машины, например на 180-200°C. Элементы можем поставить отдельно под ваш щит или собрать блок вместе с термостатом и регулятором, это уточняется в заявке.

Что прислать для расчёта

• Сечение вентканала в мм, или уже готовый расход воздуха в м³/ч
• Скорость потока, если известна, или паспортную производительность вентилятора
• Температуру воздуха на входе (цеховую, у машины) и нужную на выходе, если не 120°C
• Напряжение питания линии: 220 или 380В, сколько фаз подведено к машине
• Материал и теплоизоляцию короба: от этого зависят реальные потери, а не только идеальный расчёт
• Какие краски и растворители используются, это влияет на выбор материала оболочки
• Посадочный узел: фланец, резьбовой штуцер или готовый вырез под старый нагреватель при замене

Частые вопросы

Похожие темы в блоге: оребрённый воздушный ТЭН для вентиляции, расчёт мощности канального нагревателя воздуха и канальный нагреватель для воздуховода.

Автор: Руслан Садыкбаев, производство ТЭН с 2017 года.