Тэны воздушные, оребренные: как не прогадать с мощностью и плотностью

Фото из каталога ТЭН-Миасс. Изготовление по образцу или чертежу.

В цехе сборки вы столкнулись с ситуацией: камера сушки окраски "висит" на 90°C, хотя проектная температура - 150°C. Поставили три ТЭНа по 3 кВт в закрытый канал, а толку нет. Вскрытие показало: воздушные ТЭНы взяли гладкие, с удельной мощностью 2,5 Вт/см², но при обдуве 2 м/с теплоотвод оказался вдвое ниже расчетного. Знакомая картина. Тэны воздушные, оребренные ставят именно для того, чтобы не гадать на кофейной гуще.

Почему воздушные ТЭНы делают оребрёнными

Гладкий ТЭН в потоке воздуха при естественной конвекции выдает до 0,6 Вт/см². Принудительный обдув поднимает отдачу до 1,5-2 Вт/см², но это предел. Оребрение увеличивает площадь теплообмена в 3-5 раз. Стальная лента 0,5 мм толщиной, навитая с шагом 3-5 мм, превращает 1 кВт мощности в 2,5-3 кВт отдачи при той же длине трубки.

Пример: для сушильного шкафа объемом 6 м³ до 200°C при скорости обдува 3 м/с берем оребренный ТЭН 3 кВт, длиной 600 мм, с оребрением 80х80 мм. Гладкий аналог пришлось бы ставить 5 кВт - габариты и расходники выросли бы на 40%.

Расчёт мощности для плотного оребрения

Частая ошибка - брать стандартный ТЭН 1 кВт на 1 м³ для сушки воздуха. Оребрение меняет картину. Надо считать по тепловому балансу:

• мощность (Вт) = плотность воздуха (кг/м³) × объемный расход (м³/с) × теплоемкость (Дж/кг·°C) × ΔT (°C).

Для воздуха при 20°C: 1,2 кг/м³ × 1000 Дж/кг·°C. Если нужно поднять температуру в потоке 1 м³/с на 100°C, требуется 1,2 × 1 × 1000 × 100 = 120 кВт. Оребренный ТЭН 3 кВт справится с таким потоком только при плотном оребрении и скорости обдува не ниже 5 м/с. Иначе перегрев трубки выше 400°C - и металл трубки начинает окисляться.

Материалы и типы оребрения

Алюминиевое оребрение - самый дешевый вариант, но для температур выше 250°C алюминий теряет жесткость. Стальное оребрение (нержавейка AISI 304 или 321) держит до 600°C. Для агрессивных сред - выхлопные газы, химические пары - ставим оребрение из AISI 316L с толщиной ленты 0,8 мм.

Шаг навивки: 3 мм - для плотного потока с высокой скоростью (более 4 м/с), 5 мм - для средних скоростей (2-3 м/с), 7 мм - для естественной конвекции. Если шаг меньше 3 мм, зазор забивается пылью - эффективность падает вдвое за месяц работы.

Монтаж и замена оребрённых ТЭНов

Оребренные ТЭНы нельзя ставить вплотную к стенкам - зазор минимум 20 мм. Иначе перегревается зона над контактными стержнями. Также учитывайте, что оребрение увеличивает аэродинамическое сопротивление. Для канала сечением 200х200 мм с ТЭНом 3 кВт и оребрением 80 мм падение давления - 15-20 Па на 1 метр. Вентилятор должен иметь запас по напору хотя бы 30%.

При замене старого ТЭНа проверяйте сопротивление изоляции: минимально 20 МОм при 25°C. Если оно ниже 5 МОм - менять без вариантов. Срок службы оребренных ТЭНов при правильном режиме - 8000-10000 часов.

FAQ

Что дальше

При подборе оребренного ТЭНа первым делом считаете тепловую мощность, потом скорость обдува, потом шаг оребрения. Удельная мощность должна быть ниже 2,5 Вт/см², иначе перегрев трубки и короткий срок службы. Если сомневаетесь в режиме - берите с запасом по длине, а не по мощности. Лучше ТЭН 3 кВт длиной 800 мм, чем 5 кВт длиной 400 мм - перегрева не будет, а регулировка решится контроллером.