Тэн воздушный U образный, оребренный: когда обычный нагреватель не справляется

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

Представьте: воздуховод приточной вентиляции на 15 000 м³/ч. Заказчик требует нагреть воздух с -15 °C до +25 °C. Напряжение 380 В, габариты кожуха - 500 на 600 мм. Если поставить прямые трубки, либо не хватит поверхности теплообмена, либо они упрутся в стенки корпуса. Решение - тэн воздушный U образный, оребренный.

Почему оребрение и почему U-форма

Любой трубчатый нагреватель в воздушной среде отдает тепло медленнее, чем в воде. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху - порядка 10-30 Вт/(м²·°C), против 300-1000 Вт/(м²·°C) в воде. Чтобы компенсировать и не греть трубку до красна, на неё насаживают стальные или алюминиевые ребра. Они увеличивают площадь контакта с потоком в 3-6 раз.

U-образная конфигурация решает задачу компоновки. Две ноги в одну сторону - можно закрепить нагреватель на фланце и вывести контакты на одну сторону. Типичный пример: межосевое расстояние 80-150 мм, а длина ног - от 300 до 2000 мм. При мощности 2,5-4,5 кВт на один U-образный элемент этого достаточно, чтобы прогреть средний канальный нагреватель.

Удельная мощность: найти границу

Главный параметр, за которым мы следим - удельная поверхностная мощность (W/cm²). Для воздуха она жестко ограничена, иначе трубка перегорит за 200-300 часов.

| Условия обдува | Рекомендуемая нагрузка, Вт/см² |

|---|---|

| Скорость воздуха 2-5 м/с | 3-5 |

| Скорость воздуха 5-10 м/с | 5-8 |

| Слабый обдув (естественная конвекция) | 1,5-2,5 |

На каждые 0,5 кВт сверх нормы температура спирали внутри ТЭНа поднимается на 20-30 °C. Нихромовая проволока с опорой на периклаз еще терпит 700-800 °C, но точка - ее ресурс падает в 4 раза. Поэтому в плотных пучках, где ребра перекрывают друг другу поток, мощность снижают на 15-20%.

Пример: оребренный U-образный ТЭН длиной ноги 600 мм с диаметром трубки 12 мм и ребрами 30×30 мм имеет рабочую поверхность около 2000 см². При скорости обдува 6 м/с допустимая мощность - 10 кВт (из расчета 5 Вт/см²). Если пытаться снять 15 кВт - срок службы упадет с 10 000 часов до 1 500.

Материалы: трубка и ребра

Трубка - чаще всего нержавейка AISI 304. Для агрессивных сред (сероводород, хлор) берут AISI 321. Минимальная толщина стенки - 1,2 мм, иначе ребра быстро прорвут.

Ребра - сталь или алюминий. Сталь (обычно оцинкованная) работает до +400 °C на поверхности трубки. Алюминий - до +250 °C, но дает +30% к теплоотдаче. Цена алюминиевого оребрения на 10-15% выше стального, но при равной мощности элемент получается компактнее на 15-20%.

Рекомендация: если температура воздуха на выходе выше +80 °C - берите стальные ребра и трубку из AISI 304 с толщиной стенки 1,5 мм. Для вентиляции, кондиционирования и тепловых завес с выходом +35…+45 °C - алюминий экономически выгоднее.

Монтаж и крепление

U-образный воздушный ТЭН крепится через стальной фланец либо на резьбовой штуцер. Вариант с фланцем (под прокладку) - для канальных нагревателей мощностью 3 кВт и выше. Размер фланца: от 80×80 мм (для 2-х ног) до 150×400 мм (для 4-6 элементов в сборке).

Резьба M16-M24 используется для монтажа в трубу или в стенку калорифера. Длина резьбовой части - 20-30 мм, в зависимости от толщины стенки.

Обязательно: тепловое реле с гильзой (термостат аварийного отключения). Датчик ставят между ногами U-образного элемента, в зону самого горячего воздуха. Порог отключения - +90 °C (для стандартной вентиляции) или +120…+140 °C (для сушильных камер).

FAQ

Коротко

U-образный оребренный ТЭН для воздуха - компромисс между габаритами теплообменника и мощностью. Для типовой задачи: скорость обдува 5 м/с, трубка AISI 304, ребра стальные, поверхностная нагрузка 5 Вт/см². Нарушил баланс - вышел гореть.