Статья в промышленном каталоге статей.
Электрические нагреватели для термопластавтоматов, экструдеров, пресс-форм и другого технологического оборудования предназначены, как правило, для нагрева в воздушной среде различных деталей и узлов до температуры не более 400ºС.
Передача тепла от теплогенерирующего элемента (далее ТГЭ) к нагреваемому объекту при отсутствии воздушных зазоров на этом участке осуществляется за счет теплопроводности, а при наличии воздушных зазоров - за счет теплопроводности и излучения.
Так как передача тепла излучением при низких температурах ТГЭ неэффективна, то на практике используют температуры 1000ºС и более.
При этом ресурс работы ТГЭ оказывается небольшим. Кроме этого, разогрев до таких температур требует значительных затрат электроэнергии, то есть КПД нагревателей с лучистым теплообменом мал.
Отсутствие воздушных зазоров между ТГЭ и нагреваемым объектом позволяет свести к минимуму термическое сопротивление на участке ТГЭ – нагреваемый объект и передать тот же самый тепловой поток, что и электрические нагреватели с лучистым теплообменом, при значительно более низкой температуре ТГЭ, а, следовательно, увеличить ресурс его работы, повысить КПД и уменьшить энергопотребление электронагревателей.
Поскольку по ТГЭ идет ток, как правило, с опасным для жизни человека напряжением, то он должен иметь надежную электрическую изоляцию от оболочки электрического нагревателя и нагреваемого объекта. Изоляция должна хорошо проводить тепло и работать при температурах ТГЭ. В современных электронагревателях преимущественно используются следующие изоляторы:
Электрические нагреватели с керамическими наборными изоляторами передают тепло нагреваемому объекту практически только излучением, имеют максимальные плотности теплового потока до 8 Вт/cм², но в большинстве случаев не соответствуют технике безопасности, имеют малый ресурс работы, большую массу и габариты, энергоемки и уступают практически по всем параметрам элоктронагревателей с другими изоляторами. Если учесть, что при этом они имеют еще и высокую стоимость, то это делает их неконкурентоспособными – см. статью "Керамические нагреватели – вчерашний день промышленного нагрева".
Электрические нагреватели с керамическими изоляторами в виде «обмазки» спиралевидных ТГЭ передают тепло нагреваемому объекту за счет теплопроводности, имеют максимальные плотности теплового потока до 15 Вт/см², но используются, как правило, для малых объектов, так как при «обмазке» спиралевидных ТГЭ большого диаметра резко увеличивается их размеры, масса и растет энергопотребление. Стоимость электрогагревателей с такими изоляторами велика.
Электрические нагреватели с изоляторами из слюдосодержащих материалов передают тепло нагреваемому объекту за счет теплопроводности, имеют максимальные плотности теплового потока до 8,5 Вт/cм², неограниченны размерами нагреваемого объекта, имеют высокий КПД и малое энергопотребление, большой ресурс работы и высокую надежность работы в необходимых диапазонах рабочих температур, могут иметь высокую степень защиты оболочки от воздействия окружающей среды, малую толщину, массу и тепловую инерцию, дешевле чем электрические нагреватели с керамическими изоляторами. Однако технический уровень таких электрических нагревателей сильно зависит от уровня разработки и технологии изготовления. Это подтверждается цифрами, указанными в разделе "Карта технического уровня".
Как видно из таблицы, максимальная плотность теплового потока, в зависимости от поставщика, колеблется от 4 и ниже до 8,5 Вт/cм². Наиболее высокие показатели среди поставщиков имеют "Watlow" и "БелТерм".
Электрические нагреватели с изоляторами из периклазов и аналогичных порошковых материалов цилиндрической и прямоугольной формы (ТЭНы, патронные) выпускаются давно, хорошо известны, гостированы еще в бытность СССР и в рассматриваемом классе оборудования используются редко. К современным электронпагревателям с такими изоляторами можно отнести канальные нагреватели (спиральные нагреватели) для горячеканальных пресс-форм. Они изготавливаются из прямоугольных труб малого сечения и могут завиваться в цилиндрическую спираль. Способ передачи теплового потока к нагреваемому объекту - теплопроводность и излучение, рабочие температуры на поверхности электронагревателя более 700ºС.
Поскольку передача теплового потока к нагреваемому изделию в этих электрических нагревателях происходит через воздушные зазоры, то их КПД невелик, а затраты энергии и стоимость большие. Несколько улучшить энергетические характеристики таких электрических нагревателях позволяет использование наружных рефлекторных труб и внутренней оболочки, устанавливающейся на нагреваемый объект по плотной посадке. При этом стоимость электронагревателей становится еще больше, а сложность монтажа на нагреваемый объект увеличивается.
В качестве альтернативы, указанным выше электрическим нагревателям, в большинстве случаев для объектов, имеющих диаметры 25 мм и более, значительно дешевле и проще использовать кольцевые нагреватели семейства "ThermoRang 8,5" (поставщик "БелТерм"), передающие тепловой поток объекту теплопроводностью и имеющие более высокие показатели по надежности и энергопотреблению.
Разнообразие конструкций нагреваемых объектов определяет и разнообразие конструкций электронагревателей.
Сегодня на рынке современных электрических нагревателей представлены кольцевые (они же хомутовые, бандажные, обручевые), в том числе, раскрываемые для установки на нагреваемый объект и заменяющие в большинстве случаев полукольцевые и дугообразные, но имеющие упрощенный монтаж и подключение, плоские, спиральные и т.д. со всеми видами изоляторов, перечисленными выше.
При этом наилучшее соотношение "цена - качество" имеют высококачественные электрические нагреватели с изоляторами из слюдосодержащих материалов таких поставщиков как "WATLOW" и "БелТерм". Располагая технологиями изготовления электронагревателей с плотностью теплового потока до 8,5 Вт/cм², они могут создавать высоконадежные компактные конструкции кольцевых, плоских и др. электрических нагревателей, просто встраиваемых в современное технологическое оборудование, и в большинстве случаев заменять устаревшие энергоемкие электрические нагреватели.
При закрывании задвижек запорный элемент не встречает заметного противодействия среды, так как движется перпендикулярно потоку, то есть необходимо преодолеть только трение. Площадь уплотнительных поверхностей задвижек невелика, и благодаря этому задвижки обеспечивают надежную герметичность.