Способы, которыми можно нагреть материал в вашем технологическом процессе при помощи проволоки сопротивления, практически безграничны. Чаще всего, когда вы ищете для себя нагревательный элемент, это нагреватель из нихромового сплава.
Причины большой популярности нихромовых нагревателей:
-
Бюджетность.
-
Самый широкий выбор размеров и форм.
-
Универсальность конструкции.
-
Крепкость.
-
Легкость контроля благодаря минимальному изменению сопротивления в зависимости от температуры и срока службы.
-
Устойчивость к термоциклированию.
- Широкая доступность, а это значит, что у вас не будет проблем с заменой нагревателя.
Рис. 1. Передача тепла от нихромовой проволоки к воздуху происходит напрямую, быстро и обеспечивает отличную управляемость.
Формы и размеры
Спираль из неизолированного провода настолько проста, насколько это возможно (рис. 1). Примеры варьируются от фенов до больших воздуховодов с открытой спиралью. Передача тепла от проволоки к воздуху происходит прямо, быстро и обеспечивает отличную управляемость. Убедитесь, что ваш датчик температуры также быстро реагирует и находится рядом с выходным отверстием для воздуха. Во избежание перегорания нагревателя необходимо переключение на быстрое отключение потока. Чтобы свести к минимуму провисание и выдержать перегрев, популярным выбором является никель-хромированная проволока 80/20. Падение давления в нагревателе с открытой спиралью невелико из-за большой доли открытого пространства.
В некоторых инфракрасных нагревателях используются открытые спирали, вставленные в кварцевую трубку – кварцевые ТЭНы, что предотвращает провисание и воздействие оголенного провода. Избегайте использования термина «кварцевый обогреватель» для этой конструкции. Проволока - это нагреватель. Этот термин также неправильно используется для описания большого трубчатого излучающего нагревателя из вольфрама в кварце – галогенной лампы КГТ.
Рис. 2. В обжиговых и муфельных печах может использоваться конструкция с открытой спиралью, но обычно спирали поддерживаются в канавках литой керамической стенки или заделаны в облицовку из керамического волокна.
В печах и сушильных шкафах может использоваться одна и та же конструкция с открытой спиралью, но на этот раз спирали поддерживаются в канавках литой керамической стенки или заделаны в облицовку из керамического волокна (рис. 2). Передача тепла больше излучением, чем конвективная.
Трубчатые нагреватели
Трубчатые нагреватели, обычно называемые ТЭНами, стали универсальным нагревательным элементом в результате широкого распространения в различных бытовых приборах и промышленности (рис. 3). Спираль нагревателя заключена в металлическую трубку, которая плотно набита порошком оксида магния (MgO). Вы видите ТЭНы на плитах, внутри духовок, на погружных нагревателях, вбитыми в пазы плит или отлитыми из алюминия.
Рис. 3. В трубчатых нагревателях спираль нагревателя заключена в металлическую трубку, которая плотно набита порошком оксида магния (MgO).
Важно дать теплу уйти и сделать свое дело, в противном случае провод с уютной изоляцией из MgO быстро перегорит. Воздушные ТЭНы обычно достигают безопасной равновесной температуры, излучая тепло в воздух. Погружные нагреватели легко перегорают, когда они подвергаются воздействию агрессивных жидкостей или когда происходит локальное накопление кальция и других растворенных твердых частиц, которые препятствуют потоку тепла в воду. Обычно на каждом конце нагревателя встроены холодные секции (с низким сопротивлением), чтобы минимизировать тепловую деградацию на концах.
Трубчатые нагреватели предлагаются с выбором материалов оболочки для различных температур и условий окружающей среды. Примерами являются сталь, медь, титан, инколой 800, инколой 840, инконель 600 и нержавеющая сталь 304 и 316.
Нагреватели для машин для обработки пластмасс
Термопластавтоматы, экструдеры и выдувные машины поглощают тепло за счет теплопроводности. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые или плоские нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из слюды или керамики (рис. 4). Конструкция кольцевого нагревателя из литого алюминия состоит из двух половин корпуса, часто включающих водяные или масляные трубы для жидкостного охлаждения или ребра для охлаждения обдувом. Для этого типа важна точная обработка до размеров ствола.
Рисунок 4. В цилиндрах, соплах и фильерах используются кольцевые нагреватели с металлической оболочкой, с изоляцией из миканита или керамики.
Оба типа плотно прижимаются к цилиндрической поверхности, которая принимает тепло (обычно цилиндр) и проводит его через толстую стенку, чтобы расплавить полимер.
Для обеспечения максимального теплового потока сопрягаемые поверхности должны быть чистыми и герметичными, без воздушных зазоров. Повторная затяжка в горячем состоянии улучшает тепловой контакт. Неплотная посадка обязательно приведет к перегоранию ТЭНа и недогреву зоны. Рабочая температура проволоки даже при нормальных условиях может быть на 500 o C выше, чем у полимера. У вас есть несколько граммов провода, и вы хотите выгрузить мощность около 5 кВт примерно в 50 кг стального цилиндра ствола, поэтому, чтобы избежать быстрого выгорания провода, вам лучше убедиться, что тепло может попасть туда, куда нужно.
Некоторые кольцевые нагревательные элементы и плоские нагреватели сконструированы как набор из керамических сегментов. Спирали нагревателя пропущены через отверстия в сегментах, и излучение играет роль в передаче тепла. Разливы масла и полимеров в данных нагревателях могут представлять опасность для спиралей под напряжением.
Патронные нагреватели
Патронные трубчатые нагреватели используются в штампах, плитах и пресс-формах. Как и в случае с кольцевыми нагревателями, важны плотное прилегание и хороший тепловой контакт.
В машинах для производства пластиковых пакетов (импульсная сварка) вы можете увидеть одиночную никелево-хромовую проволоку с соответствующей опорой, заменяющую знакомую уплотнительную планку. Проволока или лента получает точную и короткую дозу энергии, которая соответствует количеству тепла, необходимому для создания уплотнения.
Выбор сплава
Если вы делаете этот выбор, вы будете учитывать атмосферостойкость, провисание и рабочую температуру проволоки.
-
Нихромовые сплавы. Наиболее популярными из нихромов являются два сплава. Первый – это эталонный нихром 80/20. Другой сплав - 60 процентов никеля, 16 процентов хрома и 24 процента железа - считается мировым стандартом для резистивной проволоки в распространенных ТЭНах. Это принятый материал для нагревательных устройств, работающих до 1000 o C. Сюда входят нагревательные блоки со средней температурой, для которых не требуется качество Ni / Cr-80/20, и большинство бытовых нагревательных приборов с питанием от электросети.
-
Другие сплавы. В дополнение к сплавам NiCr, существует класс сплавов на основе CrAlFe - фехраль, что раздвигает границы температуры проволоки до 1400 оC. Фехралевым спиралям есть место, особенно в муфельных печах для обжига стекла и керамики. Конструкция представляет собой открытую спираль, вложенную в канавки в стенках печи из керамического волокна.
Изменение сопротивления нихрома и фехраля от температуры
Изменение сопротивления от комнатной температуры в рабочем диапазоне может составлять от 4 или 5 процентов до примерно 25 процентов, в зависимости от сплава. Сопротивление очень мало меняется в течение срока службы. Это позволяет легко обнаруживать и предупреждать об отказе одного нагревателя или одного из нескольких нагревателей с параллельным соединением.
Для сплавов, сопротивление которых изменяется значительно выше безопасных рабочих температур, у вас есть возможность обнаружить это изменение с помощью контрольно-измерительных приборов и предотвратить выгорание. Управление обычно осуществляется недорогими электромагнитными или твердотельными контакторами, работающими в режиме пропорционального времени.
Скорость ответа.
Нагреватели, такие как патронные и трубчатые ТЭНы с изоляцией из оксида магния (MgO), имеют тепловую постоянную времени, превышающую 1-2 мин. Здесь приемлемо время цикла около 10 или 20 секунд.
Спиральные излучающие нагреватели в кварцевых трубках (кварцевые излучатели) или огнеупорных керамических панелях (керамические излучатели) и нагреватели с открытой спиралью в воздушных потоках - все нуждаются в быстрой смене циклов или фазовом управлении из-за их быстрой реакции. Медленное переключение может привести к колебаниям температуры процесса в соответствии со временем цикла.
Компания ТЕХНОНАГРЕВ производит нагреватели с проволокой из нихрома или фехраля под заказ с индивидуальными параметрами. Также у нас вы можете приобрести просто нихромовые спирали или фехралевые спирали для печей.
