Что такое электрические нагревательные сопротивления
Нагревательные элементы сопротивления
Особенности нагревателей сопротивления
Элементы сопротивления электрического типа состоят из жаропрочного сплава, будь то никель-хромовый сплав (нихром) или железо-хром-алюминиевый сплав (фехраль), обычно образованные в виде извилистых зигзагов или спиралей.
Мощность нагревателей сопротивления
Нагревательные элементы предназначены для выдачи номинальной мощности при номинальном напряжении только в горячем состоянии. Если фактическое напряжение отличается от номинального, передаваемая мощность будет изменяться как квадрат напряжения. Помните, что увеличение напряжения на 1% означает увеличение мощности на 2%, и наоборот, снижение напряжения на 1% означает уменьшение мощности на 2%.
Сопротивление греющей спирали
Сопротивление нагревательных элементов будет ниже при комнатной температуре, чем в горячем. Сопротивление нагревательных элементов будет увеличиваться с возрастом из-за уменьшения поперечного сечения пути окисления, а также из-за удлинения петель. Это приведет к снижению мощности печи и окончательному отказу. Такой отказ представляет собой естественный цикл жизни элементов.
Нагревательные элементы сопротивления
Воздействие среды
Определенные примеси в атмосфере будут разрушать сплав в элементах. Эти примеси могут присутствовать в поступающем газе или могут выделяться при работе печи. Смазочно-охлаждающие жидкости являются основными источниками примесей, обычно углерода и серы.
Сера даже в небольших количествах вызовет быстрый износ нагревательных элементов. В атмосфере науглероживания увеличивается содержание углерода в нагревательном элементе, что приводит к тому, что он становится хрупким и имеет более низкую температуру плавления. Свинец, олово или цинк и галогениды при нагревании будут атаковать нагревательный элемент. Эти материалы нельзя класть в печь.
Осмотр, обслуживание и ремонт электронагревателей
В этой статье мы обсудим общие вопросы по использованию, хранению и обслуживанию нагревателей. Однако эта статья является всего лишь справочным материалом, а фактические технические параметры нагревателей и оборудования следует подбирать только после консультации со специалистами. Вы можете задать нам вопрос в форме на сайте или позвонить нам по телефону и получить подробную консультацию прямо сейчас.
Типы подключения нагревательных элементов
Типы выводов нагревателей представлены большим количеством вариантов, которые могут условно быть поделены на несколько основных типов:
2. Болты, стержни, лепестки
Термостойкие провода являются стандартным типом подключения для большинства видов нагревательных элементов, включая кольцевые нагреватели экструдера, патронные ТЭНы для пресс-форм, а также керамические инфракрасные нагреватели. Для подключения нагревателей стоит использовать только качественные термостойкие провода, соответствующие температуре работы нагревателя. Для дополнительной защиты в высокотемпературных керамических и инфракрасных нагревателях используют изоляцию никелевого провода из керамических бусин.
Воздействие загрязнений и неблагоприятной среды на нагреватели
Охрупчивание спирали нагревателя
Некоторые сплавы, используемые для изготовления нагревательных элементов, имеют плохую пластичность и хрупкость, особенно это заметно после их работы при высокой температуре. Особенно это касается нагревателей из фехрали, часто применяемых в высокотемпературных печах. При высокой температуре провод становится хрупким практически мгновенно и попытка сдвинуть нагреватель может привести к поломке. Фехраль также чувствительна к низкой температуре, поэтому изгибать нагреватель рекомендуется при температуре не ниже 22 С.
Также обращайтесь очень бережно с местами сварки греющей спирали, так как сам процесс сваривания делает эти зоны хрупкими. Для соединения греющих спиралей нужно использовать сварку с аргоном.
Защита провода
Для термостойких проводов в нагревательных элементах рекомендуется использование специальных материалов для защиты кабеля. Для высоких темепратур в керамических или инфракрасных нагревателях провод дополнительно изолируется керамическими бусинами и втулками, при температурах работы до 300 С можно использовать стекловолоконные и силиконовые кембрики. Также часто провод защищается при помощи металлической оплетки или гофрированной металлической трубки.
Ремонт нагревательного элемента
В некоторых случаях нагревательные элементы подлежат ремонту в тех случаях, когда проблема связана с местами подключения к сети питания. В случае с нихромовыми спиралями нужно для начала удалить оксидный слой на месте поломки, а после произвести сварку утвержденными способами. Фехраль сваривается аналогично, но перед тем как производить сдвиг спирали нужно нагреть ее докрасна.
Хранение и обращение с нагревателями в условиях окружающей среды
Большинство нагревателей при высоких температурах образуют защитный оксидный слой, и это позволяет им длительно работать без поломок. Если на поверхность греющей спирали попадает грязь или посторонние вещества, оксидный слой не образуется и нагреватель быстро выходит из строя. Поэтому очень важно, чтобы нагреватель хранился правильно и спираль была абсолютно чистой до установки нагревательного элемента на оборудование.
Если у вас хранятся нагреватели для быстрой замены на оборудовании, хранить их нужно тоже правильно. Нагреватели не должны подвергаться воздействию непогоды, на складе должно быть сухо и прохладно. Нельзя допускать повышенной влажности, так как нагреватели могут окислиться или в случае патронных тэнов – произойдет впитывание влаги изолятором.
Керамические нагреватели могут впитывать влагу прямо из воздуха или из-за конденсации, протекания труб или разливания жидкости. Открытая спираль нагревателя в таком случае может окислиться и это не будет видно на глаз.
Также не стоит упускать такой фактор, как выделения пота и жира на руках. Поэтому нужно брать нагреватели по возможности только в хлопчатобумажных перчатках или же просто тщательно помыть руки перед работой с нагревательными элементами. Помните, чем меньше нагреватель, тем более существенным для него будет загрязнение.
Перед введением нагревателя в эксплуатацию после хранения нужно нагреть их как минимум до 20 градусов, прежде чем устанавливать. На многих нагревателях становится актуальность проблемы хрупкости при более низкой температуре. Если нужно сгибать нагреватель (в тех случаях, когда это предусмотрено конструкцией ТЭНа), рекомендуется нагреть его до 38 градусов.
Бережно обращайтесь с керамическими нагревателями, ведь они подвержены механическим повреждениям больше других, за исключением кварцевых ТЭНов и галогенных ламп, которые еще более хрупкие. Не допускайте падений и ударов по ним.
Цикличность
Нагревательные элементы будут работать максимально долго, если вы их включите и больше не будете выключать. Однако это не всегда возможно. При остывании и нагревании спирали в цикличных нагревательных процессах происходит постепенное растрескивание защитного оксидного слоя, что со временем приводит к его разрушению и поломке нагревателя.
Рекомендации
Несмотря на то, что нагревательные элементы в большинстве случаев не имеют прогнозируемого срока безотказной работы, нужно учитывать возможность внепланового выхода нагревателя из строя. Если простой оборудования недопустим или очень дорогостоящий, следует всегда иметь нагревательные элементы на замену на складе. При этом не забывайте об их правильном хранении.
Хранение нагревателей на складе
Поддерживайте оборудование в чистом состоянии, особенно уделяйте внимание участкам вокруг клемм, соединения электропитания, термопар и нагревательных элементов. В загрязненной атмосфере и сложных условиях окружающей среды используйте взрывозащищенные типы подключения нагревателей и шкафы управления с пылевлагозащитой.
При подключении нагревателей используйте только специальные термостойкие материалы. Термостойкие провода для высоких температур должны быть изготовлены из медно-никелевого или никелевого сплава с оболочкой из термостойкого материала. Клеммные коробки должны быть керамическими или изготавливаться из другого материала с высокой температуроустойчивостью.
Если у вас остались вопросы по нагревательным элементам, задавайте их нам в форме ниже или звоните нам для консультации прямо сейчас.
Нагревательные элементы
На фото: электрический нагреватель с открытой спиралью. При нагревании спираль начинает светиться красным.
Производство тепла из электричества
На фото: крупный план скрученной вольфрамовой нити в лампе накаливания, которая излучает свет, выделяя большое количество тепла. Количество света, излучаемого нитью накала, напрямую зависит от ее длины: чем длиннее нить, тем больше света она излучает. Вот почему он скручен: катушка помещает больше длины (и света) в то же пространство.
Что такое нагревательный элемент?
Типичный нагревательный элемент обычно представляет собой катушку, ленту (прямую или гофрированную) или полоску проволоки, которая излучает тепло, как нить накала лампы. Когда через него протекает электрический ток, он накаляется докрасна и преобразует проходящую через него электрическую энергию в тепло, которое излучается во всех направлениях.
Нагревательные элементы обычно изготавливаются на основе никеля или железа. Сплавы на основе никеля обычно представляют собой нихром, сплав, состоящий примерно из 80 процентов никеля и 20 процентов хрома (доступны другие составы нихрома, но смесь 80–20 является наиболее предпочтительной). Нихром является наиболее популярным материалом для нагревательных элементов по разным причинам:
он имеет высокую температуру плавления (около 1400 ° C),
не окисляется (даже при высоких температурах),
не слишком расширяется при нагревании,
имеет разумное (не слишком низкое, не слишком высокое и достаточно постоянное) сопротивление (оно увеличивается только примерно на 10 процентов между комнатной температурой и максимальной рабочей температурой).
Сплав на основе железа называется фехраль. Это железо-хромо-алюминиевый сплав с незначительным включением никеля (примерно 0,6%). Он также часто используется в нагревательных элементах, потому как имеет ряд преимуществ перед нихромом:
Низкая стоимость (в несколько раз ниже, чем у нихрома)
Высокая температура плавления (около 1500° C)
Однако у фехрали есть и недостатки:
Меньшая прочность, повышенная хрупкость
Меньший срок службы нагревателей из этого материала
Типы нагревательных элементов
Есть много разных видов нагревательных элементов. Иногда спирали из нихрома или фехрали используется как таковой; в других случаях спирали встроены в керамический материал, чтобы сделать его более прочным и долговечным (керамика отлично справляется с высокими температурами и не боится большого нагрева и охлаждения), или изолированы в миканите и помещены в металлический корпус (к примеру, кольцевые и плоские нагреватели для экструдеров).
Размер и форма нагревательного элемента в значительной степени определяется размерами прибора, внутри которого он должен помещаться, и площадью, на которой он должен производить тепло. Щипцы для завивки волос имеют короткие спиральные элементы, потому что они должны выделять тепло через тонкую трубку, вокруг которой можно обернуть волосы. Электрические радиаторы имеют длинные стержневые элементы, потому что они должны рассеивать тепло через большую площадь комнаты. Электрические плиты имеют спиральные нагревательные элементы, подходящие по размеру для нагрева кастрюль и сковородок (часто элементы плиты покрыты металлическими, стеклянными или керамическими пластинами, чтобы их было легче чистить). Нагреватели нефтепродуктов для больших емкостей или цистерн представляют собой огромные металлические трубы с керамическими нагревательными элементами, потому что они должны производить мягкий нагрев на большой площади соприкосновения с легко воспламеняемыми жидкостями.
На фото: два вида нагревательных элементов. 1) Светящиеся нихромовые ленты внутри инфракрасного кварцевого нагревателя для сушки. 2) Вы можете четко видеть спиральный электрический ТЭН внизу чайника. Он никогда не накаляется докрасна так же, как провода ик обогревателя, потому что обычно он недостаточно нагревается. Однако, если вы достаточно глупы, чтобы включить чайник без воды внутри (как я однажды случайно сделал), вы обнаружите, что элемент чайника вполне может раскалиться докрасна. Этот опасный и катастрофический эпизод навсегда повредил мой чайник и мог поджечь мою кухню.
В некоторых приборах нагревательные элементы хорошо видны: в электрическом тостере легко заметить ленты из нихрома, встроенные в стенки тостера, потому что они раскалены докрасна. Электрические радиаторы выделяют тепло с помощью светящихся красных полос (по сути, просто спиральные, проволочные нагревательные элементы, которые выделяют тепло за счет излучения), в то время как электрические конвекторные нагреватели обычно имеют концентрические круглые нагревательные элементы, расположенные перед электрическими вентиляторами (поэтому они быстрее переносят тепло за счет конвекции).
У некоторых приборов есть видимые элементы, которые работают при более низких температурах и не светятся; электрические чайники, которым никогда не нужно работать выше точки кипения воды (100 ° C), являются хорошим примером. В других приборах нагревательные элементы полностью скрыты, как правило, из соображений безопасности. Электрический душ и щипцы для завивки волос имеют скрытые элементы, поэтому (надеюсь) нет риска поражения электрическим током.
Проектирование нагревательных элементов
Все это делает нагревательные элементы очень простыми и понятными, но на самом деле существует множество различных факторов, которые инженеры-электрики должны учитывать при их проектировании. В своей превосходной книге по этому вопросу Тор Хегбом перечисляет примерно 20–30 различных факторов, которые влияют на работу типичного нагревательного элемента, включая такие очевидные вещи, как напряжение и ток, длина и диаметр элемента, тип материала и рабочая температура. Есть также определенные факторы, которые необходимо учитывать для каждого типа элемента. Например, для витого элемента из круглой проволоки диаметр проволоки и форма витков (диаметр, длина, шаг, растяжение и т. д.) являются одними из факторов, которые критически влияют на производительность. С элементом ленты толщина и ширина ленты.
Если вы разрабатываете что-то вроде электрического камина с несколькими близко расположенными нагревательными элементами, что произойдет, когда они будут использоваться по отдельности или в комбинации? Если вы разрабатываете нагревательный элемент, через который проходит воздух (например, конвекторный обогреватель или фен), сможете ли вы создать достаточный поток воздуха, чтобы остановить его перегрев и значительно увеличить срок его службы? Все эти факторы должны быть сбалансированы, чтобы сделать продукт эффективным, экономичным, долговечным и безопасным.
Нужно ли нагревательному элементу высокое или низкое сопротивление?
Математически.
Несложно подсчитать, что сопротивление нити накаливания типичной лампы накаливания составляет несколько сотен Ом.
Нагреватели сопротивления?
(А) Водонагреватели электрические безинерционные или аккумулирующие, электрокипятильники погружные
В данную категорию товаров входят:
(1) «Гейзерные» нагреватели, в которых вода нагревается по мере ее прохождения через аппарат.
(2) Водяные нагреватели аккумулирующие (независимо от того, принадлежат они к нагнетательному типу нагревателей или нет), т.е. теплоизолированные резервуары с погружными нагревательными элементами. Вода в них нагревается постепенно.
(3) Нагреватели двойного действия, в которых вода нагревается либо электрическим током, либо за счет подсоединения к водонагревательной системе, работающей на топливе; они часто оборудуются термостатическим органом управления для перехода только на электрический ток, когда другого обогрева недостаточно.
(4) Электродные кипятильники воды, в которых между двумя электродами пропускается переменный ток.
(5) Нагреватели погружные различной формы и вида, в зависимости от их назначения, обычно используются в резервуарах, чанах и т.д. для нагрева жидких, полужидких (кроме твердых) субстанций или газов. Они также предназначены для использования в чайниках, кастрюлях, чашах, ваннах, мензурках и т.д., обычно снабжены изолированной ручкой и крючком для подвески нагревателя в сосуде.
Они имеют упрочненный защитный кожух, который хорошо предохраняет от механических ударов и проникновения жидких, полужидких (кроме твердых) субстанций и газов. Порошок (обычно оксид магния) с хорошими диэлектрическими и термическими свойствами фиксирует проволочное сопротивление на месте в кожухе и изолирует его электрически.
Агрегаты, представляющие собой нагреватели погружного типа, постоянно смонтированного в резервуаре, чане или другом сосуде, классифицируются в товарной позиции 8419, если они не предназначены только для подогрева воды или для бытовых целей; в этом случае они классифицируются в данной товарной позиции.
(6) Электрооборудование для кипячения воды.
Электрические котлы центрального отопления классифицируются в товарной позиции 8403.
(Б) Электрооборудование обогрева пространства и оборудование для обогрева грунта
В данную категорию товаров входят:
(1) Нагревательное электрооборудование аккумулирующего типа, в котором электрические элементы нагревают твердое вещество (например, кирпичи) или жидкость, которая аккумулирует тепловую энергию и потом выделяет ее по мере надобности в окружающую атмосферу.
(2) Электрокамины (вентиляторные нагреватели и излучающие нагреватели), включая переносные с параболическими рефлекторами и иногда со встроенными вентиляторами. Во многих из них имеются цветные лампочки или попеременно зажигающиеся приспособления для имитации горящего угля или дров.
(3) Электрические радиаторы. Они представляют собой устройства, в которых электрические элементы нагревают жидкость (например, масло), которая циркулирует в радиаторе и которая потом излучает тепловую энергию в окружающую атмосферу.
(4) Нагреватели конвекционного типа. Они осуществляют конвекцию воздуха посредством конвекционных потоков, иногда с помощью вентилятора.
(5) Нагревательные панели для установки на потолке или на стене, включая панели инфракрасного излучения для обогрева общественных мест, улиц и т.д.
(6) Нагреватели для автомобилей, пассажирских железнодорожных вагонов, летательных аппаратов и т.д., за исключением стеклооттаивателей и приспособлений против запотевания.
(7) Оборудование для обогрева дорожного полотна с целью предотвращения образования измороси и оборудование для обогрева почвы, способствующее росту растений, элементы такого оборудования обычно заглубляются в грунт.
(8) Нагреватели двигателей, устанавливаемые под автомобилем для облегчения запуска двигателя.
Электрические котлы центрального отопления классифицируются в товарной позиции 8403.
(В) Электротермические аппараты для ухода за волосами
(1) Сушилки для волос, включая сушильные колпаки, а также сушилки, имеющие пистолетного типа ручку и встроенный вентилятор.
(2) Бигуди и электрические приспособления для перманентной завивки.
(3) Нагреватели для завивочных щипцов.
(Г) Электроутюги
В данную категорию товаров входят утюги всех видов, независимо от того, применяются они для домашних целей или мужскими портными, портнихами и т.д., включая беспроводные утюги. Беспроводные утюги представляют собой утюг, включающий нагревательный элемент и стенд, который подсоединяется к электросети. Утюг подключается к источнику питания, только когда он находится на таком стенде. В данную категорию также включаются электрические отпаривающие утюги, независимо от того, имеют они водяной резервуар или предназначены для подсоединения к паровой трубе.
(Д) Прочее электротермическое оборудование, применяемое в быту
В данную группировку входят все электротермические машины и приспособления при условии, что они, как правило, применяются в быту. Некоторые из них упомянуты ранее в пояснениях (например, электрокамины, «гейзерные» нагреватели, сушилки для волос, утюги и т.д.). В число других входят:
(1) Микроволновые печи.
(2) Прочие печи и варочные аппараты, варочные плиты, кипятильники, жаровни и обжарочные аппараты (например, конвекционного типа, с электрическим сопротивлением, инфракрасные, индукционные высокой частоты и комбинированные газоэлектрические приспособления).
(3) Кофейники или чайники (включая процеживатели).
(4) Тостеры, включая тостерные печи, которые предназначены в основном для приготовления тостов, но могут также применяться и для запекания небольших предметов, таких как картофель.
(5) Чайники, кастрюльки с ручкой, пропариватели; теплоизолированные сосуды для подогрева молока, супа и т.д.
(6) Немеханические кипятильники-посудомойки.
(8) Подогреватели для тарелок и пищи.
(9) Сковороды с крышками и сковороды для поджарки ломтиков (обжарочные аппараты).
(10) Обжарочные аппараты для кофе.
(11) Сушилки для лица и т.п.
(12) Аэраторы для полотенец и нагреваемые вешалки для полотенец.
(13) Грелки для постелей.
(14) Нагреватели для духов или благовоний, а также нагреватели для распыления инсектицидов.
(15) Нагреватели для бутылок.
(16) Аппараты для изготовления йогурта и сыра.
(17) Стерилизационные аппараты для приготовления пресервов.
(18) Аппараты для приготовления воздушной кукурузы.
(19) Парилки для кожи лица, состоящие из маски для лица, в которой испаряется вода для обработки кожи лица.
(20) Не механические бойлеры для стирки.
В данную группировку не входят:
(а) Электроподогреваемые одеяла, постельные матрацы, подогреватели для ног и т.п.; электроподогреваемая одежда, обувь, накладки на уши и прочие предметы с электроподогревом для применения в качестве одежды или иных личных целей (классифицируются в своей соответствующей группе, см. Примечание 1 к группе).
(б) Утюжные машины роликового типа (товарная позиция 8420) и утюжные или прессующие машины для одежды (товарная позиция 8451).
(в) Кофейники-процеживатели, самовары и молочные баки, сковороды с крышками и сковороды для обжарки ломтиков, применяемые, например, в кафе, специализирующихся на хрустящем картофеле, и другие термоэлектрические приспособления, которые как правило не применяются в быту (товарная позиция 8419 и т.п.).
(г) Промышленные микроволновые печи и оборудование (например, микроволновые печи типа предназначенных для ресторанов) (товарная позиция 8514).
(д) Мебель (например, бельевые шкафы и сервисные тележки), оборудованные нагревательными элементами (группа 94).
(е) Зажигалки для сигарет, газовые зажигалки и т.п. (товарная позиция 9613).
(Е) Электрические нагревательные сопротивления
За исключением угольных сопротивлений (товарная позиция 8545), все электрические нагревательные сопротивления классифицируются в данной товарной позиции, независимо от классификации устройств или оборудования, в которых они применяются.
Такие сопротивления представляют собой бруски, стержни, пластины и т.п. или отрезки проволоки (обычно в виде катушки) из специального материала, который приобретает очень высокую температуру при пропускании через него электричества. Применяемые материалы могут быть различными (специальные сплавы, сложные материалы на основе карбида кремния и т.д.). Они могут быть изготовлены в форме индивидуальных компонентов с помощью печатающего процесса.
Проволочные сопротивления обычно монтируются на изолирующих элементах-основаниях (например, из керамики, стеатита, слюды или пластмасс) или на сердечник из мягкого изолирующего материала (например, из стекловолокна или асбеста). Если проволока не смонтирована на какой-либо основе, то такая проволока классифицируется в данной товарной позиции, только если она нарезана на мерные отрезки и свернута в спираль или ей иначе придана форма, по которой можно определить, что это нагревательный элемент сопротивления. То же самое относится к брускам, стержням и пластинам, которые, для того, чтобы они классифицировались в данной товарной позиции должны быть нарезаны на готовые для применения мерные отрезки.
Сопротивления классифицируются в данной товарной позиции, даже если они специально предназначены для применения в конкретном типе машины или устройства; однако, если они собраны вместе с другими деталями, за исключением простого изолирующего элемента-основания с электрическими соединениями, они классифицируются как детали машин или устройств, о которых идет речь (например, основания для утюгов и плиты для электрических варочных аппаратов).
Из данной позиции исключаются размораживатели и отпотеватели. Они содержат в себе проволочные сопротивления, вмонтированные в раму для соответствия ветровому стеклу (товарная позиция 8512).
В соответствии с общими положениями, касающимися классификации частей (смотри общие положения пояснений к разделу XVI), части к изделиям данной товарной позиции классифицируются тут же.
Пояснения к подсубпозициям
Настоящие подсубпозиции включают:
1. вдонагреватели как проточной воды, так и воды в емкости;
2. эектрические бойлеры, производящие только горячую воду или горячую воду и пар низкого давления одновременно.
Эти подсубпозиции не включают паровые котлы с электронагревом и водяные котлы «с перегревом» (товарная позиция 8402) и котлы с электронагревом для центрального отопления (товарная позиция 8403).
В данные подсубпозиции включают:
1. эектронагревательное оборудование для саун;
2. работающие от батарей приспособления для обогрева и размораживания дверных замков моторных транспортных средств, за счет наличия нагревательного элемента в замке. Эти небольшие портативные приспособления могут включать в себя лампочку, типа включенных в товарную позицию 8513, для освещения рабочей области.
Электроплиты содержат, по меньшей мере, духовой шкаф и каминную полку (которые могу также включать микроволновой элемент или гриль).
1. сауны с радиаторами для инфракрасного облучения (индивидуальные кабины);
2. обогреватели ног (foot-heating рlates);
3. электрические устройства для обогрева обувных колодок (electrically heated shoe trees);
4. аппараты для чистки контактных линз, состоящие из двух небольших электронагреваемых камер с навинченными держателями контактных линз и с подогревом жидкого моечного средства.
8516 80 200 1 и 8516 80 200 9 и 8516 80 800 0
Эти подсубпозиции включают провода, кабели, ленты и т.п., изолированные и предназначенные для обогрева потолков, стен, трубопроводов, контейнеров и т.д.
Однако данные подсубпозиции не включают терморезисторы, соединенные с компонентами оборудования, например, опорные плиты для утюгов и опоры для электрических варочных котлов (electric cookers) (подсубпозиция 8516 90 000 0).