Нагрев проводника в деталях: Сравнительный анализ нихромовых электронагревателей с изоляцией и без таковой
Сравнение нихромовых электронагревателей с изоляцией и без неё
В данной статье мы подробно рассмотрим электронагреватели, выполненные из нихрома, как в изолированном, так и в незащищённом исполнении. Мы сравним их свойства, эксплуатационные характеристики, стоимость и другие важные аспекты.
Электротехническая промышленность предлагает широкий ассортимент нагревателей для различных производственных нужд - от электропечей до термического оборудования.
Эти устройства предназначены для обогрева как объемных, так и плоских объектов, а также для поддержания температуры в технологических процессах и бытовых приборах.
Основную группу составляют проверенные временем гибкие проволочные и ленточные омические нагреватели из хромоникелевого сплава - нихром.
Виды нихромовых нагревателей
Нагревательные элементы из нихрома могут быть как с термостойкой изоляцией, так и без неё.
Изолированные гибкие электронагреватели имеют форму провода или кабеля, в то время как оголенные провода с круглым сечением диаметром от 0,1 до 2,0 мм используются для создания спиралевидных или навитых на диэлектрическое основание нагревателей.
Нихромовая лента с прямоугольным сечением (толщиной 0,09-0,2 мм и шириной 2-16 мм) применяется для производства зигзагообразных и рамочных конструкций.
При подключении к однофазной сети переменного тока (50 Гц) или трехфазной сети (380 В) в нихромовых элементах возникает тепло.
Оба типа нагревателей относятся к радиационным, где передача тепла осуществляется конвекцией при температурах до 200 °C и радиацией при температурах выше 200 °C до 1200 °C.
Наиболее распространённые марки нихрома для таких устройств — Х20Н80 и Х15Н60.
Химический состав и свойства нихрома
Нихром марки Х20Н80 содержит 20-23% хрома, 72-73% никеля и до 1,5% железа, а также небольшие количества других примесей.
В свою очередь, Х15Н60 имеет меньшую долю хрома (15-18%) и никеля (55-61%), но большее содержание железа (17-29%).
Это изменение в составе может немного снизить коррозионную стойкость и максимальную рабочую температуру сплава Х15Н60, однако делает его более доступным по цене и улучшает свариваемость.
Несмотря на различия, оба типа нагревателей обладают схожими характеристиками: высокой эффективностью, малой массой и стабильными механическими свойствами.
Температурные характеристики - pабочие температуры и применение нихромовых нагревателей: подробный обзор
Максимальная температура нагрева изолированного нихромового нагревателя зависит не только от состава сплава, но и от термостойкости его оболочки.
Простейшая силиконовая изоляция позволяет работать при температурах от -60 °C до +180 °C с возможностью кратковременного повышения до +220 °C.
Более сложные покрытия из стекловолокна или кремнезёма значительно увеличивают долговечность работы токоведущей жилы.
Например, гибкий изолированный нагреватель на основе нихрома марки Х15Н60 с стекловолоконной оболочкой может эффективно функционировать при температурах до 600 °C.
Нагреватель из нихрома марки Х20Н80 с кремнезёмным покрытием способен выдерживать температуры до 1000 °C, а кратковременно — до 1200 °C.
Использование кварцевой защиты позволяет достигать температур до 1350 °C на короткий срок.
Нихромовые проволочные электронагреватели без изоляции и с небольшим диаметром (до 0,4 мм) из сплава Х20Н80 способны достигать впечатляющих температур до 1150 °C, что позволяет нагревать тепловоспринимающие поверхности до 1300 °C.
При таких условиях эксплуатации эти устройства могут работать не менее 800 часов.
В то же время, максимальная температура нагрева для нихромовой ленты и проволоки марки Х15Н60 без изоляции несколько ниже, составляя около 1000 °C для проволоки диаметром от 6 мм.
Таким образом, выбор между изолированными и незащищёнными ними нагревателями зависит от специфики применения и требований к температурным режимам.
Условия эксплуатации нихромовых нагревателей
Существует три основных условия, которые необходимо соблюдать при использовании как изолированных, так и неизолированных нихромовых нагревателей:
1. Радиус изгиба: Нагреватель не должен изгибаться с радиусом, превышающим 5 наружных диаметров токоведущей жилы (исключая внешний диаметр изоляции, если она присутствует).
2. Намотка: Запрещено накладывать нагреватель в несколько слоёв, так как это может привести к перегреву и повреждению устройства.
3. Фиксация: Нагреватель должен быть надёжно закреплён по всей длине на каркасе или непосредственно на обогреваемом объекте.
Изолированные гибкие электронагреватели передают тепло напрямую на обогреваемые объекты, поэтому важно, чтобы провод находился в непосредственном контакте с ними.
Нихромовые провода с высоким удельным сопротивлением особенно эффективны для нагрева небольших объёмов различных материалов или рабочих сред.
Тепло от поверхности провода распространяется через теплопроводность к менее нагретым объектам и аккумулируется в них.
Для оптимизации рабочей температуры безоболочного нагревателя и продления его срока службы необходимо учитывать шаг навивки спирали в зависимости от интенсивности теплоотвода.
Применение изолированных нихромовых проводов
Изолированные высокотемпературные греющие провода находят широкое применение в различных областях.
Их используют для зимнего обогрева стыков, швов и заделок в монолитном бетоне и железобетоне, а также для обогрева трубопроводов и резервуаров с водой или вязкими рабочими средами.
Кроме того, они эффективны для удаления наледи с крыш, дорог и тротуаров.
В промышленности такие провода применяются для нагрева цилиндров и головок полимерных экструдеров, а также в лабораторных сушилках.
Интересно отметить, что их используют и в нетрадиционных условиях, например, в теплицах и оранжереях для стерилизации почвы.
Прогрев почвы до определённых температур уничтожает патогенную микрофлору и способствует разложению ядохимикатов.
Применение нихромовых лент и проволоки без изоляции
Гибкие электронагреватели из нихромовой проволоки и ленты без изоляции имеют более широкий спектр применения по сравнению с изолированными аналогами.
Чаще всего их используют в высокотемпературных промышленных печах для обжига и сушки, лабораторных термических установках и калориферах.
Эти электронагреватели также встречаются в повседневной жизни - они обеспечивают работу электрических плит, водонагревателей, обогревателей воздуха, духовых шкафов и фенов.
Стоимость нихромовых электронагревателей
Цена гибких нихромовых нагревателей зависит от нескольких факторов, среди которых содержание никеля в сплаве, а также диаметр и длина изделия.
Важно отметить, что нихром марки Х20Н80 стоит дороже, чем Х15Н60 из-за более высокого содержания никеля.
При этом цена никеля на рынке подвержена значительным колебаниям - что ведёт к росту цен на никельсодержащие сплавы и изделия из них, включая нихромовые электронагреватели.
Таким образом, выбор между различными типами нихромовых нагревателей зависит от специфики применения и требований к температурным режимам, что делает их незаменимыми в самых разных отраслях.
