Патронный ТЭН (ТЭНП) для нагрева металла в отверстии

Зачем в металле сверлят отверстие под нагреватель

Патронный ТЭН (ТЭНП) вставляется прямо в высверленное отверстие в теле детали: пресс-форме, штампе, нагревательной плите, фильере экструдера, электроде контактной сварки. В отличие от трубчатого ТЭН, который отдаёт тепло воздуху или жидкости вокруг себя, патронный нагреватель передаёт его контактно, через стенку отверстия в металл. Поэтому допустимая удельная мощность здесь выше, чем в воздухе: ГОСТ 13268-88 (таблица 4) разрешает до 5,0 Вт/см² при контакте с металлом форм и до 3,5 Вт/см² в расплавах и щелочах, а в спокойном воздухе для углеродистой стали потолок всего 2,2 Вт/см². На практике это означает одно: нагреватель на 500 Вт в отверстии 10 мм на форме проживёт дольше, чем такой же на 1500 Вт, если диаметр и глубина отверстия ему не по размеру.

Прямой, угловой, с термопарой: какую форму не перепутать при заказе

Основная форма патронного ТЭН в прессформах и штампах прямая: цилиндр с выводами с одного торца и глухим концом с другого. По ГОСТ 13268-88 необогреваемый участок со стороны выводов составляет 15-30 мм, с глухой стороны около 10 мм, и это пространство нельзя засчитывать в рабочую длину при расчёте мощности. Часть производителей выпускает Г-образный патронный ТЭН (ТЭНПГ) для случаев, когда прямой подвод кабеля к отверстию неудобен, и расширяющиеся патроны, которые увеличивают площадь контакта в изношенном или чуть разбитом отверстии. На замену часто присылают не патронный, а оребрённый ТЭН с оребрением со старого воздухонагревателя или фланцевый ТЭН с фланцем со стенки бака: внешне трубка похожа, но у оребрённого рёбра съедают контакт со стенкой отверстия, а у фланцевого крепление рассчитано на прижим к плоскости, а не на посадку в круглое отверстие. Перед заказом практичнее снять штангенциркулем диаметр и глубину самого отверстия, чем ориентироваться на маркировку сгоревшего нагревателя: за годы ремонта отверстие могли рассверлить под соседний типоразмер.

Почему патронный ТЭН прогорает на выводах, а не по спирали

На сервисных испытаниях патронных нагревателей для промышленных блоков зазор между корпусом и отверстием всего 0,4 мм заметно снижал теплопередачу и уводил нагрев в сторону токовводов. Изолятор выводов у типового ТЭНП рассчитан на 250°C, а при плохом контакте температура в этой зоне доходила до 660°C, и провод горел у основания, хотя спираль внутри оставалась целой (плавится она лишь около 1400°C). Второй частый сценарий: оболочка из нержавеющей стали (12Х18Н10Т, аналог AISI 321) при долгой работе на высокой температуре окисляется и спекается со стенкой отверстия, из-за чего следующий демонтаж идёт с керном и молотком. На формах с температурой свыше 350-400°C разумнее сразу брать оболочку с запасом по жаростойкости и не загонять нагреватель в отверстие с натягом на глаз.

Как мы считаем мощность и выбираем оболочку под вашу деталь

Мощность патронного ТЭН мы считаем от фактической площади контакта: диаметр и рабочую длину отверстия умножаем на удельную мощность из таблицы ГОСТ 13268-88 для конкретной среды, а не берём ближайшее число из прайса. Напряжение берут из стандартного ряда: низковольтные исполнения от 12 до 60 В, сетевые на 127, 220 и 380 В. Для цеховой формы на одном нагревателе обычно 220 В, для группы из нескольких патронов на одном пускателе встречается и 380 В. Спираль из нихрома или фехраля наматывают на керамические изоляторы, пространство между спиралью и оболочкой набивают периклазом (электротехническим магнезитом) и опрессовывают до плотного контакта: от качества этой опрессовки зависит, насколько равномерно тепло дойдёт от нитки накала до стенки отверстия. На нагреватели диаметром до 16 мм можно встроить термопару для контроля температуры прямо в теле детали.