Конструкция ребристого нагревательного элемента: плотность мощности, материалы и выбор воздушного потока

A ребристый нагревательный элемент существует по одной причине: передавать больше тепла движущемуся воздуху, не превышая предел температуры материала. В канальном нагревателе, рассчитанном на нагревание воздуха мощностью 150 кВт, для одной и той же температуры на выходе для одной и той же температуры на выходе может потребоваться более чем в два раза большая длина нагреваемого пучка оребренных труб. Ребра увеличивают площадь внешней поверхности примерно в 3,4–7,8 раза, в зависимости от шага ребер, высоты ребер, а также от того, намотаны ли ребра, обжаты или припаяны.

Практический эффект — меньшая плотность ватт на оболочке, меньшая температура металла и более длительный срок службы при том же потоке воздуха. Большинство промышленных ребристых нагревательных элементов представляют собой катушки сопротивления внутри трубок из нержавеющей стали или Incoloy с ребрами из углеродистой, нержавеющей стали или алюминия, прикрепленными снаружи. Они появляются в канальных нагревателях, печах, сушильных туннелях, воздушных ножах конвейеров и системах рециркуляции воздуха, где узким местом является воздушная сторона.

Чем ребристый нагревательный элемент отличается от голой трубки

Разница заключается в поверхностной нагрузке. Добавление ребер увеличивает площадь, доступную для конвекции, поэтому та же тепловая мощность может быть достигнута при более низкой температуре оболочки. Более низкая температура оболочки замедляет окисление, снижает термическое напряжение и защищает резистивную проволоку от ускоренной коррозии.

Это сравнение не означает, что ребристый элемент всегда является лучшим выбором. В пыльных покрасочных печах или в сушилках для текстиля с тяжелыми ворсами ребра могут засориться. Заблокированный ребристый элемент ведет себя как голая трубка, работающая с гораздо более высокой удельной мощностью, что ускоряет перегорание. Путь воздушного потока, установка фильтра и доступ для обслуживания должны быть частью проекта.

Материалы оболочки ребристого нагревательного элемента и пределы плотности мощности

При воздушном отоплении первым выбором материала является оболочка, а не ребро. Оболочка должна выдерживать самую высокую температуру поверхности, которую элемент может достичь при нормальном потоке и при нарушении блокировки потока, поскольку ребро должно только отводить тепло в воздух.

Нержавеющая сталь 304 используется по умолчанию для чистого воздуха при температуре до 600 градусов C. В нержавеющую сталь 321 добавлен титан для лучшего сопротивления ползучести. Инколой 800 обладает более высокой стойкостью к высокотемпературному окислению и часто используется в печах. Нержавеющая сталь 310S выдерживает самые высокие температуры в воздуховодах, но стоит дороже, и ее сложнее формовать в узкие ребра.

Как шаг плавников влияет на производительность

Более узкий шаг ребер увеличивает коэффициент площади поверхности, но также увеличивает перепад давления и создает узкие щели, в которых может скапливаться пыль. При шаге менее 5 мм воздушная пленка между ребрами начинает приближаться к толщине пограничного слоя с низкой скоростью, а дополнительная площадь увеличивает теплообмен незначительно.

Конфигурации ребристых нагревательных элементов для канальных обогревателей и духовок

Форма – это второе решение после материала. I-образный оребренный элемент — простейшая сквозная конструкция для горизонтального потока воздуха. Это обеспечивает прямую длину нагрева, предсказуемое расширение и легкую замену с панели доступа к воздуховоду.

I-образная ребристая нагревательная трубка для горизонтального потока воздуха I-образный ребристый элемент представляет собой простейшую конструкцию, проходящую через стену, обеспечивающую прямую длину нагрева, предсказуемое расширение и легкую замену, что делает его идеальным для горизонтального потока воздуха в канальных нагревателях. Посмотреть продукт →

U-образный ребристый элемент обеспечивает большую длину нагрева в коротком воздуховоде без добавления дополнительных концевых фитингов. Обратный изгиб уменьшает количество проходов через стену, что важно для герметичных или изолированных корпусов.

U-образная ребристая нагревательная трубка для коротких воздуховодов U-образный ребристый элемент увеличивает длину обогрева в коротких воздуховодах, уменьшает проникновение в стену и обеспечивает равномерное распределение тепла, что делает его пригодным для корпусов, находящихся под давлением или изолированных. Посмотреть продукт →

Квадратные и О-образные оребренные элементы работают в корпусах воздуходувных нагревателей, где нагревательный элемент должен быть компактным. Непрерывный путь по периметру обеспечивает большую площадь поверхности внутри небольшого профиля корпуса.

Нагревательная трубка с квадратными ребрами для компактных корпусов Квадратная ребристая труба обеспечивает повышенную жесткость конструкции и непрерывный контур по периметру для большой площади поверхности в компактных корпусах воздуходувных нагревателей, обеспечивая эффективную теплопередачу и долговечность. Посмотреть продукт →

Компания Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. (Yading) производит эти конфигурации как часть своей линейки оребренных воздухонагревательных трубок. Выбор не является чисто геометрическим. В вертикальном воздуховоде П-образные элементы следует располагать открытым концом вниз, чтобы на изгибе не скапливался конденсат. В горизонтальной печи I-образные элементы, установленные поперек воздушного потока, создают равномерную тепловую завесу. Квадратная и О-образная формы обычно выбираются для увеличения площади поверхности внутри круглого или квадратного корпуса.

Ориентация монтажа влияет на срок службы

Один и тот же элемент может прослужить в два раза дольше в одной ориентации и быстро перегореть в другой. Монтаж влияет на то, как стекает конденсат, как с ребер сбрасывается пыль и насколько равномерно воздух попадает на нагреваемую поверхность. Прежде чем утвердить чертеж нагревателя, просмотрите механическую схему.

Практическая последовательность спецификаций

Самый быстрый способ получить надежный ребристый нагревательный элемент — указать его в том же порядке, в котором его рассчитывает инженер: режим работы, поверхностная нагрузка, материалы, геометрия, электропитание и управление.

1. Определить массовый расход воздуха и повышение температуры. Используйте фактическую мощность вентилятора, а не номинальный размер воздуховода, поскольку тепловая мощность зависит от килограммов воздуха в час.
2. Рассчитайте общую мощность. Умножьте массовый расход на удельную теплоемкость воздуха и необходимое повышение температуры, а затем добавьте запас прочности на потери в воздуховодах.
3. Установите максимальную плотность ватт. Начните с уровня ниже 4,0 Вт/см2 для стандартной работы в печи и ниже 3,0 Вт/см2, если в воздухе присутствует масляный туман или если поток может резко упасть.
4. Выберите материалы оболочки и ребер. Подберите оболочку к максимально возможной температуре воздуха, а металл ребра – к чистоте воздушного потока.
5. Выберите механическую конфигурацию. Выберите I, U, квадратную, O, W или нестандартную форму в зависимости от размеров воздуховода, монтажной плоскости и доступа для обслуживания.
6. Проверьте напряжение, фазу и прокладку проводов. Высоковольтные трехфазные цепи уменьшают ток, но они также меняют корпус соединения и пути утечки, необходимые на конце клеммы.

Заводы с широким ассортиментом продукции справляются с этим процессом быстро. Завод Yading производит более 500 000 нагревательных элементов в год и экспортирует их в более чем 25 стран, а это означает, что инженерный анализ включен в каждый индивидуальный заказ, а также в каждое стандартное изделие. Если вы хотите проверить расчет перед заказом, отправьте таблицу расхода воздуха в инженерный отдел через страница контактов .

Вопросы, которые покупатели задают перед заказом

Какова безопасная плотность ватт для ребристого нагревательного элемента в принудительной вентиляции?

При скорости движения чистого воздуха от 2 до 10 м/с практический диапазон составляет от 2,0 до 6,0 Вт/см2 в зависимости от материала оболочки и рабочей температуры. Ниже 1,0 Вт/см2 элемент имеет завышенный размер; выше 6,0 Вт/см2 срок службы оболочки начинает быстро падать.

Можно ли использовать ребристый нагревательный элемент для нагрева жидкости?

Не обычно. В воде или масле ребра задерживают накипь, которая действует как изолятор и создает локальные горячие точки. Погружной нагреватель с гладкой оболочкой или фланцевой конструкцией является лучшим выбором для работы с жидкостями.

Как выбрать между нержавеющей сталью 304 и ребрами Incoloy 800?

Используйте 304 для чистого сухого воздуха при температуре до 600 градусов C. Используйте Incoloy 800, когда температура выходящего воздуха превышает 600 градусов C или когда обогреватель часто включается в работу. Верхний предел устанавливает материал оболочки, а не ребра, поскольку ребра охлаждаются потоком воздуха.

Почему шаг ребер имеет значение для гарантии на нагревательный элемент?

Шаг ребер определяет площадь поверхности, перепад давления и легкость очистки нагревателя. Малый шаг может быстро заблокировать потоки воздуха, содержащие волокна, масляный туман или проводящую пыль, и заблокированный элемент перегреет оболочку. Выбирайте более широкий шаг для загрязненного воздуха и вместо этого рассчитывайте на большую длину поверхности.