Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
ТЭН (трубчатый электронагреватель) — это герметичный нагревательный элемент сопротивления, в котором нагревательная спираль из прецизионного сплава, окружённая электроизолирующим наполнителем-периклазом (оксид магния MgO), запрессована в металлическую оболочку. Спираль изготавливают из нихрома (Х20Н80, Х15Н60) или фехрали (Х23Ю5Т, Х27Ю5Т), наполнитель — периклазовый порошок марок ППЭ-ВМ, ППЭ-1М, ППЭ-2М, ППЭ-3МО по ГОСТ 13236-83, материал оболочки выбирается под рабочую среду: нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, углеродистая сталь, медь, латунь или титан.
Ниже разобраны функции и материалы каждого из трёх элементов ТЭН, действующие стандарты на изделие и наполнитель, выбор материала оболочки под среду нагрева, а также типичные ошибки и причины сокращения ресурса.
По определению ГОСТ 13268-88, трубчатый электронагреватель — это электрический нагреватель сопротивления, состоящий из нагревательного элемента с контактными стержнями на концах, запрессованного вместе с наполнителем в металлическую оболочку. Конструкция включает шесть ключевых элементов:
Каждый из трёх основных материалов решает свою задачу. Сплав спирали отвечает за выделение тепла, периклаз — за изоляцию и теплопередачу внутрь оболочки, оболочка — за стойкость к среде и долговечность.
Нагревательный элемент ТЭН по ГОСТ 13268-88 — это металлический проводник из сплава с высоким удельным сопротивлением. Промышленно применяются две группы прецизионных сплавов из VI группы по ГОСТ 10994-74:
Сортамент проволоки регулирует ГОСТ 12766.1-90, химический состав сплавов — ГОСТ 10994-74. Для бытовых ТЭН и ТЭН повышенной надёжности (трубчатых нагревателей с маркировкой ТЭН) типична проволока марок Х20Н80-Н и Х15Н60-Н — нихромы с высоким содержанием никеля и стабильной плёнкой оксида хрома Cr2O3 на поверхности. Для высокотемпературных промышленных ТЭН чаще применяют фехраль Х23Ю5Т с защитной плёнкой Al2O3.
Максимальная температура спирали в ТЭН существенно ниже паспортной для открытой проволоки той же марки — спираль работает в плотном контакте с периклазом и оболочкой, теплоотвод ограничен. Реальная температура поверхности оболочки и допустимые удельные поверхностные мощности нормируются по ГОСТ 13268-88 в зависимости от среды.
Периклаз — это минерал с химической формулой MgO (оксид магния). Он применяется в виде электротехнического порошка, который засыпают в оболочку ТЭН вокруг спирали и затем спрессовывают (обжимают) для уплотнения. Эта работа сочетает несколько необходимых свойств: высокая электрическая прочность, высокая теплопроводность для огнеупорной керамики, очень высокая температура плавления (точка плавления MgO около 2825 °C), химическая инертность к материалам спирали и оболочки.
Электротехнический периклазовый порошок выпускают по ГОСТ 13236-83 «Порошки периклазовые электротехнические. Технические условия». Действующая номенклатура: ППЭ-ВМ, ППЭ-1М, ППЭ-2М, ППЭ-3МО (марки с буквой К — крупнозернистые — в действующей редакции стандарта обозначены как выпускавшиеся до 01.01.93). В обозначении марок: ППЭ — порошок периклазовый электротехнический; цифра указывает класс (по электроизоляционным свойствам и зерновому составу); М — мелкозернистый; ВМ — высшего качества, мелкозернистый.
Главный технологический момент при изготовлении ТЭН — опрессовка: после засыпки порошка трубку обжимают, плотность наполнителя возрастает, контакт между зёрнами становится механически и термически устойчивым. Чем плотнее опрессовка, тем выше теплопроводность массива и тем равномернее температурное поле вдоль активной длины ТЭН.
Периклаз гигроскопичен: при попадании влаги в наполнитель электрическое сопротивление между спиралью и оболочкой резко падает, ток утечки растёт, ТЭН пробивается на корпус. Поэтому торцы герметизируют влагозащитным термостойким лаком (герметиком), а ТЭН хранят в сухих условиях. Включение ТЭН с увлажнённым наполнителем (например, после длительного простоя) допускается только после просушки в номинальном режиме на пониженной мощности.
Оболочка ТЭН одновременно держит давление наполнителя, изолирует внутреннюю часть от рабочей среды и передаёт тепло. Выбор марки зависит от среды, температуры, давления и требований к ресурсу. ГОСТ 13268-88 нормирует материал оболочки, нагреваемые среды и предельные удельные поверхностные мощности; ГОСТ 13268-88 допускает применение и других материалов при соблюдении требований стандарта.
Среда нагрева задаёт два параметра: материал оболочки и допустимую удельную поверхностную мощность (Вт/см²). Чем выше теплоотвод, тем выше можно поднять поверхностную мощность без перегрева оболочки и наполнителя:
На торцах ТЭН расположены контактные стержни, соединяющие концы спирали с внешней цепью. К узлу предъявляются три требования: низкое переходное сопротивление, механическая прочность резьбового соединения, электрическая изоляция от оболочки. Стержни обычно изготавливают из стали (углеродистой или нержавеющей) или латуни в зависимости от материала оболочки и среды.
Узел концевой герметизации — это влагозащитный термостойкий герметик (силиконовый, эпоксидный или специальный термоусадочный изолятор), заполняющий торец между периклазом и контактным стержнем. Он защищает наполнитель от попадания атмосферной влаги в процессе хранения, монтажа и работы. По ГОСТ 13268-88 при напряжении свыше 48 В торцы ТЭН должны оснащаться изоляторами, обеспечивающими отсутствие поверхностного разряда.
Штуцеры и фланцы для монтажа ТЭН в резервуар изготавливают из углеродистой стали, нержавеющей стали (20Х13, 12Х18Н10Т) или латуни. Крепление к оболочке — пайкой высокотемпературным припоем, сваркой в защитной среде или прессованием, в зависимости от среды и материала оболочки.
По ГОСТ 13268-88 условное обозначение ТЭН включает развёрнутую длину трубы, длину контактного стержня в заделке, диаметр оболочки, потребляемую мощность, условное обозначение материала оболочки и нагреваемой среды, номинальное напряжение и климатическое исполнение. Длина стержня в заделке указывается латинской буквой по таблице стандарта (A — 40 мм, B — 65 мм и далее по ряду).
Выбор материалов начинают с условий применения. Алгоритм:
Ресурс ТЭН определяется главным образом качеством материалов и соблюдением условий эксплуатации. Типичные причины досрочного отказа:
ТЭН состоит из трёх основных материалов. Нагревательная спираль — прецизионный сплав с высоким электрическим сопротивлением (нихром Х20Н80, Х15Н60 или фехраль Х23Ю5Т по ГОСТ 10994-74). Наполнитель — электротехнический периклазовый порошок (оксид магния MgO) по ГОСТ 13236-83 марок ППЭ-ВМ, ППЭ-1М, ППЭ-2М, ППЭ-3МО. Оболочка — металлическая трубка из углеродистой или нержавеющей стали, латуни, меди или титана в зависимости от среды нагрева.
Периклаз — это минерал состава MgO (оксид магния), который используют в виде термообработанного электротехнического порошка. Внутри ТЭН периклаз окружает спираль и обеспечивает два свойства одновременно: высокую электрическую изоляцию между спиралью и оболочкой, и хорошую теплопроводность от спирали к оболочке. Температура плавления MgO около 2825 °C — значительно выше любых рабочих температур ТЭН. Параметры порошка нормированы ГОСТ 13236-83.
Стандартный материал — сталь 12Х18Н10Т (международный аналог AISI 321), реже 08Х18Н10 (аналог AISI 304). Это коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная аустенитная нержавеющая сталь, входящая в номенклатуру ГОСТ 5632-2014 и пригодная для контакта с пищевыми жидкостями и слабыми растворами кислот. Конкретная марка указывается в условном обозначении ТЭН по ГОСТ 13268-88.
Главное отличие — допустимая удельная поверхностная мощность и материал оболочки. В воде теплоотвод от оболочки на порядок выше, чем в воздухе, поэтому для одинаковой температуры оболочки в воде ТЭН может выдавать в несколько раз большую мощность с той же поверхности. Водяные ТЭН чаще делают из нержавейки, латуни или меди; воздушные — из нержавейки или углеродистой стали, нередко с оребрением для увеличения поверхности теплоотдачи. Допустимые сочетания нормированы ГОСТ 13268-88.
В воде теплоотдача с оболочки настолько эффективна, что номинальная мощность ТЭН и материалы спирали и наполнителя рассчитаны именно на этот режим. Без жидкости (или после её испарения) теплоотвод падает, температура спирали и периклаза за считаные минуты выходит за пределы допустимой. Это приводит к перегоранию спирали, окалинообразованию оболочки, растрескиванию наполнителя и прогарам стенки. Для бытовых водонагревателей предусматривают защиту от пуска «всухую».
Промышленные ТЭН — ГОСТ 13268-88 «Электронагреватели трубчатые». Бытовые ТЭН — ГОСТ 19108-81. Наполнитель (периклаз) — ГОСТ 13236-83. Сплав спирали — ГОСТ 10994-74, сортамент проволоки — ГОСТ 12766.1-90. Климатическое исполнение УХЛ4 — по ГОСТ 15150-69.
ГОСТ 13268-88 не распространяется на ТЭН с температурой на оболочке свыше 650 °C; ГОСТ 19108-81 в действующей редакции (с изменениями № 1 и № 2) — свыше 800 °C для бытовых исполнений. Для специальных промышленных ТЭН (например, излучательных в высокотемпературных печах) применяют жаростойкие стали и сплавы по техническим условиям производителей. Температура самой спирали внутри ТЭН всегда выше температуры оболочки — величина превышения зависит от удельной поверхностной мощности, плотности опрессовки наполнителя и условий теплоотдачи; это учитывается при выборе марки сплава с запасом по жаростойкости.
Изгиб в холодном состоянии возможен в зоне активной длины, не ближе 10 мм от концов контактных стержней в заделке. Радиус изгиба — не менее 1,5 номинального диаметра ТЭН (по ГОСТ 19108-81) либо не менее 2,5 диаметров по технологическим рекомендациям производителей. При меньшем радиусе нарушается контакт спирали с периклазом, возможен пробой. Спираль должна сохранять центральное положение внутри трубки.
В первую очередь по среде нагрева: вода и пищевые жидкости — нержавейка 12Х18Н10Т, латунь, медь; масла и жиры — углеродистая сталь; воздух — нержавейка или углеродистая сталь; агрессивные растворы и морская вода — титан. Затем проверяют допустимую удельную поверхностную мощность по таблице ГОСТ 13268-88 для выбранной комбинации. Для температур на оболочке выше 450 °C — жаростойкие стали и сплавы.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.