Grzałki zwojowe to niezbędny komponent w wielu przemysłowych urządzeniach i procesach. Często znajdują zastosowanie tam, gdzie grzałki opaskowe okazują się niewystarczające lub gdzie nie ma technicznych możliwości ich montażu. Grzałki zwojowe wykorzystuje się między innymi w urządzeniach do formowania wtryskowego (wtryskarkach), urządzeniach do produkcji opakowań, sprzęcie medycznym czy przy produkcji półprzewodników. Dziś postaramy się przybliżyć, jak zbudowane są grzałki zwojowe i jakie są podstawowe zasady ich działania.
Co to jest grzałka zwojowa?
Grzałka zwojowa to rodzaj urządzenia grzewczego, które wykorzystuje oporowy drut nawinięty w formie spirali o przekroju kołowym. Drut znajduje się zwykle w płaszczu wykonanym np. ze stali nierdzewnej. Ten materiał osłonowy stanowi dodatkową warstwę izolacyjną i ochronną.
Grzałki zwojowe – najważniejsze zalety
Co sprawia, że grzałki zwojowe mają tak szerokie zastosowanie w nowoczesnym przemyśle? Powodów tej popularności jest kilka. Do najważniejszych zalet grzałek zwojowych zaliczamy:
- Wysoka wydajność – grzałki zwojowe są bardzo wydajne i niezwykle szybko osiągają zadaną temperaturę. Są to często grzałki dużej mocy.
- Elastyczność – grzałki zwojowe z naszej oferty są produkowane na zamówienie i dopasowywane do indywidualnych potrzeb Klienta. Można je więc wykorzystać tam, gdzie nie sprawdzają się gotowe rozwiązania.
- Łatwa kontrola – temperatura grzałek zwojowych może być precyzyjnie regulowana i kontrolowana za pomocą np. czujników temperatury (oferujemy grzałki z możliwością zabudowania termopary).
- Trwałość – przy odpowiedniej konserwacji i użytkowaniu nasze grzałki zwojowe posłużą bezawaryjnie przez długi czas.
Czy grzałki zwojowe mają jakieś wady? Za pewien mankament można uznać stosunkowo wysoką konsumpcję energii. W zamiast uzyskujemy jednak dużą moc, która w określonych sytuacjach jest niezbędną. Grzałki zwojowe do poprawnego działania i utrzymania optymalnych parametrów pracy wymagają także regularnej konserwacji. Wszystko zależy oczywiście od konkretnego modelu grzałki zwojowej. Elementy grzejne zwojowe wykonywane są w Sinkoplex na indywidualnie zamówienie klienta. W związku z tym dane techniczne poszczególnych grzałek mogą się znacząco różnić.
Gdzie stosuje się grzałki zwojowe?
Grzałki zwojowe znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Oto kilka typowych przykładów zastosowań tego rodzaju komponentów grzewczych.
- Przemysłowe procesy związane z tworzywem sztucznym – grzałki zwojowe znajdują się często w dyszach wtryskowych czy systemach wykorzystujących gorące kanały. Pozwalają na utrzymanie tworzywa sztucznego w odpowiedniej, optymalnej do formowania temperaturze.
- Maszyny i urządzenia do produkcji opakowań – na podobnej zasadzie jak w przypadku formowania wtryskowego grzałki zwojowe mają także szerokie zastosowanie w przemysłowych urządzeniach do seryjnej produkcji opakowań.
- Reaktory – grzałki spiralne mogą być stosowane w różnego rodzaju reaktorach, w tym chemicznych, biologicznych, a nawet nuklearnych. Są często wykorzystywane do utrzymywania wymaganych warunków temperaturowych do przeprowadzania określonych reakcji.
- Sprzęt medyczny – grzałki zwojowej są też komponentem niektórych urządzeń medycznych. Dotyczy to na przykład urządzeń przeznaczonych do sterylizacji.
- Produkcja półprzewodników – to bardzo złożony proces, który na pewnych etapach wymaga stałych, bardzo wysokich temperatur. Ich osiągnięcie i utrzymanie jest często możliwe właśnie dzięki grzałkom zwojowym.
- Branża spożywcza – proste grzałki zwojowe znajdują się także w stosowanych na co dzień urządzeniach jak, chociażby piekarniki czy tostery.
To oczywiście tylko kilka przykładów sektorów i branż, które wykorzystują grzałki zwojowe. Alternatywą dla tego typu elementów grzejnych są też często grzałki pierścieniowe.
Zasada działania grzałek zwojowych
Grzałki zwojowe, podobnie zresztą jak grzałki ceramiczne, działają na podstawie zjawiska nagrzewania rezystancyjnego (oporowego). Kiedy prąd elektryczny przepływa przez drut oporowy, napotyka opór przepływu elektronów. Opór ten powoduje, że energia elektryczna jest zamieniana na energię cieplną – im większy opór, tym więcej wytwarzanego ciepła.
Grzałki spiralne są zwykle wykonane z oporowego drutu nawiniętego w spiralę. Drut ten jest zazwyczaj wykonany z materiału o wysokiej oporności i odporności na wysokie temperatury. W przypadku naszych grzałek zwojowych jest to drut oporowy niklowo-chromowy zagęszczony tlenkiem magnezu wysokiej jakości. Drut jest osłonięty płaszczem wykonanym ze stali nierdzewnej (stal AISI 304 i AISI 321), co zapewnia ochronę i trwałość.
Rodzaje grzałek zwojowych
Grzałki zwojowe podzielić można ze względu na budowę na 3 podstawowe typy:
- grzałki zwojowe osiowe,
- grzałki zwojowe styczne,
- grzałki zwojowe promieniowe.
Różnice w budowie tych trzech typów grzałek najlepiej wyjaśni zamieszczony poniżej diagram:
Optymalny układ stref grzewczych i rozstaw zwojów grzałki
Grzałki zwojowe wcale nie muszą mieć układu równomiernej spirali, w której poszczególne zwoje znajdują się w tej samej odległości względem siebie. Rozstaw zwojów spirali grzałki to istotny czynnik konstrukcyjny, zapewniający ogrzewanie dostosowane do wymagań konkretnego projektu. Wpływ na konstrukcję grzałki mają takie czynniki jak:
- Wymagania grzewcze – specyficzne wymagania grzewcze konkretnej aplikacji grzałek, takie jak pożądana dystrybucja temperatury i transferu ciepła, odgrywają rolę w określaniu układu i rozstawu zwojów.
- Ogrzewana powierzchnia lub obiekt – kształt, rozmiar i geometria ogrzewanego obiektu lub powierzchni wpływają na projekt grzałki spiralnej. Układ zwojów powinien być zoptymalizowany, aby osiągnąć równomierne rozprowadzenie ciepła na docelowym obszarze. Grzałki zwojowe Sinkoplex dostarczamy w postaci standardowej lub do samodzielnego nawinięcia.
- Charakterystyka wymiany ciepła – zrozumienie mechanizmów wymiany ciepła (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie) oraz właściwości materiałowych ogrzewanego obiektu lub powierzchni pomaga określić odpowiedni układ i rozstaw zwojów.
Schematyczny przykład grzałki zwojowej o nieregularnym układzie zwojów w celu uzyskania określonego rozkładu mocy cieplnej:
Kontrola temperatury w grzałkach zwojowych
Precyzyjna kontrola temperatury w grzałkach zwojowych jest kluczowa dla większości aplikacji tych elementów grzewczych. W przypadku naszych grzałek oferujemy możliwość montażu czujnika temperatury w postaci termopary typu J (do 650°C) lub termopary typu K (do 1000°C).
Termopara to czujnik temperatury składający się z dwóch drutów metalowych połączonych w pętlę. Różnica temperatur między dwoma złączami generuje napięcie, które jest wykorzystywane do dokładnego określenia temperatury. Sygnał wyjściowy z termopary może być użyty do sterowania zasilaniem grzałki zwojowej.
Alternatywą dla termopary jest termostat. Jego zasada działania jest bardzo prosta. Mechaniczne lub elektroniczne termostaty ustawione są na określony poziom temperatury. Kiedy zostanie on przekroczony, termostat reguluje zasilanie w celu utrzymania pożądanej temperatury.
Bezpieczeństwo użytkowania grzałek zwojowych
Bezpieczeństwo to kluczowy aspekt wykorzystania wszystkich rodzajów elementów grzewczych, w tym także grzałek zwojowych. Jako że są to często komponenty o dużej mocy, bardzo ważne jest wdrożenie odpowiednich zabezpieczeń. W praktycznych aplikacjach stosuje się różne rozwiązania. Są to na przykład ograniczniki temperatury. Urządzenia te odcinają zasilanie w momencie, gdy temperatura przekroczy określoną granicę. Kluczowe jest także dokładne monitorowanie temperatury elementów grzejnych opisane nieco wyżej.
Czytaj także:
- Jak działają czujniki temperatury i do czego się je wykorzystuje?
- Kąpiel galwaniczna. Jak zoptymalizować proces?
- Formowanie wtryskowe – jak przebiega?
- Grzałki ceramiczne – typy, zastosowania i najważniejsze zalety
- Kabel grzewczy samoregulujący – zasada działania
- Grzałki do pieców
- Rezystory grzejne
- Grzałki do wody
- Grzałki do bufora
- Grzałki do sauny
