Что необходимо знать об алюминиевых и биметаллических радиаторах?

Радиаторы отопления представляют собой приборы, предназначенные для обогрева пространства, обычно состоящие из группы секций, по которым циркулирует теплоноситель. Что может быть сложного в производстве алюминиевого радиатора отопления? Сплав алюминия с добавлением кремния (для прочности) заливается в форму, из него выплавляются секции, после соединения этих секций в единый отопительный прибор радиатор готов. Однако эксперты неслучайно называют радиатор высокотехнологичной продукцией.

Ведущие специалисты по производству, представители научного экспертного сообщества отрасли отопительных приборов рассказали, как производятся качественные алюминиевые и биметаллические радиаторы.

Виды и особенности производства современных радиаторов

Выделяют три основных вида алюминиевых радиаторов: экструзионные, литые и комбинированные. В чем же особенности производства каждого такого вида алюминиевых радиаторов?

Цельные экструзионные радиаторы состоят из алюминиевых прессованных профилей. Как понятно из названия, изготавливаются такие профили методом экструзии: сплав алюминия продавливается через формы, а затем получаемые элементы соединяются между собой посредством сварки. Такие радиаторы по своей конструкции являются неразборными.

Литые радиаторы состоят из секций, изготовленных методом литья под высоким давлением, при котором каждая отдельная секция формируется в пресс-форме. Далее секции соединяются в единый радиатор с помощью резьбовых соединительных элементов (ниппелей). Для герметизации межсекционных стыков применяют прокладки из графита или паронита, высокотемпературного силикона или иных материалов.

Комбинированные алюминиевые радиаторы сочетают в себе свойства литых и экструзионных радиаторов. Элементы горизонтальных коллекторов здесь изготавливаются методом литья под давлением, в то время как секции – из прессованного профиля.

Кроме того, для обеспечения функционирования в условиях высокого рабочего давления производят биметаллические радиаторы, которые отличаются от цельноалюминиевых наличием закладного элемента – стального коллектора. Секции биметаллического радиатора для центрального отопления состоят из стального сердечника в виде тонкостенных стальных труб (канал для прохода теплоносителя) с наружным оребрением из алюминиевого сплава, выполняющим функцию теплоотдачи. Поэтому теплоноситель (вода) проходит по коллектору без соприкосновения с алюминием, что многократно повышает прочность радиатора и защищает алюминиевый сплав от окисления.

Основным требованием при производстве радиаторов является соответствие ГОСТ 31311-2015 «Приборы отопительные. Общие технические условия»[1].

Важнейший показатель безопасности – статическая прочность, которая обеспечивается за счет:

  • применения высококачественных алюминиевых чушек;
  • использования современных печей плавления и технологии приготовления расплава;
  • функционирования современных литейных машин и фиксированных режимов литья;
  • применения пресс-форм особой конструкции, обеспечивающей охлаждение и удаление газов;
  • наличия лаборатории спектрального анализа для входного контроля сырья и качества расплава;
  • работы квалифицированных технологов и операторов литейных машин.

К сожалению, в связи с отсутствием обязательной сертификации радиаторов отопления все требования ГОСТ 31311-2005 по-прежнему остаются для производителей радиаторов «правилами хорошего тона», которые соблюдаются добросовестными предприятиями-изготовителями на добровольной основе.

Все ли сплавы одинаковы?

Согласно ГОСТ 31311-2005, литые алюминиевые радиаторы должны изготавливаться из сплавов алюминия, обеспечивающих требуемые технологические и конструкционные параметры отливок.

Химический состав сплава алюминия существенно влияет на технологические и теплофизические свойства радиатора. Для получения необходимого состава материала сплав шихтуется (формируется) различными добавками в соответствии с ГОСТ.

При этом большое значение имеет сопряжение технологии с производством. Необходимо придерживаться той разработанной технологии, которая существует на конкретном производстве. Поскольку алюминиевые сплавы подвержены очень сильному окислению, то правильное проектирование системы каналов и полостей в пресс-форме значительно влияет на качество готового изделия.

Принципиально основа сплава (алюминий) одна и та же, но отличается количество компонентов в сплаве. Каждое производство подбирает сплав под конкретные задачи и в зависимости от выпускаемых моделей радиаторов химические элементы сплава позволяют достигать необходимых физико-механических свойств конечного продукта.

Для этого на заводах-изготовителях, как правило, имеется возможность варьировать примеси, добавляемые в сплав алюминия, в том числе и кремний. Повышение содержания кремния помогает улучшить литейные свойства сплава, придать ему большую жидкотекучесть. В результате у производителей появляется возможность отлить радиатор с более тонкими ребрами. Это приводит к уменьшению массы радиатора: площадь поверхности остается той же, но материала на изготовление уходит меньше. Однако при этом уменьшается и теплоотдача, которая тесно связана с толщиной ребер: чем тоньше ребра, тем ниже теплоотдача, здесь действуют элементарные законы физики.

При приготовлении расплавов должны обеспечиваться дегазация, контроль температуры расплава и его химического состава. При расплаве чушек и литье готовых изделий могут возникать следующие дефекты, которые влияют на качество и прочность:

  • поры, насыщение воздухом,
  • включения,
  • поверхностные дефекты,
  • низкая прочность и пластичность,
  • раковины, усадка и так далее.

При производстве литых радиаторов должен обеспечиваться контроль толщины стенок, а при производстве биметаллических контроль позиционирования закладного элемента.

Технические характеристики радиатора

Главные технические характеристики, по которым устанавливается уровень качества радиатора – это номинальный тепловой поток (тепловая отдача), т.е. мощность тепловой энергии, исходящей от нагревательного прибора, и рабочее давление – максимальное избыточное давление в отопительной системе, которое способна выдержать конструкция радиатора.

Согласно ГОСТ 31311-2005, радиаторы должны быть прочными и герметичными и выдерживать пробное давление, в полтора раза превышающее максимальное рабочее. При этом «давление разрушения» должно превышать максимальное рабочее для литых радиаторов не менее чем в три раза. По теплоотдаче допустимое отклонение фактического значения, установленного по результатам проведения испытаний, от значения, заявленного изготовителем на упаковке и в сопроводительной документации (в паспорте отопительного прибора) должно находиться в пределах от -4% до +5%.

В свою очередь, теплоотдача радиатора зависит от ряда факторов. Так, проведенные в лаборатории M.R.T. Миланского политехнического университета (Politecnico di Milano) исследования выявили зависимость тепловой мощности радиатора от материала, формы, толщины, технологии обработки поверхности, а также от параметров циркуляции теплоносителя внутри изделия.

Качество и контроль

Радиаторы находятся в жилых и общественных помещениях, то есть расположены в непосредственной близости от людей, в связи с чем к их безопасности и качеству должны предъявляться единые нормативно установленные требования.

При этом проверка качества радиаторов отопления осуществляется и самими производителями еще на этапе изготовления. Контроль на производстве многоступенчатый и многофакторный.

Во-первых, задачи по контролю качества лежат на самом персонале: и у рабочего, и у мастера, и у начальника смены одна из основных мотиваций – именно качество.

Вторая часть – это технологическая служба, которая разрабатывает технологии производства по каждой производственной операции и следит за соблюдением утвержденных технологических карт.

Третье – служба качества, которая осуществляет контроль на каждой стадии производства, а также входной контроль сырья (спектрографический контроль): невозможно выплавить качественный металл без оперативной проверки соответствия химическому составу сплава. Такая проверка должна осуществляться в лабораториях спектрального анализа.

Кроме того, служба качества должна быть оснащена оборудованием для осуществления проверки геометрических размеров секций, толщины стенок, качества резьбы, а также для проверки на герметичность и прочность секций и радиаторов в целом.

Что касается европейского опыта контроля качества производства радиаторов, то здесь «законодателем мод» традиционно является Италия, где производитель обязан осуществлять заводской производственный контроль (FPC) для обеспечения соответствия реализуемой продукции основным параметрам Декларации о рабочих характеристиках (DoP) (аналог российского паспорта отопительного прибора).

Требования к осуществлению заводского производственного контроля должны быть оформлены в письменном виде и утверждены изготовителем. Такая система производственного контроля обеспечивает достижение общего уровня качества и требуемых технических характеристик продукции. Производитель должен иметь в своем распоряжении необходимое оборудование и квалифицированный персонал, чтобы проводить соответствующие проверки и испытания.

Таким образом, чтобы производить качественные алюминиевые или биметаллические радиаторы, изготовителю необходимо иметь глубокие знания, умения и навыки в широких областях машиностроения, металлургии и металлообработки, надежное современное оборудование и высококвалифицированный персонал.

При этом очевидно, что, только следуя государственным стандартам, осуществляя строгий контроль качества и соблюдая требования безопасности, можно произвести надежный и энергоэффективный радиатор отопления.

Благодарим за помощь в подготовке данной статьи:

  • Джанлуиджи Аричи, заместителя председателя Ассоциации производителей оборудования и компонентов для отопительных систем Assotermica;
  • Ренцо Маркези, руководителя лаборатории по исследованиям теплотехники M.R.T. (Misure Ricerche Termotecniche) Миланского политехнического университета;
  • Клаудио Тарини, лаборатория по исследованиям теплотехники M.R.T. (Misure Ricerche Termotecniche) Миланского политехнического университета;
  • Виталия Сасина, генерального директора испытательной лаборатории «Витатерм»;
  • Василия Громова, ученого секретаря НИИ сантехники;
  • Германа Бершидского, заместителя начальника отдела отопительных приборов и систем отопления НИИ сантехники;
  • Николая Саливончика, заместителя генерального директора ОДО «ОНИКС» (Беларусь);
  • Петра Смирнова, директора по стратегическому развитию Промышленной группы Royal Thermo - Campo Di Calore;
  • Максима Торунова, заместителя начальника производства Промышленной группы Royal Thermo - Campo Di Calore.