Теплообменники

Аппараты по теплообмену различных конструкций имеют достаточно широкий круг применения в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

В последние годы к быстрому совершенствованию их конструкций привело стремление создать наиболее технологичные в изготовлении и экономичные теплообменные аппараты. Наивысшей тепловой эффективностью характеризуются пластинчатые теплообменники, которые позволяют обеспечить достаточно высокие коэффициенты теплопередачи без значительного роста гидравлического сопротивления.

В этих аппаратах привлекает больше всего наименьший расход материалов на единицу тепловой производительности, унификация узлов и деталей, а также технологичность механизированного изготовления разнообразных поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур и давлений.

Потребители отдают наибольшее предпочтение пластинчатым теплообменникам за их надежность и герметичность в комплексе с разносностью и доступностью к поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнений, а также за их компактность, благодаря которой идет значительное сокращение площадей, занимаемых теплообменной аппаратурой.

Одной и наиважнейших особенностей устройства пластинчатых теплообменников является конструкция и форма поверхности теплообмена и каналов для рабочей среды. Поверхность теплообмена образуется отдельными пластинами, а каналы для рабочей среды имеют щелевидную форму. Рабочая среда движется у поверхности теплообмена тонким слоем, что способствует интенсификации процесса теплоотдачи. Весьма разнообразны формы пластин и профили их поверхностей, конструкции же данных изделий порой ужасно сложны и очень мало напоминают пластины, что по отношению к некоторым конструктивным формам термин “пластина” должен рассматриваться как условный.

Пластины же расположены параллельно друг другу, причем между рабочими поверхностями двух смежных пластин создается некий зазор, образующий отдельный канал именно для рабочей среды, которая подвергается нагреванию или охлаждению.

Из-за малой толщины пластин и параллельной их расстановке с малыми интервалами рабочая поверхность теплообменника может быть расположена в пространстве наиболее компактно – с плотностью, недостижимой в других типах жидкостных теплообменников.

Пластинчатые теплообменные аппараты обладают значительно меньшими и габаритами при равной тепловой нагрузке, и металлоемкостью, чем аппараты типа – “труба в трубе”, кожухотрубные и другие с достаточно высокой эффективностью теплообмена.

Технические показатели теплообменного аппарата определяет конструкция пластин. От формы, размеров и конструктивных особенностей пластин зависят интенсивность теплоотдачи, надежность аппарата, технологичность и трудоемкость его изготовления, а также эксплуатационные данные.

Когда мы сравниваем плюсы и минусы различных конструкций каналов теплообменников бывает особенно важно правильно оценивать энергоемкости процесса конвективного теплообмена. Наиболее выгодным по количеству энергии, затрачиваемой на процесс теплообмена, представляется такой канал, использование которого позволяет для заданных расхода и температуры рабочей среды при одинаковом гидравлическом сопротивлении сконструировать теплообменник с наибольшим коэффициентом теплопередачи и наименьшей площадью поверхности теплообмена.

Самым распространенными в нынешних теплообменных аппаратах являются пластины ленточно-поточного и сетчато-поточного типов. Данные пластины имеют повышенную жесткость по сравнению с плоскими пластинами. Именно при наличии гофр на поверхности теплообмена создаются извилистые щелевидные межпластинные каналы, в которых достигается значительная турбулизация движущихся рабочих сред при сравнительно малых скоростях потока.

Пластины с горизонтальными гофрами треугольного, синусоидального или иного профиля являются весьма эффективными из ленточно-поточных пластин. Конструкции данных пластин отличаются разнообразием в формах и размерах деталей, но для всех них весьма свойственны наличие периодически повторяющихся гофр, ориентированных параллельно меньшей стороне пластины. Форма потока жидкости между пластинами подобна форме волнистой гофрированной ленты, причем геометрические характеристики потока могут быть различными, но во всех случаях поверхность омывается поперек гофр.

Когда пластина находится в рабочем положении, она обычно подвергается различному давлению рабочих сред с обеих сторон, что может вызвать ее прогиб в сторону меньшего давления. Для того, что бы предотвратить такие деформации на каждой пластине имеются вертикальные ряды дистанционных опорных выступов, которые создают многочисленные точки опоры между пластинами.

Применение пластин ленточно-поточного типа имеет ряд своих собственных особенностей.

При соединении пластин выступающие элементы профиля одной пластины входят во впадины между элементами профиля другой. Это заставляет предъявлять довольно строгие требования к взаимному положению пластин по вертикали.

При смещении пластин в вертикальном направлении величина зазора между ними изменяется, что сопровождается резким увеличением гидравлических сопротивлений.

Поток жидкости в каналах, сооруженных из пластин сетчато-поточного типа, меняет направление своего движения в двух плоскостях. Что разрешает при равных средних скоростях движения /по сравнению с гладкостенными и ленточно-поточными каналами/ существенно интенсифицировать теплоотдачу и уменьшить удельную рабочую поверхность аппарата.

В таких пластинах, как сетчато-поточные турбулизирующие элементы профиля используются одновременно и для создания равномерной сетки взаимных опор между пластинами, что позволяет значительно повысить жесткость пакета и обеспечить его работоспособность при более высоких давлениях.

Интенсивность теплообмена увеличивает пульсация потока теплоносителя, постоянно разрушая пограничный слой. Она возникает в каналах, имеющих области сужения и расширения потока.

Если рассматривать раздел экономии топливно-энергетических ресурсов, то там разработаны пластинчатые теплообменники – полуразборный – ТАРС-0,2 и полностью разборный – TAP-0,4, в которых используется канал типа “диффузор – конфузор”.

Когда жидкость течет по диффузору /градиент давления положительный/ это сопровождается ростом турбулентности потока, в результате чего интенсивность теплообмена между жидкостью и теплопередающей стенкой возрастает.

А течение в конфузоре /градиент давления отрицательный/ связано с уменьшением интенсивности теплообмена из-за прекращения генерации турбулентности и вырождения остаточной турбулентности. В случае, если газ течет в канале, представляющем собой последовательное чередование диффузоров и конфузоров, энергия турбулентности, накопленная потоком в диффузоре, может быть полезно использована в конфузоре. Итак, при помощи создания внутри потока неоднородностей давления можно интенсифицировать теплообмен в канале, по которому он протекает.

От относительной протяженности конфузорных и диффузорных частей, соотношения между входными и выходными сечениями диффузоров и формы кромки зависит интенсивность теплообмена и гидравлическое сопротивление канала. Изменение же соотношения между протяженностью диффузорных и конфузорных частей канала приводит к изменению относительной длительности действия положительных и отрицательных градиентов давления, а также соотношения между их абсолютными значениями. Если уменьшить соотношение “диффузор-конфузор” от – 5:1 до – 1:3, то положительные градиенты давления не изменяются, а отрицательные уменьшаются по абсолютной величине при одновременном увеличении длительности их действия.

Конструкции пластин теплообменников – ТАРС-0,2 и ТАР-0,4 устроены таким образом, что форма поверхности пластин обеспечивает пульсирующее движение жидкости в каналах, образованных из этих пластин, при этом площади контакта поверхностей в канале минимальны. Образованные каналы вышеописанным способом характеризуются различным гидравлическим сопротивлением и соответственно различными коэффициентами теплопередачи. Использование данных двух пластин в одном теплообменнике позволяет нам уравнивать коэффициенты теплоотдачи обоих теплоносителей в том случае, когда они имеют различные теплофизические свойства или их расходы не равны друг другу.

Пульсирование жидкости в канале, образованном такими поверхностями, достигается при помощи соответствующей ориентации гофр по отношению к осям теплообменных пластин.

Конструкции теплообменных пластин разрешают получить в теплообменнике каналы типа – “диффузор-конфузор”, обеспечивающие увеличение коэффициента теплопередачи по сравнению с известными типами пластин.

Конструкции обеих пластин имеют следующие особенности:

  • – пластины технологичны для холодной штамповки и удобны для эксплуатации с точки зрения загрязнения и очистки;
  • – пластины обеспечивают жесткость конструкции каналов теплообменника и выравнивание средней скорости рабочей среды по ширине канала.

Гофры используются в качестве турбулизирующих элементов, которые очень аккуратно распределены по поверхности пластины. Гофры расположены таким образом, что отсутствуют прямые проходы, которые представляют собой прямые линии наименьшего сопротивления для движения струй жидкости как в средней зоне, так и по краям, в зоне расположения прокладок. Теплообменники – ТАРС-0,2 и TAP-0,4 предназначены для использования в системах отопления и горячего водоснабжения.

Полуразборный теплообменник набирается из таких секций, которые образованы при помощи попарной сварки теплообменных пластин. Эти секции в теплообменнике собираются через уплотнительные прокладки, которые приклеиваются к поверхности пластин. Сварные секции в полуразборном теплообменнике предназначены для работы в условиях высоких температур /150,0 °С/ и высоких давлений /1,6 МПа/. Наибольшая площадь теплообменной поверхности теплообменника – ТАРС-0,2, составляет – 70,0 м2.

Представитель же нового поколения пластинчатых теплообменников – полностью разборный теплообменник – ТАР-0,4 собирается из теплообменных пластин через уплотнительные прокладки. В теплообменнике впервые применена уплотнительная прокладка такого профиля, с которым без протечек выдерживать высокие давления в полостях без сваривания пластин в секции. Испытания дали свои выводы, которые показали, что новый теплообменник может выдерживать давления в полостях не менее – 2,8 МПа. Конструкция уплотнительной прокладки позволяет исключить фиксацию с помощью клея.

Наибольшая площадь теплообменной поверхности теплообменника ТАР-0,4 составляет – 140,0 м2.

Для использования вторичных энергоресурсов одна фирма разработала конструкцию теплообменников-утилизаторов.

Для работы в системе охлаждения компрессоров предназначен теплообменник – ТТУ-1, в качестве дополнительного элемента для нагрева сетевой воды теплотой сжатого газа.

Данный теплообменник состоит из двух секций, соединенных последовательно по газовому тракту, а также подводящих и отводящих патрубков для теплообменивающихся сред.

Каждая из этих секций включает в себя: корпуса, пучок спирально-накатанных биметаллических труб, расположенных в шахматном порядке.

Теплообменника ТТУ-1 имеет следующие характеристики.

Для охлаждаемой среды /азот, воздух/ расход до – 15,0 тыс. м3/ч, температура до – 150,0 °С. Для нагреваемой среды /вода/ расход до – 30,0 м3/ч, температура до – 90,0 °С, масса – 1 100,0 кг и тепловая мощность – 0,3 Гкал/ч. Для использования теплоты сточных вод “БелНИИС” разработал два вида теплообменников-утилизаторов.

В основу конструкции этих теплообменников положена сварная секция теплообменника – ТАРС-0,2.

Отопление и водоснабжение – многогранный инженерный процесс,

требующий знаний и умений ПРОФЕССИОНАЛА.

Проясним Вашу ситуацию и ответим на вопросы бесплатно +7-932-2000-535

Сантехнические работы Тюмень