Teres-1t.ru

Инженерные решения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

Области применения теплообменных аппаратов:

  • системы отопления;
  • металлургия;
  • энергетика;
  • тепловые пункты;
  • химическая и пищевая промышленности;
  • системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
  • коммунальное хозяйство;
  • атомная и холодильная отрасли.

Выделяют следующие сферы использования теплообменивающего оборудования:

  • системы охлаждения;
  • отопительные системы;
  • системы кондиционирования;
  • химическая промышленность;
  • обогрев бассейнов;
  • солнечные коллекторы;
  • машиностроение;
  • вентиляционные системы;
  • металлургия;
  • фармация;
  • автопроизводство;
  • пищевая промышленность.

Помимо этого, возможно применение теплообменивающего оборудования для отопления частных домовладений. Установить устройство можно как самостоятельно, так и с помощью мастера. Использование такой техники помогает равномерно распределить тепло в помещении.

Принцип работы оборудования

Работа битермического теплообменника выглядит так:

  • Вначале нагревается пластина, передавая тепло внешней трубке с постепенным нагревом воды в отсеке, который предназначен для отопления. Пока кран подачи горячей воды не включен, второй контур перекрыт, нагретая жидкость циркулирует внутри первого контура.
  • Если включить подачу горячей воды, происходит автоматическое перекрытие контура отопления, а второй соответственно запускается. Все тепло переходит ко второму контуру, и нагревающаяся вода начинает циркулировать во внутреннем отсеке. При закрытии грана горячей воды, ток воды во внешней полости возобновляется.

Преимущества и недостатки пластинчатого теплообменника


В этом разделе мы упомянем некоторые сильные и слабые стороны пластинчатых теплообменников по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

Преимущества

Простая разборка и различные конфигурации пластин обеспечивают гибкость пластинчатых теплообменников для совместимости с новыми технологическими приложениями путем простого добавления или удаления или перестановки пластин.

Узкие каналы между соседними пластинами обеспечивают небольшой объем жидкости, содержащейся в пластинчатом теплообменнике. Поэтому, прибор имеет быструю реакцию к изменениям с короткими временами запаздывания так, что температуры будут охотно проконтролированы.

Производство пластинчатых теплообменников практически недорого.

По сравнению с 50% рекуперацией тепла кожухотрубных теплообменников, до 90% тепла рекуперируется в пластинчатых теплообменниках из-за гофр пластин и малого гидравлического диаметра, вызывающих повышенную турбулентность и высокие скорости теплопередачи.

Для той же области теплопередачи пластинчатые теплообменники часто занимают на 80% меньше места, чем кожухотрубные теплообменники.

Недостатки

Важная слабость пластинчатых теплообменников связана со стандартными пластинчатыми прокладками, которые не выдерживают давления более 25 АТМ и температуры более 160 °С, вызывающих утечку.

Читайте так же:
Реле максимального тока тепловое реле

Гофрированная конфигурация пластин и небольшие проточные пространства вызывают падение высокого давления из-за трения, что повышает затраты на перекачку.

Трение между пластинами может вызвать износ и, следовательно, образование небольших отверстий, которые трудно обнаружить.

Хотя иногда пластинчатые теплообменники могут использоваться в процессах конденсации или испарения, они не рекомендуются для газов и паров из-за ограничений пространства внутри каналов и ограничений давления.

Другим ограничением является использование пластинчатых теплообменников при обработке высоковязких жидкостей или жидкостей, содержащих волокнистый материал, из-за связанного с этим падения высокого давления и проблем с распределением потока.

Производственный отдел kvip.su с опытом более 20 лет может предоставить:

аудит и выезд на производство;

расчеты от 2-3 часов после оставления заявки;

гарантию от 12 месяцев;

сопровождение в дальнейшем.

Напишите нам. Наши менеджеры свяжутся в Вами как можно быстрее.

Подписывайтесь на наш Телеграм канал, там всегда много полезного и интересного.

Конструкции и виды поверхностных теплообменников

Кожухотрубные теплообменники

Теплообменник трубчатый (рис.1) состоит из пучка труб, помещенных в цилиндрическом корпусе 1 (кожухе). Корпус кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Толщина стенки кожуха (корпуса) определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но применяется на практике не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата. Пространство между трубками 3 и боковой поверхностью кожуха называется межтрубным. Трубки завальцованы (закреплены) или приварены к трубным решеткам 2. К фланцам корпуса крепятся крышка и днище 5, на них расположены патрубки 4 для подвода и отвода нагреваемой среды НС. На корпусе также имеются патрубки 4 для подвода и отвода охлаждаемой среды ОС (на рисунке охлаждаемой средой является пар).

Рис.1 Кожухотрубный теплообменник

1- корпус; 2- трубная решетка; 3- греющая труба; 4- патрубок; 5- днища; 6- опоры; 7- болт; 8- прокладка; 9- обечайка.

Трубки обычно имеют диаметр d ≥10 мм и изготовляются из материалов, хорошо проводящих тепло (латунь, медь, сталь углеродистая, сталь нержавеющая). Большим недостатком одноходовых теплообменников является несоответствие между пропускной способностью пучка трубок и площадью теплообмена. Например трубка диаметром 20 мм (при скорости потока 1 м/сек) может пропустить около 1,0 т/ч жидкости; при этом площадь поверхности трубки при обычной длине 3,5 м составляет всего около 0,2 м 2 . Этой площади будет недостаточно для существенного подогрева такого большого количества жидкости. Этот недостаток можно устранить группировкой труб в отдельные пучки (ходы) и установкой соответствующих перегородок. В этом случае мы достигаем эффекта за счет увеличения пути движения потока в несколько раз. Такой теплообменник называется многоходовым (рис.2а ). Здесь рабочая жидкость проходит через трубное пространство в несколько ходов, протекая последовательно через все пучки труб.

Читайте так же:
Тепловое действие тока примеры из жизни

Рис.2 Схема многоходового трубчатого теплообменника:

а) по трубному пространству; б) по межтрубному пространству

При небольшом числе ходов (два-три) перегородки делают по хордам, при большом- радиально или концентрически. Конструктивно удобнее устраивать четное число ходов, обычно не более 16. Если в межтрубном пространстве теплоносителем является жидкость, то для увеличения ее скорости также устраивают перегородки — продольные и поперечные (для пара применяют только одноходовое исполнение). Продольные перегородки делят межтрубное пространство на столько же ходов, сколько имеет трубное. Эти перегородки обеспечивают принцип противотока рабочих тел. Перегородки установлены параллельно трубкам и не достигают противоположной трубной решетки. Большое число перегородок не рекомендуется из-за трудности уплотнения их стыков с трубными решетками.

Поперечные перегородки бывают перекрывающие и неперекрывающие. Перекрывающие перегородки пересекают все межтрубное пространство, оставляя вокруг каждой трубки кольцевую щель шириной около 2 мм. Расстояние между перегородками обычно 100 мм. Рабочее тело протекает через кольцевые щели с большой скоростью. При этом в промежутках между перегородками образуются турбулентные завихрения, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. Такие перегородки неприменимы, если жидкости могут выделять осадок, т.к. узкие щели легко им забиваются. Неперекрывающие перегородки (рис.2б ) выполняют, например, с проходом в виде сектора или сегмента.

Трубчатый теплообменник с U-образными трубками

Двухходовый теплообменник часто выполняют с U-образными трубками, открытые концы которых завальцованы в одну и ту же трубную решетку (рис.3). При запуске в работу теплообменников нужно обращать внимание на направление движения рабочих тел. Горячая (охлаждаемая) жидкость должна опускаться (подача сверху), а холодная (нагреваемая) — подниматься. В этом случае получаем противоток, который обеспечивает лучшую термическую срезку.

Рис.3 Схема теплообменника с U- образными трубками

1- крышка; 2- корпус; 3- U- образные трубки

Трубчатые теплообменники нашли широкое применение в паровых системах с температурой сред выше 200 градусов и давлением выше 25 атмосфер. Во всех других случаях целесообразно применять пластинчатые теплообменники, так как они будут более дешевыми, занимать меньше места и удобными в эксплуатации.

Читайте так же:
Ток теплового расцепителя двигателя

Теплообменники «труба в трубе»

Теплообменники «труба в трубе» применяют при небольших расходах рабочих жидкостей и высоких давлениях. Их собирают из нескольких последовательно соединенных элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами (рис.4). Каждый элемент состоит из 2-х труб, вставленных одна в другую. Элементы соединены в батарею последовательно, параллельно или комбинировано. При этом трубы соединяются с трубами, а кольцевые пространства с кольцевыми пространствами. Достоинством таких теплообменников является соблюдение противотока, что обеспечивает наиболее полное использование теплоносителя. Они позволяют достигать довольно высоких скоростей жидкости в диапазоне 1-1,5 м/с, что уменьшает возможности отложения загрязнений на поверхности теплообмена и увеличивает значения коэффициентов теплопередачи. Отметим, что эти теплообменники более громоздки, по сравнению с кожухотрубными, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности теплообмена.

Рис.4 Теплообменник типа «труба в трубе»

1- наружная труба; 2- внутренняя труба; 3- колено; 4- патрубок

Теплообменники «труба в трубе» морально устарели и применяются крайне редко.

Смешанный ток в теплообменнике это

Основная задача теплообменников заключается в передаче тепловой энергии между несколькими теплоносителями, которые проходят через это оборудование. Устройство аппарата зависит от течения теплоносителей и их взаимной геометрии. Есть несколько конфигураций направления.

Противоток

Противоточный теплообменник представляет собой устройство с параллельным перемещением теплоносителей относительно друг друга. Такое устройство считается эффективным за счет наиболее результативного использования разности температур.

Противоток

Параллельное однонаправленное течение

Название вида теплообменника само говорит за себя: теплоносители перемещаются в одном направлении, параллельно друг другу. Если при проектировании объекта важное значение придается эффективному использованию разности температур, то такой тип оборудования не подходит. Он используется в случае необходимости иметь примерно одинаковую температуру стенки, передающей тепло.

Перекрестный ток

Такое устройство предполагает, что теплоносители двигаются под прямым углом относительно друг друга. Так, первое течение проходит в трубах, которые собраны в пучок. Второй теплоноситель перемещается между этими трубами в целом перпендикулярно их оси. Такой теплообменник по эффективности находится между первым и вторыми вышеуказанными устройствами. Преимуществом аппарата является более простая конструкция.

Перекрестный ток

Перекрестное течение с противотоком

Иногда теплообменники сконструированы таким образом, что течение теплоносителей в них практически идеально с точки зрения теплоотдачи. Такое оборудование сочетает в себе простоту конструкции и эффективность теплообмена. Экономичность аппарата повышается по мере увеличения числа ходов в нем.

Читайте так же:
Как определяется теплота выделяющаяся проводником с током

Перекрестное течение с противотоком

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Один и тот же теплообменник можно сконструировать таким образом, чтобы в нем комбинировались характеристики, присущие противоточному и параллельному оборудованию. Для этого нужно предусмотреть поворот труб, находящихся в одном корпусе. Количество поворотов не ограничено. Такой же эффект может быть и при использовании прямых труб, если грамотно внедрить коллекторы, представляющие собой трубы в форме U, или серпантин. Так, по конструкции аппарат будет простым, а отверстия для труб будут располагаться с одной стороны кожуха.

Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними

Общий случай

Выше описаны отдельные варианты движения теплоносителей. На практике теплообменник состоит из многоходовых течений сред, которые взаимно проникают друг в друга. Для поступления теплоносителей в общий резервуар есть несколько входных точек и столько же – выходных. Жидкость в аппарате может течь трехмерно, но есть зона рециркуляции с замкнутой линией тока.

Общий случай

Регенераторы

Выше приведены примеры, в которых теоретически течение теплоносителей стационарное, и они одновременно проникают в теплообменник. Такой теплообменник получил название рекуператора. Но есть и теплообменники – регенераторы. В них теплоносители проникают в одно и то же пространство друг за другом, и тепло передается от одного теплоносителя другому.

Регенератор может иметь однонаправленные противоточные теплоносители и перекрестные. Самый простой противоточный генератор – это труба прямая горизонтальная. Регенератор относится к аппаратам периодического действия, потому что его устройство предполагает регулярную смену двух потоков.

Для расчета характеристик теплообменника нужно выполнить следующие действия:

  • Задается схема движения теплоносителей в аппарате;
  • Устанавливается расход теплоносителя по определенным направлениям;
  • Определяются показатели термических сопротивлений при передаче тепла для каждой точки теплообменника.
  • Распределяется температура отдельных потоков.

При изменении термических сопротивлений, сложности схемы течения такое уравнение можно решить лишь численным методом. Естественно, без навыков сложно тотчас определить, какое значение термического сопротивления можно принять для теплообменника, который предполагается оборудовать на объекте. Очень часто температура теплообменника напрямую зависит от местного значения температуры теплоносителя.

Использование теплообменников пластинчатого типа для обеспечения ГВС

Нагрев воды через теплосети полезен в экономическом плане, так как теплообменники, при сравнении их с классическими котлами на электрической или газовой энергии, работают лишь на систему отопления, и ни на что больше. В итоге себестоимость горячей воды за литр будет намного ниже.

Теплообменники пластинчатого типа применяют энергию тепла в теплосетях для того, чтобы нагревать обыкновенную воду из водопровода. Нагреваясь за счет пластин теплообмена, горячая вода проникает во все точки для разбора воды, включая смесители, краны, душ.

Читайте так же:
Схема источника теплового тока

При этом важно учесть и то, что нагреваема вода и вода, которая является носителем тепла, никак не взаимодействуют друг с другом в рамках обменника тепла. Среды для течения вод разделены между собой пластинками, размещенными в теплообменном аппарате, поэтому через них и проходит теплообмен.

  • 1. Процессы подготовки воды для оборудования и котлов — это дорогая и, чаще всего, сложная процедура, которая требует специальных знаний, опыта и навыков.
  • 2. Для того чтобы смягчить воду и сделать ее менее жесткой для отопительной системы, применяются реагенты и химикаты, которые отрицательно сказываются на человеческом здоровье.
  • 3. В отопительных трубах за много лет скапливается большое количество отложений, также представляющих вред для человека и его здоровья.
  • по конструктивному исполнению — аппараты из труб;
  • аппараты с теплообменной поверхностью из листового материала; аппараты с поверхностью из неметаллических материалов
  • по принципу действия — рекуперативные (рабочая жидкость и теплоноситель контактируют через стенку) и регенеративные (разделяющая стенка является также и источником тепла)
  • по своему назначению — теплообменники, подогреватели, испарители, конденсаторы, деаэраторы, экономайзеры и т.д.
  • по направлению движения теплоносителей — прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.
  • способа передачи тепла — поверхностные (через рабочую поверхность), смесительные (посредством смешения рабочего продукта и теплоносителя)
  • пространственной ориентации — вертикальные, горизонтальные
  • типа рабочих сред — жидкостные/жидкостные (водоводяные), парожидкостные и газожидкостные

Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата.

Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.
Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector