Топлообменник. Видове топлообменници. Класификация на топлообменници

Всеки от нас срещна най-простите топлообменници. Ярък пример за това е изграждането на "тръба в тръба" или нещо подобно. Трудно би било да си представим живота, ако топлообменникът не е бил измислен. Към днешна дата има огромен брой топлообменници. Между тях те се различават не само в техническите си характеристики, но и в сферата на приложение, дизайна и т.н. Нека да разговаряме по-подробно по тази тема и да разберем с интересни моменти.

Обща информация

Топлообменникът е устройство, което се използва за пренос на топлина от една среда в друга. Трябва да се разбере, че самият топлообменник, без отоплително оборудване, е напълно безполезен, но в комплекса е възможно да се получат забележителни резултати и успешно да се затоплят дори много големи и студени помещения. В допълнение, учените непрекъснато се опитват да намалят загубата на топлина, когато се прехвърлят в друга среда. Днес не можем да се похвалим със 100% ефективност, но можем да говорим за ефективността на 90-95% смело. Оперативните, както и техническите характеристики на продукта се увеличават чрез използването на специално подготвени материали, както и на охлаждащата течност. Разбира се, всичко това увеличава цената на оборудването малко, но си заслужава.

При проектирането инженерите постоянно се сблъскват с противоречиви изисквания, които трябва да се комбинират в една бутилка. Например, трябва да намалите хидравлична устойчивост и в същото време да се увеличи коефициентът на топлопредаване. Топлообменникът трябва да е устойчив на корозия, но не е твърде трудно да се поддържа. Всичко това доведе до появата на много хора видове топлообменници. В зависимост от ситуацията се използва най-подходящият.

Класификация на топлообменници

Както беше отбелязано по-горе, в момента има огромен брой топлообменници. На първо място, те трябва да бъдат разделени според метода на пренос на топлина към средата. Тук топлообменниците са разделени на следните групи:

• рекуперативни;
• регенеративната;
• смесване;
• с електрическо отопление.

Нека да разгледаме по-отблизо рекуперативните топлообменници. Дизайнът на продукта предполага наличието на еднослойна или многослойна стена, през която се пренася топлината. Обикновено това се случва вече при стабилно движение. Интересно е, че при такива апарати преносът на топлина възниква при принудително движение без промяна на фазовото състояние. Но това се отнася само за постоянните топлообменници. Ако говорим за агрегати с периодичен режим на работа, след това за определен период от време се извършват отопление, изпаряване и охлаждане, всички в последователен режим. Такива апарати се отнасят до топлообменници с нестабилно термично движение. Това се дължи на факта, че температурата на охлаждащата течност при входа и изхода е значително различна. Често такива агрегати се намират под формата на рулони и са ламеларни, оребрени и други форми. Малко по-късно ще разгледаме няколко вида. Но тази класификация на топлообменници не свършва.

Регенеративни единици и електрическо отопление

В този случай, точно както в предишната, топлопреносната повърхност се използва за пренос на топлинна енергия. Тази повърхност обаче е един вид дюза. Той служи като междинен кумулативен агент, който натрупва топлина. Като цяло целият процес може да бъде разделен на няколко етапа. На първия етап дюзата получава определено количество топлина. След това има преход към втория етап и охлаждащата течност се прехвърля върху повърхността на дюзата. Това се случва, когато се променят потоците охладител. На този етап дюзата постепенно се охлажда и съхраняваната топлина се прехвърля в загрятата среда, която може да бъде в стаята ви.

Регенераторите се отнасят до нестационарни агрегати. Дюзата често е неподвижна, а термичните процеси са синхронни. Устройствата от този тип често се наричат ​​скрубери или охладителни кули.

Същността на топлообменници с електрическо отопление е, че електричеството се използва като основен източник на топлина. Електрическата енергия се използва за преобразуване на електрическата енергия в топлина. Те могат да бъдат или директно или индиректно отопление. Най-често срещаните топлообменници в индустрията са индукционни и съпротивителни нагреватели. Както можете да видите, топлообменно оборудване може да бъде различно, сега ще разгледаме подробно всеки вид, обхвата на приложението и дизайнерските му характеристики.

Спирални топлообменници

Устройството е чифт спирални канали. Обикновено те се вятърят около централния дял. За това те са изработени от рулонен материал. Струва си да се отбележи, че спиралните топлообменници са подходящи за отопление и охлаждане на течности с висок коефициент на вискозитет.

Като цяло нагряващата повърхност е оформена от два листа метал, които са свързани към сърцевината чрез заварения шев. Самият елемент се състои само от 2 канала, обикновено правоъгълен участък, направен под формата на спирала. Краят на спиралата (вътрешната) има разделителна стена и е фиксиран с щифтове. Топлообменниците могат да бъдат произведени както вертикално, така и хоризонтално. Ако не можете да инсталирате един изглед поради недостатъчното пространство или сложната конфигурация на стаята, тогава се използва втората, по-предпочитана. Също така е интересно, че потребителят може да избере спирални топлообменници с различни ширини на спиралата от 20 до 150 сантиметра. Нагряващата повърхност може да варира от 3.2 до 100 квадратни метра с максимално налягане в системата от 1 МРа.

Следва да се отбележи, че това оборудване за топлообмен има редица значителни предимства. Първо, това е намалено хидравлично съпротивление. На второ място, компактност и висока ефективност и интензивност на топлообмен. Но всичко това допринесе за факта, че имаше недостатъци под формата на сложно строителство и ремонт.

Относно топлообменниците

В момента се произвеждат разглобяеми и неразделими плочи топлообменници. Естествено, първият вид е по-предпочитан по различни причини. На първо място, това е просто обслужване. Такова оборудване е много бързо разглобявано и събирано, поради което всяко разбиване е елиминирано за кратко време. Непривързаните модели обикновено не се ремонтират, а ако това е направено, тогава къде е много по-дълго.

Всъщност, името казва, че това оборудване се състои от пакет от сглобяеми плочи. Те могат да бъдат изработени от различни материали, като мед, титан, графит и др. Почти винаги за подобряване на производителността, плочите са направени от гофрирани. При пластинчатите топлообменници потоците студена и гореща охлаждаща течност преминават през слоеве.

Самият апарат е добър, тъй като има компетентно оформление. Това позволява да се увеличи площта на топлообменната повърхност и всичко това да се побере в сравнително малък размер. Във всеки случай, преди покупката, се извършва изчисление на топлообменници, което ви позволява да получите данни за това колко енергия устройството се нуждае в конкретен случай. Трябва да се разбере, че всички плочи, които са закачени в торбата, поради една и съща форма на формата, канализират помежду си. Чрез тях течността тече. Е, сега ще разгледаме още няколко интересни подробности, свързани с това оборудване.

Използване на уплътнения

Както вече бе отбелязано по-горе, плочите служат като основен елемент на топлопредаването. Те се правят чрез студено щамповане. За тази цел се използват устойчиви на корозия сплави, което значително повишава издръжливостта и ефективността на уреда. Дебелината на плочите може да варира от 0.4 до 1.0 мм, в зависимост от модела. В работно положение плочите са плътно притиснати една към друга. В този случай се образуват малки цепнати канали. На предната страна има специален жлеб, има монтирано гумено уплътнение (уплътнител). В допълнение, уплътненията имат отвори, които са необходими за подаването и изхвърлянето на течност. В случай на нарушаване на една от дупките, е осигурена система от дренажни канали, която елиминира смесването на студена и гореща среда.

Чрез създаване на противопоток между двете среди е било възможно да се постигне не само подобрение на зададената температура, но и по-бързо пренос на топлина при относително малки хидравлични съпротивления. Не е излишно да се каже, че основният принцип на действие се основава на противоток, т.е. движението на отоплителната и отоплителната течност в различни посоки. За да се избегне смесването, се монтира двойно гумено уплътнение или метална плоча. Броят табели и канали може да варира в зависимост от оперативните изисквания за оборудването. Преди да създадете термична изчисляване на топлообменници, който ви позволява да определите оптималния режим на работа. Понякога се използват скъпи сплави, които не се страхуват от продължителна употреба в агресивна среда.

Пластинчати топлообменници

PRT се използват за пренос на топлина в неагресивна и газова среда в широк диапазон от температури от -270 до +200 градуса по Целзий. В същото време налягането в системата може да достигне 100 атмосфери и да започне с вакуум. В дизайна е идеята за прилагане на оребрена повърхност от двете страни на плочите. Самият продукт се състои от няколко ребра, благодарение на които се осъществява топлопредаването между медиите. Струва си да се отбележи, че топлообменникът с оребрени плочи има голямо разнообразие от форми на ребро. Това позволява на няколко да променят оперативните и технически характеристики. Най-често можете да видите непрекъснати и вълнообразни ребра. Но освен това има и по-екзотични, като перфорирани и люспести. Като материал обикновено се използват тънкослойни метали. Дебелината им е регулируема в зависимост от налягането в системата и използваната течност.

Често такива видове топлообменници се правят с различни видове трафик потоци. Най-често се използва насрещният поток, но се осъществяват схеми за кръстосан поток и кръстосан поток. Ако говорим накратко за силните страни на такова оборудване, има много от тях. Първо, това са оперативни свойства, като бърз и интензивен топлообмен. На второ място, това е малък размер. Днес много хора казват, че най-перфектните са топлообменниците. Най-често PRT се използват в такива отрасли като енергетика, рафиниране на нефт, химическа и авиационна промишленост. Всичко това се дължи на голям брой предимства, както и на широка гама от използвани течности и налягания в системата.

Термообменник Shell-and-tube: дизайн и функции

Топлообменно оборудване от типа на повърхността, което вече разгледахме, не е толкова популярно, колкото съоръженията с черупки и тръби. Това е точно апаратът, който беше казан в самото начало, в най-простата версия - системата "тръба в тръбата". Топлообменник от този тип е система (пакет) от тръби, поставени в корпус. Тръбите се търкалят и заваряват към тялото на продукта. В някои случаи те са допълнително омазнени. Това се прави, за да се осигури 100% уплътнение. Тялото е снабдено с допълнителни дюзи. Някои от тях са необходими за подаване на пара, други за изтичане на кондензат. В допълнение, тялото има напречни решетки, които се използват за поддържане на топлообменни тръби по цялата дължина на уреда. Интересното е, че топлообменниците с черупки и тръби се използват при температури от 190 градуса по Целзий или наситено налягане на парите повече от 15 бара.

Всяка система, която предполага движение на течности, може да бъде подложена на водни удари. Това явление може частично или напълно да премахне оборудването от работно състояние. За да се предотврати това, се използват различни видове елементи за съхранение, т.нар. Танкове за разширение. Но в нашия случай това не е необходимо, тъй като топлообменнитеците са много стабилни спрямо тях. Освен това няма строги изисквания за чистотата на околната среда. Значителен недостатък на такова оборудване е, че всички видове топлообменници от този тип са много консумирани от метал, което влияе върху крайната цена и размери.

Топлообменници за газово оборудване

Не е тайна, че всеки твърд гориво или газов котел има топлообменник в своя дизайн, те също се наричат ​​въздухонагреватели. Основният вид, който вече разгледахме. Както вероятно сте забелязали, тези или други видове се използват в различни индустрии. Някои устройства са намерили по-широко приложение, други се използват в определени индустрии и не се вписват в други. В нашия случай се използват тръбни и плочи топлообменници. В първия случай, ние имаме работа със система от тръби, във втория - плочи. По принцип, независимо от вида, топлообменникът на газовата колона трябва да отговаря на редица изисквания. Първо, да има висок коефициент на топлопреминаване, и второ, да бъде устойчив и устойчив на високи температури. Най-популярните материали са мед, алуминий и стомана. Последният вариант е по-малко предпочитан, тъй като такъв метал има голямо тегло, което намалява ефективността. Във всеки случай, топлообменникът на газовата колона трябва да служи най-малко 5 години.

заключение

Затова прегледахме основните типове топлообменници. Без внимание, имаше такива видове като черупки. По принцип те са малко по-различни от класическите ламеларни или ребрени. Но често е възможно да се намерят печки за баня с топлообменник с корпус. Основната характеристика обаче е, че оборудването е устойчиво на високи температури и експлоатационно налягане. Тялото може да бъде направено от материали като титан, неръждаема стомана или въглеродна стомана. Интересно е, че Пещи за баня с топлообменник добре обработена от пара или кондензат, което несъмнено е сериозно предимство. По принцип това може да сложи край на историята, тъй като вече знаете за топлообменниците, от което имате нужда.