Всеки от нас се е сблъсквал с най-простите топлообменници. Ярък пример за това е дизайнът на "тръба в тръба" или нещо подобно. Би било трудно да си представим живота си, ако топлообменникът не беше изобретен. Днес има огромен брой топлообменници. Те се различават помежду си не само по технически характеристики, но и по обхвата, дизайна и т.н. Нека да поговорим по-подробно по тази тема и да се занимаваме с интересни точки.
Някоя обща информация
Топлообменникът е устройство, което се използва за пренос на топлина от една среда към друга. В същото време трябва да разберете, че самият топлообменник, без отоплително оборудване, е напълно безполезен, но в комплекса можете да получите прекрасни резултати и успешно да затоплите дори много големи и студени помещения. Освен това учените непрекъснато се опитват да сведат до минимум загубата на топлина, когато тя се прехвърля в друга среда. Днес не е възможноможе да се похвали със 100% ефективност, но спокойно можем да говорим за ефективност от 90-95%. Експлоатационните, както и техническите характеристики на продукта се повишават чрез използването на специално подготвени материали, както и охлаждаща течност. Разбира се, всичко това повишава донякъде цената на оборудването, но си заслужава.
При проектирането инженерите постоянно се сблъскват с противоречиви изисквания, които трябва да бъдат комбинирани в една бутилка. Например, необходимо е да се намали хидравличното съпротивление и в същото време да се увеличи коефициентът на топлопреминаване. Топлообменникът трябва да е устойчив на корозия, но не твърде труден за поддръжка. Всичко това доведе до факта, че се появиха много видове топлообменници. Използва се този, който най-добре отговаря на ситуацията.
Класификация на топлообменниците
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:
- възстановяващо;
- регенеративен;
- смесване;
- електрическо отопление.
Нека разгледаме по-отблизо рекуперативните топлообменници. Дизайнът на продукта предполага наличието на еднослойна или многослойна стена, през която се пренася топлина. Обикновено това се случва вече при стабилно движение. Интересно е, че в такива устройства преносът на топлина се извършва с принудително движение без промяна на фазатадържави. Но това се отнася само за постоянно работещи топлообменници. Ако говорим за агрегати с периодичен режим на работа, тогава за определен период от време се извършват нагряване, изпаряване и охлаждане и всичко това е в последователен режим. Такива устройства принадлежат към топлообменници с нестабилно термично движение. Това се дължи на факта, че температурата на охлаждащата течност на входа и изхода е значително различна. Често такива агрегати се срещат под формата на намотки и са ламелни, оребрени и други форми. Малко по-късно ще разгледаме няколко вида. Но класификацията на топлообменниците не свършва дотук.
Агрегати за регенерация и електрическо отопление
В този случай, както и в предишния, топлообменната повърхност се използва за пренос на топлинна енергия. Тази повърхност обаче е вид дюза. Той играе ролята на междинно акумулативно средство, което акумулира топлина. Като цяло целият процес може да бъде разделен на няколко етапа. На първия етап дюзата възприема определено количество топлина. След това има преход към втория етап и охлаждащата течност се прехвърля върху повърхността на дюзата. Това се случва при промяна на потока на охлаждащата течност. На този етап дюзата постепенно се охлажда и натрупаната топлина се отделя в загрятата среда, която може да е вашата стая.
Регенераторите са нестационарни единици. Дюзата често е неподвижна, а топлинните процеси се повтарят синхронно. Устройствата от този тип често се наричат скрубери илиохладителни кули.
Същността на топлообменниците с електрическо нагряване е, че електричеството се използва като основен източник на топлина. Електродъговите инсталации се използват за преобразуване на електрическа енергия в топлинна енергия. Те могат да бъдат както директно, така и индиректно отопление. Най-често срещаните топлообменници в индустрията са индукционни и резистентни нагреватели. Както можете да видите, оборудването за топлообмен може да бъде различно, сега ще разгледаме по-отблизо всеки тип, неговия обхват и конструктивни характеристики.
Спирални топлообменници
Устройството представлява двойка спирални канали. Обикновено се навиват около централната преграда. За да направите това, те са направени от валцуван материал. Струва си да се отбележи, че спиралните топлообменници са много подходящи за нагряване и охлаждане на флуиди с висок вискозитет.
Като цяло нагревателната повърхност е оформена от два метални листа, които са прикрепени към сърцевината чрез заварка. Самото устройство се състои само от 2 канала, обикновено правоъгълни, направени под формата на спирала. Краят на спиралата (вътрешен) има разделителна стена и е фиксиран с щифтове. Топлообменниците могат да бъдат направени както вертикални, така и хоризонтални. Ако не е възможно да се инсталира един вид поради недостатъчно пространство или сложна конфигурация на помещението, тогава се използва вторият, по-предпочитан. Интересно е също, че потребителят може да избере спиралатоплообменници с различна ширина на спиралата, от 20 до 150 сантиметра. В същото време нагревателната повърхност може да варира от 3,2 до 100 квадратни метра с максимално налягане в системата от 1 MPa.
Трябва да се отбележи, че това топлообменно оборудване има редица значителни предимства. Първо, това е намалено хидравлично съпротивление. Второ, компактност и висока ефективност и интензивност на топлопреминаване. Но всичко това допринесе за факта, че имаше недостатъци под формата на сложен дизайн и ремонт.
За пластинчатите топлообменници
В момента се произвеждат сгъваеми и неразделими пластинчати топлообменници. Естествено, първият тип е по-предпочитан поради много причини. Първо, това е лекота на поддръжка. Такова оборудване много бързо се разглобява и сглобява, така че всяка повреда се елиминира за кратко време. Моделите, които не могат да се отделят, обикновено не се ремонтират, а ако са, тогава много по-дълго.
Всъщност името подсказва, че това оборудване се състои от пакет от сглобяеми плочи. Те могат да бъдат направени от различни материали като мед, титан, графит и др. Почти винаги, за да се подобрят експлоатационните свойства, плочите се правят гофрирани. В пластинчатите топлообменници потоците от студена и гореща охлаждаща течност преминават на слоеве.
Самото оборудване е добро, защото има компетентно оформление. Това даде възможност да се увеличи площта на топлообменната повърхност и да се побере всичко това в сравнително малки размери. Във всеки случай, преди да купите, се извършва изчисление на топлообменниците, което ви позволява да получите данни за това колко мощност се нуждае устройството в конкретен случай. Трябва да се разбере, че всички плочи, които са събрани в пакет, образуват канали помежду си поради една и съща форма. През тях тече течност. Е, сега ще разгледаме още няколко интересни подробности, свързани с това оборудване.
Използване на уплътнения
Както беше отбелязано по-горе, основният елемент на пренос на топлина са плочите. Те са студено щамповани. За това се използват устойчиви на корозия сплави, които могат значително да увеличат издръжливостта и ефективността на устройството. Дебелината на плочите, в зависимост от модела, може да варира от 0,4 до 1,0 мм. В работно положение плочите са плътно притиснати една към друга. В този случай се образуват малки прорезни канали. От предната страна има специален жлеб, там е монтирано гумено уплътнение (уплътнение). В допълнение, уплътненията имат дупки, които са необходими за подаване и отстраняване на течност. В случай, че някой от отворите пробие, е предвидена система от дренажни канали, за да се предотврати смесването на студена и гореща среда.
Благодарение на създаването на противоток между двете среди, беше възможно да се постигне не само подобрение на зададената температура, но и по-бърз топлопренос с относително малки хидравлични съпротивления. Не би било излишно да се каже, че основният принцип на действие се основава на противоток, тоест движението на нагряване инагряваща течност в различни посоки. За предотвратяване на смесване се монтира двойно гумено уплътнение или метална плоча. Броят на плочите и каналите може да варира в зависимост от експлоатационните изисквания на оборудването. Преди създаването се извършва термично изчисление на топлообменниците, което дава възможност да се определи оптималният режим на работа. Понякога се използват скъпи сплави, които не се страхуват от продължителна работа в агресивна среда.
Топлообменници с пластина-перка
PRT се използват за пренос на топлина в неагресивни и газообразни среди в широк температурен диапазон, от -270 до +200 градуса по Целзий. В този случай налягането в системата може да достигне 100 атмосфери и да започне от вакуум. Дизайнът се основава на идеята за нанасяне на оребрена повърхност от двете страни на плочите. Самият продукт се състои от няколко ребра, благодарение на които се осъществява пренос на топлина между средите. Струва си да се отбележи, че топлообменникът с оребрена плоча има голямо разнообразие от форми на ребра. Това ви позволява леко да промените експлоатационните и технически характеристики. Най-често можете да видите непрекъснати и вълнообразни ребра. Но освен тези има и по-екзотични, като перфорирани и люспести. Като материал обикновено се използва ламарина. Дебелината им се регулира в зависимост от налягането в системата и използваната течност.
Често тези видове топлообменници се произвеждат с различни видове поток. Най-често се използва противоток, но има и такиваправа и кръстосани вериги. Ако говорим накратко за силните страни на такова оборудване, тогава има много от тях. Първо, това са експлоатационни свойства, като бърз и интензивен топлопренос. Второ, той е малък по размер. Днес мнозина казват, че топлообменниците с ребра са най-модерните. Най-често PRT се използва в индустрии като енергетика, нефтопреработка, химическа и авиационна промишленост. Всичко това се дължи на голям брой предимства, както и на широк спектър от течности и налягания, използвани в системата.
Тръбен топлообменник: дизайн и характеристики
Оборудването за топлообмен от повърхностен тип, което вече прегледахме, не е толкова популярно, колкото корпусните и тръбните единици. Това са само устройствата, които бяха споменати в самото начало, в най-простата версия - това е системата "тръба в тръба". Топлообменникът от този тип е система (сноп) от тръби, които са поставени в корпус. Тръбите се навиват и заваряват към тялото на продукта. В някои случаи те са допълнително попарени. Това се прави, за да се осигури 100% херметичност. Корпусът е снабден с допълнителни дюзи. Някои са необходими за подаване на пара, други за отстраняване на конденза. Освен това в корпуса има напречни решетки, които се използват за поддържане на топлообменните тръби по цялата дължина на уреда. Интересното е, че кожухотръбните топлообменници се използват при температури от 190 градуса по Целзий илиналягане на наситена пара над 15 bar.
Всяка система, която включва движение на течности, може да бъде обект на воден чук. Това явление може частично или напълно да деактивира оборудването. За да се предотврати това, се използват различни видове елементи за съхранение, така наречените разширителни резервоари. Но в нашия случай това не е необходимо, тъй като кожухотръбните топлообменници са много устойчиви на тях. Освен това няма строги изисквания за чистота на околната среда. Значителен недостатък на такова оборудване е, че всички видове топлообменници от този тип са много металоемки, което се отразява на крайната цена и размери.
Топлообменници за газово оборудване
Не е тайна, че всеки котел на твърдо гориво или газ има топлообменник в своя дизайн, наричат се още нагреватели. Вече разгледахме основните видове. Както вероятно сте забелязали, тези или онези видове се използват в различни индустрии. Някои устройства са намерили по-широко приложение, други се използват в определени индустрии и не пасват на други. В нашия случай се осъществява използването на тръбни и пластинчати топлообменници. В първия случай имаме работа със система от тръби, във втория - с плочи. По принцип, независимо от вида, топлообменникът за гейзер трябва да отговаря на редица изисквания. Първо, да има висок коефициент на топлопреминаване, и второ, да е издръжлив и устойчив на високи температури. Най-популярните материали са мед, алуминий истомана. Последният вариант е по-малко за предпочитане, тъй като такъв метал е тежък, което намалява ефективността. Във всеки случай топлообменникът за гейзера трябва да служи най-малко 5 години.
Заключение
Затова прегледахме основните видове топлообменници. Такива видове като раковина и плоча бяха оставени без внимание. По принцип те се различават леко от класическите ламелни или оребрени. Но често можете да намерите печки за баня с топлообменник с корпус. Основната характеристика обаче е, че оборудването е устойчиво на високи температури и работни налягания. Корпусът може да бъде изработен от материали като титан, неръждаема стомана или въглеродна стомана. Интересно е, че печките за баня с топлообменник с черупка и плоча са добре регулирани за пара или кондензат, което несъмнено е значително предимство. По принцип това може да завърши историята, тъй като сега знаете всичко, от което се нуждаете за топлообменниците.
