Lozinka.ru

Теплообменники — неотъемлемая часть современного климатического оборудования, включающего, пожалуй, максимальное число теплообменных элементов. Практически в любом аппарате, механизме, на любом производстве проходят процессы, связанные с выделением или поглощением тепловой энергии.

С ростом энергетических мощностей и объема производства все более увеличиваются масса и габариты применяемых теплообменных аппаратов, на изготовление которых расходуется немало средств и материалов. Многие инженеры, разрабатывающие теплообменное оборудование, озабочены проблемой снижения размеров и массы теплообменников и повышения эффективности их работы.

Усложняется и конструкция теплообменников. Для интенсификации процесса в теплообменных аппаратах используются все более сложные схемы. Например, применяются турбулизаторы, закрутка потока в трубах с помощью винтовых вставок, каналы сложной формы, лопаточные завихрители, расположенные на входе или вдоль всей трубы.

С целью повышения эффективности теплообмена к потоку газа подмешиваются капли жидкости или твердые частицы, а к потоку жидкости — газовые пузырьки. Во имя интенсификации процессов воздействуют на жидкость электростатическими или ультразвуковыми полями, используют действие вибрации и акустического резонанса

По принципу действия теплообменники подразделяются на три основных вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

В рекуперативных теплообменниках передача тепла осуществляется через твердую разделяющую стенку (обычно металлическую). Тогда теплоноситель и приемник тепла не смешиваются и не соприкасаются, сообщаясь только через стенку теплообменника. Это самый распространенный вид таких устройств, используемый повсеместно. Теплоносителем может выступать, например, спираль нагревателя в электрическом котле, а стенка может иметь сложную ребристую поверхность.

Регенеративные теплообменники работают по более сложному алгоритму. Здесь тепло более нагретого теплоносителя отдается сначала твердому телу насадки, затем — холодному. В этом случае теплоносители последовательно омывают насадку, нагревая и охлаждая ее. Например, в промышленности используются мощные регенеративные теплообменники, которые сначала забирают тепло у разогретой жидкости, а потом отдают его в воздух, выключаясь из цикла.

В смесительных теплообменниках имеет место непосредственное соприкосновение теплоносителя и приемника тепла. Смесительные теплообменники используются в том случае, когда вещества легко разделить после смешения (например, вода поставляет тепло, а воздух его принимает) либо когда вещества можно смешать (например, вода и водяной пар). Такие теплообменники используются, например, на тепловых электростанциях (в градирнях).

По типу устройства теплообменники подразделяются на теплообменники с поверхностью нагрева, состоящей из труб (имеют вид змеевиков), с плоскими поверхностями нагрева, и такие, в которых поверхность нагрева образуется стенками аппарата. Здесь выделяют достаточно много подтипов оборудования.

К оборудованию с поверхностью нагрева, составленной из труб, относятся погружные теплообменники, у которых поверхность теплообмена (змеевик), помещается в сосуд с жидкостью, обычно с водой или антифризом. Если желаете узнать больше про производство и изготовление теплообменников рекомендуем сайт www.a-lpha.su.

Оросительные теплообменники состоят из труб, орошаемых снаружи водой. Приемником тепла в данном случае является воздух, а вода повышает теплоотдачу за счет испарения.

Теплообменники «труба в трубе» состоят из двух концентрически расположенных труб, причем один теплоноситель протекает по внутренней трубе, а другой — по кольцевому пространству между обеими трубами.

Широко распространены кожухотрубные теплообменники, состоящие из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубчатых решетках. Пучок труб располагается внутри общего кожуха.

В рабочем состоянии один из теплоносителей движется по трубам, а другой — в межтрубном пространстве (между кожухом и трубами). Этот тип теплообменников наиболее распространен в тяжелой промышленности, нефтедобыче и нефтепереработке.

Кожухотрубные теплообменники по применимости и распространенности конкурируют с популярными сегодня пластинчатыми теплообменниками. К этому типу теплообменников также относятся устройства: витые из труб, с теплообменом между стенками аппарата и трубами, использующие оребренные трубы (теплообменники воздушного охлаждения).

К теплообменникам с поверхностью нагрева, составленной из плоских элементов, относятся пластинчатые и спиральные. Их применение в последние годы расширяется благодаря практичности и высокому КПД, который может достигать 60 %.

В число теплообменников с поверхностью нагрева, образуемой стенками аппаратов, входят реакторы, нагревающие змеевики, располагаемые снаружи. В этом случае тепло поступает (или отдается) в змеевик, опоясывающий «рубашку» реактора.

Дополнительно выделяют подтипы теплообменников, в которых применяют различные типы жидкостей, а также теплоносители, находящиеся в различных агрегатных состояниях. Использование жидкостей с низкой температурой кипения позволяет повысить теплопередачу и эффективность работы теплоотводящего оборудования. Такие теплообменники часто называют испарительными, или двухфазными.

Поскольку самый распространенный тип теплообменников — рекуперативный, преимущественно они используются в инженерной оснастке при строительстве и обустройстве. Разделение по типу устройства касается именно рекуперативных теплообменников — специалисты наиболее широко проработали их возможности, и на рынке предлагается широкая номенклатура теплообменного оборудования данного типа.

Рекуперативные теплообменники характеризуются следующими параметрами: размер поверхности теплообмена; коэффициент теплопередачи, оценивающий количество тепла, передаваемое через 1 м2 поверхности теплообмена при разности температур между теплоносителями 1 °C (этот коэффициент зависит от типа теплоносителей, их параметров и скоростей движения).

Указанные параметры определяются потребностью в теплопередаче и задают характеристики самого теплообменника: давление и температуры, при которых будет работать теплообменник (обычно это повышенные температуры и высокое давление, что диктует жесткие требования к прочности материалов и швов); поверхность теплообмена (которая позволяет вычислить производительность теплообменника и соотнести ее с фактической потребностью); конструкционный материал (определяющий надежность конструкции и эффективность теплообмена); наличие температурных напряжений (и необходимость их компенсации).

Эти напряжения возникают при неравномерном нагреве различных частей теплообменника, что наблюдается, главным образом, в случае использования больших промышленных теплообменников и требует особого внимания к конструкции, материалам и компенсирующим элементам.

Теплообменники используют в котлах, в установках для охлаждения жидкости (чиллерах), в кондиционерах и рекуператорах, отдающих тепло уже нагретого воздуха свежему вентиляционному потоку. Регенеративный теплообмен позволяет повысить эффективность работы климатической системы, сократив затраты на отопление.