Теплообменники описание видов и конструкции - ABCD42.RU

Теплообменники описание видов и конструкции

Виды теплообменников

Аппараты, механизм работы которых заключается в обмене теплом между двумя средами, имеют общее название – теплообменники. При этом их конструкции и сферы применения чрезвычайно разнообразны. В группу этих устройств входят испарители и парогенераторы, водонагреватели и пастеризаторы, конструктивные элементы систем кондиционирования и охладительного оборудования.

Широкая потребность производства и частного сектора в теплообменных устройствах, использование в качестве носителей разных сред создали предпосылки к созданию большого числа модификаций теплообменников. Поэтому при выборе оборудования очень важно уделить внимание классификации и особенностям строения, соотнести возможности конструкций с потребностями вашего производства.

Основные виды теплообменных аппаратов

Согласно формам строения теплообменники разделяют на две большие группы – пластинчатые и трубчатые. Первые получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов. Они представляют собой набор пластин с рифленой поверхностью и каналами, соединенные в единый аппарат с помощью прокладок и стяжек. Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего располагаются на передней и задней поверхностях плит, что обеспечивает легкость эксплуатации.

Согласно методу соединения виды теплообменников пластинчатого типа разделяются на группы:

  • Разборные – герметизацию которых обеспечивают резиновые уплотнители. Их главными преимуществами являются легкость установки и эксплуатационного обслуживания, благодаря чему их активно используют на заводах и в домах. Недостатком же следует считать необходимость регулярной замены прокладок, а также отсутствие возможности работы с агрессивными средами.
  • Паянные теплообменники имеют более прочную конструкцию. Их изготавливают сугубо из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки производится при создании условий вакуума. Они редко требуют эксплуатационного ремонта и способны эффективно работать с кислотами и щелочами, что сделало их неотъемлемой частью химической промышленности.
  • Сварные теплообменники, изготовленные из стали, титана или никелевых сплавов, используются в самых экстремальных условиях высокого давления и температур.

Трубчатые теплообменники применяются преимущественно в производстве, а также в качестве конструктивного элемента бытовой техники – холодильников и кондиционеров. Их общим преимуществом является устойчивость к суровым условиям работы: высоким и низким температурам, агрессивным средам и создающемуся внутри давлению.

Наиболее простой моделью трубчатого теплообменника является конструкция «труба в трубе», при которой по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему – теплоприемник. Возможность вариации диаметра труб с целью обеспечения оптимальной скорости движения сред и легкость обслуживания послужили главным фактором применения этой модели. Но ее внушительные габариты при малой эффективности нагрева заставили конструкторов искать иные варианты конструкций.

Ныне виды теплообменных аппаратов трубчатого типа включают достаточно большой ассортимент конструкций, используемых во всех отраслях промышленности:

  • Кожухотрубные теплообменники представляют собой множество труб малого сечения, объединенных одним кожухом. Соединенные в решетку, они представляют собой компактное устройство с высокой эффективностью работы. При необходимости увеличения объема жидкостей и скорости кожухотрубные теплообменники объединяют между собой в секционные конструкции.
  • Витые устройства – система труб, предназначенных для теплоносителя и теплоприемника, плотно закрученные вокруг сердечника. Компактные и высокопродуктивные аппараты.
  • Спиральные теплообменники имеют аналогичную конструкцию, с той лишь разницей, что оба смежных канала обвивают центральную перегородку устройства. Их главная функция – нагрев и охлаждение вязких, тягучих жидкостей.
  • Оросительные устройства представляют собой спираль с желобом, на который стекает жидкость. Такая конструкция теплообменника актуальна для создания систем вентиляции и кондиционирования, обеспечения работы морозильных и охладительных камер.

Наибольшую распространенность во всех сферах промышленности и жизни людей ныне занимают пластинчатые теплообменники, которые за счет рифленой поверхности контуров обеспечивают максимальное прилегание и циркуляцию сред. Такая конструкция обеспечивает наивысшую эффективность при компактных размерах и простоту технического обслуживания.

Способы теплообмена и типы устройств

Теплообменное оборудование, виды которого рассмотрены выше, важно классифицировать и еще одному ключевому фактору – способу взаимодействия сред в нем. Одни устройства обеспечивают передачу тепла путем непосредственного контакта теплоносителя с теплоприемником и называются смесительными, другие имеют раздельные контуры для течения двух сред и называются поверхностными.

Второй тип устройств получил более широкое распространение и нагрев жидкостей в нем происходит путем контакта носителей через металлическую стенку контура. Поверхностные теплообменники принято также разделять на две группы:

  • Рекуперативные, в которых течение жидкостей всегда происходит в одном направлении и характеризуется стабильной константой.
  • Регенеративные теплообменные устройства характеризуются поочередностью и нестабильностью контактов двух сред.

Наиболее эффективное взаимодействие происходит в рекуперативных устройствах, которые широко применяются в быту. Это все виды пластинчатых теплообменников, кожухотрубчатые и оросительные аппараты.

Среды теплового обмена

Самая простая классификация теплообменников основана на средах, которые они способны использовать в работе. Если рассматривать системы коммунальных услуг и повышения комфортабельности частного дома, то наиболее актуальными устройствами можно смело назвать парожидкостные системы, в которых роль носителя выполняет вода, которая, закипая, передает свою энергию в пар. На этом принципе работают системы парового отопления, горячего водоснабжения, водяных «теплых полов» и парогенераторов для бань.

Но, пароводяная система генерирует внутри себя повышение давления, ввиду чего не может быть использована в жестких условиях работы, требующих разогрева свыше 150-160 градусов по Цельсию.

Наиболее актуальными системами в производстве являются теплообменники, способные выдерживать высокие нагрузки и взаимодействие с агрессивными средами. Используются все три возможных типа:

  • Газожидкостные – в холодильниках и камерах, системах кондиционирования, где роль газа чаще всего выполняет фреон.
  • Парожидкостные теплообменники нашли широкое применение в пищевом производстве. На этом принципе работают пастеризаторы и консерваторы, где роль жидкости нередко выполняет растительное масло.
  • Жидкостно-жидкостные аппараты теплообмена используются преимущественно в химической промышленности при использовании кислот и прочих агрессивных компонентов.

Большое значение в конструкции теплообменника имеет и материал, из которого он изготовлен. В условиях жесткой эксплуатации, критических температур и высокого давления наиболее целесообразно использование конструкций из латуни и титана. В пищевом производстве актуальной окажется нержавеющая сталь, которая легко подвергается промыванию дезинфицирующими средствами. Критически важным требованием СанПина является и возможность разбора конструкции для тщательной ее промывки и получения смывов для последующего лабораторного анализа.

Вид и конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из нагрузки, которую вы намерены на него возложить, условий эксплуатации и технических требований. Не стоит забывать и о таком важном параметре, как возможность ремонта и эксплуатационного обслуживания. В обустройства частного дома самыми востребованными являются разборные пластинчатые конструкции из нержавейки, обеспечивающие надежную работу при относительно малых затратах на покупку и ремонт.

Виды теплообменников, их устройство и принцип работы

Главной целью теплообменника является передача тепла от носителя (вещества с высоким показателем температуры) до холодного объекта. Примером теплоносителя может являться газ, жидкость и пар. Сегодня на прилавках магазинах можно наблюдать большое разнообразие теплообменников. Каждый из них имеет свои особенности: принцип действия, внешний вид, разные показатели температуры и т. д. Кожухотрубные теплообменники, принцип работы которых отличается от пластинчатых приборов, имеют совершенно иные параметры, чем аналог, но другого вида. Для того чтобы сделать правильный выбор, необходимо изучить подробности агрегатов и понять их характеристики.

Принцип работы теплообменника

Современный теплообменник может работать по трём основным процессам:

  • конвекция;
  • тепловое излучение;
  • теплопроводность.

Классификация приборов происходит по тому, каким из способов тепло поставляется к холодному объекту, а именно:

  • смесительный способ;
  • теплообменный способ.

В их принципе работы, устройстве и виде заключается основная разница. Именно потому важно, прежде чем совершить покупку теплообменника, изучить все имеющиеся виды в продаже. Лучшим вариантом описания принципа действия изделия является пример с поверхностными агрегатами. Они считаются одними из самых распространённых конструкций среди пользователей. Внутри этого прибора сосредоточены чувствительные элементы, которые нагреваются, передавая тепло холодному объекту.

Если взять смесительный агрегат, то он совмещает в себе взаимодействие воздуха и жидкости, выдавая в итоговом результате высокий уровень коэффициента полезного действия. Тем самым — это устройство становится лёгким по изготовлению, с высокой скоростью получения нужного результата. Только при смешивании двух различных сред можно достичь подобных результатов.

Каждый теплообменник имеет и набор устройств, которые работают по особому принципу. Их разделяют на два вида:

  • рекуперативные;
  • регенеративные.

В первом виде подразумевается использование двух разных жидкостей. Они взаимодействуют между собой с помощью разделительной стенки. В процессе обмена температурами, поток в обоих вариантах остаётся прежним и не изменяется. Во втором виде теплообменников прослеживается наличие рабочего элемента, который в то же время является и источником поставляемого тепла и своеобразным зарядным устройством. При контакте с жидкостями, элемент нагревается, издавая в пространство необходимое тепло. В этом случае, поток тепла может изменить своё направление.

Виды теплообменников

На сегодняшний день имеется несколько видов теплообменников:

  • погружные;
  • пластинчатые;
  • элементные;
  • витые;
  • графитовые;
  • спиральные;
  • двухтрубные;
  • кожухотрубные.

Погружной теплообменник

В качестве чувствительного элемента в этом приборе выступает цилиндрической формы змеевик. Он размещён в сосуде, который заполнен жидкостью. Подобная конструкция существенно снижает время необходимое на отдачу тепла прибором. Такого вида устройство считается одним из лучших по эффективным показателям работы прибором. Применяется исключительно в местах, где дозволено механическое включение и стадия закипания.

Читайте также  Углеводы Строение и функции

Пластинчатый теплообменник

Достоинства этого прибора можно перечислять долгое время. Это и лёгкость сборки, и простота чистки, и минимальное сопротивление гидравлики. Состав этого вида приборов подразумевает соединение крепёжных болтов, концевых камер, рамы и рабочей пластины. Последние элементы разделены специальными резиновыми прокладками. Их изготавливают из специальной стали. Технология монтажа пластин подразумевает установку резиновой прокладки без использования клеевых смесей, тем не менее позволяющая плотно прилегать отдельным частям друг к другу. Схема подачи рабочей среды может иметь три варианта: прямоточную, смешанную и противоточную.

Элементный теплообменник

Особенностью строения этого прибора является соединение частей единую систему. Если рассматривать принцип их работы, то он во многом схож с работой кожухотрубных теплообменников. Схема подачи рабочей среды работает только противоточно. Этот агрегат сочетает в себе небольшое количество труб.

Витой теплообменник

Чувствительный элемент этого прибора имеет название концентрического змеевика. Они закрепляются на специальных головках, получая защиту от кожуха. Используется схема с двумя жидкостями, один вид которой заполняет имеющиеся трубки, а другой располагается в пространстве между ними. Считается, что этот вид агрегата прекрасно переносит различные перепады давления и обладает высоким показателем стойкости к износу.

Графитовый теплообменник

Его устройство позволяет защитить конструкцию от воздействия коррозии. Также этот прибор отлично проводит тепло. Состоит агрегат из блоков, имеющих форму прямоугольника и цилиндра. Движение рабочей жидкости осуществляется по перекрёстной схеме. В составе теплообменника можно увидеть металлический корпус, трубки, решётки и крышки.

Спиральный теплообменник

Принцип работы этого прибора заключается в использовании металлических листов. Их скручивают в спираль и закрепляют на особом механизме под названием крен. Для полноценной работы необходимо обеспечить герметизацию теплообменника. Её достигают при помощи сваривания отдельных её частей или укладкой прокладки. Такие приборы довольно сложно создавать, обслуживать и ремонтировать. Запрещается использовать устройство в системе с давлением выше 10 кгс/см 2 . Эти недостатки успешно заменяет небольшой вес и размер прибора, а также его высокий показатель эффективности.

Двухтрубный теплообменник

Главными основными частями этих приборов являются трубы разного диаметра. В качестве рабочей среды используется жидкость и газ. Теплообменник используется в местах, где существуют большие перепады давления, успешно преодолевая эти трудности. Дополнением к положительным качествам прибора становится высокий уровень передачи тепла, а также простота обслуживания и монтирования. К сожалению, такие приборы дорого оцениваются продавцами.

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный прибор состоит из нескольких частей: элементов, компенсирующих напряжение, пучков труб, патрубков, корпуса, крышки и трубных решёток. Особенностью кожухотрубного устройства считается изготовления их наклонными или горизонтальными/вертикальными.

Принцип работы на примере пластинчатого теплообменника

Этот теплообменник был выбран непросто. Он отличается довольно сложным принципом действия, а потому идеально освещает некоторые общие особенности каждого вида агрегата. Каждая из пластин устройства монтируется к другой части с поворотом равным 180 градусов. В стандартном составе прибора можно встретить до четырёх подобных элементов. В комплекте они создают пакеты, которые отвечают за коллекторный контур. Сам же контур функционирует для создания движения теплоносителя. Конструкция теплообменника подразумевает наличие двух крайних контуров. Именно они не участвуют в процессе создания тепла механизмом.

На сегодняшний день производители техники предлагают пользователю получить два различных вида комплектации.

  1. Одноходовой. Теплоноситель разделяется и создаёт параллельные потоки. Практически сразу же они стекают в выводной порт.
  2. Многоходовой. Этот вариант подразумевает использование сложной схемы. Теплообменник начинает своё движение по одинаковому количеству задействованных каналов. Такой принцип работы подразумевает наличие дополнительных элементов (пластин), которые заканчиваются заглушками в отводных портах. Эта особенность добавляет сложности в обслуживание подобных элементов.

Общие советы от специалистов

Теплообменники имеют сложную структуру, хотя в большинстве случаев советы по их использованию сводятся к одинаковым фразам. Конечно же, конструкция каждого из них уникальна, а потому примером выступает кожухотрубный теплообменник.

Вся сложность заключена в единственном правиле – как и любой прибор на планете, устройство теплообменника требует ремонта. Каждая процедура ремонта влечёт ряд второстепенных проблем, который специалисты стараются решить подручными средствами и способами. В этом механизме, как и в большинстве видов, присутствуют разные трубки. Именно они и являются самой частой причиной поломок. При проведении даже диагностики исправности этих элементов конструкции, следует чётко понимать – малейшее неверное действие и прибор может снизить уровень работы.

Все чаще встречаются люди и организации, которые покупают несколько теплообменников сразу. Эта особенность позволяет сразу же заменить повреждённое устройство новым.

Некоторые нюансы могут возникнуть и при регулировке агрегатов. Если неправильно ввести значения, то площадь работы теплообменника резко снизится. В этом случае происходит нелинейное изменение рабочей площади.

Главным советом специалистов становится отказ от самостоятельных действий по созданию любого вида теплообменника. Процесс рассчитан исключительно на производственный монтаж, а потому в домашних условиях его повторить невозможно.

Существует большое количество теплообменников. Одни из них дешевле, другие надёжнее, а третьи выдают лучший результат работы. Выбрать прибор сложно, но, возможно, зная основные их характеристики. Не стоит забывать и о правилах использования устройств, будь это кожухотрубные или пластинчатые изделия. Каждый вид работает исключительно с чёткими параметрами давления и условиями окружающей среды. Не стоит забывать и о советах специалистов, работающих с механизмами не первый год и знающих их особенности.

Теплообменники: виды, устройство и принцип работы

Теплообменник – оборудование, в рабочем блоке которого налажен теплообмен между элементами с различными температурами.

Как выглядят теплообменники

Достоинства систем отопления на основе теплообменников:

  • легкость в эксплуатации и простота технического обслуживания;
  • долговечность;
  • равномерность отопления больших площадей;
  • удобная система терморегулирования;
  • отсутствие громоздких радиаторов;
  • тепловой комфорт в помещении.

Материалы изготовлени

Технология получения теплообменивающих устройств предусматривает их изготовление из материалов: латунь, медь, силумин (кремниево-алюминиевый сплав), нержавеющая сталь. Выбор материала зависит от конечной цели использования оборудования. Медные устройства применимы при изготовлении пива, а латунь чаще выбирают для комплектации оборудования, использующего повышенное давление.

Сферы применения

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.

Классификация

Классификация теплообменников предусматривает их деление на такие виды:

  • пластинчатые;
  • трубчатые.

Пластинчатые устройства включают набор пластин с волнистыми каналами со штамповкой и поверхностями, предназначенными для циркуляции жидкостей. Пластины соединены при помощи прорезиненных прокладок и стяжек. Преимущества подобных устройств – легкость в применении и компактность.

Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение. Сфера их использования не ограничивается только промышленным оборудованием, возможен также монтаж этих устройств в жилых домах для монтажа отопительных систем.

Пластинчатые теплообменники классифицируются на группы:

  • неразборные (они же сварные и паяные);
  • полусварные;
  • разборные.

Разборные устройства наиболее популярны. В них пластины разделены при помощи резиновых уплотнителей. Установка не занимает много времени, а эксплуатация не вызывает трудностей.

Классический вариант пластинчатых теплообменников имеет входные и выходные патрубки на поверхности передней плиты. Некоторые устройства имеют патрубки и на передней, и на задней панелях. Рабочие среды подсоединяются к патрубкам посредством фланцевых, резьбовых, стальных соединений. Некоторые модели имеют меньшее количество патрубков, тогда теплоносители подсоединяются непосредственно к плите.

Трубчатые теплообменники включают трубы малого диаметра, вваренные в другие трубы. Достоинствами устройства считается применение в условиях повышения давления.

По критерию способа теплообмена техника подразделяется на смесительную и поверхностную. Устройства смесительного типа передают тепло при плотномконтактировании носителей. Поверхностные теплообменники содержат два контура, в которых происходит перемещение сред с отличными температурами. Обмен теплом между ними возможен через поверхностные элементы пластин, стенок, листов или труб, которые выполнены из теплопроводящих материалов (нержавеющей или высокоуглеродистой стали, сплавов цветных металлов). Этот тип оборудования применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленных предприятиях и в организации малого бизнеса.

Поверхностные теплообменники делятся виды: рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные теплообменники характеризуются константным обменом тепла посредством стенок контуров при однонаправленном движении носителей. В регенеративных устройствах происходит поочередный контакт носителей с теплообменивающей поверхностью.

Рекуперативные теплообменники тоже классифицируются:

  1. Погружные. Принцип работы предусматривает движение одного теплоносителя по змеевику, который погружен в бак, содержащий второй жидкий теплоноситель. Модель отличается удобством в применении, характеризуется оптимальной стоимостью.
  2. Оросительные. Сфера применения – как конденсаторы в системах охлаждения. Теплобменники выглядят как змеевики из горизонтальных труб, которые размещены в вертикальной плоскости. У каждого ряда труб есть желоб, по которому на них стекает вода пониженной температуры. Вода, которая не испарилась, возвращается в систему благодаря насосу.
  3. Витые. Представляют собой систему труб, намотанных на сердечник. Компактны и высокоэффективны.
  4. Спиральные. Для оборудования характерен вид двух спиральных каналов, которыми обвита центральная перегородка. Предназначены для охлаждения и нагрева вязких жидкостей.
  5. Кожухотрубные. Трубные решетки присоединены к кожуху посредством сварки. В них закрепляются трубы. Крепление их происходит плотно при помощи развальцовки. Решетки закрыты крышками на шпильках, болтах и прокладках. Кожух включает штуцера (патрубки). Принцип работы заключен в циркуляции носителя тепла в межтрубном пространстве и по трубам. Увеличение теплоотдачи происходит при помощи оребрения.
  6. Секционные – последовательность секций, которые представляют собой кожухотрубные устройства.
  7. Пластинчатые. Включают набор пластин с волнистыми поверхностями со штамповкой и каналами для движения жидкостей. Возможна работа только при пониженном давлении.
Читайте также  Сравнительная характеристика Конституции РФ с предыдущими Конституциями

Строение и принцип работы

Механизм действия легко рассмотреть на примере пластинчатого теплообменника заводской сборки. Структура предусматривает два контура и четыре выхода. Пластинчатое устройство разделяет потоки по давлению и температуре. Теплоносителями выступают кислоты и другие жидкости.

Теплообменники для отопления предполагают подключение к одному контуру теплых полов, а к другому – теплоцентрали.

Прямое подключение центрального теплоносителя невозможно, поскольку это приводит к выходу из строя теплого напольного покрытия.

Это происходит из-за повышения давления в теплоцентрали, температурных перепадов и присутствия химически агрессивных веществ в теплоносителе.

Строение теплообменника представлено на рисунке ниже.

Схематичное устройство пластинчатого теплообменника

Структуру теплообменника составляют:

  • станина, которая с одной стороны устройства прикрепляется к неподвижной прижимной плите и служит элементом опоры;
  • пакет пластин, образующий между составляющими элементами каналы для теплоносителя;
  • рама, которая состоит из подвижной прижимной плиты , неподвижной прижимной плиты и задней стойки;
  • кожух, служащий для защиты устройства от внешних воздействий;
  • шпильки, которые размещены по краю отверстий, через которые в устройство поступает теплоноситель;
  • прокладка, необходимая для герметичности каналов;
  • опорные и крепежные элементы (направляющие балки, несущая база, лапы станины и рамы, подшипники, болты, гайки, шайбы).

Синие и красные стрелки на рисунке обозначают направления движения холодного и горячего теплоносителя внутри теплообменника соответственно.

В быту применяют теплообменник, чей принцип функционирования основан на разделении потоков и поддержании автономного функционирования теплых полов при пониженном уровне рабочего давления в 1,5 бара и подключении чистой воды.

Структуру теплообменного оборудования составляют три группы пластин:

  1. Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
  2. Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
  3. Разделительные, характеризующиеся малой толщиной и передающие тепло от централизованной системы к автономной.

Число и параметры пластин предопределяют мощность теплообменного оборудования. Каждое устройство предполагает установку очистительного фильтра. Он способен удержать грубые частицы: окалины, стружку и прочие. Фильтр нуждается в периодическом промывании очистительными растворами.

Принцип работы теплообменника

Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от одного теплоносителя к другому. В устройство поступает прямая греющая среда и холодная среда. При прохождении их между пластинами по каналам происходит нагревание холодной среды. На выходе из теплообменника получают нагретую среду и обратную греющую среду. Внутри оборудования теплообменивающие жидкости движутся навстречу друг другу, то есть в противотоке, и не могут смешиваться, поскольку разделены пластинами.

Характеристики оборудования

Теплообменное оборудование маркируется следующими данными:

  • уровень тестового давления;
  • уровень максимального рабочего давления;
  • уровень максимальной рабочей температуры;
  • производитель.

Помимо этого, в комплектацию входят схема и техпаспорт на языке страны-производителя, в нужных случаях переведенный на язык продающей страны.

Возможно диагональное и вертикальное расположение контуров. При диагональном расположении контуров требуется производить установку только в вертикальное положение. Тогда возможно поступление горячей воды в теплообменивающий аппарат в направлении сверху вниз. При этом происходит передача тепла в автономную систему посредством разделительных пластин.

Вода на входе – повышенной температуры, а на выходе она снижена. При этом в контуре, принадлежащем автономной системе, движение теплоносителя происходит снизу вверх. На нижних уровнях происходит слабый нагрев воды, при приближении к верхним – нагрев усиливается. Это облегчает функционирование системы. Подача воды в оборудование возможна благодаря принудительной циркуляции.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

  • параллельному;
  • смешанному двухступенчатому;
  • последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали. Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга. Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения. Тогда монтаж не вызовет затруднений.

Внешний вид пластинчатого теплообменника

Буржуйка с теплообменником. Видео

Про особенности изготовления буржуйки из газовых баллонов с теплообменником можно узнать из видео ниже.

Несмотря на широту сфер применения теплообменников, наиболее популярным является их использование в качестве дополнительной системы отопления. Оптимальные технические характеристики обеспечивают качественный прогрев помещений любой площади. Установка полов с теплообменниками не занимает много времени, они просты в эксплуатации и долговечны. Необходимо своевременно проводить профилактические осмотры системы, чтобы своевременно устранять возможные проблемы.

Типы теплообменников и их применение

Введение

Теплообменник является устройством в основе которого лежит процесс обмена теплом. Теплообмен – технологический процесс, в основе которого лежит процесс теплопередачи между двумя различными потоками воздуха или жидкости, имеющих более высокую и более низкую температуры, разделёнными между собой перегородкой. На первый взгляд, теплообменник кажется довольно простым устройством. Всё же это утверждение является неверным. Теплообменник считается сложным изобретением, функционирование которого может опираться на следующие способы: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность.

Теплообменники разделяются на следующие типы по способу передачи тепла: смесительные и поверхностные. Вообще все теплообменники могут иметь различные структуры и области применения. Например, поверхностные теплообменники распространены больше других. Обмен тепла в них происходят при обмене тепла между поверхностями, например, пластинами или трубками. Смесительные аппараты менее распространены и применимы чаще всего в промышленности. Обмен энергией в них происходит при смешивании двух сред, например, воздуха и жидкости. Такие теплообменники высокоэффективны при этом имеют простую конструкцию. Но смесительные теплообменники находят применение лишь на тех производственных этапах, которые допускают смешение двух разнотипных сред. Также теплообменники в зависимости от структуры делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных теплообменных аппаратах соприкосновение двух сред происходит посредством разделительных стенок. Поток более тёплой среды при этом не меняется и движется в одном направлении.

У Регенеративных теплообменников рабочая поверхность одновременно является источником тепла и его аккумулятором. Поочерёдно соприкасаясь с данной поверхностью, среды совершают рабочий цикл и осуществляют процесс теплообмена. Тепловой поток при этом может менять свое направление.

Кожухотрубные теплообменники

По способу расположения кожухотруные теплообменники бывают наклонные, горизонтальные и вертикальные. На рисунке 1 наглядно представлено устройство теплообменника.

Рисунок 1 Устройство кожухотрубного теплообменника.
1. Корпус. 2. Плавающая головка с фланцем. 3. Оболочки канал. 4. Крышка концевого фланца. 5. Канальные сопла. 6. Плавающие трубки. 7. Плавающая головка. 8. Плавающая головка с фланцем. 9. Канальная перегородка. 10. Стационарные трубные решетки. 11. канал. 12. Крышка канала 13. Канальные сопла. 14. Тяги и прокладками Крышка канала. 15. Поперечные перегородки. 16. Передаваемая перегородка. 17. Вентиляционное соединение. 18. Слива. 19. Проверяющие соединения. 20. Поддерживающие седла. 21. Подъемное кольцо.

Главным недостатком кожухотрубных теплообменников считается, деформация под действием температуры среды. Для устранения данного недостатка реализованы устройства полужесткой и жёсткой конструкции. Жёсткие теплообменники применяются в условиях малой температурной разницы рабочих сред. В полужестких аппаратах незначительные деформации устраняются при помощи компенсаторов.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники состоят из рабочих пластин, разделенных резиновыми прокладками, концевых камеры, рам и стяжных болтов. Резиновые прокладки чаще всего просто прикладываются к поверхности пластин. Они являются герметичными перегородками теплообменника. Воздух или жидкость пересекаются друг с другом поперёк пластин или переходит в соседний канал через отверстие. Потоки рабочих сред могут быть направлены по трем основным схемам: прямоточной, противоточной, смешанной.

Данный вид теплообменников на сегодняшний день является самым популярным. Пластинчатые теплообменники невелики в размерах, достаточно просты в обслуживании, а также обладают минимальным гидравлическим сопротивлением.

Спиральные теплообменники

Рабочей поверхностью в спиральных теплообменниках служат спиралевидные металлические листы, которые располагаются вокруг центральной перегородки – керна. При герметизации корпуса одна из сторон наглухо заваривается, а вторая уплотняется упругой прокладкой. Это делается для повышения уровня надёжности устройства. При неисправности и потери герметичности, через корпус будет просачиваться лишь один из потоков рабочей среды.

В редких случаях в конструкции теплообменника предполагается глухой канал. При достаточной химической активности одного из потоков довольно быстро разрушаются прокладки. Глухой заваривают с обеих сторон, что исключает протекание при негодности прокладки, но делает невозможным выполнение механической очистки.

Читайте также  Познавательные и психологические процессы

Одним из самых серьезных недостатков спиральных аппаратов является сложность при эксплуатации и ремонте. Но не смотря на это они достаточно распространены из-за небольших размеров, ничтожных гидравлических сопротивлениях и высокой интенсивности теплообмена.

Ребристые теплообменники

В данных теплообменниках применяются двустороннее оребрение рабочей поверхности каждого из потоков. Рёбра значительно увеличивают площадь теплообмена. Вследствие этого конструкция теплообменника имеет каналы прямоугольной формы. Составными частями конструкции данного теплообменника являются: ребра, находящиеся между рабочими пластинами; брусья; разделительные и покрывающие листы.

Областью применения ребристых теплообменников, является прежде всего авиационная промышленность, энергетика, нефтегазоперерабатывающая промышленность. Также ребристые теплообменники используются в сушильных установках и системах теплоснабжения. В основном ребристые теплообменники применяются при нагреве газовоздушной смеси горячим паром. Эффективность работы данных теплообменников зависит от расположения ребер и их положения относительно основной трубы.

К недостаткам таких теплообменников можно отнести неплотности между пластинами, образовавшиеся вследствие длительной эксплуатации. В свою очередь при помощи неплотностей происходит появление воздушных прослоек, сводящие теплообменные процессы к минимуму и тем самым уменьшая коэффициент полещного действия.

Выводы

Теплообменники имеют множество различных типов и применений, как описано в статье. Выбор каждого типа может быть осуществлён только в соответствии с областью применения данного устройства. В общую конструкцию можно вносить изменения в соответствии с расчетом требуемой среды для передачи тепла от одной к другой. Разработчик зная, физические и химические свойства жидкостей, которые будут использоваться, может определить значения механических параметров конструкции. В докладе обсуждались наиболее известные типы теплообменников, используемых в промышленности такие как кожухотрубные теплообменники, которые являются наиболее часто используемыми, они могут выдерживать высокое давление рабочей среды, данные теплообменники являются простейшим типом в области проектирования и обслуживания, но они имеют относительно малую площадь теплопередачи. Компактные теплообменники, которые славятся своей способностью использования различных вязких жидкостей и пластинчатый теплообменник, который имеет очень высокое соотношение площади к объему. Также дополнительно были рассмотрены спиральные, ребристые, регенеративные теплообменники. У них есть общие черты по виду маршрутизации рабочей среды и по пригодности расчетного объёма теплопередачи согласно коэффициенту загрязнения и других важных параметров, например, подобное расположение дефлекторов.

Теплообменники: устройство, виды и принцип работы

Работа теплообменников строится на взаимодействии греющей и нагреваемой среды с разными температурами. Существуют устройства, в которых одновременно с теплообменом происходит изменение состояния вещества, например, конденсация, испарение, смешение. Для разделения сложных смесей фазы меняются для обеих сред.

По принципу работы аппараты делятся на:

Смесительные (контактные) теплообменники

Контактные теплообменники (КТ) предназначены для нагрева и охлаждения различного рода жидких, газовых, твердых рабочих тел, конденсации паров, испарения (выпаривания) и кристаллизации. Их широко используют в промышленности. Например, их применяют для нагрева (охлаждения) воды газами и растворами; для нагрева (охлаждения) растворов с целью последующей кристаллизации растворенного компонента; для нагрева и охлаждения агрессивных растворов промежуточными теплоносителями, а также твердых частиц и тел газами и жидкостями. Контактные теплообменники используют в энергетических установках различных типов (для нагре-
ва воды перед деаэрацией, в системах регенерации энергии в паротурбинных блоках и др.); в установках деминерализации и очистки сточных промышленных вод; в коммунальном хозяйстве для нагрева воды продуктами сгорания.

По функциональному назначению КТ можно разделить – на нагреватели, охладители, испарители (выпарные аппараты), конденсаторы, плавители, кристаллизаторы и др. В контактных теплообменниках процессы протекают как без изменения агрегатного состояния сред, так и с изменением его (испарители, конденсаторы, плавители).

По принципу разделения жидкости смесительные аппараты бывают насадочные, каскадные, полые с разбрызгивателями и струйные.

Пример Градирни (башни-”трубы” на ТЭС), охлаждающие большие объемы жидкости воздухом атмосферы
Преимущества За счет простого устройства задействуется больше количества теплоты, чем в поверхностных теплообменниках
Недостатки Технологический процесс должен разрешать смешения сред.

В последнее время возрос интерес к применению струйных теплообменников на объектах промышленной и гражданской энергетики. Эти аппараты привлекательны прежде всего низкими капитальными и эксплуатационными затратами по сравнению с кожухотрубнымими подогревателями. Это различного рода пароводяные струйные аппараты (ПСА) или пароводяные инжекторы и струйные подогреватели воды.
Рабочим телом в ПСА является пар, а инжектируемым — вода. В таких аппаратах используется явление возникновения скачка давления при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, а конденсация пара происходит в скачке давления. В отличие от теплообменников рекуперативного типа, в которых теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенку, в ПСА передача тепла от пара к воде происходит при смешении пара и воды, т.е. при конденсации пара его теплосодержание передается воде практически без потерь.


В теплообменниках рекуперативного типа холодная и горячая жидкость протекают через агрегат, не смешиваясь друг с другом. Передача тепла происходит через металлическую стенку. Примерами рекуперативных теплообменников являются котлы, нагреватели, охладители, испарители, конденсаторы и т.д.

В теплообменниках регенеративного типа одна и та же поверхность нагрева поочередно подвергается воздействию горячей и холодной жидкости.
Тепло, связанное с горячей жидкостью, накапливается или поглощается забором или твердыми частицами. После этого прекращается подача горячей жидкости, и холодная жидкость проходит через отборы или твердые частицы для регенерации тепла.
Примером такого типа теплообменников являются регенераторы мартеновской печи, стекловаренной печи и т. д.

В регенеративных теплообменниках жидкость по обе стороны от теплообменника почти всегда одна и та же. Жидкость проходит через теплообменник, часто достигая высоких температур. Жидкость может пройти стадию обработки, а затем она охлаждается, проходя обратно через теплообменник в противоположном направлении для дальнейшей обработки, и цикл повторяется.
Это устройство дает значительную чистую экономию энергии, так как большая часть тепловой энергии утилизируется. Необходимо добавить лишь небольшое количество дополнительной тепловой энергии на горячем конце и потерять на холодном конце для поддержания высокой температуры.

Рекуперативные и регенеративные установки могут также называться поверхностными конденсаторами.

Пример Регенеративный воздухоподогреватель
Преимущества За счет простого устройства задействуется больше количества теплоты, чем в поверхностных теплообменниках
Недостатки Теплопередача — нестационарная. Для непрерывной работы при одинаковом периоде нагрева и охлаждения у аппарата должно быть два параллельно работающих участка.

Типы теплообменников по используемым средам

жидкость — жидкость — кожухотрубные и пластинчатые теплообменники систем горячего водоснабжения, охладители масла двигателя;

пар — жидкость — подогреватели кожухотрубной конструкции (пар в кожухе, а в трубном пучке жидкость). Деаэратор парового котла — смесительный теплообменник, в том числе подогревающий воду;

  • пар-пар – в стерилизаторах;
  • пар-газ — использование тепла выхлопа газовых турбин;
  • газ-газ — конденсирование, испарение;
  • газ-жидкость — применяется в теплообменниках-утилизаторах.
  • По направлению движения поверхностные теплообменники могут быть:

    противоточными, в устройстве противотока горячая и холодная жидкость движутся в противоположных направлениях.

    прямоточными, в параллельном потоке горячая и холодная текучая среда текут в одном направлении. Это также называется параллельным потоком.

    поперечный поток, в устройстве с поперечным потоком горячие и холодные жидкости движутся под прямым углом друг к другу

    Классификация теплообменников по внутреннему строению:

    Кожухотрубные — про них мы написали отдельную статью с совместимостью оборудования от kvip.su. Есть возможность провода сред с твердыми включениями. Широкий модельный ряд: могут и охлаждать, и нагревать. Долгий срок эксплуатации.

    Были изобретены в первой половине прошлого века и использовались в целлюлозно-бумажной промышленности для включения сред с твердыми частицами. Тонкие железные листы (2 или 4), соединенные с перегородкой (керном), свернуты в спираль и помещены в кожух. Для контроля расстояния в полостях и увеличения турбулентности (следовательно, и теплопередачи) есть бобышки (шипы). На концах каналов — торцевые крышки (в кожухе делаются отверстия с патрубками). С одной стороны канал уплотнен прокладкой, с другой заварен — обеспечена легкая чистка; может случиться протечка только одной среды. Если прокладка теряет свойства, то один канал заваривают с двух сторон, а второй уплотняют ещё. Если смешивать среды безопасно, сквозные каналы уплотняются прокладкой или манжетами.

    Секционные теплообменники. Сочетание участков с несколькими трубами и противотоком полезно при работе с постоянными состояниями сред. Отсутствие перегородок снижает потребность в чистке межтрубного пространства и потерям энергии. Такие теплообменники уступают в компактности спиральным и требуют дополнительных трат на решетки, присоединения и т. д.

    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.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: