Toplotni izmenjevalec. Vrste toplotnih izmenjevalcev. Razvrstitev toplotnih izmenjevalcev

Vsak od nas je naletel na najpreprostejše izmenjevalnike toplote. Živahen primer tega je gradnja "cevi v cevi" ali kaj takega. Težko bi si predstavljali naše življenje, če izmenjevalnik toplote ne bi izumil. Do danes je veliko izmenjevalcev toplote. Med njimi se razlikujejo ne le po svojih tehničnih značilnostih, temveč tudi na področju uporabe, oblikovanja itd. Podrobneje govorimo o tej temi in razumemo z zanimivimi trenutki.

Nekatere splošne informacije

Toplotni izmenjevalnik je naprava, ki se uporablja za prenos toplote iz enega okolja v drugega. Treba je razumeti, da je sam izmenjevalnik toplote, brez opreme za ogrevanje popolnoma neuporabna, ampak v kompleksu je mogoče dobiti odlične rezultate in uspešno toploto tudi zelo velike in hladne sobe. Poleg tega so znanstveniki nenehno poskušali zmanjšati izgubo toplote, kadar se prenese v drugo okolje. Danes se ne moremo pohvaliti z 100-odstotno učinkovitostjo, vendar pa lahko govorimo o učinkovitosti 90-95% drzno. Operativne, pa tudi tehnične lastnosti izdelka se povečajo z uporabo posebej pripravljenih materialov in hladilnega sredstva. Seveda vse to nekoliko poveča ceno opreme, vendar je vredno.

Ko načrtovanje inženirjev nenehno soočajo z nasprotujočimi si zahtevami, jih je treba združiti v eno steklenico. Na primer, morate zmanjšati hidravlična odpornost in hkrati za povečanje koeficienta prenosa toplote. Toplotni izmenjevalnik mora biti odporen proti koroziji, vendar ne preveč težko vzdrževati. Vse to je pripeljalo do nastanka mnogih vrste toplotnih izmenjevalcev. Glede na situacijo se uporablja tisti, ki je najbolj primeren.

Razvrstitev toplotnih izmenjevalcev

Kot je bilo že omenjeno, trenutno obstaja ogromno število toplotnih izmenjevalcev. Najprej jih je treba razdeliti glede na način prenosa toplote v medij. Tukaj so izmenjevalci toplote razdeljeni v naslednje skupine:

• rekuperativni;
• regenerativni;
• mešanje;
• z električnim ogrevanjem.

Poglejmo si podrobnejši pogled na rekuperativne toplotne izmenjevalce. Oblika izdelka pomeni obstoj enoslojne ali večplastne stene, skozi katero se prenese toplota. Ponavadi se to zgodi že v stalnem gibanju. Zanimivo je, da pri takih napravah prenos toplote pride med prisilnim gibanjem brez spreminjanja faznega stanja. Vendar to velja samo za trajne izmenjevalnike toplote. Če govorimo o agregatov z načinom periodičnega delovanja, nato pa za nekaj časa se izvaja ogrevanje, izhlapevanje in hlajenje, vse v zaporednem načinu. Takšne naprave se nanašajo na toplotne izmenjevalce z nestalnim termičnim gibanjem. To je posledica dejstva, da je temperatura hladila na vstopu in izstopu bistveno drugačna. Pogosto se taki agregati nahajajo v obliki tuljav in so lamelne, rebraste in druge oblike. Nekoliko kasneje bomo preučili več vrst. Ampak na tej razvrstitvi toplotnih izmenjevalcev se ne konča.

Regenerativne enote in električno ogrevanje

V tem primeru se, tako kot v prejšnji, za prenos toplotne energije uporablja površina za prenos toplote. Vendar pa je ta površina nekakšna šoba. Služi kot vmesno akumulacijsko sredstvo, ki zbira toploto. Celoten proces se lahko razdelimo na več stopenj. V prvi fazi šoba dobi določeno količino toplote. Potem pride do prehoda v drugo fazo, hladilno sredstvo pa se prenese na površino šobe. To se zgodi pri zamenjavi tokov hladilnega sredstva. Na tej stopnji se šoba postopoma ohladi in shranjena toplota prenese na ogrevan medij, da je vaša soba lahko.

Regeneratorji se nanašajo na nestacionarne agregate. Šoba je pogosto stalna, toplotni procesi pa so sinhroni. Naprave te vrste se pogosto imenujejo čistilci ali hladilni stolpi.

Bistvo izmenjevalcev toplote z električnim ogrevanjem je, da se električna energija uporablja kot glavni vir toplote. Električna energija se uporablja za pretvarjanje električne energije v toploto. Lahko so neposredno ali posredno ogrevanje. Najpogostejši toplotni izmenjevalci v industriji so indukcijski in uporovni grelci. Kot lahko vidite, je oprema za izmenjavo toplote lahko drugačna, zdaj bomo podrobneje preučili vsako vrsto, obseg njene uporabe in oblikovne značilnosti.

Spiralni toplotni izmenjevalci

Naprava je par spiralnih kanalov. Običajno potujejo okoli osrednje predelne stene. Zato so izdelani iz materiala za zvitke. Treba je omeniti, da so spiralni toplotni izmenjevalniki primerni za ogrevanje in hlajenje tekočin, ki imajo visok koeficient viskoznosti.

Na splošno grelna površina tvori dva pločevina, ki sta z žarjenjem povezana z jedrom. Sama enota sestoji samo iz dveh kanalov, običajno pravokotnega dela, ki je v obliki spirale. Konec spirale (notranja) ima ločilno steno in je fiksirana s zatiči. Toplotni izmenjevalci so lahko izdelani tako vertikalno kot horizontalno. Če ne morete namestiti enega pogleda zaradi nezadostnega prostora ali kompleksne konfiguracije prostora, potem uporabite drugo, bolj prednostno. Zanimivo je tudi, da lahko potrošnik izbere spiralne toplotne izmenjevalce z različnimi širinami spirale od 20 do 150 centimetrov. Ogrevalna površina se lahko spreminja od 3,2 do 100 kvadratnih metrov z maksimalnim sistemskim tlakom 1 MPa.

Treba je opozoriti, da ima ta oprema za izmenjavo toplote vrsto pomembnih prednosti. Prvič, to je zmanjšana hidravlična odpornost. Drugič, kompaktnost in visoka učinkovitost ter intenzivnost izmenjave toplote. Vse to pa je prispevalo k dejstvu, da so bile pomanjkljivosti v obliki kompleksne gradnje in popravila.

O ploščnih izmenjevalnikih toplote

Trenutno se proizvajajo dismutabilni in neljavljivi ploščni toplotni izmenjevalci. Seveda je prva vrsta bolj primerna zaradi različnih razlogov. Najprej je preprostost storitve. Takšna oprema je zelo hitro razstavljena in zbrana, zato je vsaka razčlenitev odpravljena v kratkem času. Unattached modeli ponavadi ne popravijo, in če je to storjeno, potem kjer je veliko dlje.

Pravzaprav, ime pravi, da ta oprema sestoji iz paketa montažnih plošč. Lahko so izdelani iz različnih materialov, kot so baker, titan, grafit, itd. Skoraj vedno za izboljšanje delovanja so plošče izdelane iz valovitega materiala. V ploščnih izmenjevalnikih toplote prehajajo plasti hladnega in vročega hladila.

Sama oprema je dobra, ker ima kompetentno postavitev. To je omogočilo povečanje površine površine za izmenjavo toplote in vse to v razmeroma majhni velikosti. V vsakem primeru se pred nakupom izvede izračun toplotnih izmenjevalcev, ki vam omogoča, da pridobite podatke o tem, koliko moči potrebuje naprava v določenem primeru. Treba je razumeti, da vse plošče, ki so v isti vrečki, zaradi enake oblike, tvorijo kanale med seboj. Skozi njih tekočina teče. No, zdaj bomo preučili še nekaj zanimivih podrobnosti, ki se nanašajo na to opremo.

Uporaba tesnil

Kot smo že omenili, plošče služijo kot glavni element prenosa toplote. Izdelane so s hladnim žigom. Za to so uporabljene zlitine, odporne proti koroziji, kar bistveno poveča vzdržljivost in učinkovitost enote. Debelina plošč se lahko razlikuje od 0,4 do 1,0 mm, odvisno od modela. V delovnem položaju plošče tesno pritisnemo drug proti drugemu. V tem primeru se oblikujejo majhni kanali reže. Na sprednji strani je poseben utor, nameščena je gumijasta tesnila (tesnilna masa). Poleg tega imajo tesnila tudi luknje, ki so potrebne za dovajanje in odvajanje tekočine. V primeru kršitve ene od lukenj je predviden sistem drenažnih žlebov, kar odpravlja mešanje hladnega in vročega medija.

Z ustvarjanjem protitokov med dvema medijem je bilo mogoče doseči ne le izboljšanje nastavljene temperature, ampak tudi hitrejši prenos toplote s sorazmerno majhnimi hidravličnimi odporitvami. Ni odvečno reči, da osnovno načelo delovanja temelji na protitoku, to je gibanju grelne in grelne tekočine v različnih smereh. Da bi se izognili mešanju, je nameščena dvojna gumijasta tesnila ali kovinska plošča. Število plošč in kanalov se lahko razlikuje glede na operativne zahteve za opremo. Pred ustvarjanjem toplote izračun toplotnih izmenjevalcev, ki vam omogoča, da določite optimalni način delovanja. Včasih se uporabljajo drage zlitine, ki se ne bojijo dolgotrajne uporabe v agresivnem okolju.

Plate-fin toplotni izmenjevalci

PRT se uporabljajo za prenos toplote v neagresivnih in plinskih okoljih v širokem razponu temperatur, od -270 do +200 stopinj Celzija. Hkrati lahko tlak v sistemu doseže 100 atmosfer in začne z vakuumom. V zasnovi je ideja o nanašanju rebrastih površin na obeh straneh plošč. Sam izdelek je sestavljen iz več rebrov, zaradi česar se prenese prenos toplote med medijem. Treba je omeniti, da je toplotni izmenjevalnik z rebrastimi ploščami, ki ima široko paleto oblik rebra. To omogoča več sprememb operativnih in tehničnih lastnosti. Najpogosteje vidite kontinuirana in valovita rebra. Toda poleg tega so tudi bolj eksotične, kot so perforirane in luske. Kot material se navadno uporabljajo kovinske tanke pločevine. Njihova debelina je nastavljiva glede na tlak v sistemu in uporabljeno tekočino.

Pogosto so takšne vrste toplotnih izmenjevalnikov izdelane z drugačnimi vrste prometa tokove. Protitočna struja se najpogosteje uporablja, vendar potekajo sheme medsebojnega pretoka in pretoka. Če na kratko govorimo o močeh takšne opreme, jih je veliko. Prvič, to so operativne lastnosti, kot je hitra in intenzivna izmenjava toplote. Drugič, to je majhna velikost. Danes mnogi ljudje pravijo, da so najboljši toplotni izmenjevalci. Najpogosteje se uporabljajo PRT v takih industrijah, kot so energetika, rafiniranje nafte, kemična in letalska industrija. Vse to je posledica velikega števila prednosti, pa tudi širokega nabora uporabljenih tekočin in pritiskov v sistemu.

Izmenjalnik toplote in cevi: zasnova in značilnosti

Oprema za izmenjavo toplote površinskega tipa, ki smo jo že upoštevali, ni tako priljubljena kot enote lupine in cevi. To je ravno aparat, ki je bil na samem začetku naveden v najpreprostejši različici - to je sistem "cev v cevi". Toplotni izmenjevalnik te vrste je sistem (sveženj) cevi, ki je nameščen v ohišje. Cevi so valjane in varjene na telo proizvoda. V nekaterih primerih jih dodatno olajšamo. To storite, da zagotovite 100% tesnost. Telo dobite z dodatnimi šobami. Nekateri so potrebni za oskrbo s paro, drugi za odvod kondenzata. Poleg tega ima telo prečne rešetke, ki se uporabljajo za vzdrževanje cevi za izmenjavo toplote vzdolž celotne dolžine enote. Zanimivo je, da se izmenjevalci toplote in cevi uporabljajo pri temperaturah 190 stopinj Celzija ali nasičeni parni tlak več kot 15 barov.

Vsak sistem, ki pomeni gibanje tekočine, je lahko podvržen udarcem vode. Ta pojav lahko delno ali v celoti odstrani opremo iz delovnega stanja. Da se to ne bi zgodilo, se uporabljajo različne vrste pomnilniških elementov, ti ekspanzijske posode. Toda v našem primeru to ni nujno, ker so izmenjevalci toplote in cevi zelo stabilni zanje. Poleg tega ni strogih zahtev za čiščenje okolja. Pomembna pomanjkljivost takšne opreme je, da so vsi tipi toplotnih izmenjevalnikov tega tipa zelo kovinski porabniki, kar vpliva na končne stroške in dimenzije.

Toplotni izmenjevalci za plinsko napravo

Ni skrivnost, da ima vsak kotel na trdno gorivo ali plin toplotni izmenjevalec v svoji izvedbi, se imenujejo tudi grelniki zraka. Glavna vrsta, ki smo jo že upoštevali. Kot ste verjetno opazili, se te ali druge vrste uporabljajo v različnih industrije. Nekatere naprave so našle širšo uporabo, druge se uporabljajo v določenih panogah in se ne ujemajo z drugimi. V našem primeru se uporabljajo cevni in ploščni toplotni izmenjevalci. V prvem primeru imamo sistem cevi, v drugem - plošče. Načeloma ne glede na vrsto toplotni izmenjevalec za plinski stebri mora izpolnjevati več zahtev. Prvič, da imajo visok koeficient prenosa toplote in drugič, da so trpežni in odporni na visoke temperature. Najbolj priljubljeni materiali so baker, aluminij in jeklo. Slednja možnost je manj priporočljiva, saj ima taka kovina veliko težo, kar zmanjša učinkovitost. V vsakem primeru mora biti toplotni izmenjevalec za plinski stebri vsaj pet let.

Zaključek

Zato smo pregledali z vami glavne vrste toplotnih izmenjevalcev. Brez pozornosti so bile takšne vrste kot lupine. Načeloma se nekoliko razlikujejo od klasičnih lamelnih ali rebrastih. Toda pogosto je mogoče najti pečice za kopanje s toplotnim izmenjevalcem, ki ima ohišje. Vendar pa je ključna značilnost, da je oprema odporna na visoke temperature in obratovalne pritiske. Telo je lahko izdelano iz materialov, kot so titan, nerjavno jeklo ali ogljikovo jeklo. To je zanimivo Peči za kopel s toplotnim izmenjevalcem lupinske plošče dobro urejene s paro ali kondenzatom, kar je nedvomno velika prednost. Načeloma lahko to konča zgodbo, saj zdaj veste o izmenjevalnikih toplote, kar potrebujete.