Fiecare dintre noi a întâlnit cele mai simple schimbătoare de căldură. Un exemplu izbitor în acest sens este designul „țevii în țeavă” sau ceva de genul acesta. Ar fi greu să ne imaginăm viața dacă schimbătorul de căldură nu ar fi fost inventat. Astăzi există un număr mare de schimbătoare de căldură. Ele diferă unele de altele nu numai prin caracteristicile tehnice, ci și prin domeniul de aplicare, designul etc. Să vorbim mai detaliat despre acest subiect și să ne ocupăm de puncte interesante.
Câteva informații generale
Un schimbător de căldură este un dispozitiv care este folosit pentru a transfera căldură de la un mediu la altul. În același timp, trebuie să înțelegeți că schimbătorul de căldură în sine, fără echipament de încălzire, este complet inutil, dar în complex puteți obține rezultate minunate și puteți încălzi cu succes chiar și camere foarte mari și reci. În plus, oamenii de știință au încercat în mod constant să minimizeze pierderea de căldură atunci când aceasta este transferată într-un alt mediu. Astăzi nu se poatese laudă cu o eficiență de 100%, dar putem vorbi în siguranță despre o eficiență de 90-95%. Caracteristicile operaționale, precum și tehnice ale produsului sunt sporite prin utilizarea materialelor special pregătite, precum și a unui lichid de răcire. Desigur, toate acestea măresc oarecum prețul echipamentelor, dar merită.
La proiectare, inginerii se confruntă în mod constant cu cerințe contradictorii care trebuie combinate într-o singură sticlă. De exemplu, este necesar să se reducă rezistența hidraulică și, în același timp, să se mărească coeficientul de transfer de căldură. Schimbătorul de căldură trebuie să fie rezistent la coroziune, dar nu prea greu de întreținut. Toate acestea au dus la faptul că au apărut multe tipuri de schimbătoare de căldură. Se folosește cel care se potrivește cel mai bine situației.
Clasificarea schimbătoarelor de căldură
După cum sa menționat mai sus, există în prezent un număr mare de schimbătoare de căldură. În primul rând, acestea trebuie separate după metoda de transfer de căldură către mediu. Aici schimbătoarele de căldură sunt împărțite în următoarele grupuri:
- recuperator;
- regenerative;
- amestecare;
- incalzit electric.
Să aruncăm o privire mai atentă la schimbătoarele de căldură recuperatoare. Designul produsului implică prezența unui perete cu un singur strat sau cu mai multe straturi prin care este transferată căldura. De obicei, acest lucru se întâmplă deja în mișcare constantă. Este interesant că în astfel de dispozitive, transferul de căldură se efectuează cu mișcare forțată fără schimbarea fazeistate. Dar acest lucru se aplică numai schimbătoarelor de căldură care funcționează permanent. Dacă vorbim despre unități cu un mod periodic de funcționare, atunci pentru o anumită perioadă de timp se efectuează încălzirea, evaporarea și răcirea, iar toate acestea sunt în modul secvenţial. Astfel de dispozitive aparțin schimbătoarelor de căldură cu mișcare termică instabilă. Acest lucru se datorează faptului că temperatura lichidului de răcire la intrare și la ieșire este semnificativ diferită. Adesea, astfel de agregate se găsesc sub formă de bobine și sunt lamelare, nervurate și alte forme. Puțin mai târziu ne vom uita la mai multe tipuri. Dar clasificarea schimbătoarelor de căldură nu se termină aici.
Unități de regenerare și încălzire electrică
În acest caz, la fel ca în cel precedent, suprafața de schimb de căldură este folosită pentru a transfera energie termică. Cu toate acestea, această suprafață este un fel de duză. Joacă rolul unui mijloc acumulativ intermediar care acumulează căldură. În general, întregul proces poate fi împărțit în mai multe etape. În prima etapă, duza percepe o anumită cantitate de căldură. Apoi, există o tranziție la a doua etapă, iar lichidul de răcire este transferat pe suprafața duzei. Acest lucru se întâmplă la schimbarea fluxului de lichid de răcire. În această etapă, duza se răcește treptat, iar căldura acumulată este eliberată în mediul încălzit, care poate fi camera dvs.
Regeneratoarele sunt unități nestaționare. Duza este adesea nemișcată, iar procesele termice sunt repetate sincron. Dispozitivele de acest tip sunt adesea numite scrubere sauturnuri de răcire.
Esența schimbătoarelor de căldură încălzite electric este aceea că electricitatea este utilizată ca sursă principală de căldură. Instalațiile cu arc electric sunt folosite pentru a transforma energia electrică în energie termică. Ele pot fi atât încălzire directă, cât și indirectă. Cele mai comune schimbătoare de căldură în industrie sunt încălzitoarele cu inducție și rezistență. După cum puteți vedea, echipamentele de schimb de căldură pot fi diferite, acum vom arunca o privire mai atentă asupra fiecărui tip, domeniul său de aplicare și caracteristicile de design.
Schimbătoare de căldură în spirală
Dispozitivul este o pereche de canale spiralate. De obicei, se înfășoară în jurul partiției centrale. Pentru a face acest lucru, sunt fabricate din material laminat. Este de remarcat faptul că schimbătoarele de căldură în spirală sunt potrivite pentru încălzirea și răcirea fluidelor cu o vâscozitate ridicată.
În mare, suprafața de încălzire este formată din două foi de metal, care sunt atașate de miez prin intermediul unei suduri. Unitatea în sine este formată din doar 2 canale, de obicei dreptunghiulare, realizate sub formă de spirală. Capătul spiralei (intern) are un perete despărțitor și se fixează cu știfturi. Schimbatoarele de caldura pot fi realizate atat pe verticala cat si pe orizontala. Dacă nu este posibilă instalarea unui tip din cauza spațiului insuficient sau a unei configurații complexe a camerei, atunci se folosește al doilea, mai de preferat. De asemenea, este interesant faptul că consumatorul poate alege spiralăschimbătoare de căldură cu diferite lățimi spiralate, de la 20 la 150 de centimetri. În același timp, suprafața de încălzire poate varia de la 3,2 la 100 de metri pătrați cu o presiune maximă a sistemului de 1 MPa.
De remarcat faptul că acest echipament de schimb de căldură are o serie de avantaje semnificative. În primul rând, este o rezistență hidraulică redusă. În al doilea rând, compactitatea și eficiența ridicată și intensitatea transferului de căldură. Dar toate acestea au contribuit la faptul că au existat dezavantaje sub forma unui proiect și reparații complexe.
Despre schimbătoarele de căldură cu plăci
În prezent, sunt fabricate schimbătoare de căldură cu plăci pliabile și neseparabile. Desigur, primul tip este mai de preferat din multe motive. În primul rând, este ușurința întreținerii. Un astfel de echipament este dezasamblat și asamblat foarte rapid, astfel încât orice defecțiune este eliminată într-un timp scurt. Modelele care nu se pot separa de obicei nu sunt reparate și, dacă sunt, atunci mult mai mult.
De fapt, numele sugerează că acest echipament este format dintr-un pachet de plăci prefabricate. Pot fi realizate din diverse materiale precum cupru, titan, grafit etc. Aproape întotdeauna, pentru a îmbunătăți proprietățile de performanță, plăcile sunt realizate ondulate. În schimbătoarele de căldură cu plăci, fluxurile de lichid de răcire rece și fierbinte trec în straturi.
Echipamentul în sine este bun, deoarece are un aspect competent. Acest lucru a făcut posibilă creșterea suprafeței de schimb de căldură și potrivirea tuturor acestora în dimensiuni relativ mici. În orice caz, înainte de cumpărare, se efectuează un calcul al schimbătoarelor de căldură, care vă permite să obțineți date despre câtă putere are nevoie dispozitivul într-un anumit caz. Trebuie să se înțeleagă că toate plăcile care sunt trase împreună într-un pachet formează canale între ele datorită aceleiași forme. Fluidul curge prin ele. Ei bine, acum ne vom uita la câteva detalii mai interesante care se referă la acest echipament.
Utilizarea garniturii
După cum sa menționat mai sus, elementul principal al transferului de căldură sunt plăcile. Sunt ștampilate la rece. Pentru aceasta, se folosesc aliaje rezistente la coroziune, care pot crește semnificativ durabilitatea și eficiența unității. Grosimea plăcilor, în funcție de model, poate varia de la 0,4 la 1,0 mm. În poziția de lucru, plăcile sunt presate strâns una pe ceal altă. În acest caz, se formează canale mici fante. Pe partea frontală există o canelură specială, acolo este instalată o garnitură de cauciuc (etanșare). În plus, garniturile au găuri care sunt necesare pentru alimentarea și îndepărtarea fluidului. În cazul în care una dintre găuri se sparge, este prevăzut un sistem de caneluri de drenaj pentru a preveni amestecarea mediilor reci cu cele calde.
Datorită creării unui contracurent între cele două medii, a fost posibil să se obțină nu numai o îmbunătățire a temperaturii setate, ci și un transfer de căldură mai rapid cu rezistențe hidraulice relativ mici. Nu ar fi de prisos să spunem că principiul de bază de funcționare se bazează pe contracurent, adică mișcarea încălzirii șifluid de încălzire în diferite direcții. Pentru a preveni amestecarea, este instalată o garnitură dublă de cauciuc sau o placă metalică. Numărul de plăci și canale poate varia în funcție de cerințele operaționale ale echipamentului. Înainte de creare, se efectuează un calcul termic al schimbătoarelor de căldură, ceea ce face posibilă determinarea modului optim de funcționare. Uneori sunt folosite aliaje scumpe care nu se tem de funcționarea pe termen lung într-un mediu agresiv.
Schimbătoare de căldură cu plăci cu aripioare
PRT sunt folosite pentru a transfera căldură în medii neagresive și gazoase într-un interval larg de temperatură, de la -270 la +200 grade Celsius. În acest caz, presiunea din sistem poate ajunge la 100 de atmosfere și începe de la vid. Designul se bazează pe ideea aplicării unei suprafețe cu nervuri pe ambele părți ale plăcilor. Produsul în sine constă din mai multe nervuri, datorită cărora se realizează transferul de căldură între medii. Este demn de remarcat faptul că schimbătorul de căldură cu plăci cu aripioare are o mare varietate de forme de aripioare. Acest lucru vă permite să modificați ușor caracteristicile operaționale și tehnice. Cel mai adesea puteți vedea coaste continue și ondulate. Dar, pe lângă acestea, există și altele mai exotice, precum cele perforate și solzoase. De obicei, tabla este folosită ca material. Grosimea lor este reglabilă în funcție de presiunea din sistem și de fluidul utilizat.
Adesea, aceste tipuri de schimbătoare de căldură sunt realizate cu diferite tipuri de flux. Cel mai adesea, se folosește contracurent, dar există șicircuite drepte și transversale. Dacă vorbim pe scurt despre punctele forte ale unor astfel de echipamente, atunci există o mulțime de ele. În primul rând, acestea sunt proprietăți operaționale, cum ar fi transferul rapid și intens de căldură. În al doilea rând, este de dimensiuni mici. Astăzi, mulți spun că schimbătoarele de căldură cu aripioare sunt cele mai avansate. Cel mai adesea, PRT este utilizat în industrii precum energia, rafinarea petrolului, industria chimică și aviație. Toate acestea se datorează unui număr mare de avantaje, precum și unei game largi de fluide și presiuni utilizate în sistem.
Schimbător de căldură cu carcasă și tub: design și caracteristici
Echipamentele de schimb de căldură de tip suprafață, pe care le-am revizuit deja, nu sunt la fel de populare ca unitățile cu carcasă și tuburi. Acestea sunt doar dispozitivele care au fost menționate chiar la început, în cea mai simplă versiune - acesta este sistemul „pipe in pipe”. Un schimbător de căldură de acest tip este un sistem (mănunchi) de tuburi care sunt plasate într-o carcasă. Tuburile sunt laminate și sudate pe corpul produsului. În unele cazuri, acestea sunt în plus opărite. Acest lucru se face pentru a asigura etanșeitatea 100%. Corpul este furnizat cu duze suplimentare. Unele sunt necesare pentru alimentarea cu abur, altele pentru eliminarea condensului. În plus, în carcasă există grătare transversale, care sunt folosite pentru a susține tuburile de schimb de căldură pe toată lungimea unității. În mod interesant, schimbătoarele de căldură cu carcasă și tuburi sunt utilizate la temperaturi de la 190 de grade Celsius saupresiuni de abur saturat peste 15 bar.
Orice sistem care implică mișcarea fluidului poate fi supus unui ciocan de berbec. Acest fenomen este capabil să dezactiveze parțial sau complet echipamentul. Pentru a preveni acest lucru, se folosesc diverse tipuri de elemente de stocare, așa-numitele rezervoare de expansiune. Dar în cazul nostru, acest lucru nu este necesar, deoarece schimbătoarele de căldură cu carcasă și tuburi sunt foarte rezistente la acestea. În plus, nu există cerințe stricte pentru curățenia mediului. Un dezavantaj semnificativ al unor astfel de echipamente este că toate tipurile de schimbătoare de căldură de acest tip sunt foarte intense în metal, ceea ce afectează costul final și dimensiunile.
Schimbătoare de căldură pentru echipamente cu gaz
Nu este un secret pentru nimeni că orice cazan cu combustibil solid sau pe gaz are un schimbător de căldură în design, ele fiind numite și încălzitoare. Am luat în considerare deja principalele tipuri. După cum probabil ați observat, acestea sau acele tipuri sunt utilizate în diverse industrii. Unele dispozitive au găsit o aplicație mai largă, altele sunt folosite în anumite industrii și nu se potrivesc altora. În cazul nostru are loc utilizarea schimbătoarelor de căldură tubulare și cu plăci. În primul caz, avem de-a face cu un sistem de tuburi, în al doilea - cu plăci. În principiu, indiferent de tip, un schimbător de căldură pentru un gheizer trebuie să îndeplinească o serie de cerințe. În primul rând, să aibă un coeficient de transfer termic ridicat, iar în al doilea rând, să fie durabil și rezistent la temperaturi ridicate. Cele mai populare materiale sunt cuprul, aluminiul șioţel. Ultima opțiune este mai puțin de preferat, deoarece un astfel de metal este greu, ceea ce reduce eficiența. În orice caz, schimbătorul de căldură pentru gheizer trebuie să funcționeze cel puțin 5 ani.
Concluzie
Deci am trecut în revistă principalele tipuri de schimbătoare de căldură. Specii precum cochilia și farfuria au fost lăsate fără atenție. În principiu, ele diferă ușor de clasicele lamelare sau nervurate. Dar puteți găsi adesea sobe de baie cu un schimbător de căldură cu carcasă. Cu toate acestea, caracteristica cheie este că echipamentul este rezistent la temperaturi ridicate și la presiuni de funcționare. Carcasa poate fi realizată din materiale precum titan, oțel inoxidabil sau oțel carbon. Este interesant faptul că sobele de baie cu un schimbător de căldură înveliș și plăci sunt bine reglate pentru abur sau condens, ceea ce, fără îndoială, este un avantaj semnificativ. În principiu, acest lucru poate completa povestea, deoarece acum știți tot ce aveți nevoie despre schimbătoarele de căldură.
