Теплообменники виды устройство и принцип работы

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

Тематические блоги

Редакция журнала «Новости теплоснабжения» и портала РосТепло.ру.

Все юридические вопросы.

Всё о тепловых сетях

Неплатежи, взаимоотношения теплоснабжающей организации с УК, коммерчискими организациями, промышленностью, жителями, военными, соцсферой и т.д.

В этом блоге можно задавать любые вопросы, связанные с теплоснабжением. С помощью коллег возможно найдется и ответ.

Вопросы охраны труда и техники безопасности, наглядная агитация, несчастные случаи. Стимулирование и мотивирование людей.

Сообщения на любые темы. Политика, инопланетяне, всемирный заговор, погода, всё что вас интересует.

Всё, что связано с деятельностью Федеральной Антимонопольной Службы (ФАС) и ее территориальных подразделений. Вопросов конкуренции и т.д.

Биотопливо, ветряки, все новые и нетрадиционные источики энергии

Тарифы, расчеты, окупаемость мероприятий

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.

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.

Конструкция теплообменника

Оборудование состоит из двух основных плит – неподвижной и подвижной. В обеих пластинах сделано несколько отверстий, предназначенных для входа и выхода среды. Между двумя основными плитами установлено множество пластин, которые герметизируют с помощью резиновых прокладок. Направляющие сверху и снизу определяют положение оборудования. Пластины можно сжать до нужного размера, с помощью специальных гаек. Расположение пластин не случайно, пластины через одну повернуты на 180°, относительно соседних. Благодаря этому входящее отверстие канала уплотнено дважды.

Принцип работы теплообменников

1 – передняя неподвижная плита, 2 – верхняя направляющая, 3 – задняя подвижная плита, 4 – задняя стойка (штатив) , 5 – рабочая пластина с уплотнением, 6 – нижняя направляющая, 7 – патрубки, 8 – ролики для перемещения пластин вдоль направляющих, 9 – шильд с названием и техническими данными, 10 – шпильки

Принцип работы теплообменника

Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Рис. 5. Движение сред внутри пакета пластин

Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.

Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

Схемы движения теплоносителей в пластинчатых теплообменных аппаратах

Рис. 6. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом разборном теплообменнике в зависимости от принципа работы

Конструкции теплообменных аппаратов

Классификация теплообменных аппаратов.Теплообменные аппараты имеют разнообразное конструктивное оформление, которое зависит от характера и условий протекающих в них процессов. В связи с разнообразием требований в промышленности используются теплообменные аппараты различных типов, которые классифицируются:

– по назначению: для проведения теплопередачи без изменения агрегатного состояния рабочей среды (нагреватели, охладители), проведения теплопередачи с изменением агрегатного состояния рабочих сред (испарители, кипятильники, конденсаторы), одновременного проведения технологического процесса и теплопередачи (реакторы, абсорберы, теплообменники, встроенные в установки);

Читайте также:
Что такое забежные ступени. Деревянная поворотная лестница – решение для маленького помещения!

– роду рабочих сред: паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо-газовые;

– взаимному направлению движения рабочих сред: прямоточные, в которых обе среды движутся в одном направлении; противоточные – обе среды движутся в противоположных направлениях; перекрестного тока – обе рабочие среды движутся во взаимно перпендикулярных направлениях; смешанного тока, в которых направления потоков рабочих сред возможны в различных сочетаниях (прямоток и противоток);

– характеру температурного режима в теплообменных аппаратах: аппараты с установившимся тепловым режимом, в которых температура рабочей среды на данном участке поверхности теплообмена с течением времени не изменяется (теплообменники непрерывного действия); аппараты с неустановившимся тепловым режимом, в которых температура рабочей среды на данном участке поверхности теплообмена изменяется с течением времени (теплообменники периодического действия);

– конструктивному признаку: типа «труба в трубе», кожухотрубные, ламельные, пластинчатые, змеевиковые, спиральные, пластинчато-ребристые, оросительные, специальные (аппараты с рубашками, ребристые аппараты), комбинированные и др.

– принципу действия: рекуперативные (в них теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через эту стенку), регенеративные (в них рабочая поверхность попеременно омывается различными теплоносителями: при омывании одним из теплоносителей она нагревается за счет его теплоты; при омывании ее другим теплоносителем она охлаждается, передавая теплоту последнему) и смесительные, в которых передача теплоты происходит при непосредственном соприкосновении и смешении теплоносителей.

Теплообменники типа «труба в трубе». Они представляют собой один или несколько теплообменных элементов, расположенных один под другим (рис. 1). Каждый из элементов состоит из внутренней трубы 1 и охватывающей ее наружной трубы 2. Внутренние трубы отдельных элементов соединены последовательно коленами (калачами) 3. Наружные трубы соединены также последовательно патрубками 4. Теплоноситель I движется по внутренним трубам, теплоноситель II – по кольцевым каналам между трубами 1 и 2.

Теплообмен между теплоносителями осуществляется через стенки внутренних труб. В этих теплообменниках обеспечиваются высокая скорость теплоносителей (даже при малых расходах) и высокая интенсивность теплообмена. Однако эти теплообменники громоздки и металлоемки, поэтому их применяют преимущественно для проведения процессов нагревания или охлаждения при высоких давлениях. При необходимости создания большой площади поверхности теплообмена устанавливают несколько параллельно соединенных элементов.

Кожухотрубные теплообменники – наиболее распространенный тип поверхностных теплообменников. Они допускают создание больших поверхностей теплообмена в одном аппарате, просты в изготовлении и надежны в работе.

Кожухотрубный вертикальный теплообменник с неподвижными трубными решетками (жесткой конструкции) состоит из цилиндрического корпуса, или кожуха 1, к которому с двух сторон приварены трубные решетки 2 (рис. 2). В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К кожуху с помощью фланцев присоединены болтами крышки 5. Для ввода и вывода теплоносителей к корпусу (кожуху) и крышкам приварены патрубки 4. Теплообменник устанавливают на опорных лапах 6. Один поток теплоносителя (I) направляется через патрубок в нижнюю камеру, проходит по трубкам и выходит через патрубок в верхней камере, т. е. движется в трубном пространстве. Другой поток теплоносителя (II) вводится через верхний патрубок на кожухе в межтрубное пространство теплообменника, омывает снаружи трубы и выводится через нижний патрубок, т. е. движется в межтрубном пространстве. Теплота от одного теплоносителя к другому передается через стенки труб.

Теплоносители обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемый теплоноситель направляют снизу вверх, а теплоноситель, отдающий теплоту, – в противоположном направлении. Такое направление движения каждого теплоносителя совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данный теплоноситель под влиянием изменения его плотности при нагревании или охлаждении. Кроме того, при указанных направлениях движения теплоносителей достигается более равномерное распределение скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечного сечения аппарата.

Читайте также:
Сэндвич-панели – удобный материал для строительства

Существует несколько способов размещения труб в трубных решетках: по сторонам и вершинам правильных шестиугольников, по сторонам и вершинам квадратов и по концентрическим окружностям (рис. 3). Эти способы диктуются требованием наибольшей компактности теплообменника.

Преимущественное распространение имеет размещение труб по сторонам и вершинам правильных шестиугольников.

Трубы закрепляют в решетках развальцовкой, сваркой, а также пайкой, применяемой для соединения медных и латунных труб. Иногда используют соединение труб с решеткой посредством сальников, допускающих свободное продольное перемещение труб при температурных удлинениях и возможность их быстрой замены. Это позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб, но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.

Различают одноходовые и многоходовые кожухотрубные теплообменники. В одноходовом теплообменнике (см. рис. 2) один поток теплоносителей движется параллельно во всех трубах, другой – в межтрубном пространстве параллельно трубам. В многоходовом (по трубному пространству) теплообменнике (рис. 4, а) пучок труб разделен на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель I проходит последовательно. Разбивка труб на секции осуществляется перегородками 2 в верхнем и нижнем днищах 1 теплообменника. Путь теплоносителя I по четырем ходам показан стрелками. Этим достигается повышение скорости теплоносителя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве. На рис. 4, б показан многоходовый горизонтальный теплообменник, в котором увеличение скорости теплоносителя I в межтрубном пространстве достигается установкой ряда направляющих перегородок 2

Из двух теплоносителей, движущихся по трубному и межтрубному пространствам, нужно, в первую очередь, увеличивать скорость того, который при теплообмене имеет большее термическое сопротивление и, следовательно, обменивается теплотой при меньших значениях коэффициента теплоотдачи. В рассмотренных кожухотрубных теплообменниках (рис. 2, 4) трубы жестко закреплены в трубной решетке.

Вследствие разности температур между кожухом и трубами в них возникают температурные напряжения, которые могут привести к разрушению аппарата. Теплообменники с жестким креплением труб в трубной решетке надежно работают при разностях температур 25…30 °С. Если эта разность превышает указанные пределы, применяют теплообменники с различными компенсаторами температурных удлинений.

Пластинчатые теплообменники. Одними из перспективных видов теплообменных аппаратов являются пластинчатые. Основные требования к их конструкциям: обеспечение высокого коэффициента теплопередачи при наименьшем гидравлическом сопротивлении; минимальный расход материалов на единицу производительности аппарата; надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью к поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнений; унификация узлов и деталей и технологичность механизированного изготовления разнообразных поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур и давлений.

Поверхность теплообмена образуется из отдельных пластин, а каналы для рабочей среды имеют щелевидную форму. Рабочая среда движется у поверхности теплообмена тонким слоем, что способствует интенсификации процесса теплоотдачи. Формы пластин и профили их поверхности разнообразны, а конструкции довольно сложны. Пластины располагают параллельно друг другу, причем между рабочими поверхностями двух смежных пластин создается небольшой зазор, образующий канал для рабочей среды, подвергаемой нагреванию или охлаждению. Пластины могут быть плоскими, с гладкими стенками и иметь прямоугольную, квадратную, круглую либо другую форму.

Малая толщина пластин и параллельная расстановка с малыми промежутками между пластинами позволяет разместить в пространстве рабочую поверхность теплообменника наиболее компактно с такой «плотностью», которая недостижима в других типах жидкостных теплообменников. Это в конечном счете приводит к тому, что пластинчатые теплообменные аппараты обладают при равной тепловой нагрузке значительно меньшими габаритными размерами и металлоемкостью, чем аппараты типа «труба в трубе», кожухотрубные и др.

Читайте также:
Чем хороша печь длительного горения – виды топлива, правила сборки своими руками

На теплопередающих стенках могут остаться различные отложения, которые препятствуют процессу теплопередачи. Кроме того, при тепловой обработке термически нестойких продуктов на стенках образуется пригар. В этих случаях необходимо часто разбирать аппарат для очистки поверхности теплообмена от слоя пригара, осадка или остатков продукта. Пластины в этих аппаратах имеют прокладки для уплотнения межпластинных каналов при сборке всей системы.

Особенности конструкции пластины определяются конструкцией гофров или профилем рабочей теплообменной стенки; формой угловых отверстий для подвода и отвода рабочих сред с целью снижения гидравлического сопротивления участков входа и выхода; уплотнительной системой; системой подвески пластин на раме аппарата и фиксации положения пластин в пакете; устройством для безопасного обслуживания пакета пластин; устройством вспомогательных конструктивных элементов пластины, повышающих жесткость собранной системы, способствующих технологичности изготовления, создающих удобства обслуживания и ремонта и т. д.

Теплопередающие пластины классифицируются по форме профиля рабочей поверхности:

– на плоские;

– узкоканальчатые (со спиральными фрезерованными каналами, с зигзагообразными фрезерованными каналами, с зигзагообразными штампованными каналами, конические со спиральными каналами);

– с турбулизирующими вставками;

– на ленточно-поточные (с плоской рабочей поверхностью, с простыми горизонтальными гофрами, с рифлеными горизонтальными гофрами);

– сетчато-поточные (с прерывистыми турбулизаторами, с непрерывными турбулизаторами).

Каждая пластина имеет прокладки двух назначений: а) большая резиновая кольцевая прокладка, ограничивающая на лицевой стороне пластины канал для соответствующего потока рабочей среды и охватывающая также два угловых отверстия (с одной стороны пластины или по диагонали), через которые происходит приток среды в межпластинный канал и сток из него; б) две малые резиновые прокладки, изолирующие два остальных отверстия и создающие транзитный проход для второй рабочей среды.

Пластинчатые теплообменники по конструкции могут быть односекционными и многосекционными или комбинированными.

Односекционным пластинчатым теплообменником назовем аппарат, в котором в теплообмене участвуют только две рабочие среды.

В пищевой промышленности широкое применение находят и такие конструкции пластинчатых аппаратов, в которых происходит несколько видов тепловой обработки жидкого пищевого продукта – основной рабочей среды. Это достигается путем соединения в одном аппарате нескольких взаимосвязанных, но самостоятельных теплообменных зон, в которых, например, нагревают продукт паром с целью стерилизации или пастеризации, затем постепенно охлаждают его холодным продуктом, идущим на подогрев, потом холодной водой и, наконец, рассолом до конечной температуры. Такую конструкцию имеют известные пастеризационно-охладительные аппараты, которые принято называть комбинированными.

Элементом тракта движения жидкости в пластинчатом аппарате является канал – пространство между двумя соседними пластинами. Рабочая среда, входящая в аппарат, попадает в каналы через продольные коллекторы, образованные угловыми отверстиями пластин и малыми прокладками, окружающими эти отверстия.

Из коллектора рабочая среда распределяется обычно по нескольким параллельным каналам. Совокупность нескольких каналов, по которым рабочая среда течет в одном направлении, в практике проектирования называют пакетом. из первого пакета рабочая среда попадает в противоположный коллекторный канал, проходит по нему вдоль аппарата до очередной граничной пластины (пластины с заглушенным угловым отверстием) и распределяется по каналам второго пакета. Во втором пакете рабочая среда движется в направлении, противоположном ее движению в первом пакете. Второй пакет может быть по числу каналов равен первому или не равен ему.

При различном числе каналов в расположенных последовательно пакетах скорость движения рабочей среды в каждом пакете будет изменяться. При одинаковом числе каналов скорость рабочей среды практически не изменяется. Вторая рабочая среда, перемещение которой на схемах (рис. 9, а и рис. 9, б) показано штриховой линией, проходит по своему коллекторному каналу и движется затем в межпластинных каналах, смежных с каналами для первой рабочей среды.

Читайте также:
Фотообои расширяющие пространство: как выбрать и правильно применять

В компоновках каналов для рабочих сред возможны различные варианты.

1. Каналы для первой рабочей среды составлены также, как и каналы для второй среды. Таким образом, если в первом пакете для первой рабочей среды есть четыре канала, то и в пакете со стороны второй рабочей среды четыре; далее идет пакет из трех каналов и т. д. Такую схему компоновки пластин в теплообменнике называют симметричной.

При данной схеме одна рабочая среда проходит последовательно такое же число пакетов, как и другая. Если расходы двух рабочих сред равны, то при симметричной компоновке равны и их скорости в межпластинных каналах.

2. Все каналы для второй рабочей среды соединены параллельно и образуют один общий пакет, охватывающий зону всех пакетов для первой рабочей среды. Схему компоновки, при которой число каналов в пакетах для первой и второй рабочих сред неодинаково, называют несимметричной.

Пластинчатые аппараты часто используют для подогрева и охлаждения рабочих сред без изменения их агрегатного состояния. При этом обычно применяют односекционные одно- и многопакетные аппараты. По расположению проходных отверстий для каждой рабочей среды на пластинах различают пластины с односторонним расположением отверстий (рис. 9, а) и с диагональным расположением отверстий (рис. 9, б).

При использовании пластин с односторонним направлением потока все штуцера для первой рабочей среды расположены по одну сторону аппарата, а для второй рабочей среды – по другую. При использовании пластин с диагональным направлением потока рабочая среда перемещается в каждом пакете поочередно с одной стороны аппарата на другую. Если количество пакетов в секции по линии движения данной среды четное, то места входа и выхода ее оказываются расположенными с одной стороны аппарата. Если же секция состоит из нечетного количества пакетов, то входной и выходной штуцера должны быть расположены в разных углах плит.

Пластинчатый теплообменник (рис. 10) состоит из группы теплообменных пластин 15, подвешенных на верхней горизонтальной штанге 7. Концы верхней и нижней штанг закреплены в передней стойке 3 (неподвижной плите) и на задней стойке 9. При помощи нажимной плиты 8 и винта 10 пластины в собранном состоянии сжаты в один пакет на резиновых прокладках 13 и 5. Большая резиновая кольцевая прокладка 13 ограничивает на пластине канал для потока рабочей среды и охватывает также два угловых отверстия, через которые происходит приток среды в межпластинный канал и сток из него. Две малые резиновые прокладки 5 изолируют два остальных отверстия и создают транзитный проход для второй рабочей среды.

Система уплотнительных прокладок построена так, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы герметичных каналов, изолированных одна от другой металлической стенкой и прокладками: одна для горячей рабочей среды, другая для холодной. Первая состоит из нечетных каналов между пластинами, а вторая – из четных, благодаря чему потоки горячей и холодной сред чередуются. Обе системы герметичных каналов соединяются со своими коллекторами и штуцерами для входа и выхода рабочих сред, расположенных на плитах.

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.

Читайте также:
Увлажнитель с ионизатором — чистота в детской

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.

паянный теплообменник

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:

    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.

спиральный теплообменник

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.

Материалы и тип установки

Стальные теплообменники

Стальные теплообменники имеют ряд достоинств, они имеют сравнительно невысокую цену и хорошую пластичность материала. Минус изделий в том, что на них могут образовываться трещины, также они подвергаются коррозии. Устройство имеет довольно большой удельный вес и объем. Котел из стали быстро остывает, ему не мешают механические повреждения. Сталь отлично переносит температурные перепады, но после сварки могут появиться небольшие повреждения.

Стальные котлы сваривают на заводе, а цельный моноблок сложно транспортировать, это осложняет ремонт теплообменника. Чугунные теплообменники характеризуются стойкостью к коррозии, но при высоких температурах может происходит растрескивание материала. Часто уязвимыми являются дорогие импортные котлы. Среди минусов чугунных изделий – высокая стоимость, хрупкость, большой вес и объем.

Читайте также:
Эмаль для ванны. Какой эмалью покрыть ванну?

Котлы из чугуна характеризуются быстрым нагревом, к тому же, они медленно остывают, что повышает эффективность устройств и снижает потребность в топливе. Чугунные котлы имеют секционную конструкцию, поэтому они легко транспортируются, обладают отличной ремонтопригодностью.

Медные теплообменники отличаются небольшим весом, компактностью, низкой инерционностью, компактностью. Среди недостатков медных теплообменников – низкая надежность. Устройства передают гораздо больше тепла, чем стальные и чугунные конструкции.

Теплообменник из нержавеющей стали стоит дорого, имеет высокую коррозийную стойкость, а также невысокую инертность. Из такого материала изготавливаются конденсационные и дизельные котлы. Среди конструкций выделяют котлы в напольном и настенном вариантах. Напольные изделия требуют дополнительной установки насоса, расширительного бака. Такие системы потребляют на 10-15 процентов больше газа. Настенные устройства могут быть одноконтурными и двухконтурными. Небольшим спросом пользуются вторые устройства, они отличаются компактностью и эргономичностью.

Не забывайте, что реальная мощность теплообменника зависит от разницы температур в обоих контурах, а также от максимального значения нагрева. Чем меньше температурный перепад, тем меньше выходная мощность. От этой характеристики зависит скорость работы устройства.

Теплообменники – устройства, которые используются для передачи тепла. Это своеобразные печи, в которых есть пространство, куда поступает холодная вода. Современный рынок предлагает множество вариантов таких конструкций. При выборе обращайте внимание на материал конструкций, лучше всего, если устройство будет изготовлено из жаропрочной и жаростойкой стали. Обязательно смотрите на комплектацию товара, выбирайте только проверенных производителей.

Теплообменники: виды, устройство и принцип работы

Теплообменники: виды, устройство и принцип работы

Собственно, принцип работы и устройство у каждого вида теплообменников неразрывно связаны, причём – двусторонне:

  • принцип, по которому работает тот или иной теплообменник, определяет конфигурацию как минимум некоторых деталей его конструкции; как следствие
  • в большинстве случаев даже по внешнему виду теплообменника можно определить базовый принцип его работы.

Рассмотрим связь между тем, как работает теплообменник и тем, как теплообменник выглядит, на конкретных примерах.

Несмотря на то, что конструкция теплообменников, материалы изготовления могут в значительной мере различаться, по принципу работы все теплообменные аппараты делятся всего на три категории:

  • рекуперативные;
  • регенеративные;
  • контактные.

Основное отличие между ними заключается в способе передачи тепловой энергии от одной рабочей среды (теплоносителя) другой среде.

1. Рекуперацией называется процесс, при котором энергия, в данном случае – тепловая, постоянно присутствует в системе. В случае с рекуперативными теплообменными аппаратами это означает следующее: два теплоносителя в одно и то же время двигаются сквозь теплообменник, и тепло передаётся от теплоносителя к теплоносителю через стенки труб, омываемых теплонесущими средами одновременно с двух сторон. Таким образом, несмотря на то, что в процессе один теплоноситель теряет тепло, а другой нагревается, температура стенки труб остаётся в целом неизменной (имеет место рекуперация).

Наличие труб, внутри которых проходит ток одного из теплоносителей, в то время как другой омывает их снаружи, является определяющим признаком для рекуперативного теплообменника. В качестве наиболее простого примера можно привести теплообменник типа «труба в трубе», более сложным по устройству теплообменным аппаратом является кожухотрубный.

Схема 1. Теплообменник типа «труба в трубе».

Схема 1. Теплообменник типа «труба в трубе».

Схема 2. Кожухотрубный теплообменник.

Схема 2. Кожухотрубный теплообменник. 2. Регенерацией называется процесс восстановления какого-либо параметра, в данном случае – температурного. В случае регенеративного теплообменника имеется ввиду температура имеющего сложную поверхность конструкционного элемента, называемого «насадкой», отвечающего за передачу тепла между теплоносителями. Где играть в автоматы бесплатно и без регистрации можете прочитать здесь http://igravok.ru/top-rejting-kazino/igrovye-avtomaty-besplatno-bez-registracii.html по ссылке находится десятка игровых аппаратов . В отличие от рекуперативных теплообменников, у регенеративных эта передача не является постоянной: насадка попеременно награвается и остывает (имеет место процесс регенерации) благодаря тому, что вначале первый теплоноситель отдаёт тепловую энергию насадке, затем насадка отдаёт тепло второму теплоносителю.

Читайте также:
Устройство ендовы крыши

В конструкции регенеративного теплообменника также, как и у рекуперативного, могут присутствовать трубы – для подвода и отвода теплоносителей. Но определяющим признаком регенеративного теплообменного аппарата является наличие механизма, ответственного за повторение цикла контакта «первый теплоноситель >> насадка», «насадка >> второй теплоноситель». В качестве примера можно привести регенеративный теплообменник роторного типа, у которого насадка в виде нескольких секторов гофрированной металлической ленты закреплена во вращающемся барабане.

Схема 3. Регенеративный теплообменник роторного типа.

Схема 3. Регенеративный теплообменник роторного типа. 3. Название категории контактных теплообменников говорит само за себя: в их конструкции отсутствуют «промежуточные агенты» в виде стенок труб рекуперативных теплообменников или насадки в регенеративных; передача тепловой энергии осуществляется при непосредственном контакте теплоносителей.

Определяющим признаком устройства таких теплообменных аппаратов является наличие отсека, в котором происходит контакт теплонесущих сред. При этом, размер отсека должен быть достаточно ощутимым, чтобы площадь контакта обеспечивала необходимую эффективность теплопередачи. Наиболее простым примером можно назвать контактный теплообменник типа жидкость – газ или вода – воздух, в котором теплообмен (охлаждение или подогрев) происходит без смешивания этих теплоносителей.

Схема 4. Простейший контактный теплообменник.

Схема 4. Простейший контактный теплообменник. Одним из наиболее распространенных типов контактных теплообменников являются градирни, называемые также охладительными башнями и используемые для охлаждения значительных объёмов горячей воды. Принцип из действия заключается в пропускании воздушной массы сквозь распыляемые форсунками мелкодисперсные водяные капли; в результате за счёт испарения определённого количества влаги и конвективного теплообмена между водой и воздухом происходит эффективное охлаждение. Охлаждённая вода собирается водоулавливателем и направляется в резервуар внизу градирни.

Крупные градирни широко используются в составе оборудования тепловых электростанций и ТЭЦ.

Схема 5. Принцип работы градирни на тепловой электростанции.

Схема 5. Принцип работы градирни на тепловой электростанции. АО «ЦЭЭВТ» разрабатывает и производит теплообменные аппараты различных типов по индивидуальным заказам. В каждом конкретном случае учитывается предполагаемая схема подключения теплообменника, назначение теплообменного аппарата (работа в качестве подогревателя или охладителя, конденсатора, испарителя и т.д.), расчётная эффективность теплового обмена и все иные параметры, имеющие значение для максимального соответствия будущим условиям эксплуатации.

Теплообменник в системе отопления — назначение, виды, преимущества и недостатки

Теплообменник для отопления дачного дома или коттеджа, в которых присутствует котел и автономная система водяного обогрева, стремительно набирает популярность и становится неотъемлимым атрибутом комфорта. В статье мастер сантехник расскажет, что такое теплообменник в системе отопления.

В каждой ли системе отопления есть теплообменник

В системах отопления эти устройства не так популярны в нашей стране, как в других, там, где каждый пользователь может забирать столько тепла от общего источника, сколько ему требуется. Теплообменник играют ключевую роль в отоплении дома или дачи, а также везде, где есть необходимость регулировать температуру. Установка такого устройства в котельной позволяет автоматизировать работу всей системы и сэкономить.

В отопительном контуре в качестве теплоносителя может использоваться не только вода (хотя чаще всего все-таки умягченная с помощью комплексонов и омагниченная вода), это может быть антифриз, масло или другая жидкость, но даже если вода ни кто и не подумает брать воду прямо из системы отопления, эту ему обойдется очень дорого. Вот здесь и приходит на выручку теплообменник, который устанавливается в систему отопления и разделяет ее на две части, систему отопления от поставщика к потребителю и систему отопления самого потребителя.

Читайте также:
Утеплитель для стен дома снаружи под штукатурку или мокрая штукатурка фасада

Система отопления, в которой присутствует теплообменник, называется независимой. В котельных обменники устанавливаются для погодного регулирования, а также он снижает износ современных труб. Дело в том, что их сейчас делают из пластика, и максимальная температура, которую они могут выдерживать – 90 °C, при этом максимальный срок службы пластиковых труб, при такой температуре, составляет не более 5 месяцев. Как видите не много, хорошо, что и сильные морозы у нас так долго не держатся.

Если теплообменника в системе нет, то от центра (котла) горячая вода передается непосредственно потребителю – в радиаторы. Но котельная не регулирует подачу тепла, и она не меняется в зависимости от выбора потребителей или погодных условий.

Если установить теплообменники, то это позволяет существенно экономить. Каждый жилец регулирует температуру по потребностям с помощью кранов на радиаторах в квартирах. Тепло можно увеличивать при сильных морозах и уменьшать при потеплении.

Теплообменник в домашнем отоплении

В системе отопления дома или дачи теплообменник играет ключевую роль. Если вы устанавливаете у себя такое устройство, то потом можно развернуть целую систему регулирования: для контроля температуры в разных комнатах, работы теплых полов и т.д.

Подключить теплые полы, обогрев ступеней и т.д. тоже не получится без теплообменника. Теплые полы забирают на себя большое количество горячей воды, оставляя соседние помещения в холоде. Кроме того, оптимальной температура носителя тепла для такого пола не должна быть выше 45 °C.

К теплообменнику проводят трубу с горячим носителем от котельной, а с другой стороны – внутреннюю систему с реле, контроллерами и т.д. Вы получаете не только контроль над температурой в помещении, использование этого устройства помогает прогревать дом более равномерно, стабилизирует давление в трубах, экономит энергию и продлевает срок службы труб. Такая двойная система, что тоже помогает сэкономить, во внутреннем контуре меньше теплоносителя, а значит, в котлах почти не образуется накипь, они могут служить гораздо дольше.

Кроме того, он сам по себе может служить источником для получения горячей воды: в один контур приходит горячий носитель, а к другому подводится водопровод. Это тоже способ сэкономить: на бойлерах и электроэнергии.

По принципу работы их можно поделить на два типа:

  • Смесительные теплообменники — в них две жидкости разной температуры смешиваются друг с другом.
  • Поверхностные теплообменники — в них горячая и холодная среда не смешиваются напрямую, а теплообмен происходит через стенку.

Поверхностные агрегаты делятся еще на два типа:

  • Рекуперативные устроены так, что теплоносители в нем движутся по разным каналам, а обмен теплом происходит через стенку. И в каждой точке этой стенки направление теплового потока остается неизменным.
  • Регенеративные устроены так, что тепло передается от одной и той же поверхности нагрева, с которой попеременно контактируют два потока, меняющих свое направление.

Рекуперативный тип — самый распространенный. К нему относятся следующие виды теплообменников:

    — состоят из кожуха, к торцу которого приварены трубные решетки с пучками труб. Решетки закрываются крышками при помощи болтового соединения. Теплоноситель в кожух поступает через штуцер, при этом одна среда течет по трубам, а другая — по пространству между ними.
  • Погружные — представляют собой бак, заполненный жидкостью, в который погружается змеевик — по нему курсирует вторая среда.
  • Спиральные — состоят из двух металлических листов, которые приварены к перегородке и свернуты в спираль. Такие агрегаты могут работать с вязкими жидкостями. — состоят из сжатых штампованных пластин с уплотнениями. Их рельефная поверхность образует каналы, по которым циркулируют носители тепла.
Читайте также:
Чем резать минеральную вату: виды инструментов

Устройство пластичтатого теплообменника

В основном, в независимых системах отопления применяются пластинчатые теплообменники. По сути это набор пластин, которые перфорируют для увеличения полезной площади и собирают между двумя плитами. Одна из этих плит обычно не фиксируется, ее можно снимать и увеличивать или уменьшать количество пластин. Бывают с спаянные варианты, их уже не получится разобрать.

Между пластинами движутся горячая и холодная жидкости, попеременно. Конструкция герметична благодаря уплотнителям.

Пластины – это основа конструкции. Их изготавливают из стали, меди, графита, титана и других сплавов, толщиной от 0,4 до 1 мм., в зависимости от давления. Выбор материала обусловлен условиями использования, а также выбором среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но бывают случаи, например, на специализированных производствах, где используют агрессивные жидкости.

Пластины плотно прижаты друг к другу и образуют каналы благодаря специальной штамповке. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляются резиновые прокладки для герметичности. Устанавливают их одну за одной, в поворот 180 градусов.

В пластинах по 4 отверстия. Два из них служат для провода и отвода горячей и нагреваемой жидкости. Два другие предотвращают смешение жидкостей за счет дополнительной изоляции. Если произойдет прорыв одного из контуров, то дренажные пазы также препятствуют смешиванию.

Благодаря тому, что греющая и нагреваемая среды направлены в противоток друг другу, и извилистому течению (по каналам) эффективность обмена теплом увеличивается, а гидравлическое сопротивление относительно небольшое.

Существует 2 варианта компоновки пластин:

  • Одноходовая. Теплоноситель разделяется на потоки, которые текут параллельно друг другу по пластинам, потом сливается и выходит в порт для вывода.
  • Многоходовая. Здесь устройство чуть сложнее. Благодаря перегородкам в разделительных пластинах теплоноситель течет по каналам, как бы разворачиваясь в пластине.

Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники обладают хорошими характеристиками теплопередачи при компактных размерах. Еще один плюс таких устройств в том, что их можно изготовить индивидуально под конкретные задачи.

К плюсам однозначно можно отнести:

  • Вариативность размеров теплообменника и материалов, из которых его изготавливают.
  • Возможность изменять количество пластин и таким образом изменять мощность устройства (если речь не идет о запаянном теплообменнике).
  • Высокий процент теплопередачи.
  • Низкие теплопотери.
  • Простота использования: устройство легко разобрать, промыть, собрать.
  • Легко ремонтировать: пластины, в случае необходимости, можно просто заменить.

Но есть у пластинчатых теплообменников и минусы:

  • Давление в пластинах не должно превышать 25 кг/кв.см.
  • Температура не выше 200 °C.
  • Если теплоноситель содержит большое количество примесей, на пластинах будет быстро образовываться накипь.

Некоторые изменения в конструкции повышают прочность и КПД пластинчатых теплообменников. Есть такие разновидности, как пластинчато-ребристый и оребренно-пластинчатый. В первом варианте между разделительными пластинами проложены ребристые насадки. Подходят для теплообмена с неагрессивными жидкостями и газом. Оребренно-пластинчатые актуальны при газовом отоплении.

Как рассчитывают теплообменники

Не существует типовых моделей теплообменных аппаратов — каждый из них собирается под конкретные условия эксплуатации. Материал, количество пластин, размеры, технические характеристики — все это определяется на основе расчетов. Расчетами занимается компания-поставщик оборудования. Все, что нужно заказчику — предоставить необходимые данные.

Читайте также:
Технология установки забора из профнастила: этапы монтажа

Для расчетов нужно знать следующие параметры:

  • Температура в контуре теплосети;
  • Температура внутреннего контура;
  • Тепловая нагрузка;
  • Рабочее давление;
  • Допускаемые потери напора.

Эти данные можно запросить у теплоснабжающей организации. Тепловую нагрузку можно легко рассчитать, если известны остальные показатели. При выборе стоит учитывать и другие параметры, такие как вязкость и загрязненность рабочей среды. Неправильные подсчеты могут серьезно повлиять на срок службы, эффективность и стоимость оборудования.

Возможные ошибки при выборе:

  • Неверно учтены основные параметры. Ошибки в подсчетах, неточности при заполнении заявки, взятые «на глазок» цифры — все это приводит к тому, что прибор чаще загрязняется и раньше выходит из строя.
  • Материалы не соответствуют теплоносителю — в слишком агрессивной или загрязненной среде они будут быстро разрушаться и засоряться.
  • Некорректный запас площади на загрязнение (он должен оставаться в диапазоне 10-50%), при слишком низком значении прибор будет быстро покрываться накипью, при слишком высоком — будет работать неэффективно.

Эксплуатация и уход за пластинчатыми теплообменниками для отопления

Температура и давление системы отопления должны соответствовать параметрам теплообменника. Резкие перепады этих показателей негативно влияют на его работу, а если они меняются плавно, то устройство прослужит максимально долго.

Благодаря рельефным каналам пластинчатые теплообменники самоочищаются за счет турбулентных завихрений потоков. Но даже такие устройства периодически нужно чистить. Если мощность прибора заметно снизилась, появились значительные перепады давления, посторонние шумы — это свидетельствует о загрязнении пластин.

Чистка теплообменника может производиться двумя методами:

  • Безразборным — с использованием специальных жидких очищающих составов.
  • Разборным — с разборкой прибора и механической чисткой щетками.

В любом случае, чистку должны проводить профессионалы.

Популярные производители теплообменников

В России особенно востребованы ТО следующих марок:

  • «Ридан» — ведущий российский производитель теплообменного оборудования, на рынке с 1998 года. Продукция этой марки славится надежностью и долговечностью.
  • Alfa Laval — шведская компания, один из лидеров отрасли. С 1992 года производит ТО на российском заводе.
  • Danfoss — еще один мировой бренд, с 1993 года присутствующий на российском рынке. Одна из особенностей этой датской марки — она выпускает много типовых аппаратов самых разных размеров.
  • Swep — мировой лидер по производству паяных пластинчатых теплообменников для промышленных нужд.

В сюжете – Принцип работы теплообменника для систем отопления

В сюжете – Максимально просто объяснена разница между бойлером ГВС и теплообменником ГВС

В сюжете – Водяной теплый пол через теплообменник

В сюжете – Монтаж автономного отопления в квартире с подключением к центральному отоплению через теплообменник

Применение, преимущества и недостатки секционных теплообменников
Эти теплообменные аппараты применимы при высоком давлении рабочих сред. Отсутствие перегородок снижает гидравлические сопротивления и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Однако по сравнению с многоходовыми кожухотрубными теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и дороже, поскольку содержат много дополнительных элементов – трубных решёток, фланцевых соединений, компенсаторов и др. Поверхность теплообмена одной секции применяемых элементных теплообменников составляет 0,75—30 м2, число трубок — от 4 до 140.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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