Każdy z nas spotkał się z najprostszymi wymiennikami ciepła. Uderzającym tego przykładem jest projekt „rury w rurze” lub coś w tym rodzaju. Trudno byłoby sobie wyobrazić nasze życie, gdyby nie wynaleziono wymiennika ciepła. Obecnie istnieje ogromna liczba wymienników ciepła. Różnią się od siebie nie tylko właściwościami technicznymi, ale także zakresem, konstrukcją itp. Porozmawiajmy bardziej szczegółowo na ten temat i zajmijmy się interesującymi punktami.
Niektóre ogólne informacje
Wymiennik ciepła to urządzenie, które służy do przenoszenia ciepła z jednego medium do drugiego. Jednocześnie musisz zrozumieć, że sam wymiennik ciepła, bez sprzętu grzewczego, jest całkowicie bezużyteczny, ale w kompleksie można uzyskać wspaniałe rezultaty i z powodzeniem ogrzewać nawet bardzo duże i zimne pomieszczenia. Ponadto naukowcy nieustannie starają się minimalizować utratę ciepła, gdy jest ono przenoszone do innego środowiska. Dziś to niemożliwepochwalić się 100% skutecznością, ale śmiało możemy mówić o sprawności 90-95%. Dzięki zastosowaniu specjalnie przygotowanych materiałów oraz chłodziwa podwyższa się parametry użytkowe i techniczne produktu. Oczywiście to wszystko nieco podnosi cenę sprzętu, ale warto.
Podczas projektowania inżynierowie stale napotykają sprzeczne wymagania, które należy połączyć w jedną butelkę. Na przykład konieczne jest zmniejszenie oporów hydraulicznych i jednocześnie zwiększenie współczynnika przenikania ciepła. Wymiennik ciepła musi być odporny na korozję, ale niezbyt trudny w utrzymaniu. Wszystko to doprowadziło do pojawienia się wielu rodzajów wymienników ciepła. Używany jest ten, który najlepiej pasuje do sytuacji.
Klasyfikacja wymienników ciepła
Jak wspomniano powyżej, obecnie istnieje ogromna liczba wymienników ciepła. Przede wszystkim należy je rozdzielić zgodnie z metodą przekazywania ciepła do medium. Tutaj wymienniki ciepła są podzielone na następujące grupy:
- rekuperacja;
- regeneracyjne;
- mieszanie;
- podgrzewany elektrycznie.
Przyjrzyjmy się bliżej rekuperacyjnym wymiennikom ciepła. Konstrukcja produktu zakłada obecność jednowarstwowej lub wielowarstwowej ściany, przez którą przenoszone jest ciepło. Zwykle dzieje się to już w stałym ruchu. Ciekawe, że w takich urządzeniach przenoszenie ciepła odbywa się ruchem wymuszonym bez zmiany fazypaństw. Ale dotyczy to tylko stale pracujących wymienników ciepła. Jeśli mówimy o jednostkach z okresowym trybem pracy, to przez pewien czas przeprowadzane jest ogrzewanie, parowanie i chłodzenie, a wszystko to odbywa się w trybie sekwencyjnym. Takie urządzenia należą do wymienników ciepła o niestacjonarnym ruchu termicznym. Wynika to z faktu, że temperatura chłodziwa na wlocie i wylocie znacznie się różni. Często takie agregaty występują w postaci zwojów i mają postać płytkową, żebrowaną i inne. Nieco później przyjrzymy się kilku typom. Ale klasyfikacja wymienników ciepła na tym się nie kończy.
Jednostki regeneracyjne i ogrzewanie elektryczne
W tym przypadku, podobnie jak w poprzednim, powierzchnia wymiany ciepła służy do przekazywania energii cieplnej. Jednak ta powierzchnia jest rodzajem dyszy. Pełni rolę pośredniego środka akumulacyjnego, który akumuluje ciepło. W zasadzie cały proces można podzielić na kilka etapów. W pierwszym etapie dysza odbiera pewną ilość ciepła. Następnie następuje przejście do drugiego etapu, a chłodziwo jest przenoszone po powierzchni dyszy. Dzieje się tak przy zmianie przepływu chłodziwa. Na tym etapie dysza stopniowo ochładza się, a nagromadzone ciepło jest uwalniane do nagrzanego otoczenia, które może być Twoim pomieszczeniem.
Regeneratory to jednostki niestacjonarne. Dysza często jest nieruchoma, a procesy termiczne są synchronicznie powtarzane. Urządzenia tego typu są często nazywane skruberami lubchłodnie kominowe.
Istotą elektrycznych wymienników ciepła jest to, że głównym źródłem ciepła jest energia elektryczna. Instalacje łukowe służą do zamiany energii elektrycznej na energię cieplną. Mogą być ogrzewaniem bezpośrednim i pośrednim. Najpopularniejszymi wymiennikami ciepła w przemyśle są nagrzewnice indukcyjne i oporowe. Jak widać, sprzęt do wymiany ciepła może być inny, teraz przyjrzymy się bliżej każdemu typowi, jego zakresowi i cechom konstrukcyjnym.
Spiralne wymienniki ciepła
Urządzenie to para spiralnych kanałów. Zwykle owijają się wokół centralnej przegrody. Aby to zrobić, są wykonane z materiału walcowanego. Warto zauważyć, że spiralne wymienniki ciepła doskonale nadają się do ogrzewania i chłodzenia płynów o dużej lepkości.
W zasadzie powierzchnię grzewczą tworzą dwa arkusze metalu, które są przymocowane do rdzenia za pomocą spoiny. Sam zespół składa się tylko z 2 kanałów, zwykle prostokątnych, wykonanych w formie spirali. Koniec spirali (wewnętrzny) ma przegrodę i jest mocowany za pomocą kołków. Wymienniki ciepła mogą być wykonane zarówno w pionie, jak i w poziomie. Jeśli nie można zainstalować jednego typu z powodu niewystarczającej przestrzeni lub złożonej konfiguracji pomieszczenia, stosuje się drugi, bardziej preferowany. Ciekawe jest również to, że konsument może wybrać spiralęwymienniki ciepła o różnych szerokościach spirali, od 20 do 150 centymetrów. Jednocześnie powierzchnia grzewcza może wynosić od 3,2 do 100 metrów kwadratowych przy maksymalnym ciśnieniu w układzie 1 MPa.
Należy zauważyć, że ten sprzęt do wymiany ciepła ma wiele istotnych zalet. Po pierwsze jest to zmniejszony opór hydrauliczny. Po drugie, zwartość i wysoka wydajność oraz intensywność wymiany ciepła. Ale wszystko to przyczyniło się do tego, że pojawiły się wady w postaci skomplikowanego projektu i naprawy.
Informacje o płytowych wymiennikach ciepła
Obecnie produkowane są składane i nierozłączne płytowe wymienniki ciepła. Oczywiście pierwszy typ jest bardziej preferowany z wielu powodów. Po pierwsze, jest to łatwość konserwacji. Taki sprzęt jest bardzo szybko demontowany i montowany, dzięki czemu każda awaria jest eliminowana w krótkim czasie. Modele nierozłączne zwykle nie są naprawiane, a jeśli tak, to znacznie dłużej.
Właściwie nazwa sugeruje, że ten sprzęt składa się z pakietu prefabrykowanych płyt. Mogą być wykonane z różnych materiałów, takich jak miedź, tytan, grafit itp. Prawie zawsze, aby poprawić właściwości użytkowe, płyty wykonuje się karbowane. W płytowych wymiennikach ciepła przepływy zimnego i gorącego chłodziwa przechodzą warstwami.
Sam sprzęt jest dobry, ponieważ ma kompetentny układ. Umożliwiło to zwiększenie powierzchni powierzchni wymiany ciepła i zmieszczenie tego wszystkiego w stosunkowo niewielkich gabarytach. W każdym razie przed zakupem przeprowadzane jest obliczenie wymienników ciepła, co pozwala uzyskać dane o tym, ile mocy potrzebuje urządzenie w konkretnym przypadku. Należy rozumieć, że wszystkie płyty, które są ściągane razem w opakowaniu, tworzą między sobą kanały ze względu na ten sam kształt. Płynie przez nie płyn. Cóż, teraz przyjrzymy się kilku ciekawszym szczegółom, które dotyczą tego sprzętu.
Korzystanie z uszczelek
Jak wspomniano powyżej, głównym elementem wymiany ciepła są płyty. Są tłoczone na zimno. W tym celu stosuje się stopy odporne na korozję, które mogą znacznie zwiększyć trwałość i wydajność urządzenia. Grubość płyt w zależności od modelu może wahać się od 0,4 do 1,0 mm. W pozycji roboczej płyty są mocno do siebie dociśnięte. W tym przypadku powstają małe kanały szczelinowe. Z przodu znajduje się specjalny rowek, tam jest zamontowana gumowa uszczelka (uszczelka). Dodatkowo uszczelki posiadają otwory, które są niezbędne do doprowadzenia i odprowadzenia płynu. W przypadku przebicia jednego z otworów przewidziany jest system rowków drenażowych, aby zapobiec mieszaniu się zimnych i gorących mediów.
Dzięki wytworzeniu przeciwprądu między dwoma mediami, udało się osiągnąć nie tylko poprawę zadanej temperatury, ale także szybszy transfer ciepła przy stosunkowo niewielkich oporach hydraulicznych. Nie byłoby zbyteczne stwierdzenie, że podstawowa zasada działania opiera się na przeciwprądzie, czyli ruchu ogrzewania ipłyn grzewczy w różnych kierunkach. Aby zapobiec mieszaniu, montuje się podwójną gumową uszczelkę lub metalową płytkę. Liczba płyt i kanałów może się różnić w zależności od wymagań operacyjnych sprzętu. Przed utworzeniem przeprowadzane są obliczenia termiczne wymienników ciepła, co pozwala określić optymalny tryb pracy. Czasami stosowane są drogie stopy, które nie boją się długotrwałej pracy w agresywnym środowisku.
Płytowe wymienniki ciepła
PRT służą do przenoszenia ciepła w nieagresywnych i gazowych mediach w szerokim zakresie temperatur, od -270 do +200 stopni Celsjusza. W takim przypadku ciśnienie w układzie może osiągnąć 100 atmosfer i zacząć od próżni. Projekt opiera się na pomyśle nałożenia żebrowanej powierzchni po obu stronach płytek. Sam produkt składa się z kilku żeber, dzięki którym odbywa się wymiana ciepła pomiędzy mediami. Warto zauważyć, że jest to lamelowy wymiennik ciepła, który ma szeroką gamę kształtów lamel. Pozwala to nieznacznie zmienić charakterystykę operacyjną i techniczną. Najczęściej widać ciągłe i faliste żebra. Ale oprócz nich są też bardziej egzotyczne, takie jak perforowane i łuszczące się. Jako materiał zwykle stosuje się blachę. Ich grubość jest regulowana w zależności od ciśnienia w układzie i użytego płynu.
Często tego typu wymienniki ciepła są wykonane z różnymi rodzajami przepływu. Najczęściej stosuje się przeciwprąd, ale są teżobwody proste i krzyżowe. Jeśli krótko mówimy o mocnych stronach takiego sprzętu, to jest ich sporo. Po pierwsze są to właściwości eksploatacyjne, takie jak szybki i intensywny transfer ciepła. Po drugie, ma niewielki rozmiar. Dziś wielu twierdzi, że to lamelowe wymienniki ciepła są najbardziej zaawansowane. Najczęściej PRT znajduje zastosowanie w branżach takich jak energetyka, rafineria ropy naftowej, przemysł chemiczny i lotniczy. Wszystko to dzięki dużej liczbie zalet, a także szerokiej gamie stosowanych w układzie płynów i ciśnień.
Muszlowo-rurowy wymiennik ciepła: konstrukcja i funkcje
Sprzęt do wymiany ciepła typu powierzchniowego, który już sprawdziliśmy, nie jest tak popularny jak jednostki płaszczowo-rurowe. To tylko te urządzenia, o których wspomniano na samym początku, w najprostszej wersji – to system „rura w rurze”. Wymiennik ciepła tego typu to układ (wiązka) rur, które są umieszczone w obudowie. Rury są zwijane i spawane do korpusu produktu. W niektórych przypadkach są dodatkowo parzone. Ma to na celu zapewnienie 100% szczelności. Korpus dostarczany jest z dodatkowymi dyszami. Niektóre są potrzebne do dostarczania pary, inne do usuwania kondensatu. Dodatkowo w obudowie znajdują się poprzeczne kraty, które służą do podparcia rurek wymiennika ciepła na całej długości urządzenia. Co ciekawe, wymienniki płaszczowo-rurowe stosowane są w temperaturach od 190 stopni Celsjusza lubciśnienie pary nasyconej powyżej 15 bar.
Każdy system, w którym występuje ruch płynu, może być narażony na uderzenie wodne. Zjawisko to może częściowo lub całkowicie wyłączyć sprzęt. Aby temu zapobiec, stosuje się różnego rodzaju elementy magazynujące, tzw. zbiorniki wyrównawcze. Ale w naszym przypadku nie jest to konieczne, ponieważ wymienniki płaszczowo-rurowe są na nie bardzo odporne. Ponadto nie ma ścisłych wymagań dotyczących czystości środowiska. Istotną wadą takiego sprzętu jest to, że wszystkie typy wymienników ciepła tego typu są bardzo metalochłonne, co wpływa na ostateczny koszt i wymiary.
Wymienniki ciepła do urządzeń gazowych
Nie jest tajemnicą, że każdy kocioł na paliwo stałe lub gaz ma w swojej konstrukcji wymiennik ciepła, są one również nazywane grzejnikami. Rozważyliśmy już główne typy. Jak zapewne zauważyłeś, te lub inne typy są używane w różnych branżach. Niektóre urządzenia znalazły szersze zastosowanie, inne są wykorzystywane w pewnych branżach i nie pasują do innych. W naszym przypadku ma miejsce zastosowanie wymienników rurowych i płytowych. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z systemem rurek, w drugim z płytkami. W zasadzie, niezależnie od typu, wymiennik ciepła do gejzera musi spełniać szereg wymagań. Po pierwsze mieć wysoki współczynnik przenikania ciepła, a po drugie być trwałym i odpornym na wysokie temperatury. Najpopularniejsze materiały to miedź, aluminium istal. Ta ostatnia opcja jest mniej preferowana, ponieważ taki metal jest ciężki, co zmniejsza wydajność. W każdym razie wymiennik ciepła dla gejzeru musi służyć co najmniej 5 lat.
Wniosek
Przejrzeliśmy więc główne typy wymienników ciepła. Bez uwagi pozostawiono takie gatunki, jak muszlowo-płytowa. W zasadzie różnią się nieco od klasycznych lamelkowych lub żebrowanych. Ale często można znaleźć piece do kąpieli z wymiennikiem ciepła z obudową. Kluczową cechą jest jednak to, że sprzęt jest odporny na wysokie temperatury i ciśnienia robocze. Obudowa może być wykonana z materiałów takich jak tytan, stal nierdzewna lub stal węglowa. Ciekawostką jest to, że piece wannowe z płaszczowo-płytowym wymiennikiem ciepła są dobrze wyregulowane na parę lub kondensat, co niewątpliwie jest dużą zaletą. W zasadzie może to dopełnić historię, ponieważ teraz wiesz już wszystko, czego potrzebujesz na temat wymienników ciepła.
