Виды и принципы работы теплообменных устройств

Теплообменник представляет собой специализированное устройство, задействуемое в передаче тепловой энергии. Чаще всего рабочие процессы проходят через основные конструктивные элементы аппарата (то есть физические поверхности), но есть типы теплообменников, которые смещают разные среды.

Сферы применения устройств широкие – это теплопункты, объекты энергетики, металлургия, отопительные сети, пищевая и химическая промышленность, коммунальные объекты, атомная отрасль, вентиляция, кондиционирование, холодильное оборудование. Разберем, что собой представляет аппарат теплообменный, как он работает, рассмотрим принципы функционирования и основные особенности.

Основные категории

Теплообменники могут относиться к разным группам в зависимости от:

• особенностей конструкции;
• способа передачи тепловой энергии;
• типа взаимодействия рабочих сред;
• направленности движения носителя тепла.

С учетом особенностей взаимодействия активных веществ аппарат теплообменный может быть смесительным либо поверхностным. В моделях последнего типа рабочие среды не перемешиваются, передача тепловой энергии идет через контактные поверхности. В смесительных рабочие вещества непосредственно контактируют между собой. Самый популярный вариант исполнения – градирни. Их задействуют в промышленных отраслях для обработки значительных объемов жидкостей.

Виды теплообменников с учетом способа передачи тепла:

• Рекуперативная категория. Энергия поступает через контактные рабочие поверхности, процесс носит непрерывный характер. Популярный пример устройств – разборные пластинчатые.
• Регенеративной категории. Перемещения носителей и потребителей тепла осуществляется с интервалами. Главная сфера применения устройств – прогрев и охлаждение воздуха. Устройства незаменимы в многоэтажных офисных и бизнес-центрах, где отработанные теплые воздушные массы сначала покидают здание, а потом энергия возвращается к свежему потоку входящего типа.

Теплообменное оборудование может иметь разное конструктивное исполнение. Поэтому при выборе модели смотрите на давление, мощность, типы сред, температурный режим. Так в одноходовых моделях потребитель и носитель энергии постоянно пересекают устройство по внутреннему объему по наиболее краткому пути. Схема будет эффективной, если повышать отдачу от теплоносителя не нужно. Промывочные и другие работы требуются нечасто, поскольку на поверхностях внутри накапливается минимальный объем загрязняющих веществ. Многоходовые модели незаменимы, если рабочие среды недостаточно эффективно передают либо принимают тепловую энергию. КПД будет расти за счет долговременного контакта носителя с пластинами в агрегате.

Категории оборудования

Популярные категории установок:

• Поверхностная. Процессы теплообмена протекают через стенки материала с теплопроводящими свойствами. Поверхностные модели могут быть регенеративными и рекуперативными.
• Смесительная. Категория используется реже, чем предыдущая. В основе работы установок – принцип смешивания сред.

С учетом особенностей применения теплообменники делятся на:

• Кожухотрубные – представлены набором труб, скрепленных в единую связку. Для соединения компонентов подходят методы пайки и сварки;
• Пластинчатые – визуально устройство имеет выбор комплекта пластин, соединенных с применением уплотнителей;
• Витые – для сборки применяются змеевики, тепловая среда перемещается по гнутым трубам;
• Спиральные – листы стали, скрученные в виде спирали.

Если говорить о наиболее востребованной пластинчатой категории, то она тоже представлена разными моделями. Теплообменники данного типа могут быть разборными, паяными, сварными либо полусварными, кожухотрубными. Как понятно из названий, они различаются по своим конструктивным особенностям.

Об устройстве теплообменника

Конструкция и устройство теплообменника могут быть очень разными, что влияет и на принципы работы. За основу возьмем разборную пластинчатую модель – такие решения используются чаще всего. В состав конструкции входит пара главных пластин или плит. Они идут с набором отверстий, укрепленных спецпрокладками и кольцевыми элементами.

В данной категории теплообменников при установке осуществляется подключение трубопроводных элементов. Для подключения также могут задействоваться трубы различного диаметра, с тем или иным вариантом резьбы (главное учитывать требования ГОСТ). По центру между плитами прижима находится много пластин, их толщина не превышает 0.5 мм. Материал изготовления – титан либо нержавеющая сталь, метод производства – холодное штампование.

Пластинчатые слои перемежевываются уплотнительной резиной небольшой толщины. Сырье имеет отличную стойкость к воздействиям высоких температур, что дополнительно обеспечивает хорошую герметичность канальцев. Направляющие прямого типа вверху и внизу отвечают за фиксацию пакета с пластинами, выполняют роль направляющих в ходе сборки. Чтобы пластины можно было сжать до требуемых размеров, используются затяжные гайки.

Сразу решите, для чего нужен теплообменник, в каких условиях он будет эксплуатироваться – это поможет остановиться на оптимальной модели.

В пластинчатом типе теплообменников внутреннее расположение пластин выбрано не случайным образом, а по схеме. Каждый элемент с интервалом через один устанавливается под углом 180 градусов по отношению к соседним. Такое исполнение обеспечивает двойной эффективный тип уплотнения.

Принцип работы разборного пластинчатого теплообменника

Принципы срабатывания

С учетом особенностей исполнения можно понять, как работает теплообменник. Отверстия на плитах служат для подключения к трубопроводу и подачи энергии в агрегат. Дальнейшая цепочка:

• Пристенный гофрированный слой в поточных условиях развивает значительные скорости и становится турбулентным.
• Разные среды перемещаются в системе во встречном направлении, подача идет из разных частей пластины (это исключает риски смешений).
• За формирование каналов отвечают параллельно расположенные пластины. При перемещении по каналу любая рабочая среда формирует теплообмен, затем покидает пространство.

Потоки рабочих сред внутри пластинчатого вида теплообменника идут по одно- либо многоходовой схеме – все зависит от техпараметров и условий эксплуатации.

Тип соединения рабочих труб зависит от вида теплообменника. В любом случае пластины размещаются параллельно, формируя рабочие каналы. Для повышения герметичности применяются упругие резиновые прокладки.

Области использования

В классификации теплообменников представлены устройства, которые задействуются в разных отраслях – в основном это холодильная, газовая, пищевая, металлургическая, судостроительная, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая. Точная конструкция и принцип работы теплообменника зависят от его назначения.

Особенности каждой сферы:

• Пищепром. Тепловые обменники задействуют в изготовлении растительных масел, сахара, алкоголя, молочной продукции. Они отвечают за пастеризацию, охлаждение, испарение. В основном для пищевой промышленности берут пластинчатые паяные модели, но разборные тоже подходят.
• Металлургия. Теплообменное оборудование решает задачи охлаждения, поскольку производственное оснащение сильно греется. обычно берут пластинчатые модели, сварные, паяные, реже спиральные.
• Коммунальное хозяйство. Для подогрева воды используются пластинчатые устройства, в основе которых лежит стойкая к коррозии сталь.
• Судостроение. На суднах теплообменники выполняют функцию охлаждения, отводят излишки тепла от двигателей.

При покупке теплообменника в первую очередь нужно смотреть на температурные параметры выхода и входа двух контуров. Чем больше разница (или дельта), тем меньшее число рабочих пластин потребуется. Следующие параметры – давление рабочих сред и максимально допустимые температуры. Средние рекомендации – до 25 бар и 200 градусов соответственно. Важны также массовый расход рабочих сред и тепловая мощность.

Полезные материалы: Где применяются пластинчатые теплообменники?

Полезные материалы: Как правильно выбрать теплообменник?

Выводы

Мы рассмотрели разные типы теплообменных аппаратов, их различия и принципы работы. Выбирать аппарат нужно с учетом текущих задач – это функционал устройства, рабочий график температур, отапливаемые площади или примерный расход воды, температура первичного носителя тепла, пр. Если есть вопросы, или что-то непонятно, обращайтесь за консультацией к нашему специалисту.  Мы выполним необходимые расчеты и порекомендуем оптимальный вид теплообменного аппарата конкретно в вашем случае. 

ТЕЛЕФОН: +7 (800) 511-26-48 (бесплатный номер)

8-902-403-22-00 (WhatsApp, Viber)

АДРЕС: Россия, г. Краснодар, ул. Дзержинского 94/1

EMAIL: info@teploobmennik-russia.ru

Мы всегда на связи!