Теплообменник как устроен: Как работает пластинчатый теплообменник | Пластинчатые теплообменники в Челябинске

Разное

Содержание

Как работает пластинчатый теплообменник | Пластинчатые теплообменники в Челябинске


Тема: Пластинчатые теплообменники в Челябинске


Теплообменным аппаратом называется устройство, которое осуществляет передачу тепла от горячей среды к холодной. Процесс передачи тепла осуществляется посредством использования гофрированных пластин, установленных в специальную раму и стянутых в пакет.

Большинство производителей работают в сфере производства теплообменных аппаратов кожухотрубного и секционного типа, а сегодня речь пойдет о работе пластинчатого теплообменника.

Для того чтобы понять, как работает пластинчатый теплообменник, требуется предварительно изучить общее устройство теплообменной конструкции. Оборудование состоит из опорной и прижимной плит, двух направляющих – верхняя и нижняя. Далее в комплект оборудования входят такие составляющие как крепежные болты, стяжная шпилька, опорный ролик и фланцы стальные. Далее – непосредственно, теплообменная пластина и резиновые уплотнители.

 

 

Для более детального изучения конструкции теплообменного аппарата следует скачать чертеж пластинчатого теплообменника. Из чертежей и пояснений можно узнать, что каждая теплообменная пластина дополнительно снабжена уплотнением, созданным из специальной резины, устойчивой к перепадам температур. Данные прокладки играют роль уплотняющего соединения и позволяют направлять поток жидкости в соответственный канал. Для каждого устройства количество пластин и особенности их профиля определяются индивидуально в зависимости от расходов сред и температурными расчетами. Если вам нужно подобрать такое устройство, вам будет полезна информация, представленная в статья «Теплообменный пластинчатый аппарат и его расчет».

Так же более подробно можно узнать о работе изучив конструкцию пластинчатого теплообменника в деталях.

Принцип работы температурного оборудования является достаточно простым. Пластины в оборудовании установлены попарно и повернуты друг к дугу на 180 градусов, таким образом, формируя каналы, в которых совершается циркуляция жидкостей. Жидкости движутся на встречу друг дугу. Во время соприкосновения жидкости со стенкой пластины осуществляется обмен теплом.

Высокий уровень турбулентности движущихся потоков обеспечивается за счет гофрированной поверхности теплообменных пластин. Также, гофрированная поверхность способствует процессу самоочищения оборудования. Таким образом, увеличивается общее время бесперебойной работы системы. В промышленных воздухоохладителях проблема засоров и коррозии элементов решена за счет подбора материалов.

Пластины, которые используются для изготовления теплообменных аппаратов, изготавливаются путем одноходовой прессованной штамповки. Данный процесс является гарантией полной идентичности компонентов и совпадения точек контакта. В теплообменном оборудовании подобные точки используются для создания прочной и упругой конструкции, которая может выдерживать большие механические нагрузки.
Благодаря компактности, теплообменное оборудование пластинчатого типа может быть установлено на полу теплового пункта или монтировано на любую несущую конструкцию блочного помещения. Идеальным примером таких моделей может служить продукция фирмы Данфосс. Чтобы узнать подробнее, читайте статью «Пластинчатый теплообменник Данфосс».

Теплообменное оборудование может быть использовано для обеспечения отопления или горячего водоснабжения в частных или административных строениях, для кондиционирования или подогрева бассейнов. Достаточно широкое применение теплообменное оборудование нашло в пищевой отрасли промышленности – различные пастеризаторы, охладители молока, алкогольных изделий. Пластинчатые теплообменники пользуются спросом для обеспечения различных технологических процессов. Инновационные маслоохладители, аппараты подогрева для лакокрасочной продукции и нефти.

 

Технические характеристики и конструкции кожухотрубных и секционных теплообменников

Далее я приведу примеры где вы сможете ознакомиться с техническими характеристиками и устройством кожухотрубных и секционных теплообменных аппаратов.

 

На этом сегодняшний материал я заканчиваю, а вы можете посмотреть материалы о наших аппаратах.

Актуальные материалы

  1. подогреватель мазута пм-10-120
  2. охладители масла
  3. теплообменные трубы
Материалы рубрики

 

Наилучшего вам настроения, добра и хороших заказов теплообменников и емкостей в МеталлЭкспортПром!

 

 

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Пластинчатый теплообменник — устройство и принцип работы

Пластинчатые теплообменники относятся к классу рекуперативных теплообменников и представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных металлических пластин. Пластины теплообменника, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями А и В чередуются между собой.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518—83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от —30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве охладителей, подогревателей и конденсаторов.

Типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

Подключение пластинчатых теплообменников

Классическая схема подключения пластинчатых теплообменников имеет патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. В большинстве случаев входы и выходы расположены таким образом, чтобы обеспечить противоток теплообменных сред. Работа пластинчатого теплообменника с противотоком рабочих сред показана на видео:

Существуют конструкции пластинчатых теплообменников, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите:

Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединений под сварку (стальная труба) или резьбового соединения. Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя. В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.

Пластины для пластинчатых теплообменников

Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной до 1 мм. В качестве материала применяется коррозионностойкая сталь, титан, специальные сплавы. Пластины пластинчатого теплообменника имеют гофрированную поверхность для турбулизации потоков в каналах, что повышает эффективность теплопередачи и препятствует отложению загрязнений. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника. Чем тупее угол, под которых расположены гофры пластины, тем большее сопротивление создается в каналах, чем острее угол, тем меньше сопротивление и выше скорость потоков.

Пластины для пластинчатых теплообменников разборного типа

Расчет пластинчатых теплообменников

Расчет пластинчатых теплообменников на прочность сводится к расчету нажимных и промежуточных плит, пластин, штанг, стяжных болтов, коллекторов, днищ и крышек.

При проектировании и подборе производятся тепловые и гидравлические расчеты с целью определения всех характеристик пластинчатого теплообменника, а также параметров процесса теплопередачи. Далее приведен упрощенный расчет пластинчатого теплообменника для примера. Итак, пластинчатый теплообменник уже спроектирован. Он состоит из 101 пластины, которые образуют 100 каналов. Половина из них зарезервирована для потока горячей воды, другая половина для потока холодной воды. Два внешних канала, один горячий и один холодный, будут иметь теплопередачу только на одной стороне, т.к. со второй стороны канала с водой нет. Помним об этом, но не учитываем данное в примере:

Количество пластин 100 (101) [-]
Длина пластины 8.000 [m]
Ширина пластины 0.500 [m]
Толщина пластины 0.002 [m]
Ширина холодного и горячего каналов 0.008 [m]
Температура горячей воды 353.15 [K]
Температура холодной воды 293.15 [K]
Массовый расход горячей и холодной воды 400.0 [kg/s]
Коэффициент загрязнения на горячей и холодной стороне 0.00005 [m2W/K]
Теплопроводность материала пластин 50 [W/m/K]

Свойства воды приняты для средних температур. Так как температуры горячей и холодной воды на входе составляют 80 и 20 градусов по Цельсию, соответственно, средняя температура составляет 50 градусов.0.4 = 10372 [W/m2/K] Коэффициент теплового сопротивления пластины на м2 R_pl = thickness/cond = 0.002 / 50 = 0.00004 [m2W/K] Общее сопротивление теплопередаче на м2 R_t = 2/U_w + 2 * R_foul + R_pl
R_t = 2/10372 + 2*0.00005 + 0.00004 = 0.0003328 [m2W/K] Общий коэффициент теплопередачи U_oa = 1 / R_t = 3004.6 [W/m2/K]

Общий коэффициент теплопередачи посчитан. Мы имеем следующие уравнения:
          

Q_transferred = delta_T_mean * U_oa * A_hx (ур.1)
Q_fluid = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid (ур.2)

Поскольку жидкости и их массовые расходы одинаковы с обеих сторон, delta_T_mean равна разности начальной температуры (ITD=T_hot,in-T_cold,in) минус delta_T_fluid, или:

delta_T_mean = ITD – delta_T_fluid (ур.3)

Вставляем это в (ур.1), вычисляем (ур.1) и (ур.2), получаем:

(ITD – delta_T_fluid) * U_oa * A_hx = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid (ур.4)
Вычисляем delta_T_fluid :

delta_T_fluid = ITD * U_oa*A_hx / (U_oa*A_hx  +  M_flow*Cp_fluid) (ур.5)

Изменение температуры воды в каждом контуре:
delta_T_fluid = 60.0 * 3004.6*400.0 / (3004.6*400.0 + 400.0*4035) = 25.61 [K]

Расчетная мощность пластинчатого теплообменника:
Q_fluid = M_flow * Cp * delta_T_fluid = 400.0 * 4035 * 25.61 = 41334540 [W] или 41.33 [MW]

Температура на выходе горячей стороны: 80 – 25.61 = 54.39°С
Температура на выходе холодной стороны: 20 – 25.61 = 45.61°С

Расчет пластинчатого теплообменника вручную дает некоторую погрешность, т.к. не учитывает изменение свойств жидкости и материалов при изменении их температуры. Данный метод расчета значительно упрощен, но в более сложных случаях, когда в процессе теплопередачи происходят фазовые изменения сред, он позволяет быстро провести оценочный расчет основных параметров.

На практике расчет пластинчатого теплообменника производится с помощью специальных расчетных программ. Каждый производитель имеет собственное программное обеспечение, которое позволяет быстро подобрать теплообменник и рассчитать все необходимые характеристики.






























Принципы работы, устройство и виды теплообменников

Деление по принципу.

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 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.

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.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.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.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.

принцип работы, устройство, сферы и особенности применения

Надежные, безопасные и простые в обслуживании пластинчатые теплообменники приходят на смену устаревшим кожухотрубным агрегатам. Они лучше справляются с передачей энергии от первичного контура к вторичному и отлично выдерживают колебания давлений. Устройства имеют гораздо меньшие габариты и работают быстрее.

В этой статье мы детально рассмотрим конструкцию пластинчатого теплообменника, принцип работы оборудования, сферы применения и особенности эксплуатации этих высокопроизводительных агрегатов.

Устройство пластинчатого теплообменника. Выгодные отличия от кожухотрубных конструкций. Особенности элементов

Эффективность работы кожухотрубных агрегатов увеличивается за счет наращивания длины змеевика. При этом даже крупногабаритные установки во многих случаях не могут обеспечить нужный уровень расхода нагреваемой среды.

С пластинчатыми теплообменниками дело обстоит иначе. Площадь передачи энергии регулируется путем добавления и удаления пластин одинаковых размеров. Устройства с меньшими габаритами гораздо лучше справляются со своими задачами и обеспечивают большой расход нагреваемой жидкости. Это, к примеру, особенно важно для нужд ГВС.

Рассмотрим конструктивные особенности и принцип работы пластинчатых теплообменников более подробно.

Схема типового пластинчатого теплообменника

На размещенной ниже схеме представлен агрегат самой простой конструкции.

В состав типового теплообменника входят следующие элементы:

  • патрубки (подающий и обратный) для подключения первичного контура — 1, 11;
  • передняя (неподвижная) и задняя (подвижная) плиты — 3, 8;
  • патрубки (входной и выходной) для подключения вторичного контура — 2, 12;
  • отверстия для протока теплоносителя — 4, 14;
  • рабочая пластина — 6;
  • малая уплотнительная прокладка (кольцо) — 5;
  • направляющие (верхняя и нижняя) — 7, 15;
  • задняя опора — 9;
  • шпилька — 10;
  • большая прокладка, расположенная по контуру пластины — 13.

На каждой плите выполнено рельефное гофрирование. Это увеличивает поверхность теплообмена. Элементы располагаются под углом в 180° по отношению друг к другу.

Патрубки могут находиться как с обеих сторон аппарата, так и с одной. Принцип работы пластинчатого теплообменника от этого не меняется.

Особенности изготовления теплообменных пластин

На производство пластин для теплообменников идет нержавеющая сталь. Она отлично сопротивляется воздействиям высоких температур и некачественных сред. Основные элементы теплообменников получают методом штамповки. Только этим способом можно изготовить гофрированную плиту с сохранением ключевых характеристик металла. Для выпуска пластин подойдет не каждая нержавеющая сталь. Производители используют специальные марки (к примеру, 08Х18Н10Т).

Для получения рельефной поверхности применяют технологию Off-Set. В результате на изделиях появляются канавки, которые могут располагаться симметрично или нет. Рельеф увеличивает площадь соприкосновения пластин с теплоносителем и нагреваемой средой и служит для равномерного распределения жидкостей.

Производители применяют два вида рифления для выпуска теплообменных плит.

  1. Термически жесткое. Канавки расположены под углом в 30°. Пластины с жестким рифлением имеют максимальную теплопроводность, но не выдерживают высокое давления со стороны циркулирующего теплоносителя.
  2. Термически мягкое. Канавки расположены под углом в 60°. Такие плиты, наоборот, выдерживают высокое давление, но отличаются низкой теплопроводностью.

Комбинируя пластины различных типов, вы сможете создать теплообменник с наиболее оптимальным коэффициентом полезного действия. При этом следует учесть тот факт, что для эффективной работы аппарат должен функционировать в турбулентном режиме. Необходимо добиться того, чтобы при высокой теплоотдаче жидкость по каналам текла без затруднений.

Особенности изготовления и крепления прокладок

Для получения максимальной герметичности прокладки для теплообменников изготавливают из различных полимерных материалов. Применяют EPDM (этиленпропилен) и резину NBR. Материалы выдерживают разные нагрузки. Диапазон рабочих температур этиленпропилена — от -30 до + 170 °C. Максимальный предел NBR — +110 °С.

Прокладки крепят к пластинам при помощи клипс и клеевых составов. Первый способ применяют гораздо чаще.

Центровка прокладок по направляющим происходит в автоматическом режиме. В процессе установки пластин не приходится ничего поддерживать и подталкивать. Окантовка манжеты создает надежный барьер, исключающий возможность утечки теплоносителя.

Принцип работы скоростногопластинчатого теплообменника

Принцип работы пластинчатого теплообменника заключается в следующем. Пространство между пластинами заполняется попеременно нагреваемой средой и теплоносителем. Очередность регулируют прокладки. В одной секции они открывают путь теплоносителю, а в другой — нагреваемой среде.

В процессе работы скоростного пластинчатого теплообменника интенсивная передача энергии происходит во всех секциях, кроме первой и последней. Жидкости движутся навстречу друг другу. Теплоноситель подается сверху, а холодная среда — снизу. Визуально принцип работы пластинчатого теплообменника представлен на размещенной ниже схеме.

Как видите, все довольно просто. Чем больше пластин, тем лучше. По этому принципу наращивают эффективность пластинчатых теплообменников.

Классификация пластинчатых теплообменников по принципу работы и конструкции

По принципу работы пластинчатые теплообменники разделяют на три категории.

  1. Одноходовые конструкции. Теплоноситель циркулирует в одном и том же направлении по всей площади системы. Основа принципа работы оборудования — противоток жидкостей.

  2. Многоходовые агрегаты. Их используют в тех случаях, когда разница между температурами жидкостей не слишком высока. Теплоноситель и нагреваемая среда движутся в разных направлениях.
  3. Двухконтурное оборудование. Считается самым эффективным. Такие теплообменники состоят из двух независимых контуров, находящихся по обеим сторонам изделий. Отрегулировав мощность секций должным образом, вы быстро добьетесь нужных результатов.

Производители выпускают разборные и паяные пластинчатые теплообменники.

Выбор пластинчатых теплообменников по техническим характеристикам

В процессе выбора теплообменника обратите внимание на:

  • нужную температуру нагрева жидкости;
  • максимальную температуру теплоносителя;
  • давление;
  • расход теплоносителя;
  • необходимый расход нагреваемой жидкости.

Производители выпускают оборудование с различными техническими характеристиками. К примеру, продукция популярного бренда «Альфа Лаваль» имеет следующие параметры.

Специализированное программное обеспечение и услуги специалистов упрощают задачу поиска. Обычно агрегаты конфигурируют для получения на выходе жидкости с температурой 70 °C.

Сферы применения

Надежные и эффективные пластинчатые теплообменники применяют в различных сферах.

  1. Нефтедобывающая промышленность. Оборудование используют для охлаждения перерабатываемых энергоресурсов.
  2. Системы отопления и ГВС. Установки нагревают подаваемые потребителям жидкости.
  3. Машиностроение и металлургия. Оборудование применяют для охлаждения станков и техники.
  4. Пищевая промышленность. Теплообменники, к примеру, входят в состав пастеризационных установок.
  5. Судостроение. Приборы охлаждают различное оборудование и нагревают морскую воду на кораблях.

Это лишь малая часть сферы применения теплообменников. Оборудование также используют в автомобилестроении, при производстве кислот и щелочей и в других отраслях промышленности.

Установка и подключение пластинчатых теплообменников

Небольшие габариты значительно упрощают процессвведения в эксплуатацию пластинчатых теплообменников. Только установка мощных агрегатов потребует сооружения фундаментов. В большинстве случаев будет достаточно болтового крепления. Присоединенные трубы придадут конструкции дополнительную жесткость.

Простейшая схема подключения теплообменника выглядит следующим образом.

Если в системе присутствует магистраль обратной циркуляции, схема подключения будет выглядеть так.

К холодной воде подмешивается жидкость, идущая по замкнутому контуру ГВС. Электронный блок регулирует параметры работы оборудования.

Двухступенчатое подключение выглядит так.

Этот способ позволяет сэкономить. Имеющееся тепловая энергия используется по максимуму. Снимается лишняя нагрузка с котлов.

Принцип работы и типы кожухотрубных теплообменников

Кожухотрубные теплообменники – это аппараты, предназначенные для передачи тепла между двумя автономными потоками – горячим и холодным. Процесс теплообмена заключается в движении жидкостей в разных полостях,причем преимущественно выбирается противоточная схема движения жидкости. Во время движения жидкости горячая среда предает тепло холодной  через стенки теплообменных труб.

Чтобы купить кожухотрубный теплообменник или узнать цены на кожухотрубный бойлер, звоните по телефону: +7 (800) 555-81-91 или заполните заявку на сайте.

Наши специалисты готовы предоставить полную информацию о технических характеристиках оборудования, а также оказать консультационную поддержку при выборе теплообменника, учитывая требования заказчика, а также условия эксплуатации.

Стоимость кожухотрубного теплообменника

Узнать цену

 

Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века и получили свое название из-за тонких теплообменных труб,находящихся в середине основного кожуха,причем их количество влияет на поверхность теплообмена,и,как следствие, эффективность аппарата. Их разработка была связана с потребностью в аппаратах с высоким показателем производительности и способностью работать при высоком давлении. Изначально применялись на тепловых станциях, затем – как компоненты испарителей и нагревателей в нефтепромышленности. Зачастую аппараты работали с загрязненными средами,что способствовало конструировать их так,чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.   

С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:

  • однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонам теплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением

  • диапазон давления от вакуума до высоких значений

  • в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов

  • удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата

  • размеры от малых до предельно больших (5000 м2)

  • возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению

  • использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т.д.

  • возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта

Сегодня это самые распространенные агрегаты с промышленным и бытовым назначением.

Устройство кожухотрубного теплообменника

Кожухотрубный теплообменник состоит из:

  • распределительной камеры,с патрубками входа и выхода среды;

  • кожух(корпус) теплообменника с патрубками входа и выхода среды;

  • теплообменные трубки;

  • трубные решетки;

  • задняя(разворотная) камера

 

Конструкция кожухотрубчатого теплообменника:

Теплообменник дополнительно оснащается опорами, позволяющими расположить его горизонтально, и монтажными креплениями.

Принцип действия

Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника простой. Агрегат разделяет носители, внутри устройства не происходит смешивание продуктов. Тепло передается по трубкам, которые находятся между теплоносителями. Один из них помещен внутри труб, другой подается в межтрубный участок под давлением. Энергоносители могут различаться по своему агрегатному состоянию – газообразному, парообразному или жидкостному.

Чтобы купить кожухотрубный теплообменник или узнать цены на кожухотрубный бойлер, звоните по телефону: +7 (800) 555-81-91 или заполните заявку на сайте.

Наши специалисты готовы предоставить полную информацию о технических характеристиках оборудования, а также оказать консультационную поддержку при выборе теплообменника, учитывая требования заказчика, а также условия эксплуатации.

Стоимость кожухотрубного теплообменника

Узнать цену

Виды и типы кожухотрубных теплообменников

Диаметр теплообменников может быть в пределах 159-3000 мм, длиной-от 0,1 до десятков метров. Максимальный уровень давления – 160 кг/см2. Существуют следующие типы установок:

  1. Со встроенными трубчатыми решетками. Конструктивно предусмотрена жесткая сцепка всех составляющих частей. Эти аппараты используются преимущественно в нефте- и химической промышленности. На их долю приходится три четверти рыночного предложения. Для данного вида характерны приваренные к внутренней стороне корпуса решетки труб и прочно скрепленные с ними трубки. Такая фиксация не дает составляющим компонентам сдвигаться внутри корпуса.
  2. С температурным компенсатором. Кожухотрубный теплообменник путем продольного сжатия или с помощью особых упругих вставок в расширителях  возмещает удлинение от тепла. Устройство является полужестким.
  3.   С плавающей головкой. Таким термином называется подвижная решетка, перемещаемая по системе совместно с крышкой. Агрегат стоит дороже, но он усовершенствован и надежен.
  4. С изогнутой формой (U-образной). В конструкции два конца приварены к одной решетке с поворотом на 180 градусов и радиусом от 4 диаметров трубы, благодаря чему кожухотрубные теплообменники имеют свободно удлиняющиеся трубы.
  5. С комбинированным наполнением. Оборудованы компенсатором и встроенной плавающей головкой.

Исходя из направления передвижения, агрегаты делятся на виды:

  1. Одноточные.

  2. Противоточные.

  3. Перекресточные.

Аппараты бывают одноходовые и многоходовые. В первом варианте наполнитель перемещается по короткой траектории, пример – водонагреватель ВВП, применяемый в отопительных системах. Он подходит для зон, где не принципиальна величина теплообмена (разница температур окружающей среды и теплоносителя минимальна). Второй вид оснащен поперечными или продольными перегородками, обеспечивающими перенаправление потоков носителя. Многоходовые устройства используются в местах, где важна высокая скорость теплообмена.

Эксплуатационные характеристики

К достоинствам трубчатоготеплообменника можно отнести отличный показатель эксплуатационного срока. Для долгой и стабильной службы устройства требуется своевременно проводить техобслуживание. Как правило, трубы агрегата заполняют нефильтрованной жидкостью, что приводит к их закупорке и нарушает работу всей системы. Трубки требуется прочищать, а остальные элементы – промывать.

Если необходим ремонт, обязательным этапом идет диагностика. В процессе выявляются ключевые проблемы. Наиболее уязвимая часть агрегата – трубы, они чаще всего подвержены повреждениям.  

Преимущества :

  • повышенная стойкость к гидроударам, что выгодно отличает устройства от аналогов;

  • способность функционировать в условиях, далеких от идеальных, с использованием сильно загрязненных веществ;

  • простота эксплуатации, механическая чистка и техническое обслуживание не представляют трудностей для персонала;

  • хорошая ремонтопригодность.

Последнее качество особенно ценно, если сравнивать кожухотрубчатый аппарат с пластинчатым. Пластинчатые установки имеют в конструкции сложные прокладки и чаще подвержены засорению ввиду небольшого поперечного сечения проточных каналов. После каждой чистки аппарата уплотнения меняют, что выходит довольно дорого. Форма прокладок кожухотрубных теплообменников более простая, это облегчает замену. По количеству их нужно меньше.

Кроме того, пластинчатые варианты не пригодны к применению в зонах с жесткой водой или там, где не исключены механические частицы. Кожухотрубные изделия не настолько требовательны, они могут работать даже с морской водой и агрессивными жидкостями.

Недостатки :

  • низкий, по аналогии с пластинчатыми, коэффициент полезного действия. На этот показатель влияет меньшая площадь теплопередающей поверхности;

  • большие габариты. Из-за этого цена аппарата выше, равно как и расходы на его эксплуатацию;

  • теплоотдача сильно зависима от скорости движения жидкости.

Несмотря на перечисленные недостатки, кожухотрубные теплообменники прочно заняли свое место на рынке. Они все так же популярны и пользуются повышенным спросом.

Область применения

Основные потребители кожухотрубных теплообменников с бытовой точки зрения – жилищно-коммунальные хозяйства. Они применяют агрегаты в составе инженерных сетей. Широко используют изделия теплосети для поставки в жилые дома горячей воды. Если есть возможность, имеет смысл сделать индивидуальный тепловой пункт, он значительно эффективнее, чем централизованная магистраль.

Кожухотрубные устройства нашли применение в нефтедобывающей отрасли, химической и газовой промышленности,в сфере теплоэнергетики. Не обошли их своим вниманием пивное и пищевое производство. Но больше всего востребованы теплообменники в как конденсаторы, утилизаторы тепла отработанных газов и подогреватели.

ООО «НЗТО» выпускает изделия, которые характеризуются малой чувствительностью к перепадам температур и давления, не имеют ограничений по рабочим средам. Мы изготавливаем продукцию заданных размеров, горизонтальной или вертикальной ориентации, разных диапазонов рабочего давления и материалов.

Перейти в фотогалерею

Чтобы купить кожухотрубный теплообменник или узнать цены на кожухотрубный бойлер, звоните по телефону: +7 (800) 555-81-91 или заполните заявку на сайте.

Наши специалисты готовы предоставить полную информацию о технических характеристиках оборудования, а также оказать консультационную поддержку при выборе теплообменника, учитывая требования заказчика, а также условия эксплуатации.

Стоимость кожухотрубного теплообменника

Узнать цену

Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника: engineering_ru — LiveJournal

Некоторое время назад я написал о том, как производятся пластинчатые теплообменники. Были вопросы по его устройству и принципам работы. Этому и будет посвящен данный материал. Напомню, что пластинчатый теплообменник производства нашей компании (где я работаю), да и любого другого производителя выглядит следующим образом:

А вот устроен он следующим образом. У производителей оружия такое изображение называется «взрыв-схемой». Ну пусть и у нас будет что-то подобное 🙂

Конструктивно разборный пластинчатый теплообменник, состоит из рамы и пакета пластин.
Рама состоит из неподвижной плиты (1) и прижимной плиты (2), задней стойки (7) которая соединена с неподвижной плитой верхней направляющей (3) и нижней направляющей (4). Рамы разборных теплообменников выпускаются разной длины для обеспечения установки в нее разного количества пластин.
Между неподвижной и прижимной плитами находится расчетное количество пластин (5) с резиновыми уплотнительными прокладками.
Пакет прижат к неподвижной плите прижимной плитой резьбовыми стяжками (6). Степень сжатия достаточна для уплотнения и герметизации внутренних полостей теплообменника

О плитах, направляющих, стяжках наверное особо нечего написать. Поэтому далее речь пойдет о пластинах и прокладках. Именно эти части теплообменника контактируют со средами, которые участвуют в процессе теплообмена.
Начнем с пластин. изготавливаются штамповкой, обычно из нержавеющей стали аустенитного класса AISI 316, после штамповки производится электрохимическое полирование пластины. Наиболее близким российским аналогом этой стали является сталь 08Х18Н10Т. Сталь AISI 316 (как и все нержавеющие стали) несклонна к общим видам коррозии, однако при работе с высоко агрессивными средами (высокие температуры, высокое содержание хлоридов и др.) могут протекать местные виды коррозии, например язвенная (питтинговая) коррозия.
Химический состав нержавеющей стали AISI 316:
Углерод 0,08%, Хром 16-18%, Никель 10 –14%, Молибден 2-3%
Это основная сталь для производства пластин теплообменников. Наличие молибдена (по сравнению с 08Х18Н10Т) снижает уровень язвенной коррозии.
Толщина пластины (0,4…1,0 мм) зависит от максимального рабочего давления. На давление до 10 атм. используются пластины толщиной 0,4 мм, на давление до 16 атм. — пластины толщиной 0,5 мм, на давление до 25 атм. — пластины толщиной 0,6 мм
Для агрессивных сред (по отношению к стали AISI 316) применяют более дорогие материалы, например, 254 SMO, ТИТАН, хастеллой и т.д.
Для менее агрессивных сред (по отношению к стали AISI 316) применяют сталь AISI 304.

Теплообменная пластина обладает высокоэффективной теплопередачей за счет термодинамически оптимальной конструкции
Принцип «Off-Set» обеспечивает возможность создания как симметричных так и асимметричных каналов (1)
Специальный рельеф распределительной площадки оптимально распределяет теплоносители (2)
Простое крепление уплотнений к пластине посредством клипсовой системы
Уплотнения со специальными зажимами для оптимального центрирования и фиксации пакета пластин (3)
Двойное уплотнение с кантом утечки полностью предотвращает возможность смешения сред в области проходных отверстий (4)
Специальный окантовочный рельеф пластин обеспечивает необходимую жесткость пакета пластин, а также стабильную фиксацию уплотнений при оказании на них давления в процессе эксплуатации теплообменников (5).

Рифление пластин может быть разным. Как правило различают «термически жесткое рифление» с углом 30 градусов (характеризуется более высоким коэфф-том теплопередачи, но и большими потерями давления) и «термически мягкое рифление» с углом 60 градусов (характеризуется более низким коэфф-том теплопередачи, но и меньшими потерями давления). Расчетная программа подбирает такую комбинацию пластин, чтобы обеспечить необходимую теплопередачу, но при этом уложиться в заданные потери давления.

Вот как выглядят эти два типа рифления. Слева «жесткая» пластина, справа «мягкая» пластина.

Комбинируя пластины в пластинчатом теплообменнике можно организовать течение жидкостей в трех различных типах каналов, которые и образуют данные пластины:

«мягкий» канал
Пластины с углом рифления 60°. Малая турбулизация течения жидкости, малый коэффициент теплопередачи, малое гидравлическое сопротивление.

«средний» канал
Пластина с углами рифления 60° и 30°. Средняя турбулизация течения жикости, средний коэффициент теплопередачи, среднее гидравлическое сопротивление.

«жесткий» канал
Пластины с углом рифления 30°. Высокая турбулизация течения жидкости, высокий коэффициент теплопередачи, высокое гидравлическое сопротивление.

О течениях жидкости:
Вообще различают три режима течения жидкостей:

Х, У – координаты плоскости,
W – скорость потока жидкости,
1 – ламинарный режим течения, спокойный режим течения поток жидкости однородный, слои жидкости двигаются параллельно друг другу (без перемешивания), тепло, в направлении перпендикулярном направлению течения жидкости, передается практически только за счет теплопроводного механизма, поэтому коэффициент теплопередачи — минимален.
2 – переходный режим течения, в потоке жидкости начинается зарождение турбулентных образований (вихрей), эпизодическое перемещение макрочастиц жидкости из одной температурной области в другую (элементы конвекции). Поэтому коэффициент теплопередачи — растет (выше, чем при ламинарном течении).
3 – турбулентный режим течения, поток жидкости турбулизован полностью, коэффициент теплопередачи — максимален.

Вот как образуется турбулентный режим течения жидкости в пластинчатом теплообменнике

Пластинчатый теплообменник рассчитывается и должен работать на турбулентном режиме. В этом и заключается его отличие и более высокая эффективность чем у кожухотрубного теплообменника (принцип «труба в трубе»), где течение жидкости ламинарное. Для одной той же задачи площадь теплообмена пластинчатого теплообменника будет меньше в 3-4 раза, чем у кожухотрубного теплообменника.

Далее речь пойдет об уплотнительных прокладках теплообменника.

Прокладки обеспечивают герметичность теплообменника относительно окружающей среды и не допускают смешивание сред участвующих в процессе теплообмена. Прокладки изготавливаются из специальных полимеров, которые обеспечивают требуемые температурные параметры или химическую стойкость.
Как правило, применяется материал EPDM, который представляет собой этиленпропиленовый полимер. Он применяется в основном для горячей воды и пара. Однако на него могут губительно действовать различные жиры и масла.
Рабочий диапазон температур для резины EPDM составляет от –35 град.С до +160 град. С.
Могут в теплообменнике также применяться прокладки из других материалов:
NITRIL (NBR) — применяются для маслянистых жидкостей температурой до 135 град. С,
VITON – на агрессивные среды до 180 град. С.
вообще наглядно срок жизни прокладок иллюстрируют вот такие графики:

Крепятся прокладки на пластине двумя способами:
1) Клеевой. Пластина фиксируется в специальной канавке с помощью клея, чтобы при сборке не соскочила ненароком с пластины. Данный способ и тип прокладок уже практически не применяется производителями теплообменников. Лишние затраты труда, времени при производстве, а также трудности в обслуживании — наличие специального клея, укладка прокладок, время на высыхание и пр.
2) Клипсовый. Конструкция прокладки имеет клипсы по периметру, с помощью которых она закрепляется на пластине. Более понятно картина выглядит вот так:

Мы используем в своих теплообменниках прокладки только с клипсовым креплением к пластине.

Теперь о том, как протекают процессы в пластинчатом теплообменнике:

Пластины разборного пластинчатого теплообменника устанавливаются одна за другой с поворотом на 180 град. Эта компоновка создает теплообменный пакет с четырьмя коллекторами для подвода и отвода жидкостей. Первая и последняя пластины не участвуют в процессе теплообмена, задняя пластина выполняется обычно без портов.

Уплотнение портов неподвижной плиты теплообменника осуществляется либо специальными кольцами, устанавливающимися между первой пластиной и неподвижной плитой, либо специальной прокладкой первой пластины.

О видах компоновки пластинчатых теплообменников.
Различают одноходовую компоновку теплообменника и многоходовую компоновку теплообменника.
При одноходовой компоновке поток жидкости, войдя в порт теплообменника, делится сразу на заданное число каналов и расходится на параллельные потоки. Далее проходит один раз по каналам стекается снова в порт и выходит из теплообменника.
При такой схеме компоновки все присоединительные патрубки расположены на неподвижной плите. Это значительно облегчает эксплуатацию и обслуживание теплообменника, т.к. ничто не мешает отодвинуть заднюю плиту теплообменника и вынимать пластины.
При многоходовой компоновке, жидкости совершают несколько ходов по одинаковому числу каналов. Это достигается установкой промежуточных пластин с двумя глухими портами (верхними или нижними) и позволяет в одном теплообменнике достигать очень большого тепло-съема.
Однако при этом появляются присоединения на прижимной плите теплообменника, что сильно ухудшает его обслуживание. Кроме того, такой теплообменник становится дорог и его гидравлическое сопротивление заметно возрастает.

Вот как это выглядит графически:

вот одноходовая компоновка в цвете:

вот двухходовая компоновка в цвете:

Мы выпускаем теплообменники в основном в одноходовой компоновке. Это облегчает сильно процесс обслуживания теплообменников в дальнейшем. Да и нет в необходимости в выпуске многоходовых теплообменниках по той причине, что типоразмерный ряд компании очень широк и имеет на каждый ДУ и низкие пластины и высокие.

По устройству и принципу работы наверное все.

Всегда Ваш,
товарищ Артем

Принцип действия кожухотрубного теплообменника, конструкция и виды теплообменников

9 апреля 2018


Теплообменник – агрегат, предназначенный для передачи тепла от одного носителя к другому. Основные конструктивные типы этих устройств: регенераторные и рекуператорные. Наиболее распространен рекуператорный тип, в котором теплоносители разделены перегородкой. Самым популярным в рекуперативной группе является
кожухотрубчатый аппарат. Принцип действия кожухотрубного теплообменника заключается в рекуперативном обмене теплоэнергией, который позволяет нагреть или охладить практически любой носитель до требуемой температуры.

Функциональные возможности


Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:

  • нагрев, охлаждение или установку равновесия между температурами двух сред;
  • возможность обмена тепловой энергией между двумя средами, находящимися в разном агрегатном состоянии, – жидкостями, газами, парогазами;
  • возможность изменения физического состояния вещества.


Устройство может выполнять функции подогревателя, испарителя, конденсатора. Преимущества:

  • надежность, прочность, относительно невысокая стоимость;
  • удобные для монтажа формы;
  • значительная площадь теплообмена при компактных габаритах;
  • работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
  • механическая устойчивость к гидравлическим ударам;
  • возможность использования в загрязненных средах.


У этого агрегата, изготовленного полностью из металла, один основной недостаток – значительная масса. Технические параметры обуславливают востребованность трубчатых теплообменных аппаратов в нефтехимии и добывающих отраслях. А использование устройства в разнообразных и сложных эксплуатационных условиях потребовало создания целого перечня модификаций, приспособленных к решению определенного круга задач.

Конструкция и принцип работы кожухотрубного теплообменника


Основные элементы, входящие в состав агрегата, независимо от его модификации:

  • цилиндрический кожух;
  • наружные патрубки – входящие и отводные;
  • пучок бесшовных труб одинакового диаметра, закрепленный решетками, трубы имеют диаметр 12-57 мм, могут располагаться вертикально или горизонтально;
  • днище – плоское или сферической формы.

Принцип действия:

  • в трубы поступает рабочий поток №1;
  • во внутреннюю полость цилиндра направляется поток среды №2;
  • среды обмениваются тепловой энергией через разделительную стенку без непосредственного контакта друг с другом, один поток охлаждается, второй нагревается.

Разновидности конструкций кожухотрубных теплообменников


В зависимости от запланированной области применения, выбирают модели с жестким, полужестким, нежестким кожухом, вертикального или горизонтального расположения, одно- или многоходовые. Конфигурация аппарата, его длина, число трубок обуславливают:

  • скорость перемещения среды;
  • энергоэффективность;
  • коэффициент теплопередачи.


Металлы для изготовления аппаратов выбираются, в зависимости от характеристик рабочих сред, с которыми они будут контактировать. При конструировании новых модификаций разработчики старались устранить основной недостаток этого агрегата – физическое расширение или сужение стальных элементов при транспортировке холодных и горячих сред. Серийно выпускают кожухотрубчатые теплообменники описанных ниже видов.

С температурными компенсаторами на корпусе


Эта конструкция характерна для теплообменников, предназначенных для работы при невысоких давлениях и высоких температурах. Температурные линейные деформации кожуха уравновешиваются с помощью компенсаторов – сильфоновых, сальниковых, линзовых.

Система с плавающей головкой


В конструкции такого агрегата имеется плавающая головка, жестко не связанная с кожухом. Служит для соединения трубок. При температурном воздействии среды изменяется длина трубок, вызывая свободное перемещение головки внутри корпуса. Такая конструкция обеспечивает отсутствие деформаций кожуха и равномерное распределение напряжений. Она применяется в технологических процессах, не предусматривающих сильного загрязнения трубок, или при возможности их простой очистки.


Для обеспечения эффективной работы всех кожухотрубных теплообменников, особенно функционирующих в контакте с загрязненными средами, необходимо выполнение профилактических мероприятий. Они заключаются в аккуратной очистке внутренней поверхности трубок с исключением вероятности их повреждения и в своевременном устранении протечек.

Что такое теплообменник и как он работает?

Натан Уоллес — старший техник по обслуживанию и эксперт по обслуживанию и ремонту систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в компании Standard Heating & Air Conditioning, где он работал с 2001 года. Натан с радостью поделится своими знаниями о том, как работают ваша печь и теплообменники.

Теплообменники в вашем доме

Многие домовладельцы не знают, что и где находится теплообменник, пока что-то не пойдет не так с их.Когда ваша печь находится в хорошем рабочем состоянии, легко забыть, что теплообменник является самым большим компонентом печи. Как и во всех искусственных устройствах, время и использование сказываются на теплообменниках и могут привести к образованию трещин или дырок. Когда это происходит, результатом может быть печь, которая производит неполное сгорание топлива и неприемлемый уровень окиси углерода (CO), что является потенциально опасным состоянием. Окись углерода, попадающая в ваш дом — либо из-за плохой вентиляции, либо из-за утечек в теплообменнике — может вызвать серьезное заболевание или даже смерть.

Есть много разных типов теплообменников. Их цель — безопасная передача тепла, и они имеют множество применений, включая обогрев помещений, охлаждение и охлаждение, электростанции, химические заводы и другие процессы. В этом блоге рассказывается о типах печей с принудительной подачей воздуха, например, во многих домах-побратимах.

Как работает теплообменник?

Теплообменники с металлическими кожухами и трубками работают, передавая тепло из одного места в другое.Когда в печи сжигается природный газ или пропановое топливо, его побочные продукты выхлопа / сгорания (также известные как дымовой газ) попадают в теплообменник и проходят через него. Горячий дымовой газ нагревает металл, когда газ попадает в выхлопное отверстие печи. Когда это происходит, горячий металл нагревает воздух, циркулирующий над теплообменником снаружи.

Первичный теплообменник

Эта деталь содержит самый горячий дымовой газ, который находится ближе всего к горелкам в печи. В результате пламя и тепло подвергают его наибольшему напряжению, которое со временем может вызвать растрескивание и тепловое напряжение.Печи с КПД 70-80% имеют один теплообменник.

Вторичный теплообменник

Если у вас есть печь, которая считается высокоэффективной (КПД 90% +), она содержит как первичный, так и вторичный теплообменники. Когда выхлопные газы выходят из первичного теплообменника, они попадают во вторичный теплообменник, где из дымовых газов выделяется больше тепла и начинает образовываться водяной пар. Это изменение состояния с водяного пара на жидкое высвобождает скрытое тепло во вторичном теплообменнике, повышая эффективность печи.Вот почему высокоэффективные печи иногда называют конденсационными печами. Вторичные теплообменники обычно изготавливаются из нержавеющей стали или стального материала с покрытием, способного выдерживать тепло, влагу и кислоту.

Риск для здоровья

Поскольку теплообменник содержит дымовой газ внутри себя, важно, чтобы в нем не было отверстий, трещин или других повреждений. Этот тип разрушения, который допускает утечку и смешивание дымовых газов с нагретым воздухом, может привести к неполному сгоранию и образованию окиси углерода и других вредных побочных продуктов.Хотя из вашей печи может не происходить немедленная утечка окиси углерода в жилое пространство, высокие уровни CO делают ее работу небезопасной. Такие простые вещи, как засорение дымохода или повреждение выхлопной трубы, могут привести к очень опасной ситуации.

Обнаружение проблем теплообменника

Если ваша печь не работает со сбоями или не сработал детектор угарного газа, практически невозможно узнать, возникли ли проблемы с теплообменником, без непосредственного осмотра или тестирования на содержание CO.Вот почему так важны регулярное обслуживание и осмотры. Осмотр и анализ горения / тест на CO — лучший способ определить, безопасно ли работает печь.

Визуальный осмотр

Некоторые теплообменники можно проверить визуально. Другим требуются специальные инструменты для более внимательного изучения устройства. Наши специалисты оснащены камерой с гибкой штангой, которая может видеть труднодоступные участки вашей печи, чтобы обеспечить тщательный осмотр. Иногда мы обнаруживаем внутренние проблемы в теплообменниках, которые в противном случае были бы скрыты и выглядели в хорошем состоянии снаружи.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы запланировать техническое обслуживание или настройку.

Как работают теплообменники

Для жидкостей, содержащих частицы, доступны два решения:

  • Пластина с низкой точкой контакта, широкая струя, которая может перемещать продукт с большим количеством частиц.
  • Пластины с широким зазором, которые могут перемещать все больше и более крупных частиц.

Оба позволяют частицам проходить сквозь них, сводя к минимуму засорение.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников

Вместо передачи тепла через параллельные пластины, кожухотрубные теплообменники передают тепло между пучком трубок, окруженным большим корпусом корпуса. Жидкости, протекающие по трубкам, обмениваются теплом с жидкостями, которые текут по трубкам, заключенным в оболочку.

Поскольку диаметр трубок обычно больше, чем зазор между пластинами в пластинчатых теплообменниках, кожухотрубные теплообменники подходят для приложений, в которых продукт более вязкий (устойчивый к течению) или содержит твердые частицы высокой плотности. Максимальный размер частиц зависит от диаметра трубки. Трубчатые теплообменники обычно могут работать дольше между чистками, чем пластинчатые теплообменники при сверхвысоких температурах.

Основной принцип кожухотрубок перемещает продукт через пучок параллельных трубок с нагревательной жидкостью между трубками и вокруг них.

Концентрический трубчатый теплообменник состоит из трубок разного диаметра, расположенных концентрически внутри друг друга, что особенно эффективно при нагревании или охлаждении, поскольку нагревающие / охлаждающие жидкости текут по обеим сторонам трубок с продуктом.Трубки с продуктом могут иметь размер, соответствующий требованиям по вязкости и содержанию твердых частиц. Концентрическая трубка особенно подходит для высоковязких неньютоновских жидкостей, вязкость которых изменяется под давлением (шампунь, лак для ногтей, кетчуп).

Как и в случае теплообменников других конструкций, кожухотрубные теплообменники сконструированы таким образом, чтобы продукт и нагревательные / охлаждающие жидкости текли в противоположных направлениях. Например, холодный текучий продукт перемещается в теплообменнике справа налево, а теплоноситель — слева направо по трубкам продукта. Противоточная конфигурация использует преимущества максимальной разницы температур для более эффективной теплопередачи.

Фармацевтическая линия кожухотрубных теплообменников одного производителя работает при давлении до 10 бар и рабочей температуре 150 ° C. Типичные области применения кожухотрубных теплообменников включают системы обработки воды (например, для впрыска или очистки) и системы CIP.

Альфа Лаваль — Как работает пластинчатый теплообменник

Разборные пластинчатые теплообменники (GPHE) оптимизируют теплообмен.Гофрированные пластины обеспечивают легкий перенос тепла от одного газа или жидкости к другому.

Пластины разборного пластинчатого теплообменника с эластомерными прокладками. Они закрывают каналы и направляют среду в альтернативные каналы. Пакет пластин находится между пластиной рамы и прижимной пластиной. Затем он сжимается болтами между пластинами. Верхняя несущая планка поддерживает канал и прижимную пластину. Затем они фиксируют в этом положении с помощью нижней направляющей планки на опорной стойки.Эту конструкцию легко чистить и модифицировать (удаляя или добавляя пластины).

Вот три этапа сборки пластинчатого теплообменника с разборкой:

Зона теплопередачи пластинчатого теплообменника с разборками состоит из гофрированных пластин. Они находятся между рамой и прижимными пластинами. Прокладки действуют как уплотнения между пластинами.

Жидкости проходят через теплообменник в противотоке. Это дает наиболее эффективные тепловые характеристики.Это также позволяет очень близко подходить к температуре. Например, разница температур между входящей и выходящей рабочей средой.

Для термочувствительных или вязких сред холодная жидкость сочетается с горячей. Это сводит к минимуму риск перегрева или замерзания носителя.

Пластины доступны с различной глубиной прессования, с шевронным углом и гофрированной формой. Все создано для оптимальной работы. В зависимости от области применения каждый ассортимент продукции имеет свои особенности пластины.

Зона распределения обеспечивает поток жидкости ко всей поверхности теплопередачи. Это помогает избежать застойных зон, которые могут вызвать засорение.

Высокая турбулентность потока между пластинами приводит к более высокой теплопередаче и перепаду давления. Температурные расчеты Альфа Лаваль можно настраивать. Подходит для различных областей применения, обеспечивая максимальные тепловые характеристики при минимальном падении давления.

Описание теплообменников

HVAC — Инженерное мышление

Объяснение теплообменников

HVAC.В этой статье мы собираемся обсудить различные типы теплообменников, используемых в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в системах обслуживания зданий как для жилой, так и для коммерческой недвижимости. Мы также рассмотрим, как они применяются к компонентам системы для кондиционирования построенной среды, охватывая принцип работы обычных теплообменников HVAC с анимацией.
Прокрутите вниз, чтобы просмотреть видеоурок — включает подробные анимации для каждого теплообменника!

🏆 Ознакомьтесь с широким спектром реальных теплообменников Danfoss щелкните здесь

Теплообменники Danfoss повышают эффективность, уменьшают заправку хладагента и экономят место в вашей системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.Вы можете найти весь ассортимент и узнать больше о каждом на веб-сайте Данфосс. Узнайте больше о теплообменниках Danfoss: ссылка здесь

Что такое теплообменник?

Теплообменник — это именно то, что следует из названия, устройство, используемое для передачи (обмена) тепла или тепловой энергии. В теплообменники подается либо горячая жидкость для нагрева, либо холодная жидкость для охлаждения.

  • Жидкость может быть жидкостью или газом
  • Тепло всегда течет от горячего к холодному
  • Для того, чтобы тепло текло, должна быть разница температур

Как происходит теплообмен?

Тепловая энергия передается тремя способами.

  • Проводимость
  • Конвекция
  • Излучение

В большинстве теплообменников для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используются конвекция и теплопроводность. Радиационная теплопередача действительно происходит, но составляет лишь небольшой процент.

Кондуктивная теплопередача

Тепловая передача теплопередачи

Электропроводность возникает, когда два материала с разной температурой физически соприкасаются. Например, мы ставим чашку горячего кофе на стол на несколько минут, а затем снимаем чашку, так как стол проводит часть этой тепловой энергии.

Конвекционная теплопередача

Конвекционная теплопередача

Конвекция возникает, когда жидкости движутся и уносят тепловую энергию. Это может произойти естественным путем или под действием механической силы, например, при использовании вентилятора. Например, вы подуете на горячую ложку супа. Вы дуйте ложкой, чтобы остудить суп, и воздух уносит это тепло.

Радиационная теплопередача

Радиационная теплопередача

Радиация возникает, когда поверхность излучает электромагнитные волны. Все, включая вас, излучает некоторое тепловое излучение.Чем горячее поверхность, тем больше теплового излучения она излучает. Примером этого может быть солнце. Тепло от солнца распространяется в виде электромагнитных волн через пространство и достигает нас, не имея ничего промежуточного.

Используемые жидкости

Жидкости, используемые в системе HVAC, обычно включают воду, пар, воздух, хладагент или масло в качестве среды передачи. Теплообменники HVAC обычно делают одно из двух: они либо нагревают, либо охлаждают воздух или воду. Некоторые из них используются для охлаждения или нагрева оборудования по соображениям производительности, но большинство используются для кондиционирования воздуха или воды.

Типы теплообменников.

Большинство теплообменников имеют одну из двух конструкций. Либо змеевик, либо пластина. Давайте взглянем на основы того, как работают оба эти средства, а затем посмотрим, как они применяются к обычным теплообменникам в системах.

Змеевиковые теплообменники — упрощенный

Змеевиковый теплообменник

Змеевиковые теплообменники в своей простейшей форме используют одну или несколько труб, которые проходят вперед и назад несколько раз. Трубка разделяет две жидкости. Одна жидкость течет внутри трубки, а другая — снаружи.Давайте посмотрим на пример отопления. Тепло передается от горячей внутренней жидкости к стенке трубы посредством конвекции, затем оно проходит через стенку трубы на другую сторону, а внешняя жидкость уносит его также посредством конвекции.

Пластинчатые теплообменники — упрощенные

Пластинчатые теплообменники с основными характеристиками

В пластинчатых теплообменниках используются тонкие металлические пластины для разделения двух жидкостей. Жидкости обычно текут в противоположных направлениях для улучшения теплопередачи. Тепло самой горячей жидкости передается на стенку пластины и затем передается на другую сторону.Другая жидкость, которая поступает с более низкой температурой, уносит ее за счет конвекции.

Давайте подробнее рассмотрим, как эти типы теплообменников применяются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Змеевик с ребристыми трубами (жидкость)

Теплообменник с ребристыми трубами

Оребренные трубы часто называют просто змеевиком, например, змеевиком нагрева или охлаждения. Это очень часто. Вы найдете их в установках кондиционирования воздуха, фанкойлах, системах воздуховодов, испарителях и конденсаторах систем кондиционирования воздуха, в задней части холодильников, в внутрипольных обогревателях, список можно продолжить.

В этих теплообменниках вода, хладагент или пар обычно проходят внутри, а воздух — снаружи.

Например, при использовании для нагрева воздуха с использованием нагретой воды горячая вода течет внутри трубы и передает свою тепловую энергию посредством конвекции на стенку трубы, существует разница температур между горячей водой и воздухом, поэтому тепло проводится через стенку трубки. Воздух, проходящий снаружи, уносит это за счет конвекции.

Ребра обычно соединяются между всеми трубами, они располагаются непосредственно на пути потока воздуха и помогают отводить тепло из трубы и переносить его в воздух, поскольку это действует как расширение поверхности трубы.Большая площадь поверхности = больше места для передачи тепла.

Канальный пластинчатый теплообменник

Канальный пластинчатый теплообменник

Канальный пластинчатый теплообменник используются в приточно-вытяжных установках для обмена тепловой энергией между всасываемым и вытяжным воздушными потоками без передачи влаги и без смешивания воздушных потоков. Теплообменник изготовлен из тонких листов металла, обычно алюминия, с двумя жидкостями разной температуры, текущими в противоположных диагональных направлениях. Обычно в обоих используется воздух, но также могут использоваться выхлопные газы от чего-то вроде двигателя ТЭЦ.

Тепло от одного потока передается на тонкие листы металла, которые разделяют потоки, затем проходит через металл и уносится принудительной конвекцией в другой поток.

Внутрипольный обогреватель

Внутрипольный обогреватель

Внутрипольный обогреватель устанавливают по периметру здания, обычно под окном или стеклянной стеной, и очень часто используются в новых коммерческих зданиях. Канальные обогреватели устанавливаются в пол и предназначены для уменьшения потерь тепла через стекло, а также предотвращения образования конденсата.

Они делают это, создавая стену конвективных воздушных потоков. В канальных обогревателях обычно используется горячая вода или электрические нагревательные элементы для нагрева воздуха. Их расположение на уровне пола означает, что у них есть доступ к самому холодному воздуху в комнате. Теплообменник передает тепло через ребристую трубу, в результате чего холодный воздух нагревается и поднимается к потолку. По мере того, как теплый воздух поднимается вверх, на его место устремляется более холодный воздух в комнате. Это создает конвективный поток и тепловую границу между стеклом и комнатой.

Канальный электронагреватель — элемент открытого змеевика

Канальный электрический нагреватель

Нагревательные элементы открытого змеевика используются в основном в системах воздуховодов, печах и иногда в фанкойлах. Они работают с использованием открытых катушек под напряжением из металла с высоким сопротивлением для генерации тепла. Эти теплообменники помещаются непосредственно в поток воздуха, и когда воздух проходит через змеевики, тепловая энергия передается посредством конвекции. Они обеспечивают равномерное нагревание воздушного потока, хотя используются только там, где это безопасно, и к ним нелегко получить доступ.

Микроканальные теплообменники

Микроканальные теплообменники

Микроканальные теплообменники — это усовершенствование змеевика из оребренных труб, обеспечивающее превосходный теплообмен, хотя они используются только в системах охлаждения и кондиционирования воздуха. Вы можете найти этот тип теплообменников в чиллерах с воздушным охлаждением, конденсаторных агрегатах, бытовых кондиционерах, осушителях воздуха, холодильных установках, крышных агрегатах и ​​т. Д.

Эти типы теплообменников также работают с конвекцией в качестве основного метода передачи тепла.Микроканальный теплообменник имеет простую конструкцию. С каждой стороны расположен коллектор, между каждым коллектором проходят несколько плоских труб с ребрами между ними. Воздух проходит через щели в ребрах и уносит тепловую энергию.

Хладагент входит через коллектор, а затем проходит по плоским трубкам, пока не достигнет другого коллектора. Коллекторы содержат перегородки, которые контролируют направление потока хладагента и используются для многократного прохождения хладагента по трубкам, чтобы увеличить время, проведенное внутри, и, таким образом, увеличить возможность передачи тепловой энергии.

Внутри каждой плоской трубки есть несколько небольших отверстий, известных как микроканалы, которые проходят по всей длине каждой плоской трубки. Эти микроканалы значительно увеличивают площадь поверхности теплообменника, что позволяет большему количеству тепловой энергии уходить из хладагента в металлический корпус теплообменника. Разница температур между хладагентом и воздухом заставляет тепло проходить через кожух плоской трубы к ребрам. Когда воздух проходит через зазоры, он уносит эту тепловую энергию за счет конвекции.

Змеевик испарителя печи

Змеевик испарителя печи

Испарители печи обычно используются в больших домах и небольших коммерческих объектах с небольшими системами воздуховодов. Вы можете приобрести змеевики большего размера, которые работают по аналогичным принципам, но для более крупных систем, в основном, для кондиционеров в средних и крупных коммерческих зданиях. Змеевик внутри испарителя печи работает так же, как теплообменник из оребренных труб, и использует хладагент внутри и воздуховод снаружи. Воздух, проходящий через трубки, передает свое тепло посредством принудительной конвекции, затем оно передается через стенку трубки посредством теплопроводности, хладагент внутри уносит это тепло посредством принудительной конвекции, хладагент кипит и испаряется в компрессор.

Радиаторы

Радиаторы

Они очень распространены, особенно в Европе и Северной Америке, в домах и старых коммерческих зданиях. Они крепятся к стенам, как правило, под окном, для обогрева помещения. Их функция очень проста, они обычно подключаются к трубопроводу горячей воды, по которому подается горячая вода от бойлера.

Вода поступает через трубу небольшого диаметра и попадает внутрь радиатора. Внутренняя поверхность радиатора больше, чем труба, что снижает скорость воды, чтобы дать больше времени для передачи тепла.

Тепло воды передается металлическим стенкам радиатора посредством теплопроводности. С внешней стороны радиатора находится воздух помещения. Когда этот воздух соприкасается с горячей поверхностью радиатора, тепло переходит в воздух, и это заставляет воздух расширяться и подниматься. Затем более холодный воздух поступает, чтобы заменить этот воздух, вызывая непрерывный цикл движущегося воздуха, который нагревает комнату, поэтому этот движущийся воздух является конвекционным теплопереносом. Радиатор обычно имеет несколько ребер, соединенных сзади или между панелями, особенно на новых, они предназначены только для увеличения площади поверхности радиатора, чтобы предоставить больше возможностей для передачи тепла в воздух.Радиаторы названы неправильно, так как они передаются в основном за счет конвекции.

Иногда вы встретите специально разработанные радиаторы, подключенные к паровым системам, но это становится все реже, раньше тоже использовалось масло, но сейчас это довольно редко.

Водяной нагревательный элемент

Водяной нагревательный элемент

Водяной нагревательный элемент обычно используется в водонагревателях и водонагревателях, а также иногда используется в бассейнах открытых градирен для предотвращения замерзания воды зимой.Они используют металлическую катушку вдоль трубки, которая имеет высокое значение сопротивления. Это сопротивление генерирует тепло. Катушка изолирована, чтобы сдерживать ток, но пропускать тепловую энергию. Нагревательный элемент погружен в резервуар с водой, и тепло отводится от элемента в воду. Вода, которая контактирует с нагревательным элементом, поэтому нагревается, и это заставляет ее подниматься в резервуаре, затем течет более холодная вода, чтобы заменить эту нагретую воду, где этот цикл будет продолжаться.

Вращающееся колесо

Вращающееся колесо-теплообменник

Эти типы теплообменников обычно находятся в блоке обработки воздуха между потоками приточного и вытяжного воздуха. Они работают с помощью небольшого электрического двигателя, подключенного к шкивному ремню, чтобы медленно вращать диск теплообменника, который находится непосредственно в воздушном потоке между выпускным и свежим воздухом. Воздух проходит прямо через диск, но при этом контактирует с материалом колеса.Материал диска теплообменника поглощает тепловую энергию от одного потока воздуха и, когда он вращается, входит во второй поток воздуха, где он выделяет эту поглощенную тепловую энергию. Этот тип теплообменника приведет к небольшому смешиванию жидкости между потоком всасываемого и отработанного воздуха из-за небольших зазоров в местах вращения колеса, поэтому его нельзя использовать там, где используются сильные запахи или токсичные пары.

Эти теплообменники можно использовать в зимние месяцы для рекуперации тепла из выхлопного потока здания. Это тепло улавливается тепловым колесом и передается в поток забираемого свежего воздуха, который будет намного холоднее, чем воздух внутри здания.
Эти теплообменники также можно использовать в летние месяцы для рекуперации холодного воздуха из выхлопных газов зданий и охлаждения поступающего свежего воздуха.

Водогрейный котел

Как работает котел

Такие большие котлы можно встретить в основном в средних и крупных коммерческих зданиях с более прохладным климатом. Дома и небольшие здания будут использовать гораздо меньшие версии, обычно настенные. У обоих есть много вариаций, но этот тип очень распространен.

Топливо сгорает в камере сгорания (обычно газ или масло), а горячие выхлопные газы проходят через ряд труб, пока не достигнут дымохода и не выбрасываются в атмосферу.Трубки и камера сгорания окружены водой. Тепло передается к стенкам трубы и затем проходит в воду, которая затем уносится конвекцией. В зависимости от конструкции системы вода выходит в виде нагретой воды или пара. Эта вода нагнетается насосом, скорость насоса, а также количество сжигаемого топлива можно изменять, чтобы изменять температуру и скорость потока.

Тепловая трубка

Тепловая трубка

Вы найдете их в солнечных водонагревателях и некоторых теплообменниках AHU с рекуперацией тепла.Если мы посмотрим на применение солнечного тепла, у нас есть трубка, сделанная из специального стекла, из которого откачивается весь воздух для создания вакуума, а затем герметизируется. Внутренний слой трубки имеет специальное покрытие. Покрытие и вакуум работают вместе, чтобы тепло не могло уйти, когда оно попадает в трубку, а затем помогает переместить его к тепловой трубке в центре.

Тепловая трубка имеет ребра с каждой стороны, соединенные с покрытием трубки для приема тепловой энергии.

Тепловая трубка представляет собой герметичную длинную полую медную трубку, которая проходит по всей длине стеклянной трубки и имеет выступающую втулку наверху.Колба соединяется с коллектором, и холодная вода проходит через коллектор и проходит через головку колбы.

Внутри тепловой трубки находится водная смесь, находящаяся под очень низким давлением. Это низкое давление позволяет воде испаряться в пар с небольшим добавлением тепла. Затем пар поднимается в колбу, где отдает свое тепло воде, протекающей через коллектор. Когда пар отдает свое тепло, он конденсируется и снова падает, чтобы повторить цикл. Трубка поглощает тепловое излучение, которое затем направляется в трубку.Вода внутри конвектирует его до колбы, тепло проходит через стенку трубы и уносится конвекцией в поток воды.

Охлаждающая балка

Теплообменники ОВКВ с охлаждающей балкой

Используются два типа охлаждающих балок: пассивные и активные. Оба используются в основном в коммерческих зданиях.

Активная охлаждающая балка работает за счет пропускания холодной жидкости, обычно воды, через теплообменник с оребрением. Затем воздух направляется в охлаждающую балку и выходит через специально расположенные сопла.Этот воздух движется по ребристой трубе и вдувает холодный воздух в комнату. Поэтому используется принудительная конвекция.

В пассивных охлаждающих балках также будет использоваться теплообменник из оребренных труб, но к ним не будет подключен воздуховод. Вместо этого они создают поток естественной конвекции, охлаждая теплый воздух на уровне потолка. Затем охлажденный воздух опускается и заменяется более теплым воздухом, где цикл повторяется.

Обогреватель печи

Обогреватель печи обычен в домах с системой кондиционирования воздуха.Они очень распространены в Северной Америке. В печных обогревателях используется теплообменник, помещенный непосредственно в проходящий воздух пар. Топливо сгорает, и горячий газ направляется через теплообменник, тепло от него передается в стенки теплообменника, более холодный воздуховод проходит через другую сторону, вызывая разницу температур, поэтому тепло газа проходит через стена и будет унесена конвекцией.

Пластинчатый теплообменник

Существует два основных типа пластинчатых теплообменников: с прокладкой и с паяной пластиной.Оба они очень эффективны при передаче тепловой энергии, а для еще большей эффективности и компактной конструкции вы можете использовать микропластинчатые теплообменники для многих приложений. Ранее мы подробно рассмотрели все эти теплообменники.

Основное, что нужно знать об этих двух типах теплообменников, это то, что тип прокладки может быть демонтирован, его нагревательная или охлаждающая способность может быть увеличена или уменьшена просто путем добавления или удаления пластин теплопередачи. Вы обнаружите, что они используются, в частности, в высотных коммерческих зданиях для косвенного подключения чиллеров, котлов и градирен к контурам отопления и охлаждения, а также для подключения зданий к сетям централизованного энергоснабжения.

Паяный пластинчатый теплообменник

Паяный пластинчатый теплообменник — это герметичные агрегаты, которые нельзя демонтировать, их нагревательная или охлаждающая способность является фиксированной. Они используются в таких приложениях, как тепловые насосы, комбинированные котлы, блоки интерфейса тепла, косвенное подключение калориферов и т. Д.

Оба работают, пропуская жидкости, обычно в противоположных направлениях, в соседние каналы. Жидкости обычно представляют собой воду или хладагент. Тепловая энергия передается на пластину, затем проходит через пластину, а жидкость на другой стороне уносит ее за счет конвекции.

Тепловые насосы

Тепловые насосы используются в основном в домах, но иногда и в коммерческих помещениях. Существует два основных типа тепловых насосов с воздушным источником и с грунтовым источником. Источник воздуха обычно используется для нагрева воздуха в помещении, тогда как наземный источник чаще используется для нагрева воды.

Источник воздуха работает как система переменного тока, но наоборот, вместо того, чтобы отводить тепло из комнаты, он добавляет его. Хладагент проходит от компрессора к внутреннему блоку, который содержит теплообменник из оребренных труб.Хладагент посредством конвекции передает тепло стенкам трубы, а затем отводится на другую сторону. С другой стороны — холодный воздух помещения, который с помощью небольшого вентилятора нагнетается через теплообменник, а затем уносит тепло за счет конвекции. Затем хладагент течет к расширительному клапану, а затем к наружному блоку, который также является теплообменником из оребренных труб или микроканальным теплообменником.

Когда воздух проходит через этот теплообменник, окружающий воздух вызывает кипение хладагента и забирает тепло.Затем это тепло проходит через компрессор во внутренний блок, чтобы повторить цикл.

Земляной источник работает немного иначе. Смесь воды и незамерзающей жидкости прокачивается по трубам в земле для сбора тепла. Затем он передается в небольшой цикл охлаждения через паяный пластинчатый теплообменник. Хладагент переносит его во второй паяный пластинчатый теплообменник, который подключен к другому водяному контуру, на этот раз передавая тепло в резервуар с горячей водой, обычно через спиральную трубу без ребер.

Кожухотрубный

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник обычно используется в чиллерах на испарителе и / или конденсаторе, иногда также в качестве охладителя смазочного масла.
Возможно, это упрощенная конструкция теплообменника. У них есть внешний контейнер, известный как оболочка. Внутри оболочки находится ряд труб, известных как трубки. Трубки содержат одну жидкость, а оболочка — другую жидкость. Две жидкости всегда разделены стенками трубки, они никогда не встречаются и не смешиваются.Жидкости будут иметь разные температуры, что приведет к передаче тепловой энергии между жидкостями, и эта тепловая энергия будет проходить через стенки трубы. При использовании в испарителе или конденсаторе двумя жидкостями будут вода и хладагент. В зависимости от конструкции вода может находиться в кожухе или трубке, а хладагент — в другом.

Чиллер

Теплообменники чиллера

Чиллер будет использовать кожухотрубный теплообменник, пластинчатый теплообменник или теплообменник с ребристыми трубами.Многие чиллеры фактически используют комбинацию всего вышеперечисленного. Например, чиллер с воздушным охлаждением может использовать кожухотрубный теплообменник для испарителя, ребристый или микроканальный теплообменник для конденсатора, паяный пластинчатый теплообменник для охлаждения масляной смазкой компрессора и пластинчатый теплообменник с прокладкой для косвенного соединения. чиллер к центральному контуру охлаждения.

Вот как они работают и что может пойти не так

В самые холодные дни и ночи в году ваш дом полагается на правильно работающую печь, чтобы вашей семье было тепло и комфортно.В свою очередь, ваша печь полагается на исправно работающий теплообменник печи. Это, пожалуй, самая важная часть вашей системы отопления, и любые проблемы с ней могут не только привести к поломке, но и создать угрозу безопасности для всей вашей семьи.

В этой статье мы рассмотрим 5 наиболее заметных признаков того, что что-то не так с вашим теплообменником и вашей печью в целом. Мы также узнаем, как работает теплообменник и что может пойти не так.

Reimer Home Services — надежное имя Buffalo в сфере услуг по ремонту отопления.Если вы подозреваете, что ваш теплообменник поврежден или ваша печь находится на грани поломки, позвоните в нашу команду для круглосуточной службы экстренной помощи здесь, в Западном Нью-Йорке. Наши дружелюбные профессиональные специалисты готовы помочь!


Возникли проблемы с печью?

Если вы замечаете какие-либо из этих признаков неисправности печи — или испытываете проблемы с эффективностью или производительностью — вам необходимо пригласить одного из наших технических специалистов для осмотра вашей газовой печи. Это могло быть на грани поломки.


Что такое теплообменник печи?

Каждая печь содержит теплообменник. Это важная часть процесса нагрева. Чтобы создать тепло, ваша печь сжигает топливо — обычно газ, но существуют и другие разновидности — в герметичной камере. Этот процесс сгорания генерирует тепловую энергию из источника топлива. Это одно из отличий газовых печей от электрических, вырабатывающих тепло через электрические катушки.

Смесь газа и дымовых газов (известная как «дымовые газы») небезопасна для дыхания.Вот где пригодится теплообменник.

По сути, теплообменник представляет собой тонкий металлический экран, стоящий между камерой сгорания и воздуходувкой, который распределяет нагретый воздух из печи через воздуховоды в жилые помещения вашего дома. Когда камера сгорания нагревает теплообменник, воздух проходит через его поверхность с другой стороны, быстро нагревая пригодный для дыхания воздух. Затем этот воздух направляется через воздуховоды вашего дома в жилые помещения вашего дома.

Для правильной работы и предотвращения выхода дымовых газов теплообменник должен быть полностью герметизирован.Часто здесь что-то начинает идти не так.

Что может пойти не так с теплообменником?

Мы склонны считать металл стабильным и неизменным, но на самом деле тепло оказывает большое влияние на металлические предметы. Поскольку теплообменник быстро нагревается, металл расширяется. Когда печь выключается, этот нагретый металл остывает и сжимается, принимая форму, которую он сохранял раньше при комнатной температуре.

Однако по прошествии десяти или более лет металл начинает утомляться.В конце концов, он более склонен к хрупкости, что приводит к растрескиванию, трещинам и другим сбоям. Это может привести к появлению странных звуков, исходящих из печи.

Когда это происходит, теплообменник больше не создает эффективного уплотнения между пригодным для дыхания воздухом в вашем помещении и дымовым воздухом. Это большая проблема: дымовой воздух небезопасен для человека или домашних животных. Он может даже содержать окись углерода — бесцветный газ без запаха, имеющий заслуженную репутацию бесшумного убийцы.

Как потрескавшийся теплообменник выделяет окись углерода?

В большинстве случаев дымовые газы в вашей печи не содержат окиси углерода — это не типичный побочный продукт сгорания газа в печи.Для утечки окиси углерода из теплообменника с трещиной должны произойти две вещи:

  • Теплообменник треснул или имеет другую утечку воздуха.
  • Что-то не так с тем, как система сжигает газ.

Однако, учитывая высокую опасность, связанную с вдыханием окиси углерода, общая рекомендация CDC — как можно скорее разобраться с потенциальными источниками этого газа .

Как домовладельцы могут предотвратить проблемы с теплообменником?

Вот несколько способов, которыми дома с газовыми печами могут помочь гарантировать, что их теплообменник продолжает работать безопасно и эффективно:

Запланируйте профессиональную настройку системы отопления

Попросите опытного специалиста по HVAC проверять вашу печь каждую осень, чтобы убедиться, что теплообменник все еще в хорошем состоянии.Ваш технический специалист, скорее всего, проведет тест с использованием специального оборудования, чтобы проверить, нет ли утечек в теплообменнике. Они также проведут визуальный осмотр устройства, чтобы убедиться в отсутствии явных признаков повреждений или усталости металла.

Знайте, когда вам нужно заменить

Подавляющее большинство теплообменников служат около 10-20 лет. В течение 15-20 лет домовладельцы должны подумать, нужно ли им заменять деталь, и, вероятно, обсудить со своим специалистом по HVAC во время ежегодной настройки, где обстоят дела.

Выбирайте профессиональную установку

Теплообменник может быть поврежден во время установки, если печь установлена ​​неправильно или осторожно. Это лишь одна из причин, по которой мы всегда рекомендуем доверить установку печи профессионалам.

Какие признаки неисправности теплообменника печи?

Вот пять признаков того, что вам нужно позвонить Реймеру для ремонта печи здесь, в Буффало:

# 1. Ваш технический специалист HVAC сообщает, что есть трещины или повреждения.

Как упоминалось ранее, усталость металла может привести к трещинам в теплообменнике, что, в свою очередь, может вызвать целый ряд проблем.Эти трещины не всегда имеют размер трещины в Колоколе Свободы. Это могут быть микротрещины, которые невероятно трудно увидеть, но которые все же позволяют молекулам дымового газа проходить через теплообменник.

Если ваш техник сообщает, что ваш теплообменник треснул, пришло время его заменить.

№2. Цвет пламени изменился.

Полнофункциональная газовая печь должна генерировать устойчивое голубое пламя. Это потому, что его сжигают в закрытом помещении.Специалисты обратят внимание на неустойчивое горение печи, поскольку это может быть признаком того, что внешний кислород попадает в систему через потрескавшийся теплообменник.

№ 3. Накопление сажи внутри теплообменника.

Если в печи есть скопление сажи, то есть вероятность, что теплообменник поврежден. Это признак того, что горелка не горит должным образом и ее необходимо отремонтировать. Причина может быть в чем угодно, от наклона горелок до трещин в самом теплообменнике.

№4. Обесцвечивание и наросты

Если в теплообменнике появятся трещины, металл изменит цвет из-за скопившейся на нем сажи. Трещины позволят этому отложению проникнуть внутрь, в результате чего теплообменник будет казаться «закопченным», как обсуждалось в разделе выше. На месте трещины тоже должен быть нарост, или могут быть пятна темнее, чем остальной металл.

№ 5. Вы обнаруживаете окись углерода

Как обсуждалось ранее, окись углерода может быть побочным продуктом процесса горения в вашей печи.Это бесцветный газ без запаха, который может быть смертельным. Вот почему важно решать проблемы с теплообменником печи, прежде чем они превратятся в серьезную опасность для вашей семьи и дома.

В каждом доме должен быть исправный детектор угарного газа. Если вы подозреваете, что произошла утечка, эвакуируйтесь, а затем позвоните в пожарную службу.

Чтобы увидеть еще больше потенциальных признаков того, что вам может потребоваться ремонт печи, продолжайте читать и просмотрите эту статью.

Запланируйте осмотр печи с помощью Reimer.

Вот связь между первыми четырьмя пунктами в списке выше: это не то, что вы, как домовладелец, можете заметить, просто взглянув на внешний вид своей печи.Вам необходимо, чтобы технический специалист ежегодно осматривал вашу систему. Или, если у вас уже сработала сигнализация по угарному газу, вам нужно пригласить техника для проверки вашей системы и решения проблемы.

Вот Reimer, мы предлагаем круглосуточный аварийный ремонт печей в Буффало и Западном Нью-Йорке. Наши специалисты также выполняют услуги по обеспечению безопасности при падении и настройке. Свяжитесь с нами для обслуживания по телефону (716) 694-8524 или свяжитесь с нами через Интернет.

Помните: работа с теплообменником печи раньше, чем позже, может предотвратить поломку печи и обезопасить вашу семью.

Теплообменники — типы, конструкции, применение и руководство по выбору

Крупным планом часть теплообменника вода-воздух.

Изображение предоставлено: Alaettin YILDIRIM / Shutterstock.com

Теплообменники — это устройства, предназначенные для передачи тепла между двумя или более жидкостями, то есть жидкостями, парами или газами, с разными температурами. В зависимости от типа используемого теплообменника процесс теплопередачи может быть газ-газ, жидкость-газ или жидкость-жидкость и происходить через твердый сепаратор, который предотвращает смешивание текучих сред, или прямой поток жидкости. контакт.Другие характеристики конструкции, включая конструкционные материалы и компоненты, механизмы теплопередачи и конфигурации потока, также помогают классифицировать и классифицировать типы доступных теплообменников. Эти теплообменные устройства находят применение в самых разных отраслях промышленности, они спроектированы и изготовлены для использования как в процессах нагрева, так и в процессах охлаждения.

В этой статье рассматриваются теплообменники, исследуются различные конструкции и типы, а также объясняются их соответствующие функции и механизмы.Кроме того, в этой статье приводятся рекомендации по выбору и общие области применения для каждого типа теплообменного устройства.

Термодинамика теплообменника

Конструкция теплообменника — это упражнение в термодинамике, науке, изучающей поток тепловой энергии, температуру и взаимосвязь с другими формами энергии. Чтобы понять термодинамику теплообменника, хорошей отправной точкой является изучение трех способов передачи тепла — теплопроводности, конвекции и излучения.В следующих разделах представлен обзор каждого из этих режимов теплопередачи.

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии между материалами, находящимися в контакте друг с другом. Температура — это мера средней кинетической энергии молекул в материале — более теплые объекты (которые имеют более высокую температуру) демонстрируют большее молекулярное движение. Когда более теплый объект соприкасается с более холодным объектом (тем, который имеет более низкую температуру), происходит передача тепловой энергии между двумя материалами, при этом более холодный объект получает больше энергии, а более теплый объект становится менее энергичным.Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Скорость, с которой тепловая энергия передается в материале за счет теплопроводности, определяется следующим выражением:

В этом выражении Q представляет количество тепла, передаваемого через материал во времени t , ΔT — это разница температур между одной стороной материала и другой (температурный градиент), A — это площадь поперечного сечения материала, а d — толщина материала.Константа k известна как теплопроводность материала и является функцией внутренних свойств материала и его структуры. Воздух и другие газы обычно имеют низкую теплопроводность, в то время как неметаллические твердые вещества показывают более высокие значения, а металлические твердые тела обычно показывают самые высокие значения.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии от поверхности за счет движения нагретой жидкости, такой как воздух или вода.Большинство жидкостей расширяются при нагревании и, следовательно, становятся менее плотными и поднимаются по сравнению с другими более холодными частями жидкости. Итак, когда воздух в комнате нагревается, он поднимается к потолку, потому что он теплее и менее плотный, и передает тепловую энергию, когда сталкивается с более холодным воздухом в комнате, затем становится более плотным и снова падает на пол. Этот процесс создает поток естественной или свободной конвекции. Конвекция также может происходить за счет так называемой принудительной или вспомогательной конвекции, например, когда нагретая вода перекачивается по трубе, например, в системе водяного отопления.

Для свободной конвекции скорость передачи тепла выражается законом охлаждения Ньютона:

Где Q-точка — скорость передачи тепла, ч c — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь поверхности, на которой происходит процесс конвекции, а ΔT — разница температур между поверхность и жидкость. Коэффициент конвективной теплопередачи h c является функцией свойств жидкости, подобно теплопроводности материала, упомянутого ранее в отношении проводимости.

Радиация

Тепловое излучение — это механизм передачи тепловой энергии, который включает в себя излучение электромагнитных волн от нагретой поверхности или объекта. В отличие от теплопроводности и конвекции, тепловое излучение не требует промежуточной среды для переноса энергии волны. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (-273,15 o C), излучают тепловое излучение в обычно широком спектральном диапазоне.

Чистая скорость радиационных потерь тепла может быть выражена с помощью закона Стефана-Больцмана следующим образом:

, где Q — теплопередача в единицу времени, T h — температура горячего объекта (в абсолютных единицах, o K), T c — температура более холодных окружающих сред (также в абсолютных единицах, o K), σ — постоянная Стефана-Больцмана (значение которой равно 5.6703 x 10 -8 Вт / м 2 K 4 ). Термин, представленный как ε , представляет собой коэффициент излучения материала и может иметь значение от 0 до 1, в зависимости от характеристик материала и его способности отражать, поглощать или передавать излучение. Это также функция температуры материала.

Основные принципы теплообменников

Независимо от типа и конструкции, все теплообменники работают в соответствии с одними и теми же фундаментальными принципами, а именно нулевым, первым и вторым законами термодинамики, которые описывают и диктуют перенос или «обмен» тепла от одной жидкости к другой.

  • Нулевой закон термодинамики утверждает, что термодинамические системы, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковую температуру. Более того, если каждая из двух систем находится в тепловом равновесии с третьей системой, то две первые системы должны быть в равновесии друг с другом; таким образом, все три системы имеют одинаковую температуру. Этот закон, предшествующий трем другим законам термодинамики по порядку, но не в развитии, не только выражает тепловое равновесие как переходное свойство, но также определяет понятие температуры и устанавливает ее как измеримое свойство термодинамических систем.
  • Первый закон термодинамики основан на нулевом законе, устанавливая внутреннюю энергию ( U ) как еще одно свойство термодинамических систем и указывая влияние тепла и работы на внутреннюю энергию системы и энергию окружающей среды. Кроме того, первый закон — также называемый законом обмена энергией — по существу гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только передана другой термодинамической системе или преобразована в другую форму (например,г., обогревать или работать).

    Например, если тепло поступает в систему из окружающей среды, происходит соответствующее увеличение внутренней энергии системы и уменьшение энергии окружающей среды. Этот принцип можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔU система представляет внутреннюю энергию системы, а ΔU окружающей среды представляет внутреннюю энергию окружающей среды:

  • Второй закон термодинамики устанавливает энтропию ( S ) как дополнительное свойство термодинамических систем и описывает естественную и неизменную тенденцию Вселенной и любой другой замкнутой термодинамической системы к увеличению энтропии с течением времени.Этот принцип можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔS представляет собой изменение энтропии, ΔQ представляет собой изменение тепла, добавляемого к системе, а T представляет собой абсолютную температуру:

    Он также используется для объяснения тенденции двух изолированных систем — когда они могут взаимодействовать и свободны от всех других влияний — двигаться к термодинамическому равновесию. Как установлено вторым законом, энтропия может только увеличиваться, но не уменьшаться; следовательно, каждая система по мере увеличения энтропии неизменно движется к наивысшему значению, достижимому для указанной системы.При этом значении система достигает состояния равновесия, при котором энтропия больше не может увеличиваться (поскольку она максимальна) или уменьшаться, поскольку это действие нарушит Второй закон. Следовательно, единственные возможные изменения системы — это те, в которых энтропия не претерпевает изменений (то есть отношение тепла, добавленного или отведенного к системе, к абсолютной температуре остается постоянным).

В совокупности эти принципы определяют основные механизмы и операции теплообменников; Нулевой закон устанавливает температуру как измеримое свойство термодинамических систем, Первый закон описывает обратную зависимость между внутренней энергией системы (и ее преобразованными формами) и энергией окружающей среды, а Второй закон выражает тенденцию двух взаимодействующих систем к двигаться к тепловому равновесию.Таким образом, теплообменники функционируют, позволяя жидкости с более высокой температурой ( F 1 ) взаимодействовать — прямо или косвенно — с жидкостью более низкой температуры ( F 2 ), что позволяет тепло для передачи от F 1 к F 2 для движения к равновесию. Эта передача тепла приводит к снижению температуры для F 1 и увеличению температуры для F 2 .В зависимости от того, нацелено ли приложение на нагрев или охлаждение жидкости, этот процесс (и устройства, которые его используют) можно использовать для направления тепла к системе или от нее, соответственно.

Расчетные характеристики теплообменника

Как указано выше, все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать по-разному в зависимости от их конструктивных характеристик. К основным характеристикам, по которым можно отнести теплообменники, относятся:

  • Конфигурация потока
  • Способ строительства
  • Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая устройством потока, теплообменника относится к направлению движения текучих сред внутри теплообменника относительно друг друга.В теплообменниках используются четыре основные конфигурации потока:

  • Попутный поток
  • Противоток
  • Поперечный поток
  • Гибридный поток
Попутный поток

Теплообменники с прямоточным потоком , также называемые теплообменниками с параллельным потоком, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя такая конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем устройство противотока, она также обеспечивает максимальную тепловую однородность по стенкам теплообменника.

Противоток

Противоточные теплообменники , также известные как противоточные теплообменники, спроектированы таким образом, что жидкости движутся антипараллельно (т. Е. Параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Наиболее часто используемая из конфигураций потока, устройство противотока обычно демонстрирует наивысшую эффективность, поскольку оно обеспечивает наибольшую теплопередачу между жидкостями и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Поперечный поток

В теплообменниках с перекрестным потоком жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется такая конфигурация потока, находится между противоточными и прямоточными теплообменниками.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, конструкции теплообменников могут использовать несколько каналов и устройств (например.g., устройства как противотока, так и с поперечным потоком) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются с учетом ограничений приложения, таких как пространство, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рисунке 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным / противотоком, которая является примером конфигурации гибридного потока.

Рисунок 1 — Конфигурации потока теплообменника

Метод строительства

В то время как в предыдущем разделе теплообменники были классифицированы на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции.Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

  • Рекуперативное против регенеративного
  • Прямое и косвенное
  • Статическая и динамическая
  • Типы используемых компонентов и материалов
Рекуперативная и регенеративная

Теплообменники можно разделить на рекуперативные теплообменники и рекуперативные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными системами теплообменников заключается в том, что в рекуперативных теплообменниках (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает через свой собственный канал внутри теплообменника.С другой стороны, регенеративные теплообменники , также называемые емкостными теплообменниками или регенераторами, поочередно позволяют более теплым и более холодным жидкостям проходить через один и тот же канал. И рекуператоры, и регенераторы могут быть далее разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или косвенные, статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще используются в промышленности.

Прямая и косвенная

Рекуперативные теплообменники используют процессы прямой или косвенной контактной передачи для обмена теплом между жидкостями.

В теплообменниках прямого контакта жидкости не разделяются внутри устройства, а тепло передается от одной жидкости к другой посредством прямого контакта. С другой стороны, в непрямых теплообменниках жидкости остаются отделенными друг от друга теплопроводными компонентами, такими как трубы или пластины, на протяжении всего процесса теплопередачи. Компоненты сначала получают тепло от более теплой жидкости, когда она течет через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости, когда она течет через теплообменник.Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включают градирни и паровые инжекторы, в то время как устройства, в которых используются процессы косвенного контактного переноса, включают трубчатые или пластинчатые теплообменники.

Статическая и динамическая

Существует два основных типа регенеративных теплообменников — статические теплообменники и динамические теплообменники. В статических регенераторах (также известных как регенераторы с неподвижным слоем) материал и компоненты теплообменника остаются неподвижными при прохождении жидкости через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются на протяжении всего процесса теплопередачи.Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками текучей среды, что требует тщательного проектирования во время производства.

В одном из примеров статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, в то время как более холодная жидкость проходит через другой в течение фиксированного периода времени, в конце которого с помощью быстродействующих клапанов происходит реверсирование потока, так что два жидкости переключают каналы. В примере динамического типа обычно используется вращающийся теплопроводный компонент (например,g., барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и отдельными, изолированными секциями. По мере вращения компонента любая заданная секция поочередно проходит через потоки более теплого пара и более холодного пара, позволяя компоненту поглощать тепло от более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости при прохождении через нее. На рисунке 2 ниже показан процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с противоточной конфигурацией.

Рисунок 2 — Теплообмен в регенераторе роторного типа

Компоненты и материалы теплообменника

Есть несколько типов компонентов, которые могут использоваться в теплообменниках, а также широкий спектр материалов, используемых для их изготовления.Используемые компоненты и материалы зависят от типа теплообменника и его предполагаемого применения.

Некоторые из наиболее распространенных компонентов, используемых для создания теплообменников, включают кожухи, трубки, спиральные трубки (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты работают в теплообменнике, будет предоставлена ​​в следующем разделе (см. Типы теплообменников).

В то время как металлы очень подходят — и широко используются — для изготовления теплообменников из-за их высокой теплопроводности, как в случае теплообменников из меди, титана и нержавеющей стали, другие материалы, такие как графит, керамика, композиты или пластмассы , может дать большие преимущества в зависимости от требований приложения теплопередачи.

Рисунок 3 — Классификация теплообменников по конструкции

Примечания: * Теплообменные устройства, перечисленные под строительной классификацией, являются лишь небольшой частью из имеющихся.
** Представленная классификация приведена на сайте Thermopedia.com.

Механизм теплопередачи

В теплообменниках используются два типа механизмов теплопередачи — однофазный или двухфазный.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых превращений в процессе теплопередачи, что означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они попали в теплообменник.Например, в приложениях теплопередачи вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не превращается в газ или твердое вещество.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости действительно испытывают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовое изменение может происходить в одной или обеих участвующих текучих средах, приводя к переходу из жидкости в газ или из газа в жидкость. Обычно устройства, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, в которых используется однофазный механизм теплопередачи.Некоторые из доступных типов двухфазных теплообменников включают бойлеры, конденсаторы и испарители.

Типы теплообменников

Исходя из указанных выше конструктивных характеристик, доступно несколько различных вариантов теплообменников. Некоторые из наиболее распространенных вариантов, используемых в промышленности, включают:

  • Кожухотрубные теплообменники
  • Двухтрубный теплообменник
  • Пластинчатые теплообменники
  • Конденсаторы, испарители и котлы

Кожухотрубные теплообменники

Наиболее распространенный тип теплообменников, кожухотрубных теплообменников состоит из одной трубы или ряда параллельных трубок (т.е. пучок труб), заключенный в герметичный цилиндрический сосуд высокого давления (т.е. оболочку). Конструкция этих устройств такова, что одна жидкость протекает через меньшую трубку (и), а другая жидкость течет вокруг ее / их внешней (их) стороны и между ними / внутри герметичной оболочки. Другие конструктивные характеристики, доступные для этого типа теплообменника, включают ребристые трубы, одно- или двухфазную теплопередачу, противоточный, прямоточный или перекрестный поток, а также одно-, двух- или многопроходные конфигурации.

Некоторые из типов кожухотрубных теплообменников включают спиральные змеевики и двухтрубные теплообменники, а некоторые из применений включают предварительный нагрев, охлаждение масла и производство пара.

Пучок труб теплообменника крупным планом.

Изображение предоставлено: Антон Москвитин / Shutterstock.com

Двухтрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник, двухтрубные теплообменники используют простейшую конструкцию и конфигурацию теплообменника, состоящую из двух или более концентрических цилиндрических труб или трубок (одна большая труба и одна или несколько меньших труб).В соответствии с конструкцией всех кожухотрубных теплообменников одна жидкость протекает через меньшую трубу (и), а другая жидкость течет вокруг меньшей трубы (ов) внутри большей трубы.

Требования к конструкции двухтрубных теплообменников включают характеристики рекуперативного и косвенного типов, упомянутых ранее, поскольку жидкости остаются разделенными и текут по своим собственным каналам на протяжении всего процесса теплопередачи. Тем не менее, существует некоторая гибкость в конструкции двухтрубных теплообменников, поскольку они могут быть спроектированы с прямоточными или противоточными устройствами и могут использоваться модульно в последовательной, параллельной или последовательно-параллельной конфигурации внутри системы.Например, на рисунке 4 ниже показан перенос тепла в изолированном двухтрубном теплообменнике с прямоточной конфигурацией.

Рисунок 4 — Теплообмен в двухтрубном теплообменнике

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники, также называемые пластинчатыми теплообменниками, состоят из нескольких тонких гофрированных пластин, связанных вместе. Каждая пара пластин создает канал, по которому может течь одна жидкость, и пары уложены друг на друга и прикреплены — с помощью болтов, пайки или сварки — так, что между парами создается второй канал, через который может течь другая жидкость.

Также доступна стандартная пластинчатая конструкция с некоторыми вариациями, например, пластинчато-ребристые или пластинчатые теплообменники. Пластинчато-ребристые теплообменники используют ребра или распорки между пластинами и позволяют использовать несколько конфигураций потока и более двух потоков жидкости, проходящих через устройство. Пластинчатые теплообменники с подушками оказывают давление на пластины, чтобы повысить эффективность теплопередачи по поверхности пластины. Некоторые из других доступных типов включают пластинчатые и рамные, пластинчатые и кожуховые и спирально-пластинчатые теплообменники.

Пластинчатый теплообменник крупным планом.

Кредит изображения: withGod / Shutterstock.com

Конденсаторы, испарители и котлы

Котлы, конденсаторы и испарители — это теплообменники, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи. Как упоминалось ранее, в двухфазных теплообменниках одна или несколько текучих сред претерпевают фазовое изменение во время процесса теплопередачи, переходя либо из жидкости в газ, либо из газа в жидкость.

Конденсаторы — это теплообменные устройства, которые забирают нагретый газ или пар и охлаждают их до точки конденсации, превращая газ или пар в жидкость.С другой стороны, в испарителях и котлах процесс теплопередачи переводит жидкости из жидкой формы в газообразную или парообразную.

Другие варианты теплообменников

Теплообменники используются во множестве областей применения в самых разных отраслях промышленности. Следовательно, существует несколько вариантов теплообменников, каждый из которых соответствует требованиям и спецификациям конкретного применения. Помимо упомянутых выше вариантов, доступны другие типы, включая теплообменники с воздушным охлаждением, теплообменники с вентиляторным охлаждением и теплообменники с адиабатическим колесом.

Рекомендации по выбору теплообменника

Несмотря на то, что существует широкий спектр теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от технических характеристик и требований области применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты номинальных характеристик и размеров.

Некоторые из факторов, которые профессионалы отрасли должны учитывать при проектировании и выборе теплообменника, включают:

  • Тип жидкостей, поток жидкости и их свойства
  • Требуемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Стоимость

Тип жидкости, поток и свойства

Конкретный тип жидкостей — e.г., воздух, вода, масло и т. д. — задействованные, а также их физические, химические и термические свойства — например, фаза, температура, кислотность или щелочность, давление и скорость потока и т. д. — помогают определить конфигурацию потока и наиболее подходящую конструкцию для этого конкретного приложения теплопередачи.

Например, если речь идет о коррозионных жидкостях, жидкостях с высокой температурой или под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать высокие нагрузки в процессе нагрева или охлаждения. Одним из методов выполнения этих требований является выбор конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники демонстрируют высокую теплопроводность и коррозионную стойкость, керамические теплообменники могут выдерживать температуры, превышающие точки плавления многих обычно используемых металлов, а пластиковые теплообменники обеспечивают высокую теплопроводность и устойчивость к коррозии. недорогая альтернатива, которая сохраняет умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

Керамический теплообменник

Изображение предоставлено: CG Thermal

Другой метод заключается в выборе конструкции, подходящей для свойств жидкости: пластинчатые теплообменники могут работать с жидкостями от низкого до среднего давления, но с более высокими расходами, чем другие типы теплообменников, а двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют фазового перехода в процессе теплопередачи. Другие свойства текучей среды и потока текучей среды, о которых специалисты отрасли могут иметь в виду при выборе теплообменника, включают вязкость текучей среды, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и присутствие водорастворимых соединений.

Тепловые выходы

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемому между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Передача тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры в обеих жидкостях, понижая температуру одной жидкости при отводе тепла и повышая температуру другой жидкости при добавлении тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников предлагают более высокие скорости теплопередачи и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и с более высокой стоимостью.

Ограничения размера

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка слишком большого для данного физического пространства. Часто более разумно приобрести теплообменное устройство такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, чем выбирать тот, который полностью охватывает пространство. Для применений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в меньших и более легких решениях.Эти теплообменные устройства характеризуются высоким отношением площади поверхности теплообмена к объему, поэтому доступны несколько вариантов этих теплообменников, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют соотношение ≥700 м 2 / м 3 для газ-газовых приложений и ≥400 м 2 / м 3 для жидкости-к- газовые приложения.

Стоимость

Стоимость теплообменника включает не только начальную цену оборудования, но также затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства.Несмотря на то, что необходимо выбрать теплообменник, который эффективно удовлетворяет требованиям приложений, также важно учитывать общие затраты на выбранный теплообменник, чтобы лучше определить, стоит ли это устройство вложенных средств. Например, изначально дорогой, но более прочный теплообменник может привести к снижению затрат на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим расходам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально дешевле, но потребует нескольких ремонтов и замен. в те же сроки.

Оптимизация конструкции

Проектирование оптимального теплообменника для конкретного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, указанными выше) включает определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и их соотнесение со скоростью теплопередачи. . Две основные проблемы, которые возникают при достижении этой цели, — это расчет номинальных характеристик и размеров устройства.

Рейтинг относится к расчету тепловой эффективности (т.е. эффективность) теплообменника заданной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями и соответствующее изменение температуры, а также общий перепад давления на устройстве. Определение размеров относится к расчету требуемых общих размеров теплообменника (т. Е. Площади поверхности, доступной для использования в процессе теплопередачи), включая длину, ширину, высоту, толщину, количество компонентов, геометрию и расположение компонентов, и Т. Д.для приложения с заданными техническими характеристиками и требованиями. Конструктивные характеристики теплообменника — например, конфигурация потока, материал, компоненты конструкции, геометрия и т. Д. — влияют как на номинальные характеристики, так и на расчет размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для конкретного применения находит баланс (с факторами, оптимизированными в соответствии с указаниями разработчика) между номинальной мощностью и размером, который удовлетворяет технологическим спецификациям и требованиям при минимально необходимых затратах.

Применение теплообменников

Теплообменники — это устройства, используемые в промышленности как для нагрева, так и для охлаждения.Доступны несколько вариантов теплообменников, которые находят применение в самых разных отраслях промышленности, в том числе:

В таблице 1 ниже указаны некоторые из общих отраслей промышленности и применения ранее упомянутых типов теплообменников.

Таблица 1 — Отрасли и области применения теплообменников по типам

Тип теплообменника

Общие отрасли промышленности и приложения

Кожух и трубка

  • Нефтепереработка
  • Предварительный нагрев
  • Масляное охлаждение
  • Производство пара
  • Утилизация тепла продувкой котла
  • Системы улавливания паров
  • Системы промышленной окраски

Двойная труба

  • Промышленные процессы охлаждения
  • Требования к малой площади теплообмена

Пластина

  • Криогенный
  • Пищевая промышленность
  • Химическая обработка
  • Печи
  • Замкнутый контур водяного охлаждения открытого контура

Конденсаторы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Электростанции
  • Холодильное оборудование
  • HVAC
  • Химическая обработка

Испарители / Котлы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Паровозы
  • Холодильное оборудование
  • HVAC

с воздушным охлаждением / вентиляторным охлаждением

  • Ограниченный доступ к охлаждающей воде
  • Химические и нефтеперерабатывающие заводы
  • Двигатели
  • Электростанции

Адиабатическое колесо

  • Химическая и нефтехимическая переработка
  • Нефтеперерабатывающие заводы
  • Пищевая промышленность и пастеризация
  • Производство электроэнергии
  • Криогеника
  • HVAC
  • Аэрокосмическая промышленность

Компактный

  • Ограниченные требования к пространству (e.г., самолеты и автомобили)
  • Масляное охлаждение
  • Автомобильная промышленность
  • Криогеника
  • Охлаждение электроники

Сводка

Это руководство дает общее представление о теплообменниках, доступных конструкциях и типах, их применениях и особенностях использования. Дополнительная информация о покупке теплообменников доступна в Руководстве по покупке теплообменников Thomas.

Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим руководствам и официальным документам Thomas или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Источники
  1. https://www.engr.mun.ca/~yuri/Courses/MechanicalSystems/HeatExchangers.pdf
  2. http://sky.kiau.ac.ir
  3. http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node131.html
  4. http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node30.html
  5. https://www.thomasnet.com/knowledge/white-paper/speciality-heat-exchangers-101
  6. https://www.livescience.com/50833-zeroth-law-thermodynamics.html
  7. https: // курсы.lumenlearning.com/introchem/chapter/the-three-laws-of-thermodynamics/
  8. https://chem.libretexts.org
  9. http://physicalworld.org
  10. https://link.springer.com
  11. https://thefreeanswer.com/question/regenerative-heat-exchanger-static-type-regenerative-heat-exchanger-differ-dynamic-type/
  12. http://hedhme.com
  13. https://www.kau.edu.sa/Files/0052880/Subjects/GuideLinesAndPracticeForThermalDesignOfHeatExchangersN2.pdf
  14. https: // www.scribd.com/doc/132

    /Boilers-Evaporators-Condensers-Kakac

Прочие изделия из теплообменников

Больше от технологического оборудования

Что такое печной теплообменник? Как это работает и общие проблемы.

23 мая Что такое печной теплообменник? Как работает печной теплообменник, общие проблемы, затраты и многое другое

Отправлено в 08:13
в отоплении
Том Демерс



(Последнее обновление: 28 сентября 2018 г.)

Определение печного теплообменника

Теплообменник печи — это часть вашей печи, которая отвечает за разделение вашего воздуха для дыхания и процесса горения.Это абсолютно необходимо для предотвращения отравления угарным газом. Теплообменник печи начинается от узла горелки печи и идет к месту, где выходное отверстие дымохода соединяется с печью. Этот проход в сочетании с металлической камерой позволяет безопасно распределять нагретый воздух по всему дому. Обычно домовладельцы находят теплообменники в печах, холодильниках, транспортных средствах и даже в некоторых бассейнах.

Как работает печной теплообменник

Теплообменник печи работает, буквально обменивая (или передавая) тепло, создаваемое в камере сгорания, на внешнюю часть агрегата, где оно затем проходит через воздуховоды по всему дому.Это делается в три основных этапа. Например, посмотрите на газовую систему HVAC с принудительной подачей воздуха. Это самый популярный тип систем, используемых сегодня в домах.

  1. Сначала печь запросит тепло, и начнется процесс горения. Горячие газы сгорания попадают в камеру теплообменника, где нагревают металлические стенки.
  2. Воздуховоды рециркуляции затем втягивают холодный воздух из дома, чтобы обдувать теплообменник снаружи. Воздух нагревается, когда он проходит вдоль нагретых стен теплообменника, а затем снова направляется через воздуховоды в различные комнаты вашего дома.Благодаря этому процессу горючие газы и воздух для дыхания отделены друг от друга.
  3. Газы, образующиеся в процессе сгорания, затем выдуваются из теплообменника через вентиляционное отверстие за пределами дома. Несколько иначе работают конденсационные печи с высоким КПД. В этих печах газы проходят через второй теплообменник, который отбирает дополнительное тепло для использования в домашних условиях.

Преимущества печного теплообменника

Основным преимуществом правильно функционирующего теплообменника печи является то, что он помогает защитить жителей дома от побочных продуктов сгорания.Если опасные дымовые газы смешаются с воздухом для дыхания в доме, это может привести к потенциально смертельной катастрофе. Вот почему так важно (а иногда и по закону) установить детектор угарного газа в любом доме с устройством для сжигания топлива. По этой причине также важно поддерживать теплообменник вашей печи.

Проблемы с теплообменниками

Общая проблема печных теплообменников заключается в том, что они выходят из строя в какой-то момент (это называется «усталостью металла»).Это происходит в результате того, что металлические стенки постоянно нагреваются (расширяются) и охлаждаются (сжимаются). Это тот же эффект, что и при сгибании скрепки вперед и назад — в конечном итоге металл сломается. Домовладельцы должны быть готовы заменить теплообменник своей печи в какой-то момент в течение срока службы печи.

Срок службы большинства печных теплообменников составляет от 10 до 20 лет, но существует ряд факторов, которые могут повлиять на износ. Такие вещи, как проектирование, установка и обслуживание, могут ускорить выход теплообменника из строя.Например, обратите внимание на:

  • Плохой дизайн и установка.
  • Неудовлетворительная конструкция оборудования производителем.
  • Неправильное обслуживание.

Квалифицированный специалист по HVAC должен осмотреть теплообменник вашей печи на предмет трещин или отверстий с помощью инфракрасной системы видеонаблюдения в рамках вашего ежегодного технического обслуживания HVAC. Если у вас неисправен теплообменник, вам нужно будет либо заменить его, либо всю печь.

Стоимость печного теплообменника

Для замены теплообменника печи требуется квалифицированный специалист по HVAC.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *