Виды теплообменников и их отличия
29/03/2016Рубрика: Прежде чем говорить о видах теплообменников, давайте разберемся, что же это за устройства и где они используется? Любой теплообменник предназначен для передачи тепла от нагретой среды к холодной (или наоборот). То есть, он позволяет быстро нагреть или охладить жидкость или газ до нужной температуры. Но, несмотря на общее предназначение, теплообменники отличаются по множеству параметров. Даже внешне эти приборы часто совсем не похожи друг на друга. Выбор подходящего устройства зависит от того, где оно будет использоваться.Где используются теплообменники?
Область применения теплообменников достаточно широка. Приведем самые распространенные примеры:- В системах отопления, водоснабжения и проточной и приточной вентиляции зданий.
- В химической и нефтеперерабатывающей промышленности для охлаждения и нагрева нефтяных продуктов.
- В пищевой промышленности для охлаждения и пастеризации различных жидкостей: молока, пива, соков и т.д.
- На морских судах для опреснения соленой воды;
- Для охлаждения масел и охлаждающих жидкостей в различных технологических процессах.
Какими бывают теплообменники?
По способу передачи тепла все приборы можно поделить на два вида:- Поверхностные — здесь нагреваемая среда отделена от теплоносителя. Теплообмен происходит через тонкие стенки, и среды не смешиваются.
- Смесительные — в этих теплообменниках среды смешиваются и контактируют друг с другом напрямую.
Основные виды теплообменников
Существует множество различных видов и конструкций теплообменников. Среди них много сложных узконаправленных устройств. Мы не будем на них останавливаться и расскажем вам о самых распространенных видах и их особенностях:- Пластинчатые — состоят из множества ребристых пластин. Отличаются высоким КПД и компактными размерами. Такие теплообменники могут быть разборными, паяными, сварными или полусварными. В разборных моделях можно изменять количество пластин по своему усмотрению.
- Кожухотрубные — самые простые теплообменники. Они представляют собой множество мелких труб, собранных в пучок при помощи пайки и заключенных в кожух. Используются в холодильниках, испарителях, нагревателях, конденсаторах и других приборах. Но они не так эффективны, как пластинчатые или витые модели, и к тому же занимают много места.
- Витые — представляют собой концентрический змеевик. Одна жидкость курсирует по трубкам, другая — в пространстве между ними. Отличаются компактностью и высоким КПД. Используются в различных морозильных установках.
- Спиральные — изготавливаются из двух стальных листов, приваренных к разделителю и свернутых в спираль. Могут использоваться даже с вязкими, агрессивными и неоднородными средами.
Остались вопросы?
Получить консультацию специалиста можно по телефону в вашем городе. Также вы можете отправить свой вопрос на наш электронный ящик [email protected] (отвечаем в течении 30 минут).Поделиться записью со знакомыми:
Пластинчатый теплообменник: принцип работы
Тепло в наши дома поступает из котельной либо от центрального теплопункта, в котором холодная вода нагревается от теплообменника, выполняющего важную роль в системах отопления и горячего водоснабжения. В индивидуальных домах теплообменник пластинчатый и вовсе считается центральным элементом системы, потому как нагревание теплоносителя выполняется именно в нем. Такие приборы могут различаться конструкцией и видом, но принцип действия — во многом общий для всех типов.
Пластинчатые теплообменникиКонструкция пластинчатого теплообменника
Назначение теплообменников всех видов — преобразовывать непрогретую жидкостную среду в нагретую (и наоборот).
Пластинчатые теплообменники обладают разборной конструкцией, состоящей из таких частей:
- недвижимой плиты;
- подвижной плиты;
- комплекта пластин;
- деталей крепежа, объединяющих две плиты в единую раму;
- нижнего и верхнего направляющего элемента круглой формы.
Размеры рам различных моделей могут существенно отличаться. Они зависят от мощности и тепловой отдачи подогревателя — с большим числом пластин увеличивается продуктивность прибора и, соответственно, возрастают его габариты и масса.
Пластины теплообменника
Конструкция пластинчатого теплообменника зависит от модификации устройства и может содержать различное количество пластин с закрепленными на них прокладками, герметизирующими каналы с протекающим по ним теплоносителем. Для достижения требуемой по условию герметичности плотности прилегания пар соседних прокладок одной к другой достаточно скрепления этих двух пластин с неподвижной плитой.
Нагрузки, действующие на аппарат, прилагаются главным образом на прокладки и пластины. Крепежные детали и рама, по сути, представляют собой корпуса прибора.
Рельефная окантовка пластин при сжатии гарантирует надежное крепление и дает конструкции теплообменника требуемую жесткость и прочность.
Конструкция пластин теплообменникаПрокладки закрепляются на пластинах посредством клипсового замка. Следует отметить, что прокладки при их зажатии самоцентрируются по направляющей. Утечка теплоносителя предотвращается окантовкой обшлага, создающей дополнительный барьер.
Для теплообменников производятся два типа пластин:
- с термически мягким рифлением;
- с термически жестким рифлением.
В деталях с мягким рифлением каналы устроены под углом 30°. Такой вид пластин отличается повышенной теплопроводимостью, но меньшей устойчивостью к давлению теплоносителя.
В частях с термически жестким рифлением при устройстве канавок соблюден угол в 60°. Этим пластинам не свойственна высокая теплопроводность, их преимущество — способность переносить высокое давление в системе.
Достижение оптимального режима теплоотдачи возможно при комбинировании пластин в теплообменнике. При этом необходимо учесть, что для эффективной работы прибора нужно, чтобы он функционировал в режиме турбулентности — теплоноситель должен перемещаться по каналам без каких-либо помех. К слову, кожухотрубный теплообменник, в котором реализована конструктивная схема «труба в трубе» — с ламинарным режимом течения жидкости.
Какая от этого выгода? При идентичных теплотехнических параметрах пластинчатый прибор обладает меньшими в несколько раз размерами.
Прокладки
К устройствам с пластинами предъявляются очень жесткие требования относительно герметичности, в связи с чем в последнее время прокладки стали выпускать из полимеров. Этиленпропилен, например, способен без проблем работать в условиях высоких температур — и воды, и пара. Но очень быстро разрушается в среде с содержанием масел и жиров.
Прикрепление прокладок к пластинам выполняется преимущественно клипсовым соединением, реже — посредством клея.
Принцип действия
Принцип работы теплообменника нельзя назвать слишком простым. Пластины развернуты одна к другой под 180°. Как правило, в одном пакете устанавливается по две пары пластин, создающих два коллекторных контура: ввода и отведения теплоносителя. При этом следует учесть, что пара расположенных с края элементов в тепловом процессе не задействуются.
На сегодняшний день производится несколько вариантов исполнения теплообменных приборов, устройство и принцип работы которых различны:
- одноходовые;
- многоходовые;
- двухконтурные.
Как работает одноходовой аппарат? Циркуляция жидкости в нем осуществляется перманентно по всей площади в едином направлении. Кроме того, выполняется и противоток теплоносителей.
Аппараты многоходовые используются только при не слишком большой разнице между температурой подающейся жидкости и температурой обратки. Ток жидкостей при этом будет осуществляться в различных направлениях.
Двухконтурные теплообменники состоят из двух независимых контуров. При условии постоянной корректировки подачи тепла применение такого оборудования наиболее целесообразно.
Сфера применения
Существует несколько видов теплообменников, каждый из которых имеет свой принцип работы и специфику конструкции:
- разборный;
- паяный;
- сварной;
- полусварной.
Прибор разборной конструкции часто используется в теплосетях, подведенных к жилым домам и сооружениям различного назначения, в бассейнах, климатических установках и холодильниках, системах ГВС, теплопунктах.
Вид сварного пластинчатого агрегатаТеплообменники паяного вида нашли свое применение в:
- сетях вентиляции и системах кондиционирования;
- холодильных установках;
- турбинных приборах и компрессорах;
- промышленных агрегатах различного назначения.
Приборы сварные и полусварные используются в:
- химической и фармацевтической отраслях;
- сетях вентиляции и климат-системах;
- пищевой промышленности;
- тепловых насосах;
- в системах ГВС и отопления;
- агрегатах для охлаждения оборудования различного назначения;
- системах рекуперации.
Самым распространенным типом теплообменников, применяющихся в индивидуальных домовладениях, считается паяный, обеспечивающий нагрев или охлаждение воды.
Технические характеристики
Прокладки и пластины, как основные элементы теплообменных устройств, изготавливаются из различных по своим свойствам и характеристикам материалов. При выборе в пользу той или иной модели решающую роль играет назначение теплообменника и область его использования.
Если остановиться сугубо на системах ГВС и теплоснабжения, то в этой области больше распространены пластины, изготовленные из нержавеющей стали, а пластичные прокладки — из особой резины EPDM либо NBR. Установка пластин из нержавейки позволяет работать с теплоносителем, прогретым до 110°С, в другом же случае устройство пластинчатого теплообменника позволяет нагревать жидкость до 170°С.
Фрагмент пластины теплообменникаПри использовании теплообменников в промышленном производстве и задействовании их в технологических процессах с воздействием щелочей, кислот, масел и иных агрессивных веществ, применяются пластины из никеля, титана и других сплавов. В таких случаях устанавливаются фторкаучуковые или асбестовые прокладки.
Подбор теплообменника производится согласно расчетам, выполняемым при помощи специализированных программ. При расчетах учитываются:
- первоначальная температура теплоносителя;
- относительный расход прогреваемой жидкости;
- требуемая температура нагревания;
- расход теплоносителя.
В роли нагревающей среды, протекающей через пластинчатый испаритель, может использоваться подогретая до температуры 95 или 115°С вода, а также пар температурой до 180°С. Вид теплоносителя подбирается в зависимости от вида применяемого котла и оборудования. Размеры и количество пластин подбираются с таким расчетом, чтобы в результате получить воду с температурой, соответствующей установленным стандартам — не более 70°С.
Стоит отметить, что основной технической характеристикой, являющейся также и главным преимуществом, считаются небольшие размеры устройства и способность обеспечить достаточно большой расход.
Вариативность возможных расходов и площадей обмена у пластинчатых приборов достаточно высока. Самые компактные из них, например, от бренда Alfa Laval, обладают площадью поверхности до 1 м2, обеспечивая протекание объема жидкости до 0,2 м3/час. Самые же крупные теплообменники имеют площадь порядка 2000 м2 и расход, превышающий 3600 м3/час.
Обвязка теплообменника
Теплообменные установки преимущественно монтируются в отдельных котельных, обслуживающих многоквартирные дома, индивидуальные постройки, предприятиях промышленности, теплопунктах центральных теплосетей.
Относительно небольшие размеры и масса устройств позволяют выполнить монтаж достаточно быстро, хотя некоторые обладающие большой мощностью модели требуют постановки на фундамент.
При установке прибора необходимо соблюсти основной принцип: заливание фундаментных болтов, посредством которых теплообменник надежно фиксируется, осуществляется во всех случаях. Схема обвязки непременно предусматривает подведение теплоносителя к расположенному сверху патрубку, а к размещенному снизу штуцеру выполняется подключение обратной магистрали. Подача нагретой воды подсоединяется наоборот — к нижнему патрубку, а выход ее — к верхнему.
Пример внедрения теплообменниковВ подающем теплоноситель контуре необходима установка циркуляционного насоса. Кроме основного обязательно ставится и равный ему по мощности резервный насос.
Если в ГВС предусмотрена магистраль обратного движения жидкости, то схема и принцип работы пластинчатого теплообменника несколько изменяется. Нагревшаяся вода, подающаяся по замкнутому контуру, смешивается с холодной из водопровода, и лишь затем получившаяся смесь приходит в теплообменник. Корректировка температуры на выходе осуществляется посредством электронного блока, управляющего клапаном подающей теплоноситель магистрали.
При двухступенчатой схеме используется тепловая энергия обратной магистрали, что позволяет наиболее рационально использовать имеющееся тепло и снять с котла лишнюю нагрузку.
В каждой из рассмотренных систем на входе в теплообменник обязательно должны быть установлены фильтры, благодаря которым удается избежать загрязнения системы и продлить срок ее службы.
Итоги по теме
При всех прочих преимуществах современные пластинчатые теплообменники не смогли опередить устаревшие кожухотрубчатые по единственному, но очень важному критерию. При обеспечении значительного расхода, пластинчатые приборы немного не догревают воду. Такой недостаток легко устраняется созданием небольшого запаса при подборе количества пластин и расчете их площади.
Видео по теме:
Виды теплообменников — классификация теплообменных аппаратов
Запросить ценуАппараты, механизм работы которых заключается в обмене теплом между двумя средами, имеют общее название – теплообменники. При этом их конструкции и сферы применения чрезвычайно разнообразны. В группу этих устройств входят испарители и парогенераторы, водонагреватели и пастеризаторы, конструктивные элементы систем кондиционирования и охладительного оборудования.
Широкая потребность производства и частного сектора в теплообменных устройствах, использование в качестве носителей разных сред создали предпосылки к созданию большого числа модификаций теплообменников. Поэтому при выборе оборудования очень важно уделить внимание классификации и особенностям строения, соотнести возможности конструкций с потребностями вашего производства.
Основные виды теплообменных аппаратов
Согласно формам строения теплообменники разделяют на две большие группы – пластинчатые и трубчатые. Первые получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов. Они представляют собой набор пластин с рифленой поверхностью и каналами, соединенные в единый аппарат с помощью прокладок и стяжек. Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего располагаются на передней и задней поверхностях плит, что обеспечивает легкость эксплуатации.
Согласно методу соединения виды теплообменников пластинчатого типа разделяются на группы:
- Разборные – герметизацию которых обеспечивают резиновые уплотнители. Их главными преимуществами являются легкость установки и эксплуатационного обслуживания, благодаря чему их активно используют на заводах и в домах. Недостатком же следует считать необходимость регулярной замены прокладок, а также отсутствие возможности работы с агрессивными средами.
- Паянные теплообменники имеют более прочную конструкцию. Их изготавливают сугубо из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки производится при создании условий вакуума. Они редко требуют эксплуатационного ремонта и способны эффективно работать с кислотами и щелочами, что сделало их неотъемлемой частью химической промышленности.
- Сварные теплообменники, изготовленные из стали, титана или никелевых сплавов, используются в самых экстремальных условиях высокого давления и температур.
Трубчатые теплообменники применяются преимущественно в производстве, а также в качестве конструктивного элемента бытовой техники – холодильников и кондиционеров. Их общим преимуществом является устойчивость к суровым условиям работы: высоким и низким температурам, агрессивным средам и создающемуся внутри давлению.
Наиболее простой моделью трубчатого теплообменника является конструкция «труба в трубе», при которой по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему – теплоприемник. Возможность вариации диаметра труб с целью обеспечения оптимальной скорости движения сред и легкость обслуживания послужили главным фактором применения этой модели. Но ее внушительные габариты при малой эффективности нагрева заставили конструкторов искать иные варианты конструкций.
Ныне виды теплообменных аппаратов трубчатого типа включают достаточно большой ассортимент конструкций, используемых во всех отраслях промышленности:
- Кожухотрубные теплообменники представляют собой множество труб малого сечения, объединенных одним кожухом. Соединенные в решетку, они представляют собой компактное устройство с высокой эффективностью работы. При необходимости увеличения объема жидкостей и скорости кожухотрубные теплообменники объединяют между собой в секционные конструкции.
- Витые устройства – система труб, предназначенных для теплоносителя и теплоприемника, плотно закрученные вокруг сердечника. Компактные и высокопродуктивные аппараты.
- Спиральные теплообменники имеют аналогичную конструкцию, с той лишь разницей, что оба смежных канала обвивают центральную перегородку устройства. Их главная функция – нагрев и охлаждение вязких, тягучих жидкостей.
- Оросительные устройства представляют собой спираль с желобом, на который стекает жидкость. Такая конструкция теплообменника актуальна для создания систем вентиляции и кондиционирования, обеспечения работы морозильных и охладительных камер.
Наибольшую распространенность во всех сферах промышленности и жизни людей ныне занимают пластинчатые теплообменники, которые за счет рифленой поверхности контуров обеспечивают максимальное прилегание и циркуляцию сред. Такая конструкция обеспечивает наивысшую эффективность при компактных размерах и простоту технического обслуживания.
Способы теплообмена и типы устройств
Теплообменное оборудование, виды которого рассмотрены выше, важно классифицировать и еще одному ключевому фактору – способу взаимодействия сред в нем. Одни устройства обеспечивают передачу тепла путем непосредственного контакта теплоносителя с теплоприемником и называются смесительными, другие имеют раздельные контуры для течения двух сред и называются поверхностными.
Второй тип устройств получил более широкое распространение и нагрев жидкостей в нем происходит путем контакта носителей через металлическую стенку контура. Поверхностные теплообменники принято также разделять на две группы:
- Рекуперативные, в которых течение жидкостей всегда происходит в одном направлении и характеризуется стабильной константой.
- Регенеративные теплообменные устройства характеризуются поочередностью и нестабильностью контактов двух сред.
Наиболее эффективное взаимодействие происходит в рекуперативных устройствах, которые широко применяются в быту. Это все виды пластинчатых теплообменников, кожухотрубчатые и оросительные аппараты.
Среды теплового обмена
Самая простая классификация теплообменников основана на средах, которые они способны использовать в работе. Если рассматривать системы коммунальных услуг и повышения комфортабельности частного дома, то наиболее актуальными устройствами можно смело назвать парожидкостные системы, в которых роль носителя выполняет вода, которая, закипая, передает свою энергию в пар. На этом принципе работают системы парового отопления, горячего водоснабжения, водяных «теплых полов» и парогенераторов для бань.
Но, пароводяная система генерирует внутри себя повышение давления, ввиду чего не может быть использована в жестких условиях работы, требующих разогрева свыше 150-160 градусов по Цельсию.
Наиболее актуальными системами в производстве являются теплообменники, способные выдерживать высокие нагрузки и взаимодействие с агрессивными средами. Используются все три возможных типа:
- Газожидкостные – в холодильниках и камерах, системах кондиционирования, где роль газа чаще всего выполняет фреон.
- Парожидкостные теплообменники нашли широкое применение в пищевом производстве. На этом принципе работают пастеризаторы и консерваторы, где роль жидкости нередко выполняет растительное масло.
- Жидкостно-жидкостные аппараты теплообмена используются преимущественно в химической промышленности при использовании кислот и прочих агрессивных компонентов.
Большое значение в конструкции теплообменника имеет и материал, из которого он изготовлен. В условиях жесткой эксплуатации, критических температур и высокого давления наиболее целесообразно использование конструкций из латуни и титана. В пищевом производстве актуальной окажется нержавеющая сталь, которая легко подвергается промыванию дезинфицирующими средствами. Критически важным требованием СанПина является и возможность разбора конструкции для тщательной ее промывки и получения смывов для последующего лабораторного анализа.
Вид и конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из нагрузки, которую вы намерены на него возложить, условий эксплуатации и технических требований. Не стоит забывать и о таком важном параметре, как возможность ремонта и эксплуатационного обслуживания. В обустройства частного дома самыми востребованными являются разборные пластинчатые конструкции из нержавейки, обеспечивающие надежную работу при относительно малых затратах на покупку и ремонт.
Вас может заинтересовать:
Теплообменное оборудование
Горизонтальные теплообменники с U-образным трубным пучком
Рекомендуемые статьи
- Метод рулонирования резервуаров
Рулонирование – надёжный метод изготовления многоцелевых вертикальных резервуаров Сегодня метод рулонирования резервуаров «работает» в самых разных сферах промышленности: химической; пищевой; нефтяной; топливно-энергетической. Этот парк вертикальных рулонированных цилиндрических емкостей имеет характеристики: вместимость – до 5 00 м3; толщина стенки – до 18 мм; толщина днища в центральной части– до 6 мм. Из…
- Падение уровня запасов пхг европы продолжается
Уровень газовых запасов в ПХГ Европы достиг минимальных значений. Новый «рекорд» наиболее низкого текущего уровня запаса газа в хранилищах Европы за последнее десятилетие. До этого самым низким считался показатель 2011 года. Впервые зафиксирована отметка 49,5 % от максимума. Темпы отбора газа из ПХГ всё время растут, что не может вызывать тревоги. Погодные условия в текущем месяце и начале марта обещают быть более жёсткими, чем в…
- Виды сепараторов нефти
Нефтегазовый сепаратор – это устройство, в котором нефть отделяется от попутного газа (или вода отделяется от нефти) за счет различной плотности жидкостей. Бывают горизонтальные, вертикальные и гидроциклонные сепараторы. Основные области применения сепараторов нефти: нефтехимическая, нефтеперерабатывающая и прочие сферы, где требуется разделение нефтяных эмульсий. Принцип работы сепаратора нефти Процесс отделения нефти…
- Принцип работы отстойников воды
Вертикальный отстойник имеет форму цилиндрического резервуара, сделанного из металла (иногда его делают квадратной формы). Форма днища – конусная или пирамидальная. Отстойники можно классифицировать исходя из конструкции впускного устройства – центральное и периферийное. Чаще всего используется вид с центральным впуском. Вода в отстойнике движется в нисходяще-восходящем движении. Принцип работы вертикального…
Теплообменник: что это и зачем он нужен? |
Чтобы перенести тепло от одной жидкости или газа к другой, нужно специализированное оборудование или теплообменник. Жидкие среды могут находиться в непосредственном контакте или быть отделены стенкой.
Владельцы частных домов, как и жители городских квартир, знакомы с процессом теплообмена. И если последние редко задумываются о том, что как устроено в квартире, то хозяева коттеджей не понаслышке знакомы с системой отопления. И теплообменник, и насосная станция – оборудование, без которого не обходятся ни в одном жилом доме или коттедже. Эти агрегаты обеспечивают комфортное проживание всем членам семьи.
Эффективность теплообменника
Чтобы использование устройства было эффективным, стенку между жидкостями или другими агентами делают максимальной по площади. Но этого недостаточно. В текучей среде нужно свести минимуму силу сопротивления. Кроме перегородки производители используют рифления и дополнительные волокна. Площадь увеличивается, возникает турбулентность – оптимальные условия для эффективного теплообмена.
Сфера применения теплообменного оборудования
Теплообменники присутствуют в бытовой электронике: в холодильнике, в кондиционере, в обогревателе воздуха. Агрегаты используют для производства электрической энергии и переработки химических веществ. Теплообменник есть в каждом авто – это радиатор. Из него выходит горячая жидкость, которая остужается благодаря прохладному воздуху над поверхностью механизма.
Первичное течение в изделии
- Противоточное. Жидкие среды транспортируются в теплообменник с противоположных сторон. Это оптимальный вариант, который обеспечивает максимальную передачу тепла;
- Параллельное. Рабочие среды поступают в устройство с одной и той же стороны, параллельно двигаются в одном направлении;
- Поперечное. Агенты перемещаются перпендикулярно друг другу.
Типы устройства
- Оболочка и трубка. Самая типичная конструкция. Представляет собой несколько труб с ребрами. Два агента. Один движется по трубкам, другой находится над ними. При движении первого агента второй нагревается либо охлаждается;
- Пластина. Самый эффективный тип устройства. Жидкость протекает через множество перегородок. Агенты встречаются с плитами, которые имеют большую поверхность. В результат чего и достигается высокий коэффициент теплообмена;
- Твердая оболочка. Её второе название – это промежуточный флюид. Тепло удерживают твердые частицы либо жидкий агент. Они же выполняют функцию транспортировки. После перемещения на противоположную сторону тепло высвобождается. Подобный способ устройства оборудования актуален для удаления примесей и охлаждения газовой среды;
- Регенеративная жидкость. Может протекать по трубчатой или пластинчатой конструкции. Принцип работы теплообменного оборудования заключается в следующем: тепло одного процесса используется для нагревания жидкой среды, которая принимает участие в этом же самом процессе.