Пластинчатый теплообменник является новым и универсальным прибором для обогрева и охлаждения помещений.
Как протекают процессы в пластинчатом теплообменнике
Пластины разборного пластинчатого теплообменника устанавливаются одна за другой с поворотом на 180°. 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.
На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата.
1, 11 – подающий и обратный патрубки для подключения греющей среды (теплоносителя); 2, 12 – входной и выходной патрубки нагреваемой среды; 3 — передняя неподвижная плита; 4, 14 – отверстия для протока теплоносителя; 5 – малая уплотнительная прокладка в виде кольца; 6 – рабочая теплообменная пластина; 7 – верхняя направляющая; 8 – задняя подвижная плита; 9 – задняя опора; 10 – шпилька; 13 – большая прокладка по контуру пластины; 15 – нижняя направляющая.
Во время работы в каждой секции, кроме первой и последней, происходит интенсивный обмен теплом через пластины сразу с двух сторон.
Обе среды протекают через свои секции навстречу друг другу, нагревающая подается сверху и выходит через нижний патрубок, а нагреваемая – наоборот.
Как это работает, отображает функциональная схема пластинчатого теплообменника:
Особенности конструкции
Пластинчатый теплообменник состоит из следующих элементов:
- Передней неподвижной плиты с патрубками. Через последние в теплообменник попадают обе рабочие среды.
- Верхней и нижней направляющих штанг. Эти элементы необходимы для придания жесткости всей конструкции. Ту же функцию выполняет задняя опора устройства.
- Задней подвижной плиты.
- Самих пластин.
- Уплотнительных прокладок, служащих одновременно разграничителями между пластинами.
Современный пластинчатый теплообменник: принцип работы
Функционирует устройство этого типа по перекрестной схеме.
Секции поочередно заполняются нагреваемой и охлаждаемой средой.
Теплообмен между ними происходит через пластины.
Заполнение секций в процессе работы устройства обеспечивают прокладки-уплотнители разной формы.
Последние могут или пропускать среду, или задерживать ее. Теплообменники пластинчатые устроены так, что среды в них перемещаются навстречу друг другу. При этом нагревающая подается сверху и выходит в нижний патрубок, а охлаждаемая, соответственно, наоборот.
Таким образом функционируют все подобные устройства. Принцип работы пластинчатого теплообменника для ГВС точно такой же, как у моделей, предназначенных для кондиционирования, охлаждения смазочных материалов и проч. Единственное отличие состоит в проходящих через корпус видах сред. В модели для ГВС — это, соответственно, вода, в других устройствах такого типа обмен может происходить между растворами, маслами, газами и т. д.
Уплотнители теплообменников
От качества этих элементов зависит долговечность и надежность теплообменника.
Уплотнители предотвращают смешивание сред и направляют их по определенной траектории.
На настоящий момент в теплообменниках используется всего две разновидности подобных элементов: клипсовые и клеевые. Для изготовления уплотнителей обычно применяются материалы на основе каучука. Это могут быть, к примеру, EPDM, ПВР, витон и т. д.
Клеевые уплотнители крепятся в специальных канавках на эпоксидку. Клипсовые варианты устанавливаются посредством специальных фиксирующих элементов.
Сфера применения
Пластинчатый теплообменник может использоваться:
- На механическом производстве. С применением таких устройств охлаждаются смазочные жидкости, гидравлические и трансмиссионные масла и т. д.
- В поршневых и турбинных двигателях.
- В энергетических станциях.
- В компрессорах.
- В судоходстве. На судах теплообменники применяют в основном для центрального охлаждения.
- В легкой промышленности.
- В машиностроении и металлообработке.
- В системах отопления и кондиционирования.
Виды теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:
- типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
- типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
- типа конструкции;
- направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).
Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении:
Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы
По типу взаимодействия сред
Поверхностные
Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.
Смесительные
Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.
Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:
Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО
Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.
К смесительным теплообменникам относятся:
- паровые барботеры;
- сопловые подогреватели;
- градирни;
- барометрические конденсаторы.
По типу передачи тепла
Рекуперативные
В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является .
Регенеративные
Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.
Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.
Рис. 3. Регенеративный теплообменник
На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1 горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3 проходит холодный поток.
Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1 заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.
Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.
По типу конструкции
Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:
- мощность теплообменника;
- давление в системе;
- тип сред (агрессивные или нет);
- рабочие температуры;
- прочие требования.
Конструкция теплообменных пластин
Главная деталь в пластинчатом теплообменном оборудовании – пластины для передачи тепла. Их изготавливают холодной штамповкой из стойких к окислению материалов. Толщина теплопередающей пластины составляет от 0,4 до 1 мм.
Собранный теплообменный пакет состоит из плотно прилегающих друг к другу пластин, образующих каналы в виде щелей. Лицевые стороны пластин имеют углубление по контуру под резиновую прокладку. Благодаря им пластины герметично прилегают друг к другу.
В каждой пластине имеется четыре отверстия для жидкости:
- два отверстия для горячей жидкости (подведение и отвод);
- два отверстия для улучшения точного прилегания пластин. В них установлены уплотнители меньшего размера, чтобы изолировать среды с разными температурами.
Протекание жидкости в пластинчатом теплообменники выполнено так, чтобы происходило завихрение течений. Все это способствует более интенсивному теплообмену с относительно малым сопротивлением протекания жидкости. А при небольшом сопротивлении потоку менее интенсивно накипают отложения на стенки аппарата.
Петлевидные потоки жидкости вдоль пластин могут неоднократно производить обмен тепла. Благодаря этому даже при большой разнице нагреваемой среды и источника тепла достигается качественный теплообмен. В итоге разница в температуре двух сред минимальна. Для многократного теплообмена выводят патрубки в прижимной плите, а не только в неподвижной.
Рис. 4. Устройство РПТО
Схема
По схеме работы теплообменники делят на две разновидности:
- одноходовые;
- многоходовые.
Одноходовый теплообменник устроен так, что каждая среда протекает через щелевые каналы один раз.
После этого жидкость поступает в сборный коллектор и оттуда — в трубопровод.
При таком исполнении все присоединительные патрубки находятся с одной стороны устройства — на неподвижной плите. Подвижную плиту можно двигать как угодно, так что разбирать теплообменник для обслуживания и ремонта ничто не мешает.
Многоходовая схема применяется в тех случаях, когда в греющей среде после одного прохода остается еще много тепла.
Такое наблюдается в следующих случаях:
- пластины имеют маленькую площадь либо в кассете их установлено малое количество;
- расходы двух сред очень сильно отличаются;
- разность температур греющей и нагреваемой среды невелика, поэтому теплообмен протекает с низкой интенсивностью.
В кассету многоходового пластинчатого теплообменника добавляются пластины только с двумя портами, расположенными с одной стороны. Благодаря этому, каждая среда протекает по каналам два раза или более, так что нагреваемая среда усваивает от греющей намного больше тепла, чем при одноходовой схеме.
Преимущества
- возможность монтажа и демонтажа устройства непосредственно на месте, где будет эксплуатироваться пластинчатый теплообменник;
- установка в тепловых системах без должной водоподготовки;
- незначительный вес;
- возможность быстро и легко изменять тепловую мощность путём дополнительной установки пластин;
- гибкая регулировка температурного режима в системе.
Основные особенности конструкции
Для изготовления пластин применяются сплавы, характеризующиеся стойкостью к образованию коррозии. Это обеспечивает им должный уровень надежности и гарантирует долговечность.
В собранном виде теплообменник отличается довольно плотным размещением пластин. Благодаря этому образовываются щелевые каналы. Их герметичность достигается за счет применения дополнительных контурных прокладок из резины.
На всех пластинах присутствуют отверстия в количестве четырех штук. Два из них обеспечивают нагревание сред. Оставшаяся пара изолируется. Данная мера исключает недопустимое смешивание жидкостей.
Особенностью работы пластинчатых теплообменников являются довольно небольшие гидравлические сопротивления. Кроме того, следует отметить тот факт, что на поверхности пластин практически не образуется накипь.
При условии размещения дополнительных патрубков на прижимной плите, реализуется возможность осуществления многократного теплообмена сред. Подобный подход актуален в ситуациях, когда речь идет о незначительной разнице в температуре двух сред, а также при условии ощутимого отличия в их расходе.
Оборудование для промывки теплообменников
Принцип работы теплообменника
Во время осуществления теплообмена движение жидкостей происходит по направлению друг к другу. Наличие специального элемента из стали или дополнительного резинового уплотнения позволяет предотвратить смешение жидкостей в тех местах, где существует возможность протекания.
В зависимости от того, в каких именно условиях планируется эксплуатация конкретного теплообменника, количество пластин, а также способ обработки их поверхности, могут отличаться. Это относится и к применяемым расходным материалам.
Так, производители предлагают не только изделия из доступной нержавеющей стали, но и модели, выполненные из современных сплавов, устойчивые к длительному воздействию агрессивных сред.
Оставить комментарий: