Теплообменники виды

Какие бывают теплообменники

Теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В первых теплоносители разделены стенкой. Во вторых, регенерирующих устройствах, горячий и холодный теплоносители вступают в контакт с одной поверхностью, чередуясь. Стенка нагревается от горячего теплоносителя и отдает тепло при контакте с холодным.

Теплообменники рекуперативного типа используются в производстве чаще. Их применяют в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, атомной, газовой и прочих промышленных отраслях. Находят им место в технологических процессах энергетического направления и коммунальном хозяйстве.

В зависимости от направления движения теплоносителей теплообменники-рекуператоры бывают:

• прямоточными,
• противоточными,
• взаимодействующими при поперечном движении двух сред.

Разновидности теплообменников

Кожухотрубные

С торца корпуса к теплообменнику привариваются трубные решетки с пучками труб, закрываемых крышками. На корпусе через патрубки один теплоноситель проходит через межтрубную зону. Второй движется по трубам. Для повышения скорости движения теплоносителей в корпусе и крышках предусмотрены перегородки.

Элементные

Каждый элемент аппарата — это простой кожухотрубный теплообменник без перегородок. Допускается использование с более высоким давлением.

В погружном теплообменнике теплоноситель движется по змеевику, помещенному в бак с другим жидким теплоносителем. Скорость движения жидкости в межтрубной зоне невелика, как и ее теплоотдача.

«Труба в трубе»

Элементы устройства соединяются друг с другом патрубками и калачами, образуя устройство нужных габаритов. Незаменимы при небольших расходах теплоносителя и при высоком давлении.

Оросительные

Составляют змеевик из горизонтальных труб, которые размещаются в вертикальной плоскости параллельными секциями. Над каждым рядом размещается желобок для стока охлаждающей жидкости на теплообменные трубы. Часть жидкости испаряется, а остатки возвращаются назад насосом, потери восполняются водой из водопровода.

Графитовые

Теплообменники для работы в химически агрессивных средах производят из графитовых блоков, пропитанных специальными смолами для устранения пор. Графит — хороший теплопроводник. В блоках проделывают каналы для движения теплоносителей, а сами блоки уплотняют резиновыми прокладками и затягивают крышками со стяжками.

Пластинчатые

Представляют собой набор пластин с отштампованными волнистыми поверхностями и каналами для протока жидкой субстанции. Пластины уплотняют резиновыми прокладками и стягивают стяжками. Такие теплообменники легко изготавливаются, модифицируется, чистятся, имеют высокий коэффициент теплопередачи, но не допускаются к применению при высоких давлениях.

Пластинчато-ребристые

По сравнению с просто пластинчатыми составлены из разделительных пластин, между которыми смонтированы ребра как насадки, присоединенные к пластинам пайкой в вакууме. Жесткая прочная матрица построена по сотовому принципу. Плюс в компактности и легкости.

Ребристо-пластинчатые

Состоят из тонкостенных ребристых панелей, изготовленных высокочастотной сваркой. За счет своеобразной конструкции и использования различных материалов достигаются высокие показатели соотношения площади передающей тепловую энергию к массе теплообменника. Отличаются продолжительным сроком службы.

Спиральные

Представляет собой пару спиральных каналов, навитых вокруг центральной разделительной перегородки, среды движутся по каналам. Предназначены для нагревания и охлаждения сильновязких жидкостей.

Источник: www.pto-service.com

Какие бывают виды теплообменников?

В современном мире уже созданы десятки разнообразных инженерных решений, которые решают большое количество бытовых проблем. Особенно важным является вопрос поддержания оптимальной температуры в доме, на производстве и в других условиях, поэтому и были изобретены теплообменники.

Что такое теплообменник? Это теплообменное оборудование, которое передает энергию тепла от одного объекта или среды другому. Подобные инженерные хитрости широко применяются для нагрева воды или воздуха в быту, однако некоторые виды теплообменников используются действительно уникально.

Какие бывают теплообменники?

Основные типы теплообменников по принципу действия могут подразделяться на несколько видов, среди которых классификация по механизму обмена тепловой энергии. Первый тип называется поверхностным, так как среды с различной температурой отделены друг от друга тонкими стенками и кожухом емкостей. Оборудование поверхностного вида подразделяется на:

• рекуперативные, где теплообмен выполняется через тонкие стенки контуров, а направленность потока постоянное,

• регенеративные, где направленность потока изменяется.

Другим менее популярным вариантом является смесительный теплообменник, в котором жидкости или газы непосредственно смешиваются друг с другом. Практика показывает, что зачастую производители отдают предпочтение именно первому варианту, так как им важно сохранить химическую «чистоту» жидкости. Также существуют направления промышленности, где используются теплообменники смесительные достаточно активно. Они особенно популярны в тех процессах, где состав сред имеет похожий состав.

Основные виды теплообменников

Инженеры старались создать все новые типы теплообменных аппаратов, так как зачастую для каждой промышленности или даже задачи требовалось абсолютно новое устройство теплообменника. Многие специалисты отмечают, что основные виды теплообменников состоят из четырех категорий: пластинчатый, кожухотрубный, витой и спиральный.

Пластинчатые теплообменники — это конструкция из большого количества пластин с гофрированным рисунком, изготовленных из нержавеющей стали. Они разделены уплотнениями, установленные без применения клеевых смесей, но позволяющие плотно прилегать друг к другу. Прокладки обеспечивают абсолютную герметичность и не допускают смешивания сред. Пластины, за счет своего малого размера и геометрическому строению, обеспечивают высокие показатели КПД. В свою очередь, пластинчатые теплообменники подразделяются на разборный, паяный (пластины скреплены при помощи пайки и не используются уплотнения), сварной или полусварной тип (соединены с помощью сварных швов).

Кожухотрубный теплообменник стал самым популярным из-за простоты своей конструкции. Они выполняются в виде устройства с большим количеством трубочек, которые собираются в единый пучок, а затем дополнительно покрываются изолирующим кожухом. Их можно встретить практически в каждой холодильной установке, испарителе, подогревателе и тому подобных устройствах. К сожалению, большие размеры и низкий КПД стали причиной изобретения новых типов теплообменников.

Витой теплообменник — это аппарат, в котором жидкости циркулируют по двум пространствам: внутри трубок и между ними. Их высокая энергоэффективность позволяет применять их морозильных камерах.

Спиральные теплообменники — разновидность теплообменников, имеющая форму спирали, что ясно из названия. Их основным преимуществом является возможность использовать их для нагрева вязких, агрессивных и неоднородных веществ.

Конструкция пластинчатых теплообменников

Самыми популярными среди остальных стали пластинчатые теплообменники, благодаря малогабаритности, лёгкой чистке, быстрой сборке и с минимальным гидравлическим сопротивлением. В структуру аппаратов входят концевые камеры, стяжные шпильки, стойки для крепления и пластины с резиновыми прокладками, разделённых между собой. Производятся пластины из тонких листов стали.
Герметичность оборудования сравнительно с окружающей средой достигается с помощью уплотнений. Они также не допускают смешивание сред, участвующих в процессе теплообмена, которые присоединяются к поверхности пластин. Направление рабочей среды может протекать одновременно по потоку и против него, так и по отдельности
Пластины устанавливаются одна за другой с поворотом на 180 градусов, создавая пакет из четырёх коллекторов, которые подводят и отводят жидкость. Крайние пластины не принимают участия в ходе теплообмена.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Работает теплообменник по перекрёстной схеме. Секции по очереди наполняются подогреваемой и остужаемой средой. Посредством пластин совершается теплообмен. Уплотнители различной формы обеспечивают заполнение секций.
Пластинчатые теплообменные аппараты организованы таким образом, что среды перемещаются навстречу друг другу: охлаждаемая выходит снизу и выходит в верхний патрубок, а нагревающая наоборот. Подобным образом действует

Источник: sn22.ru

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

Широкое распространение теплообменных аппаратов обусловило многообразие их конструктивного оформления.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

По принципу действия теплообменники подразделяют на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. На рис.16.1 показан пример рекуперативного теплообменника, в котором один из теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности.

Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника.

Рекуперативные теплообменники подразделяются в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным (рис.16.2, а), при противоположном направлении движения — противоточным (рис.16.2, б). В теплообменнике с перекрестным током теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный (рис.16.2, в) и многократный (рис. 6.2, г) перекрестный ток. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей (рис.16.2, д, е).

Конструктивно рекуперативные теплообменники могут выполняться с трубчатыми и пластинчатыми рабочими поверхностями. Пример трубчатого теплообменника показан на рис.16.1. В пластинчатом теплообменнике рабочая поверхность образована набором параллельных плоских пластин. Каналы между пластинами объединены через один общими коллекторами и образуют, таким образом, полости для каждого из теплоносителей. К рекуперативным можно отнести также теплообменники с промежуточным теплоносителем. В теплообменниках с принудительной циркуляцией промежуточного теплоносителя имеется замкнутый контур, через который насосом прокачивается жидкость. Часть этого контура расположена в зоне горячего теплоносителя, часть — в зоне холодного. Эти зоны могут находиться на некотором расстоянии одна от другой.

Другая разновидность теплообменника с промежуточным теплоносителем — теплообменник на тепловых трубах, одна из возможных схем которого показана на рис.16.3.Через перегородку 1, разделяющую холодную и горячую зоны теплообменника, проходит пучок тепловых труб 3, конденсационные участки которых образуют рабочую поверхность холодного теплоносителя, а испарительные участки — рабочую по­верхность горячего теплоносителя. Соотношение этих поверхностей может быть выбрано по усмотрению конструктора. Каждая из по­верхностей может иметь ребра 2 с различными для холодного и горячего тракта параметрами.

Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утили­зации теплоты в газотурбинных установках, называют регенера­торами, теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство (например, в системе охлажденияавтомобильного двигателя) называют ра-диаторами. Назначением определяются также такие названия теплообменников: воздухоподогреватели, маслоохладители, пароперегреватели и т. п.

В регенеративном теплообменнике од­на и та же поверхность поочередно омы­вается то горячим, то холодным тепло­носителем. При соприкосновении с горя­чим теплоносителем стенка аккумулиру­ет теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стен­ки должны обладать значительной тепло­емкостью.

Характерная особенность регенера­тивного теплообменника — нестационар­ный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплооб-

менник должен иметь две параллельно работающие секции. Кон­структивно эти секции могут быть реализованы в виде вращаю­щегося теплообменника или теплообменника с двумя камерами, которые поочередно подключаются то к холодному, то к горячему теплоносителю.

Вращающийся теплообменник (рис.16.4) имеет насадку 1, вращающуюся в цилиндрическом корпусе 3, который с помощью уплотнений 2 разделен на две камеры для прохода горячего и холодного теплоносителя. Насадка (металлическая или керамическая) поочередно проходит горячий и холодный тракты и переносит теплоту от горячего теплоносителя к холодному. Вращающийся теплообменник отличается высокой компактностью.

В смесительных теплообменниках процесс теплообмена сопровождается перемешиванием теплоносителей, т.е. они непосредственно соприкасаются друг с другом. Поэтому смесительные теплообменники называются также контактными. Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости.

Смесительный теплообменник целесообразно использовать для таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата, например, такой парой является вода и воздух. Характерной особенностью смесительного теплообменника является его простота.

Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники. Поэтому в остальных параграфах этой главы рассматривается расчет и выбор параметров только для рекуперативных теплообменников без промежуточного теплоносителя.

Дата добавления: 2015-09-04 , просмотров: 818 . Нарушение авторских прав

Источник: studopedia.info

Классификация и конструкции теплообменников

Теплообменники — это аппараты, в которых осуществляется теп­лообмен между греющей и нагреваемой средами. Греющие и на­греваемые среды называют теплоносителями.

В теплообменных аппаратах могут происходить различные теп­ловые процессы: нагревание, охлаждение, испарение, конденса­ция, кипение и др. Теплообменники могут выполнять разные функции. В зависимости от назначения различают подогреватели испарители, конденсаторы, скрубберы, кипятильники, выпарные аппараты и др.

Теплообменные аппараты по принципу взаимодействия фаз разделяют на поверхностные, смесительные и регенератив­ные.

В поверхностных теплообменниках теплообмен между средами может осуществляться через трубчатую, плоскую или иную по­верхность (соответственно в кожухотрубчатых, пластинчатых и других аппаратах).

В смесительных теплообменниках теплоноситель смешивается непосредственно с рабочей средой. К таким теплообменникам от­носятся градирни, конденсаторы смешения и аппараты с барботажем газа.

В регенеративных теплообменниках проводят нагревание кера­мических твердых тел, размещенных в аппарате, а затем приме­няют их для нагревания рабочей среды.

Рис. 14.2. Способы размещения труб в трубных решетках: а — по периметрам правильных шестиугольников, б — по окружностям, в — коридорное расположение

что обеспечивает компактность их расположения, или по концент­рическим окружностям (рис. 14.2, б). Для облегчения очистки на­ружных поверхностей труб иногда применяется коридорное распо­ложение — по сторонам квадратов (рис. 14.2, в).

Для интенсификации процесса теплоотдачи в ряде конструкций теплообменных аппаратов предусмотрено размещение перегородок, увеличивающих число ходов для теплоносителей, что приводит к возрастанию скорости их потоков. Такие теплообменники называют многоходовыми.

При большой разности температур теплоносителей вследствие неодинакового теплового удлинения элементов конструкции ап­парата в сварных швах возникают значительные механические напряжения, которые могут превысить предел прочности мате­риала. Для предотвращения разрушения аппарата создают конст­рукции, в которых пучок труб перемещается относительно кожу­ха для компенсации теплового удлинения. Такие конструкции ис­пользуют при разности температур пучка труб и кожуха, превы­шающей 50 ‘С.

При малом удлинении труб приемлема конструкция теплооб­менника с линзовым компенсатором 2 (рис. 14.3, а), расположен­ным на кожухе 1. При большой длине труб и значительных пере­мещениях применяют теплообменники с плавающей головкой (рис. 14.3, б). Верхняя часть кожуха 1 теплообменника этой конструк­ции присоединена к верхней трубной решетке, а нижняя трубная решетка имеет самостоятельное днище — плавающую головку Таким образом, пучок труб может свободно перемещаться отно­сительно наружного корпуса, не вызывая в деталях механических напряжений.

На рис. 14.3, в приведена конструкция теплообменника с ком­пенсирующим устройством в виде U-образных труб. Кожух / не связан жестко с трубами 4, и каждый элемент может удлиняться, не вызывая напряжений в месте присоединения.

Рис. 14.3. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсирующими уст­ройствами:

а — с линзовым компенсатором, б — с плавающей головкой, в — с U-образными трубами, 1 — кожух, 2 — линзовый компенсатор, 3 — плавающая головка,

4 — U-образные трубы, I, II — потоки теплоносителей

Трубы в трубной решетке укрепляют различными способами: развальцовкой, сваркой, склеиванием или пайкой. Иногда их кре­пят с помощью разъемных сальниковых устройств, благодаря ко­торым при необходимости трубы легко заменить. Выбор способа крепления зависит от свойств материалов, из которых изготовле­ны трубы и решетка, а также рабочего давления.

Теплообменники типа «труба в трубе». Теплообменник этого типа (рис. 14.4) представляет собой несколько отрезков труб 2, каждый из которых заключен в трубу 1 большего диаметра. Внутренние трубы соединены друг с другом последовательно «калачами» 3, наружные — патрубками с фланцами. Отдельные элементы тепло­обменника собирают в вертикальные секции. В такой конструкции благодаря малой площади сечения внутренней трубы и узкому кольцевому зазору даже при небольшом расходе теплоносителей достигается высокая скорость их потоков, что обеспечивает эф­фективную теплоотдачу. К недостаткам таких конструкций можно отнести громоздкость и металлоемкость.

Змеевиковые теплообменники. Змеевик 3 (рис. 14.5) изготавли­вают из труб, свернутых в спирали, и заключают в кожух 1. Для увеличения скорости потока среды, омывающей наружную по­верхность змеевика, в некоторых конструкциях предусмотрен внуг-

Источник: studopedia.ru