Зачем нужен теплообменник в системе отопления?

Содержание

Для чего нужен теплообменник ГВС в системе отопления

Фото 2

Устройство представляет собой 2 плиты: одна из них статическая, а другая — подвижная. Обе они с отверстиями, между которыми зафиксированы загерметизированные прокладками пластины.

Суть принципа работы такого прибора в том, что пластины гофрированного типа образуют каналы, по которым циркулирует жидкость. Повышение коэффициента переданного тепла от её прогретой части к холодной возникает за счёт увеличения площади контакта.

В пристенном слое гофрированного типа со временем образуется процесс турбулентности. По разным сторонам одной пластины происходит перемещение отдельной среды. Такой способ движения предотвращает их перемешивание.

Прогрев обеих сред возникает вследствие присоединения устройства к трубопроводу. После того как среда закончит своё прохождение по всем каналам, она покинет теплообменник.

Такое оборудование делает возможным:

  • эксплуатировать при необходимости полученного от носителя энергии вторичного тепла для бытовых нужд;
  • применять остаточное тепло при поступлении электроэнергии;
  • формировать необходимый температурный режим для проведения химических процессов;
  • удерживать температурный режим теплоносителя на установленном уровне в бытовых отопительных системах.

Преимущества теплообменников

  • Компактность;
  • возможность регулировки количества пластин для увеличения или уменьшения обогреваемой площади;
  • относительная легкость монтажа;
  • минимальные теплопотери;
  • продолжительный срок службы;
  • возможность оперативной замены вышедших из строя пластин;
  • высокий коэффициент теплопередачи.

К недостаткам устройства можно отнести чувствительность к качеству теплоносителя, наличию в нем примесей, а также необходимость рассчитывать количество пластин для каждого теплообменника в индивидуальном порядке.

Преимущества разборных теплообменников

0c634d2d80c2ed10093ca5f21972a008.png

  • Для очистки не нужно полностью разбирать теплообменник.
  • Разборные теплообменники просты в эксплуатации. Это снижает требования к уровню квалификации работников.
  • Разборные ПТО весят в несколько раз меньше, чем кожухотрубные теплообменники такой же производительности. Благодаря этому их можно монтировать в местах с ограниченным пространством. Также малый вес и размеры упрощают транспортировку и установку оборудования.
  • Разборной теплообменный аппарат может оставаться исправным в течении 25 лет при качественной сборке и комплектующих. Срок службы уплотнителей не превышает 10 лет. Производитель гарантирует безотказность аппарата на срок от 0,5 до 3 лет.
  • Разборной теплообменник гораздо дешевле обслуживать. Затраты на капитальный ремонт будут в пределах четверти его начальной стоимости, что значительно меньше, чем ПТО других видов.
  • Благодаря тому, что количество пластин в теплообменнике можно изменять, есть возможность настраивать подачу тепла в разные пункты по отдельности. Таким образом, можно оптимально организовать теплосеть предприятий или жилых домов.

Преимущества паяных теплообменников

2a21350812a3526aacefa4850f6bd749.png

  • В паяных теплообменниках нет уплотнителей и зажимов, что значительно уменьшает вес и габариты аппарата. Это упрощает его монтаж.
  • Цена паяного теплообменника примерно на 40% меньше, чем ПТО других видов такой же мощности.
  • Высокий КПД (эффективность аппарата достигается высокой теплоотдачей с минимальными потерями).
  • Конструкция позволяет использовать аппарат при высоких нагрузках. Они выдерживают длительную эксплуатацию при температурах около 120°С.
  • Не нуждаются в частой очистке за счет завихрений потоков жидкости.
  • Паяные пластинчатые теплообменники легко и быстро обслуживаются. Очистка выполняется за несколько часов с помощью специальных жидкостей, которые не вредят целостности аппарата и не уменьшают его срок службы. Благодаря этому за короткое время аппарат снова будет работоспособен. При потере целостности какой-либо секции устройство приходит в негодность.
  • Паяный теплообменник может быть изготовлен за один день. Простота сборки позволяет делать аппараты больших габаритов.

Преимущества сварных и полусварных теплообменников

  • В цельных ПТО нет уплотнителей. Благодаря этому устройства компактные и мало весят (сравнительно с другими видами конструкций).
  • Сварное и полусварное теплообменное оборудование позволяет регулировать передачу тепла. Это достигается с помощью чередования параллельных потоков среды.
  • На сварные конструкции меньше влияет агрессивная среда, чем на спаянные элементы. Сварной шов более прочный, что позволят при очистке использовать едкие вещества (щелочи и кислоты), которые бы разрушили аналогичный аппарат, сделанный с помощью пайки.
  • Справляются с большими температурными нагрузками и высокой разницей входящих и выходящих сред (температура до 300°С).
  • Как сварные, так и полусварные аппараты справляются с высоким давлением в (пределах 4 Мпа).
  • Простые в эксплуатации и ремонте.

Принцип работы

Главный элемент теплообмена – жидкость. Жидкости перемещаются в противотоке по каналам, созданным благодаря гофрированным пластинам, которые образуют каналы. Пристенный гофрированный слой, из-за высокой скорости потока начинает набирать турбулентность. Каждая среда продвигается по одной пластине, но с разных ее сторон, во избежание смешения. Все пластины теплообменника одинаковые, и установить их так же просто, как и сварной теплообменник. Благодаря этому приспособление образует некий пакет, в котором находятся 4 коллектора, они предназначены для ввода и отвода различных сред. В теплообмене принимают участие все пластины за исключением крайних (первой и последней).

Имея даже самые низкие показатели гидравлического сопротивления, теплоотдачу можно увеличить при помощи тонкого потока и турбулентности. При этом и турбулентность, и тонкий поток очищают пластины от нежелательных и даже самых устойчивых налетов.

Задняя и передняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу, и производят нагревание сред. Трубы могут отличаться между собой методом присоединения (к примеру, есть тип с резьбой ГОСТа №6357 и с резьбой по ГОСТу №12815). Оба они зависят от типа устройства. Размещенные параллельно пластины теплообменника создают каналы. Проходя все каналы, среда осуществляет теплообмен и покидает оборудование. Это значит, что пластины самый важный элемент всего теплообменника. Их толщина составляет всего 0,5 мм, производят их из нержавеющей стали методом холодной штамповки. Между пластинами устанавливают устойчивую к температурам резину, которая делает каналы герметичными. Входящие и выходящие отверстия укрепляют специальной прокладкой и кольцами, спереди и сзади соответственно.

Выбор теплообменника происходит с учетом его рабочих требований. Чем они выше – тем больше потребуется пластин. Именно число пластин отвечает за общую эффективность.

Исходные данные и расчет теплообменника

1 – Температура на входе и выходе обоих контуров.
Пример: максимальная входная температура – 55°С, а LMTD – 10°С. Теплообменник будет дешевле и меньше в том случае, когда эта разница будет больше.

2 – Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Цена будет ниже в случае плохих параметров.

3 – Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
Или пропускная способность теплообменника. Часто указывают лишь один параметр – объем расхода воды. Общий массовый расход можно вычислить если объем пропускной способности умножить на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе примерно равна 0.99913.

4 – Тепловая мощность (Р, кВт).
Или тепловая нагрузка (количество тепла, отданное теплообменником) вычисляет по формуле:

P = m * cp *δt

  • где m – расход среды
  • cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C))
  • δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 – t2)

5 – Дополнительные характеристики.

  • чтобы выбрать состав пластин, необходимо узнать в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость;
  • средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 – ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) – T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура) – T3 (выход холодного контура);
  • уровень загрязненности среды (R) – редко используют, так как этот параметр нужен только в некоторых случаях.

Видео «Как рассчитать теплообменник?»

Виды

Существуют следующие виды теплообменников.

Смесительные водяные

Фото 3

Представляют собой приборы, в которых тепло передаётся через непосредственный контакт двух сред: горячей и холодной.

Суть действия такого теплообменника в том, что в специальной камере соединяются жидкость и пар, скорость которого при этом превышает сверхзвуковое значение.

Разгоняет его до такого показателя расчётное сопло. За счёт такого смешивания и происходит прогрев жидкости и паровая конденсация, а теплоноситель требуемой температуры циркулирует по системе отопления.

Камера прибора предусматривает наличие конденсационного вакуума. Работа теплообменника этой разновидности возможна даже при условии малого парового давления.

Поверхностные

Конструкция таких приборов представлена в виде биметаллических труб с алюминиевым оребрением накатного типа.

В этих устройствах происходит процесс обтекания твёрдого покрытия воздухом. Температуры поверхности и воздушного потока отличаются.

Фото 4

Тепловой обмен между средами осуществляется через стенку с нанесённым на неё специальным теплопроводящим материалом. Контура полностью изолированы друг от друга.

Поверхностные теплообменники делятся на 2 типа:

  • регенеративные (направление потока среды имеет свойство меняться);
  • рекуперативные (обмен теплом от одного теплоносителя к другому осуществляется через неплотные стенки контура, при этом направление потока среды остаётся постоянным).

3. Рекуперативные теплообменные аппараты

Рекуперативные теплообменные аппараты — это установки, работающие в периодическом или в стационарном тепловом режиме. Аппараты периодического действия обычно представляют собой сосуды большой вместимости, которые через определенные промежутки времени заполняют обрабатываемым материалом или одним из теплоносителей, нагревают или охлаждают его, а затем удаляют. В стационарном режиме работают, как правило, аппараты непрерывного действия. Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов весьма разнообразны и предназначены для работы с теплоносителями типов жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость.

Значительно чаще используются теплообменные аппараты непрерывного действия, среди которых наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1). Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухами и крышками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них разделено перегородками на несколько ходов.

В кожухотрубчатых теплообменниках обычно применяют трубы внутренним диаметром не менее 12 мм и не более 38 мм, так как при увеличении диаметра труб значительно снижается компактность теплообменника и возрастает его металлоемкость.

Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5…6 м. Толщина стенки труб — от 0,5 до 2,5 мм. Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, запайки или сальниковых соединений. Кожух аппарата представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Он снабжен фланцами, к которым болтами крепятся крышки. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не делается тоньше 4 мм. Из-за различия температур греющей и нагреваемой сред кожух и трубы работающего аппарата также имеют различные температуры. Для компенсации напряжений, возникающих в результате различия температурных расширений труб и кожуха, применяют линзовые компенсаторы, U- и W-образные трубы, теплообменники с плавающими камерами (рис. 1).

Рекомендуем:  Схема подключения газового котла к системе отопления: подключение двухконтурного и одноконтурного котла своими руками, как подключить отопление, как подсоединить самому правильно

Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты

Рис. 1. Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты: а, б — с жестким креплением труб в трубных решетках; в — с линзовыми компенсаторам корпусе; г, д — с U- и W-образными трубками; е — с нижней плавающей распределительной камерой

С целью интенсификации теплообмена увеличивают скорость теплоносителей с низким коэффициентом теплоотдачи, для чего теплообменники по теплоносителю, проходящему в трубах, делают двух-, четырех- и многоходовыми, а в межтрубном пространстве устанавливают сегментные или концентрические поперечные перегородки (рис. 1).

Если перепады давления между греющей и нагреваемой средами в аппарате достигают 10 МПа и более, применяют змеевиковые теплообменники с витыми трубами (рис. 2, а), концы которых вваривают в распределительные коллекторы или в меньшие по размерам, чем в кожухотрубных аппаратах, трубные решетки. Эти аппараты более компактны, а также позволяют обеспечить более высокие скорости и коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя, движущегося в трубах, в случае малых его расходов.

Змеевиковые и секционные рекуперативные теплообменные аппараты

Рис. 2. Змеевиковые и секционные рекуперативные теплообменные аппараты: а — с витой трубчатой поверхностью нагрева (змеевиковый); б — секционный; в — «труба в трубе»

Секционные теплообменники (рис. 2, б), как и кожухотрубчатые, применяют в самых различных областях. Они характеризуются меньшим, чем в кожухотрубчатых аппаратах, различием скоростей в межтрубном пространстве и в трубах при равных расходах теплоносителей. Из них удобно подбирать необходимую площадь поверхности нагрева и изменять ее в случае необходимости. Однако у секционных теплообменников велика доля дорогостоящих элементов — трубных решеток, фланцев, переходных камер, калачей, компенсаторов и т. п.; выше расход металла на единицу поверхности нагрева, больше длина пути теплоносителей, а следовательно, больше расход электроэнергии на их прокачку. В случае малых тепловых мощностей секции выполняют по типу теплообменников «труба в трубе», у которых в наружную трубу вставлена единственная внутренняя труба меньшего диаметра (рис. 2, в).

Разборные многопоточные теплообменники «труба в трубе» нашли применение в технологических установках заводов нефтяной, химической, газовой и других отраслей промышленности при температурах от – 40 до +450 °С и давлениях до 2,5…9,0 МПа. Для улучшения теплообмена трубы могут иметь продольные ребра или поперечную винтовую накатку.

Спиральные теплообменники—аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами (рис. 3). Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с ГОСТ 12067—80 навивку спиральных теплообменников производят из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м с поверхностями нагрева от 3,2 до 100 м2 при расстоянии между листами от 8 до 12 мм и толщине стенок 2 мм для давления до 0,3 МПа и 3 мм — до 0,6 МПа. Зарубежные фирмы изготовляют специальные теплообменники из рулонного материала (углеродистых и легированных сталей, никеля, титана, алюминия, их сплавов и некоторых других) шириной от 0,1 до 1,8 м, толщиной от 2 до 8 мм при расстоянии между листами от 5 до 25 мм. Поверхности нагрева составляют от 0,5 до 160 м2.

Спиральный теплообменник

Рис. 3. Спиральный теплообменник: а — принципиальная схема спирального теплообменника; б — способы соединения спиралей с торцевыми крышками

Спиральные теплообменники устанавливают по штуцерам горизонтально и вертикально. Их часто монтируют блоками по два, четыре, восемь аппаратов и применяют для нагревания и охлаждения жидкостей и растворов. Вертикальные аппараты используют также для конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей. В последнем случае на коллекторе для конденсата имеется штуцер для удаления неконденсирующегося газа.

Пластичные теплообменники (рис. 4, а, б) имеют щелевидные каналы, образованные параллельными пластинками. В простейшем случае пластины могут быть плоскими. Для интенсификации теплообмена и повышения компактности пластинам при изготовлении придают различные профили (рис. 4, в, г), а между плоскими пластинами помещают профилированные вставки. Первые профилированные пластины изготовлялись из бронзы фрезерованием и отличались повышенной металлоемкостью и стоимостью. В настоящее время пластины штампуют из листовой стали (углеродистой, оцинкованной, легированной), алюминия, мельхиора, титана и других металлов и сплавов. Толщина пластин — от 0,5 до 2 мм. Поверхность теплообмена одной пластины — от 0,15 до 1,4 м2, расстояние между пластинами — от 2 до 5 мм.

Пластинчатые теплообменники

Рис. 4. Пластинчатые теплообменники: а — пластинчатый воздухоподогреватель; б — разборный пластинчатый теплообменник для тепловой обработки жидких сред; в — гофрированные пластины; г — профили каналов между пластинами; I, II — вход и выход теплоносителя

Теплообменники делаются:

а) разборными;

б) неразборными.

В разборных аппаратах герметизацию каналов обеспечивают с помощью прокладок на основе синтетических каучуков. Их целесообразно применять при необходимости чистки поверхностей с обеих сторон. Они выдерживают температуры в диапазоне от -20 до 140…150 °С и давления не более 2…2,5 МПа. Неразборные пластинчатые теплообменники выполняют сварными. Они могут работать при температурах до 400 °С и давлениях до 3 МПа. Из попарно сваренных пластин изготовляют полуразборные теплообменники. К аппаратам этого же типа относятся блочные, которые набирают из блоков, образованных несколькими сваренными пластинами. Пластинчатые теплообменные аппараты применяют для охлаждения и нагревания жидкостей, конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей, а также в качестве греющих камер выпарных аппаратов.

Ребристые теплообменники (рис. 5) применяются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. Из рис. 5 (е…и) видно, что ребристые теплообменники изготовляют самых различных конструкций. Ребра выполняют поперечными, продольными, в виде игл, спиралей, из витой проволоки и т. д.

Трубы с наружным и внутренним продольным оребрением изготовляют методами литья, сварки, вытяжкой из расплава через фильеру, выдавливанием металла, нагретого до пластического состояния, через матрицу. Для закрепления ребер на трубах и пластинах используют также гальванические покрытия, покраску. Для повышения эффективности ребер их изготовляют из более теплопроводных, чем стальные трубы, материалов: меди, латуни, чаще из алюминия. Однако из-за нарушения контакта между ребром или ребристой рубашкой и стальной несущей трубой биметаллические трубы применяют при температурах не выше 280 °С, трубы с навивным оребрением — до 120 °С; навивные завальцованные в канавку ребра выдерживают температуру до 330 °С, но быстро корродируют у основания в загрязненном воздухе и других агрессивных газах.

ребристые теплообменники

Рис. 5. Типы ребристых теплообменников: а — пластинчатый; б — чугунная трубка с круглыми ребрами; в — трубка со спиральным оребрением; г — чугунная трубка с внутренним оребрением; д — плавниковое оребрение трубок; е — чугунная трубка с двухсторонним игольчатым оребрением; ж — проволочное (биспиральное) оребрение трубок; з — продольное оребрение трубок; и — многоребристая трубка

Регенеративные теплообменные аппараты

Для повышения эффективности теплотехнологических систем, работающих в широком интервале перепадов температуры между теплоносителями, часто оказывается целесообразным применение регенеративных теплообменных аппаратов.

Регенеративным теплообменным аппаратом называют устройство, в котором передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой. Насадка периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителей. В течение первого периода (периода нагревания насадки) через аппарат пропускают горячий теплоноситель, при этом отдаваемая им теплота расходуется на нагревание насадки. В течение второго периода (периода охлаждения насадки) через аппарат пропускают холодный теплоноситель, который нагревается за счет теплоты, аккумулированной насадкой. Периоды нагревания и охлаждения насадки продолжаются от нескольких минут до нескольких часов.

Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в то время, когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются, после чего в каждом из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении. Схема соединения и переключения пары регенераторов приведена на рис. 6.

Схема регенератора с неподвижной насадкой

Рис. 6. Схема регенератора с неподвижной насадкой: I — холодный теплоноситель, II — горячий теплоноситель

Переключение производится поворотом клапанов (шиберов) 1 и 2. Направление движения теплоносителей показано стрелками. Обычно переключение регенераторов производится автоматически через определенные промежутки времени.

Из применяемых в технике регенераторов можно выделить конструкции аппаратов, работающих в областях высоких, средних и очень низких температур. В металлургической и стеклоплавильной промышленности применяют регенераторы с неподвижной насадкой из огнеупорных кирпичей. Воздухонагреватели доменных печей выделяются своими размерами. Два или несколько совместно работающих таких воздухонагревателя имеют высоту до 50 м и диаметр до 11 м, они могут нагревать до 1300 °С примерно 500 000 м3/ч воздуха. На рис. 7, а представлен продольный разрез воздухонагревателя доменной печи с кирпичной насадкой. В камере сгорания сжигают горючие газы. Продукты сгорания поступают в воздухонагреватель сверху и, двигаясь вниз, нагревают насадку, а сами при этом охлаждаются и выходят снизу. После переключения шибера воздух движется снизу вверх через насадку в обратном направлении и при этом нагревается. Другим примером высокотемпературного регенератора является воздухонагреватель сталеплавильной печи (рис. 7, б). Г азообразное (жидкое) топливо и воздух перед подачей в печь нагреваются за счет теплоты продуктов сгорания.

типы регенераторов

Рис. 7. Некоторые типы регенераторов: а — схема мартеновской печи с регенераторами: 1 — шибер; 2 — горелки; 3 — насадка; б — воздухоподогреватель доменной печи: 1 — теплоаккумулирующая насадка; 2 — камера сгорания; 3 — выход горячего дутья; 4 — вход воздуха в камеру сгорания; 5 — вход горячего газа; 6 — вход холодного дутья; 7 — уходящие газы; в — регенеративный аппарат системы Юнгстрема; г — схема регенератора с падающей насадкой

Теплообменники, работающие при высоких температурах, обычно изготовляют из огнеупорного кирпича. Недостатками регенераторов с неподвижной кирпичной насадкой являются громоздкость, усложнение эксплуатации, связанное с необходимостью периодических переключений регенераторов, колебания температуры в рабочем пространстве печи, смещение теплоносителей во время переключения шибера.

Рекомендуем:  Ремонт кухонных вытяжек своими руками: как разобрать вытяжку на дому

Для среднетемпературных процессов в технике используют воздухонагреватели непрерывного действия с вращающимся ротором системы Юнгстрема (рис. 7, в). Регенеративные вращающиеся подогреватели (РВП) применяют на электростанциях в качестве воздухонагревателей для использования теплоты дымовых газов, выходящих из котлов. В качестве насадки в них используют плоские или гофрированные металлические листы, прикрепленные к валу. Насадка в виде ротора вращается в вертикальной или горизонтальной плоскости с частотой 3…6 об./мин и попеременно омывается то горячими газами (при этом нагреваясь), то холодным воздухом (при этом охлаждаясь). Преимуществами РВП перед регенераторами с неподвижной насадкой являются: непрерывный режим работы, практически постоянная средняя температура нагреваемого воздуха, компактность, недостатками — дополнительный расход электроэнергии, сложность конструкции и невозможность герметичного отделения полости нагрева от полости охлаждения, поскольку через них проходит одна и та же вращающаяся насадка.

Трубчатые

Приборы этой разновидности представляют собой 2 трубы, расположенные внутри друг друга и имеющие отличные диаметры. Так жидкость, нагрев или охлаждение которой требуется произвести, напрямую контактирует с теплоносителем.

Фото 6

Трубы для теплового обмена зафиксированы вдоль друг друга. За счёт разницы между их диаметрами у теплоносителя не возникает препятствий при его циркуляции.

Применяются такие теплообменники преимущественно в пищевой промышленности, в частности, в виноделии и при производстве молочной продукции.

А также использование таких приборов широко распространено в нефтяной, газовой, химической промышленностях.

Оросительные

Теплообменники этого типа представляют собой прямые трубы, расположенные друг над другом и орошаемые водой с наружной стороны. Они фиксируются с помощью сварки или применения «калачей» на фланцах. Орошающая жидкость идёт через верхний жёлоб, края которого имеют форму в виде зубчиков. Часть жидкости, подаваемой для орошения трубопроводов, испаряется.

Широко распространено использование таких агрегатов в качестве конденсаторов в холодильниках.

Графитовые: что это такое

Фото 7

Теплообменники блочного строения. Все прямоугольные или цилиндрические составляющие прочно зафиксированы специальными резиновыми или тефлоновыми прокладками и крышками.

Внутри этой конструкции происходит движение жидкости по перекрёстной схеме.

Изначально для устранения пористости графита его обрабатывают специальными смолами из формальдегида. Одна или обе среды при этом являются коррозионно-активными.

Важно! Если обе жидкости агрессивные, то обязательно по бокам на прижимные плиты наносятся специальные пластины из графита.

За счёт устойчивого воздействия таких приборов их применение пользуется большой популярностью в химической промышленности.

Пластинчатые воздушные с вентилятором

По своей конструкции делятся на разборные и паяные. Первые имеют большое распространение в силу того, что их можно разбирать и собирать, а при необходимости прочистки и увеличивать их эффективность путём наращивания дополнительных пластин.

Фото 8

Прибор состоит из пластин, между которыми расположены прокладки из резины, 2 концевые камеры, болты для стягивания и рама.

Стальные пластины имеют толщину 0,7 мм, их проточная сторона гофрирована или ребристая.

С целью герметизации процесса теплообмена к пластинами фиксируются прокладки из резины.

Теплоноситель в таких теплообменниках может перемещаться в прямом, обратном направлениях или смешанно.

Применяются такие устройства в отоплении, вентиляции, кондиционировании и холодильных установках. Кроме того, он используется в текстильной, нефтяной, целлюлозно-бумажной и других промышленностях.

Пластинчато-ребристые: принцип работы

Фото 9

Суть конструкции такого теплообменника в том, что есть единая система из раздельных пластин, между которыми расположены ребристые насадки.

Их разновидности представлены в широком диапазоне.

Для грамотной подборки формы каналов для прохождения жидкости, требуется использование различных насадок.

Важно! Применение таких устройств для теплового обмена возможно при температуре неагрессивных жидких и газообразных сред от +200 °C до —270 °C.

Используются эти теплообменники в различных транспортных установках.

Оребрённо-пластинчатые

Их отличие от вышеуказанных видов в том, что в основании конструкции используются оребренные панели с тонкими стенами, сформированные путём высокочастотной сварки.

Фото 10

Все они зафиксированы поочерёдно с возможностью поворота на 90 °C.

Применение таких теплообменников часто встречается как в промышленности (в тепловых технологических процессах), так и в быту (система вентиляции с возвращением тепла).

Спиральные

Бывают горизонтальные и вертикальные. Их конструкция состоит из 2 тонких листов из металла, зафиксированных к керну и загнутых в форме спиралей. Для придания листам дополнительной жёсткости к ним по обеим сторонам с помощью сварки присоединены бобышки дистанции.

У спиральных каналов есть ограничения в виде торцевых крышек. Уплотнения таких проходов производят путём заваривания с одной стороны и уплотнения прокладкой — с другой. По мере её износа происходит заваривание и с другой стороны.

Фото 11

Таким образом, исключается вероятность спешивания теплоносителей.

Используется этот прибор в пищевой, металлургической, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, нефтяной, газовой и других областях промышленности.

Использование теплообменников в разных системах

Зачем нужен теплообменник? Область эксплуатации данных устройств можно разделить на несколько категорий: промышленность, коммунальное хозяйство и бытовые нужды. В каждом случае установка будет отличаться материалом исполнения, габаритами и мощностью, а также циркулирующими рабочими средами.

В системе отопления

Теплообменное оборудование в системе отопления позволяет значительно снизить расход ресурсов и добиться высокой степени контроля и регулировки процесса.

Система отопления может быть:

  • зависимой – система без теплообменника, когда тепло поступает от центрального теплового пункта регулярно в определенном количестве;
  • независимой – система с теплообменником, который позволяет регулировать количество поступающей энергии в соответствии с потребностями конечного потребителя.

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Он разделяет единую конструкцию на две части: одна из них относится к поставщику, а другая – к потребителю тепла. Аппарат служит промежуточной станцией, через которую проходит горячая вода с различными примесями: антифриз, масло и иные компоненты.

Теплообменник в ИТП

Использование пластинчатого оборудования для автоматизации индивидуального теплового пункта позволяет снизить потери энергии до 40% за счет высокой эффективности установки.

Независимая система отопления состоит из главного пункта, который распределяет тепло между разными объектами, и дополнительных теплообменников, установленных в индивидуальном тепловом пункте, откуда тепло поступает к конечному потребителю.
Наличие теплообменной конструкции в данной схеме – возможность для владельца квартиры регулировать температурный режим в помещении. Он не будет потреблять излишки тепла, что приводит к значительной экономии ресурсов.

В системе горячего водоснабжения

Усиление мощности кожухотрубного теплообменника возможно лишь за счет большей ширины и длины змеевика, что сказывается отрицательно на размерах корпуса. Громоздкая конструкция занимает много места и неудобна в монтаже. Пластинчатый теплообменник, габариты которого в 3 раза меньше, позволяет получить аналогичную производительность.

В котельной

Обыденная практика – использование в котельных двух видов теплообменников. Это средство защиты от гидроударов, химических и механических примесей, перепада высот. Независимые контуры позволяют осуществлять автономный контроль и регулировку каждой конструкции. В таком случае продолжительность эксплуатации котлов значительно увеличивается, накипь на стенках прибора не скапливается.

Как работает теплообменник в многоквартирном доме? — Справочник домашнего мастера

Зачем нужен теплообменник в системе отопления?

Теплообменник – оборудование, в рабочем блоке которого налажен теплообмен между элементами с различными температурами.

Как выглядят теплообменники

Достоинства систем отопления на основе теплообменников:

  • легкость в эксплуатации и простота технического обслуживания;
  • долговечность;
  • равномерность отопления больших площадей;
  • удобная система терморегулирования;
  • отсутствие громоздких радиаторов;
  • тепловой комфорт в помещении.

Материалы изготовлени

Технология получения теплообменивающих устройств предусматривает их изготовление из материалов: латунь, медь, силумин (кремниево-алюминиевый сплав), нержавеющая сталь. Выбор материала зависит от конечной цели использования оборудования. Медные устройства применимы при изготовлении пива, а латунь чаще выбирают для комплектации оборудования, использующего повышенное давление.

Сферы применения

Выделяют следующие сферы использования теплообменивающего оборудования:

  • системы охлаждения;
  • отопительные системы;
  • системы кондиционирования;
  • химическая промышленность;
  • обогрев бассейнов;
  • солнечные коллекторы;
  • машиностроение;
  • вентиляционные системы;
  • металлургия;
  • фармация;
  • автопроизводство;
  • пищевая промышленность.

Помимо этого, возможно применение теплообменивающего оборудования для отопления частных домовладений. Установить устройство можно как самостоятельно, так и с помощью мастера. Использование такой техники помогает равномерно распределить тепло в помещении.

Классификация

Классификация теплообменников предусматривает их деление на такие виды:

Пластинчатые устройства включают набор пластин с волнистыми каналами со штамповкой и поверхностями, предназначенными для циркуляции жидкостей. Пластины соединены при помощи прорезиненных прокладок и стяжек. Преимущества подобных устройств – легкость в применении и компактность.

Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение. Сфера их использования не ограничивается только промышленным оборудованием, возможен также монтаж этих устройств в жилых домах для монтажа отопительных систем.

Пластинчатые теплообменники классифицируются на группы:

  • неразборные (они же сварные и паяные);
  • полусварные;
  • разборные.

Разборные устройства наиболее популярны. В них пластины разделены при помощи резиновых уплотнителей. Установка не занимает много времени, а эксплуатация не вызывает трудностей.

Классический вариант пластинчатых теплообменников имеет входные и выходные патрубки на поверхности передней плиты. Некоторые устройства имеют патрубки и на передней, и на задней панелях. Рабочие среды подсоединяются к патрубкам посредством фланцевых, резьбовых, стальных соединений. Некоторые модели имеют меньшее количество патрубков, тогда теплоносители подсоединяются непосредственно к плите.

Трубчатые теплообменники включают трубы малого диаметра, вваренные в другие трубы. Достоинствами устройства считается применение в условиях повышения давления.

По критерию способа теплообмена техника подразделяется на смесительную и поверхностную. Устройства смесительного типа передают тепло при плотномконтактировании носителей. Поверхностные теплообменники содержат два контура, в которых происходит перемещение сред с отличными температурами.

Обмен теплом между ними возможен через поверхностные элементы пластин, стенок, листов или труб, которые выполнены из теплопроводящих материалов (нержавеющей или высокоуглеродистой стали, сплавов цветных металлов).

Этот тип оборудования применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленных предприятиях и в организации малого бизнеса.

Поверхностные теплообменники делятся виды: рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные теплообменники характеризуются константным обменом тепла посредством стенок контуров при однонаправленном движении носителей. В регенеративных устройствах происходит поочередный контакт носителей с теплообменивающей поверхностью.

Рекуперативные теплообменники тоже классифицируются:

  1. Погружные. Принцип работы предусматривает движение одного теплоносителя по змеевику, который погружен в бак, содержащий второй жидкий теплоноситель. Модель отличается удобством в применении, характеризуется оптимальной стоимостью.
  2. Оросительные. Сфера применения – как конденсаторы в системах охлаждения. Теплобменники выглядят как змеевики из горизонтальных труб, которые размещены в вертикальной плоскости. У каждого ряда труб есть желоб, по которому на них стекает вода пониженной температуры. Вода, которая не испарилась, возвращается в систему благодаря насосу.
  3. Витые. Представляют собой систему труб, намотанных на сердечник. Компактны и высокоэффективны.
  4. Спиральные. Для оборудования характерен вид двух спиральных каналов, которыми обвита центральная перегородка. Предназначены для охлаждения и нагрева вязких жидкостей.
  5. Кожухотрубные. Трубные решетки присоединены к кожуху посредством сварки. В них закрепляются трубы. Крепление их происходит плотно при помощи развальцовки. Решетки закрыты крышками на шпильках, болтах и прокладках. Кожух включает штуцера (патрубки). Принцип работы заключен в циркуляции носителя тепла в межтрубном пространстве и по трубам. Увеличение теплоотдачи происходит при помощи оребрения.
  6. Секционные – последовательность секций, которые представляют собой кожухотрубные устройства.
  7. Пластинчатые. Включают набор пластин с волнистыми поверхностями со штамповкой и каналами для движения жидкостей. Возможна работа только при пониженном давлении.

Кожухотрубный теплообменник

Строение и принцип работы

Механизм действия легко рассмотреть на примере пластинчатого теплообменника заводской сборки. Структура предусматривает два контура и четыре выхода. Пластинчатое устройство разделяет потоки по давлению и температуре. Теплоносителями выступают кислоты и другие жидкости.

Теплообменники для отопления предполагают подключение к одному контуру теплых полов, а к другому – теплоцентрали.

Прямое подключение центрального теплоносителя невозможно, поскольку это приводит к выходу из строя теплого напольного покрытия.

Это происходит из-за повышения давления в теплоцентрали, температурных перепадов и присутствия химически агрессивных веществ в теплоносителе.

Строение теплообменника представлено на рисунке ниже.

Схематичное устройство пластинчатого теплообменника

Структуру теплообменника составляют:

  • станина, которая с одной стороны устройства прикрепляется к неподвижной прижимной плите и служит элементом опоры;
  • пакет пластин, образующий между составляющими элементами каналы для теплоносителя;
  • рама, которая состоит из подвижной прижимной плиты , неподвижной прижимной плиты и задней стойки;
  • кожух, служащий для защиты устройства от внешних воздействий;
  • шпильки, которые размещены по краю отверстий, через которые в устройство поступает теплоноситель;
  • прокладка, необходимая для герметичности каналов;
  • опорные и крепежные элементы (направляющие балки, несущая база, лапы станины и рамы, подшипники, болты, гайки, шайбы).

Синие и красные стрелки на рисунке обозначают направления движения холодного и горячего теплоносителя внутри теплообменника соответственно.

В быту применяют теплообменник, чей принцип функционирования основан на разделении потоков и поддержании автономного функционирования теплых полов при пониженном уровне рабочего давления в 1,5 бара и подключении чистой воды.

Структуру теплообменного оборудования составляют три группы пластин:

  1. Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
  2. Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
  3. Разделительные, характеризующиеся малой толщиной и передающие тепло от централизованной системы к автономной.

Число и параметры пластин предопределяют мощность теплообменного оборудования. Каждое устройство предполагает установку очистительного фильтра. Он способен удержать грубые частицы: окалины, стружку и прочие. Фильтр нуждается в периодическом промывании очистительными растворами.

Принцип работы теплообменника

Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от одного теплоносителя к другому. В устройство поступает прямая греющая среда и холодная среда.

При прохождении их между пластинами по каналам происходит нагревание холодной среды. На выходе из теплообменника получают нагретую среду и обратную греющую среду.

Внутри оборудования теплообменивающие жидкости движутся навстречу друг другу, то есть в противотоке, и не могут смешиваться, поскольку разделены пластинами.

Характеристики оборудования

Теплообменное оборудование маркируется следующими данными:

  • уровень тестового давления;
  • уровень максимального рабочего давления;
  • уровень максимальной рабочей температуры;
  • производитель.

Помимо этого, в комплектацию входят схема и техпаспорт на языке страны-производителя, в нужных случаях переведенный на язык продающей страны.

Возможно диагональное и вертикальное расположение контуров. При диагональном расположении контуров требуется производить установку только в вертикальное положение. Тогда возможно поступление горячей воды в теплообменивающий аппарат в направлении сверху вниз. При этом происходит передача тепла в автономную систему посредством разделительных пластин.

Вода на входе – повышенной температуры, а на выходе она снижена. При этом в контуре, принадлежащем автономной системе, движение теплоносителя происходит снизу вверх. На нижних уровнях происходит слабый нагрев воды, при приближении к верхним – нагрев усиливается. Это облегчает функционирование системы. Подача воды в оборудование возможна благодаря принудительной циркуляции.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

  • параллельному;
  • смешанному двухступенчатому;
  • последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали.

Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга. Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения.

Установка теплообменника

Используя инструкцию по монтажу, необходимо правильно закрепить теплообменник. Он прямо прижимается к стене за счет специальной консоли или крепежной ленты. Также можно установить теплообменник за счет уголка, который крепится к низу теплообменника. Плюс он завяжется трубами.

Дополнительно нужно смонтировать фильтры. Должен быть хотя бы фильтр грубой очистки на контур теплоэлектростанции. Если подключается к старой отопительной системе, то необходимо два фильтра. Один внизу, другой вверху.

И, безусловно, нужны краны и американки. Последние представляют собой быстроразъемные резьбовые соединения. Как правило, обычная простая американка состоит из четырех частей: двух резьбовых фитингов, накидной гайки и прокладки.

Очень важный момент при монтаже — это диаметр подключения, потому что прибор довольно компактный. В нем небольшой объем теплоносителя. Зазор между пластинами минимальный. Желательно брать такого же диаметра, который нам нужен, или больше. Например, 1 дюйм подключения. И, конечно, лучше брать с запасом уровень мощности теплообменника. Даже на пятьдесят или сто процентов больше. Потому что на габариты это не влияет. Буквально больше на один или два сантиметра. Но зато скорость теплосъема  значительно увеличивается

Особенно это важно в системах, где теплоэлектростанция дает небольшую температуру. Например, при максимальной подаче температуры воды равной 65-70 °C, надо учесть данный факт, чтобы снять с теплоносителя максимально возможное количество теплоэнергии

Способы обвязки

50c9f38b84bc91adaf32e89d2a8a23a7.jpg
Теплообменные приборы чаще всего устанавливаются в отдельных помещениях, обслуживающих частные постройки, многоэтажные здания, теплопункты центральных магистралей, промышленные предприятия.

Небольшой вес и габариты оборудования дают возможность производить установку довольно быстро, хотя определенные изделия, которые обладают большой мощностью, нуждаются в сооружении фундамента.

Во время монтирования аппарата нужно соблюдать основное правило: заливка болтов в фундаменте, с помощью которых теплообменник прочно крепится, производится в любом случае. Схема обвязки должна обязательно предусматривать подводку теплоносителя к находящемуся наверху патрубку, а к установленному внизу штуцеру производится подсоединение обратного контура. Подача разогретой жидкости подключается наоборот.

В подающем контуре требуется наличие циркуляционного насоса. Помимо основного, непременно устанавливается и одинаковый с ним по мощности запасной насос.

26f18f6eafb6f21a81b92f6adfe599b4.jpg

Если в ГВС находится магистраль обратного передвижения воды, то механизм работы и схема несколько меняется. Горячая вода, которая подается по контуру, перемешивается с холодной из водопровода, и только после этого смесь подается в теплообменник. Регулировка температуры на выходе производится с помощью электронного блока, который управляет клапаном входящего теплового носителя.

9cc56cc16676fd3ba003e692870f0a9d.jpg
В двухступенчатой системе можно использовать тепловую энергию обратной магистрали. Это дает возможность рациональней применять имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.

В любой из вышеописанных схем обвязки на входе в теплообменник обязан находиться фильтр. С его помощью можно не допустить засорения системы и продлить срок ее эксплуатации.

При всех иных достоинствах пластинчатые теплообменники не опережают старые кожухотрубчатые модели только по одному важному показателю: во время обеспечения значительного расхода пластинчатые устройства недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом незначительного запаса при выборе количества пластин

Общие советы от специалистов

Принцип работы кожухотрубного теплообменника
Теплообменники имеют сложную структуру, хотя в большинстве случаев советы по их использованию сводятся к одинаковым фразам. Конечно же, конструкция каждого из них уникальна, а потому примером выступает кожухотрубный теплообменник.

Вся сложность заключена в единственном правиле – как и любой прибор на планете, устройство теплообменника требует ремонта. Каждая процедура ремонта влечёт ряд второстепенных проблем, который специалисты стараются решить подручными средствами и способами. В этом механизме, как и в большинстве видов, присутствуют разные трубки. Именно они и являются самой частой причиной поломок. При проведении даже диагностики исправности этих элементов конструкции, следует чётко понимать – малейшее неверное действие и прибор может снизить уровень работы.

Все чаще встречаются люди и организации, которые покупают несколько теплообменников сразу. Эта особенность позволяет сразу же заменить повреждённое устройство новым.

Некоторые нюансы могут возникнуть и при регулировке агрегатов. Если неправильно ввести значения, то площадь работы теплообменника резко снизится. В этом случае происходит нелинейное изменение рабочей площади.

Главным советом специалистов становится отказ от самостоятельных действий по созданию любого вида теплообменника. Процесс рассчитан исключительно на производственный монтаж, а потому в домашних условиях его повторить невозможно.

Существует большое количество теплообменников. Одни из них дешевле, другие надёжнее, а третьи выдают лучший результат работы. Выбрать прибор сложно, но, возможно, зная основные их характеристики. Не стоит забывать и о правилах использования устройств, будь это кожухотрубные или пластинчатые изделия. Каждый вид работает исключительно с чёткими параметрами давления и условиями окружающей среды. Не стоит забывать и о советах специалистов, работающих с механизмами не первый год и знающих их особенности.

Заключение

Использование теплообменников в быту и промышленности экономически обосновано из-за ряда преимуществ. Установки увеличивают скорость технологического процесса, повышают его эффективность и снижают расход ресурсов.

Источники
  • https://ogon.guru/otoplenie/komponenti-sistemi/teploobmennik.html
  • https://sn22.ru/articles/teploobmenniki-dlya-sistem-otopleniya/
  • https://www.tproekt.com/vidy-teploobmennikov-princip-raboty-teploobmennyh-apparatov/
  • https://www.teploprofi.com/vidi-teploobmennikov/
  • https://eti.su/articles/over/over_1553.html
  • https://www.stroi-baza.ru/articles/one.php?id=9953
  • https://specgidromir.com/zachem-nuzhen-teploobmennik-v-sisteme-otopleniya/
  • https://kotel.guru/truby/teploakkumulyatory/vidy-teploobmennikov-ih-ustroystvo-i-princip-raboty.html
  • https://bmi-rus.ru/stroitelstvo/zachem-nuzhen-teploobmennik-v-sisteme-otopleniya.html

Крабадам
Adblock
detector