Svako od nas se susreo sa najjednostavnijim izmenjivačem toplote. Upečatljiv primjer za to je dizajn "pipe in pipe" ili nešto slično. Bilo bi teško zamisliti naš život da izmjenjivač topline nije izumljen. Danas postoji ogroman broj izmjenjivača topline. Razlikuju se jedni od drugih ne samo po tehničkim karakteristikama, već i po obimu, dizajnu itd. Hajde da razgovaramo detaljnije o ovoj temi i pozabavimo se zanimljivim točkama.
Neke opće informacije
Izmjenjivač topline je uređaj koji se koristi za prijenos topline s jednog medija na drugi. Istovremeno, morate shvatiti da je sam izmjenjivač topline, bez opreme za grijanje, potpuno beskoristan, ali u kompleksu možete postići prekrasne rezultate i uspješno grijati čak i vrlo velike i hladne prostorije. Osim toga, naučnici su stalno pokušavali da minimiziraju gubitak topline kada se ona prenese u drugu sredinu. Danas to nije mogućemože se pohvaliti efikasnošću od 100%, ali možemo sa sigurnošću govoriti o efikasnosti od 90-95%. Operativne, kao i tehničke karakteristike proizvoda povećavaju se upotrebom posebno pripremljenih materijala, kao i rashladnog sredstva. Naravno, sve ovo donekle poskupljuje opremu, ali isplati se.
Prilikom projektovanja, inženjeri se stalno suočavaju sa suprotstavljenim zahtevima koje je potrebno spojiti u jednu bocu. Na primjer, potrebno je smanjiti hidraulički otpor i istovremeno povećati koeficijent prijenosa topline. Izmjenjivač topline mora biti otporan na koroziju, ali ne mora biti previše težak za održavanje. Sve je to dovelo do činjenice da su se pojavile mnoge vrste izmjenjivača topline. Koristi se onaj koji najbolje odgovara situaciji.
Klasifikacija izmjenjivača topline
Kao što je gore navedeno, trenutno postoji ogroman broj izmjenjivača topline. Prije svega, moraju se razdvojiti prema načinu prijenosa topline na medij. Ovdje su izmjenjivači topline podijeljeni u sljedeće grupe:
- rekuperativno;
- regenerativno;
- miksanje;
- električno grijano.
Pogledajmo bliže rekuperativne izmjenjivače topline. Dizajn proizvoda podrazumijeva postojanje jednoslojnog ili višeslojnog zida kroz koji se prenosi toplina. Obično se to dešava već u ravnomjernom kretanju. Zanimljivo je da se u takvim uređajima prijenos topline vrši prisilnim kretanjem bez promjene fazedržave. Ali to se odnosi samo na trajno operativne izmjenjivače topline. Ako govorimo o jedinicama s periodičnim načinom rada, tada se u određenom vremenskom periodu provode grijanje, isparavanje i hlađenje, a sve to u sekvencijalnom načinu rada. Takvi uređaji spadaju u izmjenjivače topline s nestalnim termičkim kretanjem. To je zbog činjenice da se temperatura rashladnog sredstva na ulazu i izlazu značajno razlikuje. Često se takvi agregati nalaze u obliku namotaja i lamelnog su, rebrastog i drugog oblika. Malo kasnije ćemo pogledati nekoliko vrsta. Ali klasifikacija izmjenjivača topline se tu ne završava.
Jedinice za regeneraciju i električno grijanje
U ovom slučaju, kao iu prethodnom, površina za izmjenu topline služi za prijenos toplinske energije. Međutim, ova površina je neka vrsta mlaznice. Igra ulogu srednjeg akumulativnog sredstva koje akumulira toplinu. Uglavnom, cijeli proces se može podijeliti u nekoliko faza. U prvoj fazi, mlaznica percipira određenu količinu topline. Zatim dolazi do prijelaza na drugu fazu, a rashladna tekućina se prenosi preko površine mlaznice. To se događa prilikom promjene protoka rashladnih tečnosti. U ovoj fazi, mlaznica se postepeno hladi, a akumulirana toplota se oslobađa u zagrejanu okolinu, što može biti vaša soba.
Regeneratori su nestacionarne jedinice. Mlaznica je često nepomična, a termički procesi se sinhrono ponavljaju. Uređaji ovog tipa se često nazivaju scruberi ilirashladni tornjevi.
Suština električno grijanih izmjenjivača topline je da se električna energija koristi kao glavni izvor topline. Električne lučne instalacije se koriste za pretvaranje električne energije u toplotnu energiju. Mogu biti i direktno i indirektno grijanje. Najčešći izmjenjivači topline u industriji su indukcijski i otporni grijači. Kao što vidite, oprema za izmjenu topline može biti različita, sada ćemo detaljnije pogledati svaki tip, njegov opseg i karakteristike dizajna.
Spiralni izmjenjivači topline
Uređaj je par spiralnih kanala. Obično se vijugaju oko centralne pregrade. Da biste to učinili, izrađeni su od valjanog materijala. Vrijedi napomenuti da su spiralni izmjenjivači topline pogodni za grijanje i hlađenje tekućina visokog viskoziteta.
Uglavnom, grejnu površinu čine dva lima metala, koji su pričvršćeni za jezgro pomoću vara. Sama jedinica se sastoji od samo 2 kanala, obično pravokutnog, napravljenog u obliku spirale. Kraj spirale (unutrašnji) ima pregradni zid i fiksiran je iglicama. Izmjenjivači topline mogu biti vertikalni i horizontalni. Ako nije moguće instalirati jednu vrstu zbog nedovoljnog prostora ili složene konfiguracije prostorije, tada se koristi druga, poželjnija. Zanimljivo je i da potrošač može izabrati spiraluizmjenjivači topline sa različitim širinama spirale, od 20 do 150 centimetara. Istovremeno, površina grijanja može varirati od 3,2 do 100 kvadratnih metara sa maksimalnim pritiskom u sistemu od 1 MPa.
Treba napomenuti da ova oprema za izmjenu topline ima niz značajnih prednosti. Prvo, to je smanjeni hidraulički otpor. Drugo, kompaktnost i visoka efikasnost i intenzitet prijenosa topline. Ali sve je to doprinijelo činjenici da su postojali nedostaci u vidu složenog dizajna i popravke.
O pločastim izmjenjivačima topline
Trenutno se proizvode sklopivi i nerastavljivi pločasti izmjenjivači topline. Naravno, prva vrsta je poželjnija iz više razloga. Prvo, to je jednostavnost održavanja. Takva oprema se vrlo brzo rastavlja i sastavlja, tako da se svaki kvar otklanja u kratkom vremenu. Modeli koji se ne mogu odvojiti se obično ne popravljaju, a ako jesu, onda mnogo duže.
Zapravo, ime sugerira da se ova oprema sastoji od paketa prefabrikovanih ploča. Mogu se praviti od različitih materijala kao što su bakar, titanijum, grafit itd. Gotovo uvek, da bi se poboljšale karakteristike performansi, ploče su napravljene valovitim. U pločastim izmjenjivačima topline, tokovi hladnog i vrućeg rashladnog sredstva prolaze u slojevima.
Sama oprema je dobra jer ima kompetentan raspored. To je omogućilo povećanje površine površine za izmjenu topline i sve to uklopiti u relativno male dimenzije. U svakom slučaju, prije kupovine vrši se izračun izmjenjivača topline koji vam omogućava da dobijete podatke o tome kolika je snaga potrebna uređaju u određenom slučaju. Mora se shvatiti da sve ploče koje su spojene u paketu formiraju kanale između sebe zbog istog oblika. Kroz njih teče tečnost. Pa, sada ćemo pogledati još nekoliko zanimljivih detalja koji se odnose na ovu opremu.
Korišćenje zaptivki
Kao što je gore navedeno, glavni element prijenosa topline su ploče. Hladno žigosane su. Za to se koriste legure otporne na koroziju, koje mogu značajno povećati izdržljivost i efikasnost jedinice. Debljina ploča, ovisno o modelu, može varirati od 0,4 do 1,0 mm. U radnom položaju ploče su čvrsto pritisnute jedna uz drugu. U tom slučaju se formiraju mali prorezni kanali. Na prednjoj strani nalazi se poseban žljeb, tamo je ugrađena gumena brtva (brtva). Osim toga, brtve imaju rupe koje su neophodne za dovod i uklanjanje tečnosti. U slučaju da jedna od rupa probije, predviđen je sistem drenažnih žljebova kako bi se spriječilo miješanje hladnog i vrućeg medija.
Zbog stvaranja protivstruje između dva medija, bilo je moguće postići ne samo poboljšanje podešene temperature, već i brži prijenos topline uz relativno male hidrauličke otpore. Ne bi bilo suvišno reći da se osnovni princip rada zasniva na protivstruji, odnosno kretanju grijanja itečnosti za zagrijavanje u različitim smjerovima. Da bi se spriječilo miješanje, postavlja se dvostruka gumena brtva ili metalna ploča. Broj ploča i kanala može varirati ovisno o operativnim zahtjevima opreme. Prije kreiranja vrši se termički proračun izmjenjivača topline, što omogućava određivanje optimalnog načina rada. Ponekad se koriste skupe legure koje se ne boje dugotrajnog rada u agresivnom okruženju.
Izmjenjivači topline s pločastim perajem
PRT se koriste za prenos toplote u neagresivnim i gasovitim medijima u širokom temperaturnom opsegu, od -270 do +200 stepeni Celzijusa. U ovom slučaju, pritisak u sistemu može dostići 100 atmosfera i početi iz vakuuma. Dizajn se temelji na ideji nanošenja rebraste površine na obje strane ploča. Sam proizvod se sastoji od nekoliko rebara, zahvaljujući kojima se vrši prijenos topline između medija. Vrijedi napomenuti da se radi o izmjenjivaču topline s rebrima koji ima širok izbor oblika rebara. To vam omogućava da malo promijenite operativne i tehničke karakteristike. Najčešće možete vidjeti kontinuirana i valovita rebra. Ali pored ovih, postoje i egzotičniji, poput perforiranih i ljuskavih. Kao materijal se obično koristi lim. Njihova debljina je podesiva u zavisnosti od pritiska u sistemu i upotrebljene tečnosti.
Često se ovi tipovi izmjenjivača topline proizvode sa različitim vrstama protoka. Najčešće se koristi kontratok, ali ima i takvihpravolinijski i unakrsni krugovi. Ako ukratko govorimo o prednostima takve opreme, onda ih ima puno. Prvo, to su operativna svojstva, kao što je brz i intenzivan prijenos topline. Drugo, male je veličine. Danas mnogi kažu da su rebrasti izmjenjivači topline najnapredniji. Najčešće se PRT koristi u industrijama kao što su energetika, prerada nafte, hemijska i avioindustrija. Sve ovo zbog velikog broja prednosti, kao i širokog spektra fluida i pritisaka koji se koriste u sistemu.
Izmjenjivač topline s školjkom i cijevi: dizajn i karakteristike
Oprema za izmjenu topline površinskog tipa, koju smo već pregledali, nije toliko popularna kao ljuske i cijevi. Ovo su samo uređaji koji su spomenuti na samom početku, u najjednostavnijoj verziji - to je sistem "pipe in pipe". Izmjenjivač topline ovog tipa je sistem (snop) cijevi koje se postavljaju u kućište. Cijevi su valjane i zavarene na tijelo proizvoda. U nekim slučajevima se dodatno opeku. Ovo se radi kako bi se osigurala 100% nepropusnost. Tijelo je opremljeno dodatnim mlaznicama. Neki su potrebni za dovod pare, drugi za uklanjanje kondenzata. Osim toga, u kućištu se nalaze poprečne rešetke koje služe za podupiranje cijevi za izmjenu topline duž cijele dužine jedinice. Zanimljivo, školjkasti i cijevni izmjenjivači toplote se koriste na temperaturama od 190 stepeni Celzijusa ilipritisci zasićene pare preko 15 bara.
Svaki sistem koji uključuje kretanje fluida može biti podložan vodenom udaru. Ovaj fenomen može djelomično ili potpuno deaktivirati opremu. Kako se to ne bi dogodilo, koriste se razne vrste skladišnih elemenata, takozvani ekspanzijski spremnici. Ali u našem slučaju to nije potrebno, jer su izmjenjivači topline s školjkom i cijevi vrlo otporni na njih. Osim toga, ne postoje strogi zahtjevi za čistoćom okoliša. Značajan nedostatak ovakve opreme je što su sve vrste izmjenjivača topline ovog tipa veoma metalo intenzivni, što utiče na konačnu cijenu i dimenzije.
Izmjenjivači topline za plinsku opremu
Nije tajna da svaki kotao na čvrsto gorivo ili plin ima izmjenjivač topline u svom dizajnu, nazivaju se i grijači. Već smo razmotrili glavne vrste. Kao što ste vjerojatno primijetili, ove ili one vrste se koriste u različitim industrijama. Neki uređaji su našli širu primjenu, drugi se koriste u određenim industrijama i ne odgovaraju drugim. U našem slučaju se koristi cijevni i pločasti izmjenjivači topline. U prvom slučaju imamo posla sa sistemom cijevi, u drugom - sa pločama. U principu, bez obzira na vrstu, izmjenjivač topline za gejzir mora ispunjavati niz zahtjeva. Prvo, da imaju visok koeficijent prolaza toplote, i drugo, da budu izdržljivi i otporni na visoke temperature. Najpopularniji materijali su bakar, aluminijum ičelika. Posljednja opcija je manje poželjna, jer je takav metal težak, što smanjuje efikasnost. U svakom slučaju, izmjenjivač topline za gejzir mora služiti najmanje 5 godina.
Zaključak
Pa smo pregledali glavne tipove izmjenjivača topline. Takve vrste kao što su školjke i ploče ostale su bez pažnje. U principu, malo se razlikuju od klasičnih lamelarnih ili rebrastih. Ali često možete pronaći peći za kupanje s izmjenjivačem topline s kućištem. Međutim, ključna karakteristika je da je oprema otporna na visoke temperature i radne pritiske. Kućište može biti izrađeno od materijala poput titanijuma, nerđajućeg čelika ili ugljeničnog čelika. Zanimljivo je da su peći za kupanje s pločastim izmjenjivačem topline dobro regulirane za paru ili kondenzat, što je, nesumnjivo, značajna prednost. U principu, ovo može upotpuniti priču, jer sada znate sve što vam treba o izmjenjivačima topline.
