Разновидности пластинчатых теплообменников. Их характеристики

Характеристика, конструкция, устройство, принцип работы, основные размеры и параметры пластинчатых теплообменников. Основные виды пластинчатых теплообменников (разборный, полусварной, паяный); диапазон их рабочих характеристик, преимущества и недостатки.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 02.04.2014
Размер файла 1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пластинчатый теплообменник. Устройство и принцип работы

Пластинчатые теплообменники относятся к классу рекуперативных теплообменников и представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных металлических пластин с гофрированной поверхностью. Пластины, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями А и В чередуются между собой.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518-83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от -30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.

Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:

· разборные

· полуразборные (полусварные)

· неразборные (паяные и сварные)

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

Пластинчатые теплообменники классического исполнения имеют патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. Существуют также исполнения, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите теплообменника. Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединения под сварку (стальная труба) или резьбового соединения. Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя. В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.

Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной до 1 мм. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника. Материал пластин - оцинкованная или коррозионно-стойкая сталь, титан, алюминий. Расчет на прочность пластинчатых теплообменников сводится к расчету нажимных и промежуточных плит, пластин, штанг, стяжных болтов, коллекторов, днищ и крышек.

Принцип работы

Пластинчатые теплообменники представляют собой разборные теплообменные аппараты.

Поверхность теплообмена состоит из тонких металлических штампованных пластин, изготовленных из коррозийностойких сталей 1.4401/AISI316; 1.4301/AISI304.

Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулиза-цию потоков рабочих сред, за счет чего повышается коэффициент теплопередачи и уменьшается количество отложений и загрязнении на рабочих поверхностях.

Для уплотнения межпластинных каналов исползуются про¬кладки из термостойкой резины.

Уплотнительные прокладки крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных межпластинных каналов, по которым протекают жидкости, участвующие в теплообмене.

В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке), и горячая жидкость передает тепло через стенку пластины. Теплопередача зависит от профиля пластины. Различные профили пластин определяют коэффициент передачи тепла.

Все пластины в пакете одинаковы, только развернуты одна относительно другой на 180 градусов, такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов.

Такой принцип построения теплообменника позволяет быстро модифицировать его, как в сторону увеличения количества пластин, тем самым увеличивая мощность теплообменника, так и легко отремонтировать в случае выхода из строя резинового уплотнения или теплообменной пластины.

Схема движения теплоносителей и распределение потоков

Расположение присоединений

Конструкция пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник относится к типу поверхностных теплообменных аппаратов, т.е. среды участвующие в процессе теплообмена не смешиваются, а только обмениваются теплом через разделяющую их стенку.

Конструктивно пластинчатый теплообменник представляет собой пакет теплообменных пластин и прокладок установленный в специальную раму и стянутый резьбовыми шпильками до определенного размера. Такая конструкция теплообменника обеспечивает эффективную компоновку теплообменной поверхности и, как следствие малы габарите размеры самого аппарата.

Пакет пластин размещается между неподвижной и прижимной плитами и закрепляется с помощью верхней и нижней направляющих, стойки и соединительных элементов. Разборные теплообменные аппараты могут собираться на консольной, двухопорной и трехопорной раме, в зависимости от типа пластин и величины поверхности теплообмена.

Конструкция аппаратов позволяет набирать любую (от 5 до 1750 м2) поверхность теплообмена. Тип и количество пластин зависит от требуемой теплопередачи. Сборка пластин гарантирует надежное взаимное уплотнение проточных каналов, а также определяет направление потока в теплообменнике.

Основные технические данные (в зависимости от исполнения).

Мощность

расход

площадь пластины

диаметр присоединений

рабочая температура

рабочее давление

1 кВт - 40 МВт
3- 4500 м3
0,04 м2 - 3.0 м2
DN25 - DN500
-20°С-+195°С
макс. 25 бар

1. неподвижная плита

2. прижимная плита

3. опора

4. верхняя направляющая

5. нижняя направляющая

6. направляющий ролик

7. стяжная шпилька

8. крепежный болт

9. резиновая втулка

10. уплотнение

11. теплообменные пластины

Типовые ряды

FP - разборные пластинчатые теплобменники с уплотнениями (стандартное исполнение) FPDW - пластинчатые теплообменники повышенной надежности (исполнение с двойной пластиной). FPG - полусварные пластинчатые теплообменники(сварные кассеты для агрессивных сред) FPSF - пластинчатые теплообменники пластинами типа «Free-Flow» (спс циальный широкий канал для сред, содержащих твердые частицы).

Преимущества пластинчатых теплообменников

На сегодняшний день конструкция пластинчатых теплообменников является самой передовой для решения задач теплообмена. Благодаря этому пластинчатые теплообменники успешно внедрились почти во все отрасли промышленности.

Преимущества пластинчатых теплообменников (ПТО) FUNKE

- низкие инвестиционные и производственные затраты, а также

незначительные издержки на обслуживание аппаратов;

- высокоэффективная теплопередача (коэффициент теплопередачи в среднем в 3-5 раз больше, чем в теплообменниках с гладкими трубами);

- асимметричные каналы для более экономичных решений;

- использование наименьшей разницы температур - небольшая занимаемая площадь;

- эффект самоочистки посредством высокотурбулентного потока;

- возможность увеличения мощности за счет расширения пакет пластин;

- высокая степень надежности за счет практически полного исключения возможности смешения сред;

- легкость демонтажа и промывки;

- незначительный вес.

Удобство в эксплуатации

- простота монтажа, использования и ремонта;

- легкоизменяемая мощность теплообменника путем установки дополнительного количества пластин;

- минимальное загрязнение поверхностей благодаря высокой скорости и турбулизации потока;

- экономия площадей и денежных средств из-за небольшого веса и габаритных размеров;

- исключение возможности смешения жидкостей, благодаря специфической конфигурации уплотнения;

- высокая коррозийная стойкость.

Эффективность теплообмена

- минимальная поверхность теплообмена за счет высокого коэффициента теплопередачи; - низкие потери давления за счет

оптимального подбора типа пластин с различными видами профилей теплообменных каналов;

- эффективное регулирование температуры в системе за счет малого объема рабочей жидкости.

Оптимальная комплектация

- возможность подбора оборудования в полном соответствии с требованиями заказчика; - широкий ряд профилей и типоразмеров теплообменных пластин; - возможная поверхность теплообмена: 5 - 1750 м2; - возможность подбора теплообменников как с 4-мя, так и с 6-ю портами; - максимальная нагрузка - 60 МВт; - расход 5м3 - 4500 м3

Схема компоновки моноблочного теплообменника двухступенчатой смешанной системы ГВС

Характеристики теплообменника

Расположение 6 патрубков на передней (Н) и задней (F) плитах

Н1

Вход обратного теплоносителя из системы отопления

Н2

Вход циркуляционной воды ГВС*

Н3

Выход нагретой воды ГВС

Н4

Вход горячего теплоносителя из теплосети

F3

Вход холодной водопроводной воды

F4

Вход общего обратного теплоносителя в теплосеть

Разборный пластинчатый теплообменник

Конструкция

Разборный пластинчатый теплообменник состоит из пакета рабочих пластин, уплотнений, передней неподвижной плиты, верхней и нижней направляющих, задней подвижной плиты, задней стойки (штатива), комплекта стяжных болтов и гаек, патрубков для подключения входа и выхода рабочих сред. Верхняя и нижняя направляющие крепятся на передней неподвижной плите и штативе. На направляющие навешиваются пластины и задняя плита. С помощью комплекта болтов и гаек стягиваются передняя и задняя плиты, которые стягивают между собой набор рабочих пластин.

У однозаходного пластинчатого теплообменника все входы и выходы находятся на передней плите. Чтобы закрепить пластинчатый теплообменник к полу или фундаменту предусмотрены лапки с отверстиями под крепление на неподвижной плите и штативе.

пластинчатый теплообменник полусварной паяный

1 - передняя неподвижная плита

2 - верхняя направляющая

3 - задняя подвижная плита

4 - задняя стойка (штатив)

5 - рабочая пластина

6 - уплотнения

7 - нижняя направляющая

8 - патрубки

9 - ролики для перемещения пластин вдоль направляющих

10 - шильд с названием и техническими данными

Теплообменные пластины имеют четыре проходных отверстия, которые образуют две изолированные одна от другой системы каналов. Для уплотнения пластин и каналов имеются резиновые прокладки. Прокладка 6 уложена в паз по контуру пластины и охватывает два отверстия на пластине, через которые происходят приток и вывод теплоносителя в канал между смежными пластинами, а также герметизирует два других отверстия на пластине. Уплотнительные прокладки крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных межпластинных каналов, по которым протекают жидкости, участвующие в теплообмене.

Разборные пластинчатые теплообменники изготовляют в пяти исполнениях, в том числе на консольной раме, на двухопорной раме, на трехопорной раме.

Уплотнения

Резиновые уплотнения полностью изолируют контуры пластинчатого теплообменника, что исключает возможность перетечек. Таким образом образуется две системы герметичных каналов. Уплотнение представляет собой цельную резиновую прокладку, которая устанавливается в специальной уплотнительной канавке в пластине и сажается на эпоксидный клей или фиксируется клипсами, что позволяет выдерживать высокие давления. Схема установки уплотнений с фиксирующими замками обеспечивает их быструю и легкую замену. Однако прокладки с фиксирующими клипсами не рекомендуется применять в случаях, когда требуется частое вскрытие теплообменника и когда в качестве одной из сред используются окисляющие растворы.

Крепление уплотнений на клипсах:

· Клипсы располагаются отдельно от основной части уплотнения

· Несмотря на повреждение одной из клипс, уплотнение не смещается и остается на месте

· В большинстве случаев используется крепление Clip-on

Диапазон рабочих характеристик

Диапазон мощностей разборных пластинчатых теплообменников простирается от нескольких сотен киловатт до десятков мегаватт. Максимальные значения мощности ограничены лишь максимально возможными размерами самого теплообменника и количеством пластин. Такие аппараты используют в различных отраслях промышленности, где требуется снимать большую тепловую нагрузку.

Границы применения разборных пластинчатых теплообменников определяются материалом уплотнений между пластинами, которые изготавливаются из различных видов резин и каучуков.

Диапазон температур рабочих сред: от -50 до 200 С. Диапазон давлений рабочих сред: до 2,5 МПа (в зависимости от производителя и модели аппарата)

Преимущества разборных пластинчатых теплообменников

· Относительно небольшие габаритные размеры

· Простота сервисного обслуживания. Разборная конструкция позволяет легко очищать пластины и каналы теплообменника

· Возможность изменения мощности теплообменника путем изменения количества и типа пластин

· Ремонтопригодность. В случае появления протечек можно произвести замену пластин и уплотнений.

Недостатки разборных пластинчатых теплообменников

Разборный пластинчатый теплообменник имеет межпластинчатые уплотнения, применение которых накладывает некоторые ограничения на применение данных аппаратов:

· Ограничение температур и давлений рабочих сред

· Невозможность применения некоторых рабочих сред, активных относительно материалов уплотнений

· Серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твердых включений не более 4 мм.

Полусварной пластинчатый теплообменник

Конструкция

Полусварной пластинчатый теплообменник состоит из набора сварных модулей. Каждый модуль образован двумя теплообменными пластинами, сваренными между собой лазерной сваркой. Модули стянуты в единый пакет торцевыми плитами с помощью болтов. Каналы между двумя сварными модулями уплотняются резиновыми прокладками аналогично разборным теплообменникам.

Полусварной пластинчатый теплообменник используется, когда один из теплоносителей имеет высокое давление или температуру или является опасным веществом. Данное вещество протекает по каналам, образованным сваренными между собой пластинами. Необходимо, чтобы это вещество не оставляло загрязнений, удаление которых потребовало бы разборки теплообменника. Отсутствие резиновых прокладок в сварных модулях, как элементов наиболее подверженных разрушению при работе в агрессивных условиях, гарантирует герметичность контура. Материалы пластин аналогичны материалам разборных теплообменников - нержавеющие стали AISI304 и AISI316, титан и др. В остальном полусварной пластинчатый теплообменник по конструкции повторяет разборный.

Области применения

В системах холодоснабжения полусварной пластинчатый теплообменник используется в качестве испарителя и конденсатора. Хладагент (фреон) протекает внутри сварных модулей, возможность его утечки при этом исключена.

В теплоснабжении, где греющим теплоносителем является пар высокого давления.

Нагрев и охлаждение агрессивных сред в технологических процессах различных отраслей промышленности.

Преимущества и недостатки

Говоря о преимуществах и недостатках полусварных пластинчатых теплообменников стоит помнить, что конструктивно они схожи с разборными пластинчатыми теплообменниками. Поэтому все плюсы и минусы разборных теплообменников относятся и к полусварным. Помимо этого полусварной пластинчатый теплообменник имеет и свои характерные преимущества. Основным таким преимуществом является возможность его применения для агрессивных сред и сред с предельными параметрами. Из очевидных недостатков можно выделить невозможность механической чистки контура, который образован сварными модулями

Полусварные пластинчатые испарители

При реконструкции существующих и проектировании новых систем холодоснабжения современные предприятия, как правило, отказываются от использования малоэффективных трубчатых, кожухотрубных и панельных теплообменников в пользу пластинчатых аппаратов, которые отличаются более высоким коэффициентом теплопередачи, меньшими габаритными размерами, меньшей массой и аммиакоемкостью. Немаловажным фактором, влияющим на выбор пластинчатых теплообменников, является простота их конструкции, что позволяет квалифицированному персоналу предприятия самостоятельно (не привлекая сторонних специалистов), без применения специального оборудования производить ремонтные и профилактические работы, а также очистку теплопередающих поверхностей пластин от отложений и загрязнений.

Полусварные пластинчатые теплообменники особенно эффективны в составе аммиачных холодильных установок. Применяются они как испарители, конденсаторы аммиака, как утилизаторы тепла и переохладители жидкого аммиака (конденсата). Также они используются в качестве теплообменников для охлаждения масла и других жидкостей.

Если в аммиачных холодильных машинах испарителями служат полусварные пластинчатые теплообменники - на первый план выходят все преимущества теплообменных аппаратов закрытого типа:

· Сокращается потребление электроэнергии циркуляционным насосом;

· В связи с отсутствием аэрации хладоносителя уменьшается коррозионное воздействие на внутренние поверхности теплообменных пластин;

· Практически исключается теплоприток в систему через внешнюю поверхность аппарата;

· Становится ненужным применение мешалки для циркуляции хладоносителя и, как следствие, исключаются утечки хладоносителя через ее сальниковые уплотнения;

· Исключаются утечки хладоносителя через выводы секций к масляному коллектору;

· Становится возможным произвольное размещение теплообменника по высоте безотносительно к положению охлаждающих приборов.

· В случае остановки насосов циркуляции - исключается перелив хладоносителя.

Гофрированная поверхность теплообменных пластин создает в потоке жидкости турбулентные возмущения, благодаря которым поверхности самоочищаются, что увеличивает срок эксплуатации теплообменников. Так же за счет возможности добавления (удаления) теплообменных пластин (кассет) появляется возможность подбирать оптимальную площадь теплообменной поверхности и, тем самым, наращивать (снижать) мощность теплообменника. Как правило, для каждого конкретного случая, подбор оптимальных параметров производится на основании технико-экономических расчетов.

Благодаря той же турбулизации потока и минимальной разницы температур между средами применяя полусварные пластинчатые испарители можно получать воду с температурой близкой к точке замерзания без риска замерзания воды и разрушения испарителя. Более того, правильно рассчитав оптимальные параметры работы пластинчатого испарителя, точно отрегулировав давление (температуру) кипения хладагента и применив защиту от замораживания - на выходе пластинчатого теплообменника можно получить переохлажденную воду с ледяными кристалликами.

Полусварные пластинчатые конденсаторы

При использовании в качестве аммиачных конденсаторов полусварных пластинчатых теплообменников - заказчик приобретает следующие преимущества:

· Из-за простоты конструкции повышается ремонтопригодность аппарата, возрастает удобство его разборки - сборки. Не демонтируя подводящих трубопроводов аппарат можно разобрать в габаритах рамы пластинчатого конденсатора.

· Меньшие, по сравнению с кожухотрубными конденсаторами, габаритные размеры и вес пластинчатых конденсаторов сочетаются с более высокими (в 4-5 раз) коэффициентами теплопередачи.

· Кассетная конструкция полусварных пластинчатых теплообменников позволяет увеличивать (уменьшать) площадь теплообмена, регулируя, тем самым, мощность и производительность теплообменника.

· Обусловленная геометрией внутренних поверхностей высокая турбулентность внутриканального потока, приводит к самоочищению этих поверхностей, что увеличивает срок эффективной эксплуатации пластинчатого аммиачного конденсатора и снижает затраты на его профилактическое обслуживание.

Полусварные пластинчатые форконденсаторы, переохладители и маслоохладители

Простота обслуживания и конструкционные особенности полусварных пластинчатых теплообменников обеспечивают высокую универсальность их применения. Так аммиачные полусварные пластинчатые теплообменники используются не только как испарители и конденсаторы в холодильных установках, но и для других технологических целей. Например большой эффект дает применение пластинчатых теплообменников для утилизации теплоты перегретых паров аммиака. При этом, учитывая высокотемпературный потенциал охладительного цикла, применение полусварных пластинчатых теплообменников в качестве форконденсаторов позволяет осуществлять нагрев воды для технологических нужд и отопления помещений нагретым теплоносителем.

С другой стороны для повышения холодопроизводительности и теплоэнергетических показателей работы холодильной установки эффективно использовать полусварные пластинчатые теплообменники в качестве переохладителей жидкого аммиака. Кроме того, при их использовании для охлаждения масла в винтовых компрессорах исключается перегрев компрессора и снижается тепловая нагрузка на масло, что увеличивает срок интенсивной эксплуатации компрессора между заменами масла.

Паяный неразборный пластинчатый теплообменник

Конструкция паяного теплообменника

Паяный пластинчатый теплообменник состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя. На лицевой пластине (в классическом исполнении) расположены патрубки для подключения трубопроводов теплоносителей, выполненные из нержавеющей стали. Конструкция классического пластинчатого паяного теплообменника показана на рисунке:

У соседних пластин углы между гофрами направлены в противоположные стороны. Точки, в которых стенки гофров соприкасаются, играют роль опорных точек для пакета пластин. Несколько таких точек выделены красным цветом на схеме:

Для сопротивления давлению теплоносителей паяные теплообменники, помимо пайки по контуру пластин, дополнительно пропаяны во всех указанных точках. Таким образом, увеличивается рабочий диапазон давлений, который может достигать 40-45 бар.

В отличие от разборных пластинчатых теплообменников, на краях пластин отсутствуют желобки для уплотнителей. Вместо этого край каждой пластины загибается вниз и соприкасается с соседней пластиной. Между пластинами помещается тонкая медная фольга, такого же размера, как и сами пластины. Пакет пластин зажимается между двумя более толстыми гладкими плитами, к которым присоединяются входные патрубки, и затем производится пайка пакета в вакуумной печи.

В большинстве паяных пластинчатых теплообменников в качестве припоя используется медь. Такие теплообменники называют меднопаянными. В случае если один из теплоносителей агрессивен по отношению к меди (например аммиак), используют никельпаяные теплообменники.

Конструкция пластин паяного пластинчатого теплообменника

Канал, образованный двумя пластинами с глубокими остроугольными гофрами, создает небольшой перепад давлений и имеет небольшой коэффициент теплопередачи для данного расхода теплоносителя. С увеличением угла между гофрами и (или) уменьшением их глубины соответственно увеличиваются перепад давлений и коэффициент теплопередачи. Увеличение длины пластин имеет почти такой же эффект, как и уменьшение глубины или увеличение угла между гофрами. Перепад давлений увеличивается из-за большей длины потока. Теплопередача также увеличивается, но не из-за увеличения коэффициента теплопередачи, а из-за большей площади теплообмена.

Пластина с острыми углами - это пластина L-типа (от английского low - низкий, малый).

Пластина с тупыми углами - это пластина Н-типа (от английского high - высокий, большой).

Канал, образованный L-пластиной и Н-пластиной, - это канал М-типа (от английского medium - средний).

М-пластин не существует.

В зависимости от тепловой нагрузки любой из типов пластин может оказаться оптимальным для решаемой задачи. Вообще говоря, для режимов с большими объемными расходами теплоносителей и небольшой теплопередачей (низкая теплоемкость или небольшое изменение температуры) необходимы L-каналы. Хорошим примером такого теплоносителя является воздух при окружающем давлении. Для него необходима такая предельная форма L-каналов, что применение пластинчатого теплообменника теряет практическую ценность.

Для режимов с малыми объемными расходами, но большой теплопередачей (большая теплоемкость, изменение фазового состояния или большой перепад температуры) предпочтительнее Н-каналы. Хорошим примером в данном случае является изменение фазового состояния хладагентов. Поэтому почти всегда, когда в холодильном цикле требуется обеспечить передачу теплоты, используются Н-каналы. Они является стандартным типом пластин в холодильных паяных пластинчатых теплообменниках.

Теоретически, можно комбинировать каналы разных типов в одном ПТО, т.е. после нескольких Н-каналов расположить М-каналы. В результате мы получим теплообменник с тепловой мощностью, промежуточной между Н и М-каналами. Это очень распространенный метод изменения тепловой мощности паяного пластинчатого теплообменника. Однако в случае теплопередачи с изменением фазового состояния такое комбинирование приведет с серьезным нарушениям в распределении теплоносителей между первым Н-каналом и последним М-каналом. Поэтому в холодильных пластинчатых теплообменниках данный метод не используется.

Области применения

Меднопаяный пластинчатый теплообменник широко применяется в системах теплоснабжения в качестве нагревателя воды, в холодоснабжении и кондиционировании в качестве испарителя и конденсатора, в гидросистемах в качестве охладителя масла.

Преимущества

· Высокая надежность

· Компактная конструкция

· Простота монтажа

· Самоочистка каналов за счет высокой турбулизации потока

· Экономическая эффективность

Недостатки

Непригоден для ремонта. В случае возникновения течи паяный пластинчатый теплообменникнеобходимо менять.

Классификация пластинчатых теплообменников по схеме движения теплоносителей

Одноходовой пластинчатый теплообменник

Пластинчатый теплообменник, в котором направление движения каждого из теплоносителей постоянно и не меняется по всей длине теплообменника, называется одноходовыми. Например, в классическом пластинчатом теплообменнике-испарителе кипящий фреон всегда движется по межпластинчатым каналам вверх. В классическом пластинчатом теплообменнике-конденсаторе конденсирующийся фреон всегда движется вниз. Соответственно хладоноситель (вода, рассол, гликоль и т.д.) в данных двух случаях всегда движется в направлении, противоположном направлению движения фреона.

Таким образом, главной отличительной особенностью одноходового пластинчатого теплообменника является 100%-ный противоток теплоносителей. В случаях, когда разница температур двух теплоносителей достаточно мала целесообразно применить многоходовойпластинчатый теплообменник.

Многоходовой пластинчатый теплообменник

Многоходовой пластинчатый теплообменник применяется в случаях, когда необходимо достичь небольшой разницы температур между теплоносителями. В таком теплообменнике патрубки располагаются как на передней неподвижной так и на нажимной торцевой плите. В многоходовом пластинчатом теплообменнике потоки меняют направление в одном или нескольких ходах. Это может привести к следующим явлениям.

Конденсатор, как правило, может работать с нагрузкой от 100 % до 0 %. Однако в случае восходящего потока это не так в связи с возможностью затопления конденсатора. В результате при малых нагрузках поток будет неустойчивым, что, в свою очередь, приведет к проблемам в управлении. Поэтому конденсатор должен быть спроектирован так, чтобы поток в последнем ходе был направлен вниз, по крайней мере, если конденсатор должен работать при очень низкой нагрузке по сравнению с расчетной.

Испаритель не может работать нормально при нагрузке намного ниже номинальной из-за затопления каналов и задержки масла. Следовательно, нисходящий поток мог бы исправить этот недостаток. Однако возникает другая опасность, заключающаяся в разделении фаз при низкой скорости потока - жидкость будет проходить через первые каналы, а пар - через последний.

Чтобы уменьшить эту опасность, в первом ходе, где поток имеет самую низкую скорость, он должен двигаться вверх. Такая схема теплообменников очень хорошо подходит для реверсивных чиллеров. Поток хладагента меняет свое направление при реверсировании, когда кондиционер превращается в испаритель, и вышеупомянутое требование выполняется в обоих случаях.

Рассмотрим рисунок:

На рисунке показана только одна сторона. Другая сторона является симметричным отражением относительно горизонтальной оси, т.е. имеет такие же газовыпускные и сливные отверстия. Число проходов не обязательно должно быть одинаковым на обеих сторонах.

А, Б. Газовыпускными и сливными отверстиями служат обычные соединительные патрубки.

В, Г. Для каждой стороны на передней или задней плите необходимо установить дополнительный газовыпускной или сливной патрубок.

Д, Е. Для каждой стороны на передней и задней плитах необходимо установить дополнительный газовыпускной и дополнительный сливной патрубок.

Ж, З. На одной из секций невозможно установить газовыпускной или сливной патрубок при любом расположении патрубков.

И, К. На одной из секций невозможно установить газовыпускной и сливной патрубки при любом расположении патрубков.

На рисунке представлен теплообменник, двухходовой по воде и одноходовой по хладагенту.

Такая многоходовая схема имеет следующие основные свойства:

· Допускается только один входной и один выходной патрубки.

· Стороны независимы. Можно иметь разное число ходов на каждой стороне, но не все варианты являются разумными.

· Общее количество водных каналов на один больше, чем каналов хладагента, т.е. каждый канал хладагента окружен водными каналами.

· В исключительных случаях - обычно, при малом перепаде температур между средами - каждый ход отделяется от соседних пустым холодильным каналом. В этом случае водных каналов больше, чем холодильных, на число ходов.

· В случае несимметричной группировки каналов - неравного числа ходов на сторонах теплообменника - в одних группах каналов теплоносители будут двигаться в противотоке, в других группах в прямотоке, независимо от расположения входных патрубков.

· В случае симметричной группировки каналов - равного числа ходов на сторонах теплообменника - в каждом ходе будет пластина с противотоком в соседних каналах. Это может создать проблемы, если на ход приходится малое количество каналов при условии малого перепада температур.

· Соединение соседних ходов имеет либо форму буквы U, либо перевернутой буквы U. Это означает, что при останове системы в нижней части U-образных секций может остаться жидкость, а при пуске в верхней части перевернутых U-образных секций может остаться газ.

Чтобы полностью выпустить газ или слить жидкость из такого ППТО, необходимы дополнительные выпускные отверстия. Возможные варианты их расположения приведены на рис. 1. Поскольку теплообменники с более чем тремя ходами практически не применяются в холодильной технике, то проблем с выпуском газа и сливом жидкости не возникает. В нормальном режиме работы для предотвращения образования газовых пузырей необходимо, чтобы перепад давлений в каждом ходе был не меньше гидростатического давления, определяемого перепадом высот.

Применение многоходовых ППТО обусловлено, в основном, следующими причинами:

· Положение патрубков. Двухходовая схема дает возможность расположить патрубки на одной линии с трубами для теплоносителей.

· Меры борьбы с замерзанием или загрязнением.

· Обеспечение режимов с большой термической длиной.

· Более полное использование доступного перепада давлений

Многоконтурный пластинчатый теплообменник

Во многих приложениях возникает необходимость в двух независимых контурах на одной из сторон. В основном это происходит в следующих двух случаях:

а) Среда должна быть нагрета или охлаждена в два этапа, причем на каждом этапе на второй стороне используются разные среды. Одним из примеров такого применения может быть переохладитель/перегреватель пара и испаритель. В этом случае один двухконтурныйпластинчатый теплообменник может заменить два отдельных теплообменника. Хладагент испаряется в испарительной секции, затем поступает в секцию перегревателя пара/переохладителя.

Другой пример - это охладитель перегретого пара / конденсатор. В секции охладителя перегретый пар отдает в контур водопроводной воды явную теплоту, а в секции конденсации пар конденсируется с помощью охлаждающей воды.

б) В целях регулирования тепловой мощности, особенно в случае испарителя, контур хладагента разделяется на два номинально одинаковых контура. При полной нагрузке работают оба контура, при низкой нагрузке один контур отключен.

Типы теплообменников

Возможно несколько конструкций пластинчатых теплообменников с двухконтурной схемой одной из сторон: три для ПТО любого типа, одна для ПТО специального типа.

1) Обычный двухконтурный одноходовой пластинчатый теплообменник (рисунок 3).

2) Обычный двухконтурный двухходовой. На рисунке 4 показан пластинчатый теплообменник с двумя контурами теплоносителя по стороне 1 и двухходовым контуром по стороне 2.

3) Пластинчатый теплообменник со сдвоенными контурами

Обычный пластинчатый теплообменник с одноходовым контуром

Это обычный пластинчатый теплообменник, в котором соединительные патрубки одной из сторон расположены как на передней, так и на задней плитах. Перекрыв проходные отверстия хотя бы на одной из пластин, разделим эту сторону на два независимых контура. Для такого разделения можно использовать любую пластину, но чаще всего встречаются разбиения 50/50 и 33/67. Другая сторона остается одноходовой, часть среды на этой стороне контактирует с первым из контуров противоположной стороны, а другая часть - со вторым контуром.

В случае испарителя с двумя контурами хладагента такая конструкция чревата опасностью замерзания воды. Когда один контур отключен, вода проходит через эту секцию, не охлаждаясь. Вода на выходе из теплообменника представляет собой смесь охлажденной и неохлажденной воды. Если температура такой водной смеси используется потом для управления, например, регулирующим клапаном, низкотемпературным реле и т.п., это может привести к тому, что температура охлажденной воды опустится ниже нуля, т.е. ниже точки замерзания, хотя температура смеси будет выше нуля.

Отсюда следует, что такие методы управления тепловой мощностью допустимы только в системах, где одновременно работают все контуры. Одним из примеров является термосифонный испаритель, в котором хладагент проходит по одноконтурной стороне и охлаждает два жидкостных контура. Даже если один из жидкостных контуров будет отключен, то оставшийся контур будет работать без проблем.

Обычный пластинчатый теплообменник с двухходовым контуром

Эта конструкция, широко используется в обоих применениях а) и б), указанных выше. Как и в предыдущем случае, соединительные патрубки одной из сторон расположены и на передней, и на задней плитах. Установив хотя бы одну пластину без проходных отверстий на этой стороне, можно создать два контура. Каналы на другой стороне соединены по двухходовой схеме, так что каждый ход соответствует одному контуру противоположной стороны.

· В аппарате может быть не более двух независимых контуров.

· Два контура/хода необязательно должны иметь одинаковое число каналов.

· Каждый из двух контуровдолжен быть одноходовым, с од" ним входом и одним выходом.

· Стороны не зависят друг от друга.

Тепловые характеристики для теплообменника типа а) определяются просто. В сущности, это два теплообменника, таких, что выход одного теплообменника непосредственно соединен с входом второго. Поэтому такой теплообменник рассчитывается как два отдельных теплообменника (одной модели). Применение теплообменника типа б) нуждается в некоторых пояснениях. Такой теплообменник используется, в основном, как испаритель, в котором управление тепловой мощностью производится отключением одного или другого контура хладагента. На водной стороне имеется два хода, а каждый контур хладагента является одноходовым.

Такая конфигурация означает, что вода движется в противотоке с одним из контуров и в прямотоке с другим. Следовательно, тепловые мощности контуров не равны друг другу. Это необязательно является недостатком, поскольку такая схема вместо двух дает три уровня тепловой мощности (открыт контур 1, открыт контур 2, открыты оба контура).

Вся вода, в отличие от предыдущей конструкции, всегда проходит через активный контур, независимо от того, какой из них открыт. Это очень важно для испарителей, поскольку снижает опасность замерзания. Теплообменник такой конструкции работает хорошо, однако у него есть один очень серьезный недостаток. Падение давления на водной стороне обычно очень велико, поэтому немного моделей таких пластинчатых теплообменников находят применение.

Список источников

http://www.teploobmenka.ru/oborud/art-phe/

http://tkm-r35.ru/products/pr_rabteb.php

http://www.teploobmenka.ru/oborud/art-schemes/.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Схема пастеризационно-охладительной установки и особенности конструирования пластинчатых теплообменников. Основная схема компоновки многопакетных пластинчатых аппаратов. Расчёт комбинированного пластинчатого аппарата для пастеризации и охлаждения молока.

    курсовая работа [379,6 K], добавлен 17.11.2014

  • Принцип конструирования, особенности и классификация пластинчатых теплообменников. Расчет температур молока и воды в пастеризационно-охладительной установке. Определение максимально допустимых скоростей продукта в межпластинных каналах по секциям.

    курсовая работа [689,3 K], добавлен 22.12.2014

  • Классификация пластинчатых теплообменников по схеме движения теплоносителей. Технологическая схема пастеризации молока. Тепловой, компоновочный, гидравлический и экономический расчеты. Процедура продольного оребрения теплопередающей поверхности.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 29.09.2014

  • Принципиальная структура пластинчатого теплообменника. Сравнение пластинчатых теплообменников "Риден" с кожухотрубными теплообменниками. Кожухопластинчатые теплообменники со сварными кассетами. Паяные пластинчатые теплообменники. Спиральные теплообменники

    реферат [632,5 K], добавлен 07.03.2009

  • Анализ возможных схем теплообменников, учёт их конструктивных особенностей. Конструкции трубчатых, пластинчатых и спиральных аппаратов поверхностного типа. Выбор конструктивной схемы прибора. Тепловой расчёт конструкция графитового теплообменника.

    курсовая работа [639,4 K], добавлен 11.08.2014

  • Конструкция и назначение теплообменников. Технология проведения текущего и капитального ремонта и технического обслуживания устройства для обеспечения его нормальной работы. Способ восстановления трубчатого теплообменника, собранного с применением пайки.

    отчет по практике [153,0 K], добавлен 13.03.2015

  • Сущность процесса теплообмена. Физико-химические свойства сырья и продуктов. Характеристики осветительного керосина. Классификация теплообменников по способу передачи тепла и тепловому режиму. Техника безопасности при обслуживании теплообменников.

    реферат [275,2 K], добавлен 07.01.2015

  • Использование теплообменников в технологических процессах на предприятиях пищевой промышленности. Определение диаметров штуцеров. Конструктивный расчет теплообменника. Расчет фланцевых соединений. Определение общего количества трубок в теплообменнике.

    курсовая работа [729,5 K], добавлен 28.09.2009

  • Тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного подогревателя; определение температурных множителей, коэффициентов теплоотдачи, гидравлических потерь; выбор теплообменников.

    практическая работа [11,0 M], добавлен 21.11.2010

  • Разновидности электрошлаковой сварки, ее достоинства и недостатки. Особенности многоэлектродной электрошлаковой сварки. Применение пластинчатых электродов для сварки. Сварка плавящимся мундштуком при сложной конфигурации изделия. Виды сварных соединений.

    презентация [218,5 K], добавлен 13.10.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.