Варианты подключения пластинчатого теплообменника, их достоинства и недостатки.
Независимая одноступенчатая параллельная схема.
Плюсы:
- Экономичная установка, экономия свободного пространства;
- Простота конструкции.
Минусы:
Отсутствует подогрев холодного теплоносителя.
Двухступенчатая смешанная схема.
Плюсы:
За счет подогрева входящего теплоносителя обратным потоком эффективность увеличивается на 40%.
Минусы:
При проектировании системы горячего водоснабжения нужно подключать сразу два теплообменника, что удорожает решение.
Двухступенчатая последовательная схема.
Плюсы:
- Стабилизируется сетевая нагрузка, растет эффективность применения теплоносителя.
- Уменьшаются расходы на 60% в сравнении с параллельной схемой и на 20-25% в сравнении со смешанной.
Минусы:
Невозможность 100% автоматизации.
Как устроена пластина теплообменника?
Конструктивно пластина имеет несколько исполнений, отличающихся между собой наличием и отсутствием угловых отверстий. Основными исполнениями являются пластины с четырьмя отверстиями по углам. Пластины, у которых отсутствует одно или два отверстия называются поворотными и служат для изменения потока жидкости (создания дополнительного хода жидкости). Пластины без отверстий используются как конечные. Обозначение пластин произведено по наличию соответствующего отверстия (Рисунок 3). 0 – отверстие отсутствует, цифра от 1 до 4 – наличие отверстия.
Рисунок 3: Нумерация отверстий пластиныПластина пластинчатого теплообменника
Также пластины отличаются величиной угла между ребрами теплообменной зоны . Тип Н – α > 90° (Рисунок 4А), тип L – α < 90° (Рисунок 4Б). Создаются каналы HH, HL, LL: компоновка канала позволяет регулировать сопротивление, например жидкая среда в канале LL будет течь быстрее и под большим давлением, нежели в канале HH. Когда требуемые потери давления больше, алгоритм расчёта будет стремиться увеличить каналы HH, иначе LL.
- рисунок 4а: пластина L
- рисунок 4б: пластина H
Устройство пластин
Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками. Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем. Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.
Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.
Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.
Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.
Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.
Подробнее о теплообменном оборудовании:
В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.
Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины. Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек. Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.
В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.
Технические характеристики
Прокладки и пластины, как основные элементы теплообменных устройств, изготавливаются из различных по своим свойствам и характеристикам материалов. При выборе в пользу той или иной модели решающую роль играет назначение теплообменника и область его использования.
Если остановиться сугубо на системах ГВС и теплоснабжения, то в этой области больше распространены пластины, изготовленные из нержавеющей стали, а пластичные прокладки — из особой резины EPDM либо NBR. Установка пластин из нержавейки позволяет работать с теплоносителем, прогретым до 110°С, в другом же случае устройство пластинчатого теплообменника позволяет нагревать жидкость до 170°С.
Фрагмент пластины теплообменника
При использовании теплообменников в промышленном производстве и задействовании их в технологических процессах с воздействием щелочей, кислот, масел и иных агрессивных веществ, применяются пластины из никеля, титана и других сплавов. В таких случаях устанавливаются фторкаучуковые или асбестовые прокладки.
Подбор теплообменника производится согласно расчетам, выполняемым при помощи специализированных программ. При расчетах учитываются:
- первоначальная температура теплоносителя;
- относительный расход прогреваемой жидкости;
- требуемая температура нагревания;
- расход теплоносителя.
В роли нагревающей среды, протекающей через пластинчатый испаритель, может использоваться подогретая до температуры 95 или 115°С вода, а также пар температурой до 180°С. Вид теплоносителя подбирается в зависимости от вида применяемого котла и оборудования. Размеры и количество пластин подбираются с таким расчетом, чтобы в результате получить воду с температурой, соответствующей установленным стандартам — не более 70°С.
Стоит отметить, что основной технической характеристикой, являющейся также и главным преимуществом, считаются небольшие размеры устройства и способность обеспечить достаточно большой расход.
Вариативность возможных расходов и площадей обмена у пластинчатых приборов достаточно высока. Самые компактные из них, например, от бренда Alfa Laval, обладают площадью поверхности до 1 м2, обеспечивая протекание объема жидкости до 0,2 м3/час. Самые же крупные теплообменники имеют площадь порядка 2000 м2 и расход, превышающий 3600 м3/час.
Конструкция пластинчатого теплообменника
Назначение теплообменников всех видов — преобразовывать непрогретую жидкостную среду в нагретую (и наоборот).
Пластинчатые теплообменники обладают разборной конструкцией, состоящей из таких частей
- недвижимой плиты;
- подвижной плиты;
- комплекта пластин;
- деталей крепежа, объединяющих две плиты в единую раму;
- нижнего и верхнего направляющего элемента круглой формы.
Конструкция пластинчатого теплообменника Размеры рам различных моделей могут существенно отличаться. Они зависят от мощности и тепловой отдачи подогревателя — с большим числом пластин увеличивается продуктивность прибора и, соответственно, возрастают его габариты и масса.
Пластины теплообменника
Конструкция пластинчатого теплообменника зависит от модификации устройства и может содержать различное количество пластин с закрепленными на них прокладками, герметизирующими каналы с протекающим по ним теплоносителем. Для достижения требуемой по условию герметичности плотности прилегания пар соседних прокладок одной к другой достаточно скрепления этих двух пластин с неподвижной плитой.
Нагрузки, действующие на аппарат, прилагаются главным образом на прокладки и пластины. Крепежные детали и рама, по сути, представляют собой корпуса прибора.
Рельефная окантовка пластин при сжатии гарантирует надежное крепление и дает конструкции теплообменника требуемую жесткость и прочность.
Конструкция пластин теплообменника
Прокладки закрепляются на пластинах посредством клипсового замка. Следует отметить, что прокладки при их зажатии самоцентрируются по направляющей. Утечка теплоносителя предотвращается окантовкой обшлага, создающей дополнительный барьер.
Для теплообменников производятся два типа пластин:
- с термически мягким рифлением;
- с термически жестким рифлением.
В деталях с мягким рифлением каналы устроены под углом 30°. Такой вид пластин отличается повышенной теплопроводимостью, но меньшей устойчивостью к давлению теплоносителя.
В частях с термически жестким рифлением при устройстве канавок соблюден угол в 60°. Этим пластинам не свойственна высокая теплопроводность, их преимущество — способность переносить высокое давление в системе.
Достижение оптимального режима теплоотдачи возможно при комбинировании пластин в теплообменнике. При этом необходимо учесть, что для эффективной работы прибора нужно, чтобы он функционировал в режиме турбулентности — теплоноситель должен перемещаться по каналам без каких-либо помех. К слову, кожухотрубный теплообменник, в котором реализована конструктивная схема «труба в трубе» — с ламинарным режимом течения жидкости.
Прокладки
К устройствам с пластинами предъявляются очень жесткие требования относительно герметичности, в связи с чем в последнее время прокладки стали выпускать из полимеров. Этиленпропилен, например, способен без проблем работать в условиях высоких температур — и воды, и пара. Но очень быстро разрушается в среде с содержанием масел и жиров.
Прикрепление прокладок к пластинам выполняется преимущественно клипсовым соединением, реже — посредством клея.
Принцип работы
Если рассматривать, как работает пластинчатый теплообменник, то его принцип действия нельзя назвать очень простым. Пластины развернуты друг к другу под углом 180 градусов. Чаще всего в одном пакете находится по две пары пластин, которые создают 2 коллекторных контура: входа и выхода теплового носителя. Причем необходимо учитывать, что пара, которая находится с края, не задействуется во время теплообмена.
Сегодня изготавливается несколько различных типов теплообменников, которые, в зависимости от механизма работы и конструкции, делятся на:
- двухходовые;
- многоконтурные;
- одноконтурные.
Многоконтурные устройства применяются лишь во время незначительного различия между температурой обратки и входящего теплоносителя. Движение воды при этом производится в различных направлениях.
Подробнее о пластинчатом теплообменнике:
Двухходовые устройства имеют два независимых контура. С условием постоянной регулировки тепловой подачи использование этих устройств является наиболее целесообразным.
Смесительные теплообменные аппараты
В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.
Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока — на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.
Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.
По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:
1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);
2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).
По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).
Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350…550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.
Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.
Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.
Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: а — каскадный теплообменник; б —барботажный; в — полый с разбрызгивателем; г — струйный; д — насадочная колонна: 1 — контактная камера; 2 — насадка; 3 — штуцер для входа газа; 4 — патрубок для подачи жидкости; 5 — штуцер для удаления газа; 6 — спускной штуцер для жидкости; 7 — распылительное устройство; 8 — распределительная тарелка; 9 — решетка
Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.
Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.
Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.
Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.
Рекомендуем прочитать:
Как защитить дом от вирусов? Советы по уборке и дезинфекции
Не нашли статью на интересующую вас тему?
Просто напишите пару слов в форме в верхней части экрана, наш поиск сам подберет подходящие статьи.Всё о загородной жизни и строительстве Куда расширяется Москва? И чем это грозит дачникам? 586522 Сможет ли ЦКАД разгрузить подмосковные шоссе? 328461 Как посчитать сотки земли? 272478 Какие районы Подмосковья самые чистые и грязные по экологии? 234517 Какие станции метро будут построены в Подмосковье? 210016
Сколько стоит подключить дом и участок к коммуникациям? 157596 Где лучше жить в Подмосковье? Рейтинг районов 127119 Сколько соток земли нужно для строительства дома? 124603 Районы Новой Москвы. В чем их достоинства и недостатки? 122332 Какие есть ограничения на строительство вблизи рек и водоемов? 106600 Какое отопление дома выгоднее: газовое или электрическое? 91610 Строительные нормы и правила застройки земельных участков 87137 Какие есть выставки готовых домов в Москве и Подмосковье? 82492 Лучшие коттеджные поселки Подмосковья 74987 Какие дома сейчас продаются в Московской области? 71058 Что такое земельные участки без подряда? 63403 Считаются ли цоколь и подвал этажами? 59357 Обустройство участка с нуля. С чего начать? 56364 Можно ли выйти из СНТ? 55216 Какие налоги нужно платить за дом, гараж, баню и другие постройки? 53086 Как переоформить участок? И сколько это стоит? 54453 Выгодно ли строить дом на продажу? 49722 Где скоро будет газ? План газификации поселков Подмосковья 46956 Лучшие места для рыбалки в Подмосковье 45577 Подводные камни при покупке дома
На что нужно обратить внимание? 44219 Как правильно торговаться за дом? 43096 Жизнь в коттеджном поселке. Плюсы и минусы 43039 Рейтинг районов Подмосковья по качеству жизни 46061 Стоит ли покупать дом в СНТ для постоянного проживания? 45718 Нужно ли получать разрешение на строительство дома на своем участке? 44080 Будет ли дом, построенный в СНТ, считаться жилым? 42271 Что делать после покупки участка? 38802 За какой срок обычно строятся частные дома? 36443 Самые большие и дорогие коттеджи в России 35652 Сколько будет стоить построить свой дом? 34879
Из чего лучше всего построить дом для ПМЖ? 31842 Как оформить арендуемый участок под домом? 31209 Стоит ли арендовать земли лесного фонда под строительство? 29013 На сколько этажей можно построить коттедж? 28775 Экопоселки и экопоселения
Что это такое? 27789 Каков размер коммунальных платежей в коттеджных поселках? 26705 Как построить дом на участке с уклоном? 26152 Ремонт и отделка коттеджа. Порядок работ и все этапы 25583 Покупка участка с неоформленным домом. Какие риски? 24136 Какие частные дома более теплые зимой? 23893 Раздел дома с участком. Как правильно оформить? 23048 Газ в частный дом. Как провести? 23048 Как сдать свой участок в аренду? 22473 Строительство дома под ключ? Как это? И сколько будет стоить? 21681 Износ состояния дома. Как понять? Как посчитать? 21108 Модульные дома. Что это такое? 20520 Сколько будет стоить содержать свой дом? 20195 Земли ЛПХ. В чем их плюсы и минусы? 19822 Прилесные участки (у леса). В чем их плюсы и минусы? 19260 Как изменить целевое назначение участка? 19127 Что лучше: Коттедж или Таунхаус? 18830 Можно ли сделать из дачи жилой дом? 18564
Из чего лучше всего построить дом для ПМЖ? 31842 Как оформить арендуемый участок под домом? 31209 Стоит ли арендовать земли лесного фонда под строительство? 29013 На сколько этажей можно построить коттедж? 28775 Экопоселки и экопоселения. Что это такое? 27789 Каков размер коммунальных платежей в коттеджных поселках? 26705 Как построить дом на участке с уклоном? 26152 Ремонт и отделка коттеджа. Порядок работ и все этапы 25583 Покупка участка с неоформленным домом. Какие риски? 24136 Какие частные дома более теплые зимой? 23893 Раздел дома с участком. Как правильно оформить? 23048 Газ в частный дом. Как провести? 23048 Как сдать свой участок в аренду? 22473 Строительство дома под ключ? Как это? И сколько будет стоить? 21681 Износ состояния дома. Как понять? Как посчитать? 21108 Модульные дома. Что это такое? 20520 Сколько будет стоить содержать свой дом? 20195 Земли ЛПХ. В чем их плюсы и минусы? 19822 Прилесные участки (у леса). В чем их плюсы и минусы? 19260 Как изменить целевое назначение участка? 19127 Что лучше: Коттедж или Таунхаус? 18830 Можно ли сделать из дачи жилой дом? 18564
Типы пластинчатых теплообменников
Устройства для переноса тепла между нагретой и холодной средой подразделяются на следующие типы в зависимости от схемы передвижения теплоносителей:
1. Одноходовые пластинчатые аппараты, в которых среда перемещается постоянно по одной и той же траектории. При этом теплоноситель проходит по всей длине устройства. Еще в таких аппаратах среды всегда движутся в противоположных направлениях. Это является их основной отличительной чертой.
2. Многоходовые пластинчатые аппараты, рекомендованные для использования на тех объектах, где требуется достичь незначительной разницы температуры между греющей и нагреваемой жидкостью. У этих устройств патрубки находятся не только спереди на неподвижной части, но и с торца на нажимной плите. В устройствах данного типа потоки сред способны менять направления движения. Это может происходить в нескольких или исключительно в одном ходу. Многоходовые устройства передачи тепла оснащаются по одному входному и выходному отверстию.
3. Многоконтурные пластинчатые аппараты, имеющие в своей конструкции независимые контуры в количестве 2 штук. Они располагаются на одной стороне. Применяются такие устройства в тех случаях, когда нужно создать двухэтапные условия охлаждения или прогрева теплоносителя. Еще данные теплообменники позволяют эффективно выполнять регулирование тепловой мощности.
Однако на этом классификация пластинчатых теплообменников не заканчивается. Они еще подразделяются в зависимости от легкости доступа к устройствам, так как их поверхности необходимо не только постоянно чистить механическим способом, но и просто осматривать.
Производители создают три разновидности теплообменников пластинчатого типа:
1. Разборные устройства, имеющие минимально возможные размеры. Данные аппараты очень просто обслуживаются. Их гофрированные пластины и все каналы при необходимости имеется возможность без затруднения очистить. При этом конструкция таких теплообменников позволяет изменять число, и даже тип гофрированных пластин. В результате появляется возможность уменьшить или увеличить мощность отдельно взятого аппарата. Если же возникает утечка теплоносителя, то в этом случае исправить поломку тоже не составляет никакого труда, так как можно выполнить быструю замену уплотнительного элемента или пластины.
2. Полусварные устройства, к которым еще относятся полуразборные аппараты. Такие теплообменники состоят из нескольких модулей, изготовленных при помощи сварки. В состав каждого из них входит две гофрированные пластины. Для их сварки между собой используются лазерные аппараты. Из данных модулей собирается единый пакет. Для этого применяются торцевые пластины и болты, с помощью которых они стягиваются. Эти теплообменники используются в тех случаях, когда какой-нибудь теплоноситель имеет повышенное давление или температуру. Еще аппараты данного вида применяются для нагрева или охлаждения опасных сред.
3. Неразборные устройства, которыми являются теплообменники, изготовленные при помощи пайки. Они состоят из определенного количества гофрированных плит из нержавейки. Данные элементы соединяются между собой методом пайки. Этот процесс осуществляется в вакууме. При этом еще используется припой из никеля или меди. Такие теплообменники отличаются повышенной надежностью, небольшими габаритами и легкой установкой. Неразборные устройства способны самостоятельно очищать свои каналы, так как в них присутствует высокая турбулизация потока среды. Кроме того, они дают хороший экономический эффект. Используются данные аппараты в теплоснабжении, где с их помощью осуществляется нагрев воды.
Все вышеперечисленные теплообменники пластинчатого типа создаются из тонколистового металла. Минимальное количество пластин в одном аппарате обычно составляет 7 штук. Их максимальное число может быть любым, так как практически ничем не ограничивается. При этом самая большая температура нагревающей среды не превышает 150 градусов. В то же время максимальное давление составляет 9,8 бар. На количество теплоносителя, который проходит через теплообменник, влияют его габариты.
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 многоходовой пластинчатый теплообменник.
Для чего нужен теплообменник в отопительной системе
Объяснить наличие теплообменника в отопительной системе довольно просто. Большинство систем теплоснабжения в нашей стране спроектировано таким образом, что температура теплоносителя регулируется в котельной и подается нагретая рабочая среда непосредственно в радиаторы, установленные в квартире.
При наличии теплообменника, рабочая среда из котельной отпускается с четко определенными параметрами, например, 100С. Попадая в первичный контур, нагретый теплоноситель не поступает в отопительные приборы, а нагревает вторичную рабочую среду, которая и попадает в радиаторы.
Преимущество такой схемы заключается в том, что регулировка температуры теплоносителя осуществляется на промежуточных индивидуальных тепловых станциях, откуда и подается потребителям.
