Теплообменник пластинчатый: виды, конструктивные особенности и принцип работы

Виды

Разборный

Наиболее популярный вариант, годится для работы с теплоносителями разных основ (в жидком, парообразном или газовом состоянии, с различной средой, давлением и температурой). Они разборные пластинчатые теплоообменники крайне гибкие в конструктивных настройках. Для повышения или понижения площади теплообменного процесса устанавливаются новые пластины либо устраняются старые.

Его просто демонтировать и разбирать для проведения очистительных или ремонтных работ. Пользователям не потребуется обращаться к третьим лицам (сервис), что позволяет существенно сэкономить денежные средства.

Разновидность разборного теплообменника — полусварный. Одна его часть представлена сварной, вторая — разборной. На практике он используется нечасто, большее предпочтение всегда отдают разборному варианту, он более удобный.

Паянный

Преимущество паянного теплообменника: повышенная выдержка давления и температуры. Недостаток: при изменениях в рабочем режиме и смене показателей тепловой мощности, придется полностью заменить устройство, гибкой настройкой оно не обладает.

Ремонтировать поломки также довольно сложно: конструкцию нужно снимать полностью и отвозить в сервис, так как попытка самостоятельно выполнить ремонт вряд ли увенчается успехом. Отсутствие теплообменника в период ремонта приведет к длительному простою в производстве, финансовым издержкам для организации.

Пошаговая инструкция, как сделать своими руками

Устройство для обмена теплом от теплосети к воде можно сконструировать своими руками.

Инструменты и материалы

Чтобы сконструировать пластинчатый теплообменник собственноручно, потребуются:

  • аппарат для сварки;
  • болгарка;
  • листы из нержавеющей стали — два из рифлёной, один из плоской. Толщина 4 мм;
  • электроды.

Процесс изготовления

Весь процесс изготовления устройство делится на несколько этапов:

  1. Необходимо нарезать пластины из рифлёной стали. Потребуется 31 пластина размером 300 на 300 мм.
  2. Из плоского листа вырезается лента длиной 18 метров и шириной 10 мм. Ленту необходимо нарезать на части длиной по 300 мм каждый.
  3. Квадраты из рифлёного материала свариваются друг с другом десятимиллиметровой полосой с разных сторон, соседние секции должны быть перпендикулярны. Получится 15 секций, обращённых в одну сторону и 15 в другую в виде куба.
  4. К частям, где будет течь вода, необходимо приварить коллектор из плоской нержавеющей стали.
  5. В каждом коллекторе сверлится отверстие, к нему приваривается соединительная часть трубы.
  6. Конструкция монтируется открытой стороной к газовой системе.

Принцип работы и схема агрегата

Устройство, расчет и промывка пластинчатых теплообменников для отопления основываются на том, что узел функционирует благодаря наличию 4 отверстий:

  • 2 отверстия для притока и отвода горячей рабочей среды;
  • 2 отверстия для обеспечения герметичной стыковки пластин и предотвращения смешивания теплоносителей – данную задачу выполняют уплотнители.

Движение жидкости в агрегате осуществляется по принципу завихрения потока. В результате из-за относительно небольшого сопротивления движению рабочей среды усиливается интенсивность передачи тепловой энергии. Также вследствие небольшого сопротивления при прохождении жидкости уменьшается количество накипи во внутренних полостях.

Как выглядит пластинчатый теплообменник

Принцип работы пластинчатого теплообменника, базирующийся на петлях и завихрениях, способствует многократному обмену энергией. В результате достигается максимальный КПД агрегата, на что оказывает положительное влияние и вывод патрубков в оба виды панелей – прижимные и неподвижные.

Устройство теплообменника идеально соответствует условиям эксплуатации: количество пластин увеличивается соразмерно потенциальным потребностям в мощности системы. Число рабочих элементов оказывает прямое влияние на КПД и производительность отопительного или охлаждающего оборудования.

Расчет

Выбор подходящего теплообменника сложно выполнить, оперируя только одной лишь его мощностью или пропускной способностью. Эффективность подготовки ГВС зависит и от состояния теплоносителя в первом контуре и во втором, от материала и конструкции теплообменника, скорости и массовой части теплоносителя, проходящего в единицу времени через пластинчатый теплообменник. Однако, естественно следует предварительно выполнить расчет, позволяющий прийти к определенному сочетанию мощности и производительности для выбора подходящей модели.

Базовые данные необходимые для расчета:

  • Тип среды в обоих контурах (вода-вода, масло-вода, пар-вода)
  • Температура теплоносителя в системы отопления;
  • Максимально допустимое снижение температуры теплоносителя после прохождения теплообменника;
  • Начальная температура воды, используемой для ГВС;
  • Требуема температура ГВС;
  • Целевой расход горячей воды в режиме максимального потребления.

Кроме этого в формулах для расчета задействована удельная теплоемкость жидкости в обоих контурах. Для ГВС используется табличное значение для начальной температуры воды, чаще +20оС, равное 4,182 кДж/кг*К. Для теплоносителя следует отдельно находить значение удельной теплоемкости, если в его составе имеется антифриз или другие присадки для улучшения его качеств. Аналогично для централизованного отопления берется приблизительное значение или фактическое на основании данных теплокоммунэнерго.

Целевой расход определяется количеством пользователей для горячей воды и количеством устройств (краны, посудомоечная и стиральная машинка, душ), где она будет использована. Согласно требованиям СНиП 2.04.01-85 необходимы следующие значения расхода горячей воды:

  • для раковины – 40 л/ч;
  • ванная – 200 л/ч;
  • душевая – 165 л/ч.

Значение для раковины умножается на количество устройств в доме, которые могут использоваться параллельно, и складывается со значением для ванны или душевой в зависимости от того, что именно используется. Для посудомоечной и стиральной машинки значения берутся из паспорта и инструкции и только при условии, что они поддерживают использование горячей воды.

Второе базовое значение – это мощности теплообменника. Рассчитывается исходя из полученного значения расхода жидкости и разницы температур воды на входе в теплообменник и на выходе.

где m – расход воды, С – удельная теплоемкость, Δt – разница температур воды на входе и выходе ПТО.

Для получения массового расхода воды следует расход, выраженный в л/ч умножить на плотность воды 1000 кг/м3.

КПД теплообменников оценивается на уровне 80-85%, и многое зависит от конструкции самого оборудования, так что полученное значение следует разделить на 0,8(5).

С другой стороны ограничением по мощности будет расчет, выполненный со стороны первого контура с теплоносителем, где, используя уже разницу допустимых температур для системы отопления, получаем максимально допустимый забор мощности. Конечный результат будет компромиссом между двумя полученными значениями.

Если забора мощности для нагрева нужного количества горячей воды не хватает, то разумнее использовать две ступени подогрева и, соответственно, два теплообменника. Мощность распределяется между ними поровну от требуемого расчета. Одна ступень выполняет предварительный нагрев, используя в качестве источника тепла обратку отопления с пониженной температурой. Второй ПТО уже нагревает окончательно воду за счет горячей воды с подачи отопления.

Сферы использования оборудования

Рассматриваемые модели применяются в коммунальном хозяйстве для достижения следующих целей:

  • дополнительное прогревание среды в горячем водоснабжении;
  • нагрев воды в бассейнах и бойлерах;
  • обеспечение независимого контура отопления от ЦТП или ТЭЦ;
  • вентиляция помещений;
  • прокладка теплых полов.

В таких условиях максимальная температура воды может составлять 180°C на фоне давления в пределах 10-16 кПа. Пластины изготавливаются из нержавейки толщиной 0,4 мм, для уплотнителей используется этиленпропилен.

В пищевой отрасли теплообменники задействованы при производстве растительных масел, молочных продуктов, спирта, сахара, пива. Они применяются в качестве элементов испарительных, охладительных, пастеризующих линий. Здесь актуальны паяные и разборные модели.

В металлургии пластинчатые компоненты включены в оборудование для охлаждения рабочих жидкостей. В данной отрасли в интенсивном охлаждении нуждаются плавильные печи, прокатные и разливочные механизмы, травильные растворы, гидравлические смазки.

Теплообменники в нефтегазовой сфере помогают подогревать и охлаждать жидкости, вещества, задействованные в крекинге и технологической подготовке сырья. Агрегаты применяют в качестве составных частей сетевых систем, оборудования для химобработки воды, обеспечения низкого давления. Пластины для газовой и нефтяной промышленности изготавливают на базе чистого титана в виде листов толщиной не более 0,7 мм. К маркам полимера, применяемым для производства уплотнительных прокладок, предъявляются высокие требования по устойчивости к химическому и термическому воздействию.

Пластинчатые теплообменники, востребованные в судостроении, служат охладителями для всей системы и главного двигателя. Носителями в подобных условиях являются моторные масла, отличающиеся по вязкости, морская вода, СОЖ. Агрегаты также актуальны в составе отопительных контуров и ГВС на крупных морских судах.

Из чего состоит современный теплообменник

Теплообменник современного типа состоит из нескольких частей, каждая из которых играет свою важную роль:

  • неподвижной плиты, к которой присоединяются все подводимые патрубки;
  • прижимной плиты;
  • теплообменных пластин со вставленными прокладками уплотнительного типа;
  • верхней и нижней направляющих;
  • задней стойки;
  • шпилек с резьбой.

На данном изображении представлен кожухотрубный теплообменник.

Благодаря такой уникальной конструкции теплообменник способен обеспечивать наиболее эффективную компоновку всей поверхности используемого теплообменника, что дает возможность создавать небольшой по габаритам аппарат отопления. Абсолютно все пластины в собранном пакете одинаковы, только часть из них развернута к другой под углом в 180 градусов. Именно поэтому во время необходимого стягивания всего пакета должны образовываться каналы. Именно через них во время процесса нагрева и протекает рабочая жидкость, принимающая участие в теплообмене. Благодаря такой компоновке элементов системы достигается правильное чередование каналов.

На сегодняшний день можно смело утверждать, что теплообменники пластинчатого типа из-за своих технических характеристик являются более популярными. Ключевой элемент любого современного теплообменника – это теплопередающие пластины, которые изготавливаются из стали, не подверженной коррозии, толщина пластин находится в диапазоне от 0,4 до 1 мм. Для изготовления используется высокотехнологичный метод штамповки.

Во время работы пластины прижимаются друг к другу, образуя тем самым щелевые каналы. Лицевая сторона каждой из таких пластин имеет специальные канавки, куда специально устанавливается резиновая контурная прокладка, которая обеспечивает полную герметичность каналов. Всего имеется четыре отверстия, два из них необходимы для обеспечения подвода и отвода нагреваемой среды к каналу, а два другие отвечают за предотвращение случаев перемешивания греющей и нагреваемой сред. На случай прорыва одного из малых контуров пластинчатые теплообменники защищены дренажными пазами.

Если имеет место большая разница в расходе сред и совсем небольшое отличие в конечных температурах, то есть возможность многократно использовать теплообменный процесс, который будет происходить через петлеобразное направление потоков.

Бытовые модели и цены на них

В данный момент на рынке представлено большое количество приборов для теплообмена, отличающихся друг от друга типом конструкции, скоростью нагрева, объёмом бака и стоимостью.

Пластинчатых

Вот несколько популярных моделей:

  1. Р-012-10-19 ПРОМТЕХСЕРВИС. Пластины данной модели изготавливаются из стали. Между пластинами располагаются термопрокладки, эффективно передающие тепло от носителя к приёмнику.

    Прочность конструкции обеспечивается гофрированной поверхностью. Примерная стоимость устройства: 14000 рублей.

  2. KAORI Z. Модель паянной разновидности. Потоки направлены по диагонали. Пластины обладают большой площадью теплообмена. Прочная и надёжная модель. Стоимость от 32000 рублей.
  3. Innovita ГВС. Бюджетное решение, устанавливается на газовый котёл или теплосеть. Модель предназначена для использования с котлами Innovita. Стоимость от 8000 рублей.

Кожухотрубных

Ниже представлены популярные модели теплообменников кожухообразного типа:

  1. ТНГ-1,6-М8/20Г-2-2-И. Популярная модель, часто используемая в промышленности и в быту. Имеет трубные решётки и вертикальный тепловой компенсатор. Цена – от 9000 рублей.
  2. Подогреватель кожухотрубный ТТАИ. Конструкция представляет собой две трубки с тонкими стенками разного диаметра, одна вложена в другую. Тонкие стенки способствуют более эффективной отдаче тепла. Устройство компактное и лёгкое в обслуживании. Цена – от 7500 рублей.
  3. Bowman 190 кВт. Устройство премиум-класса. Титановые трубки с противокоррозийным покрытием пригодны для взаимодействия с хлорированной и морской водой. Может работать как на нагрев, так и на охлаждение. Цена от 120000 рублей.

Устройство и принцип работы

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:

  • стационарную переднюю плиту на которой монтируются входные и выходные патрубки;
  • неподвижную прижимную плиту;
  • подвижную прижимную плиту;
  • пакет теплообменных пластин;
  • уплотнения из термостойкого и устойчивого к воздействию агрессивных сред материала;
  • верхнюю несущую базу;
  • нижнюю направляющую базу;
  • станину;
  • комплект стяжных болтов;
  • Набор опорных лап.

Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.


Конструкция разборного пластинчатого теплообменника

Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.

Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.

Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.


Принцип работы пластинчатого теплообменника

Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:

  • мощности;
  • максимальной температуре рабочей среды;
  • пропускной способности;
  • гидравлическому сопротивлению.

Исходя из этих параметров подбирается необходимая модель теплообменника. В разборных пластинчатых теплообменниках регулировать пропускную способность и гидравлическое сопротивление можно, изменяя количество и тип пластинчатых элементов.

Интенсивность теплообмена обусловлена режимом течения рабочей среды:

  • при ламинарном течении теплоносителя интенсивность теплообмена минимальна;
  • для переходного режима характерно увеличение интенсивности теплообмена за счет появления завихрений в рабочей среде;
  • максимальная интенсивность теплообмена достигается при турбулентном движении теплоносителя.

Рабочие характеристики пластинчатого ТО рассчитываются для турбулентного течения рабочей среды.

В зависимости от расположения канавок, различают три типа теплообменных пластин:

  1. с «мягкими» каналами (канавки расположены под углом 600). Для таких пластин характерна незначительная турбулентность и небольшая интенсивность теплообмена, однако «мягкие» пластины обладают минимальным гидравлическим сопротивлением;
  2. со «средними» каналами (угол рифления от 60 до 300). Пластины являются переходным вариантом и отличаются средними показателями турбулентности и интенсивности теплопередачи;
  3. с «жесткими» каналами (угол рифления 300). Для таких пластин характерна максимальная турбулентность, интенсивный теплообмен и значительное увеличение гидравлического сопротивления.

Для увеличения эффективности теплообмена движение первичной и вторичной рабочей среды осуществляется в противоположном направлении. Процесс теплообмена между первичной и вторичной рабочими средами происходит следующим образом:

  1. Теплоноситель подается на входные патрубки теплообменника;
  2. При перемещении рабочих сред по соответствующим контурам, сформированным из теплообменных пластинчатых элементов, происходит интенсивная теплопередача от нагретой среды нагреваемой;
  3. Через выходные патрубки теплообменника нагретый теплоноситель направляется по назначению (в отопительные, вентиляционные, водопроводные системы), а остывший теплоноситель снова попадает в рабочую зону теплогенератора.

Принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата Для обеспечения эффективной работы системы необходима полная герметичность теплообменных каналов, которая обеспечивается уплотнительными прокладками.

Технические характеристики

Как правило, технические характеристики пластинчатого теплообменника определяются количеством пластин и способом их соединения. Ниже приведены технические характеристики разборных, паяных, полусварных и сварных пластинчатых теплообменников:

Рабочие параметры Единицы измерения Разборные Паяные Полусварные Сварные
КПД % 95 90 85 85
Максимальная температура рабочей среды 200 220 350 900
Максимальное давление рабочей среды бар 25 25 55 100
Максимальная мощность МВт 75 5 75 100
Средний период эксплуатации лет 20 20 10 — 15 10 — 15

Исходя из приведенных в таблице параметров определяют необходимую модель теплообменника. Помимо этих характеристик, следует учесть тот факт, что полусварные и сварные теплообменники больше приспособлены к работе с агрессивными рабочими средами.

Как использовать?

Существует два основных варианта использования теплообменника для нагрева воды:

  1. Первый вариант – подогрев проточной воды. Недостатками этого метода являются ограниченный расход воды, сложность поддержания тепла, отсутствие запасов воды. Плюсы – компактность системы.
  2. Нагрев в ёмкости. Теплообменник погружается в бак и заполняется водой. Конструкция позволяет поддерживать температуру длительное время, при этом всегда есть запас воды. Недостаток метода – большие габариты бака требуют много пространства.

Все, что необходимо знать о горячей воде, представлено в этом разделе сайта.

Классификация видов

Классификация видов направлена на облегчение выбора теплообменника для каждого конкретного случая

Если обратить внимание на статистику, то станет ясно, что практически каждая баня это уникальный проект. Отличия могут быть минимальны, но они есть, а значит каждый конкретный случай зависит от характеристик помещения: наличия свободного места в помещении, наличия чердачного помещения и, конечно, бюджета стройки

По месту расположения емкости теплой воды

Прежде чем делить систему по месту расположения емкости для теплой воды, разберемся, а на что вообще влияет расположение бака с теплой водой? А влияет оно в первую очередь на необходимость насоса. Дело в том, что полноценный насос установить в бане не получится, так как для него нужно отдельное помещение. Но по факту, мощная насосная установка в бане и не нужна. Будет вполне достаточно циркуляционного насоса систем отопления. Но, если бюджет не позволяет пользоваться техникой, приходится вспоминать законы физики.

Согласно школьному курсу, теплая вода легче холодной, а значит горячий слой «всплывает» над холодным. Так образуется небольшая разность давлений, которая при некоторых ухищрениях во время прокладки трубопровода позволяет создать систему с естественной циркуляцией. До массового распространения насосов на том же принципе работали системы отопления всех частных домов.

Система с расположением бака в парилке

По расположению бака с теплой водой системы бывают:

  • С расположением бака в парилке. Зачастую такой бак и вовсе прячут в одну кирпичную «рубашку» с печью, за счет чего достигается эффект термоса с долгим сохранением теплой воды. Но напор это разность между уровнем воды и высотой точки излива, то есть расположением распылителя душа. И тут начинаются проблемы: сделать при таком исполнении классический душ невозможно. Можно выполнить душевую с гибким шлангом и не поднимать его выше 1,5 метров. Почему именно 1,5 метра? Да потому, что при высоте бани в 2 м, сделать напор больше не получится. Поэтому нужно устанавливать циркуляционный насос, мучатся с гибким шлангом или выбирать другой вариант расположения бака. Но, справедливости ради, плюсы и у такой системы есть: малая протяженность трубопровода, быстрый прогрев воды и длительное сохранение температуры воды.
  • С расположением бака за стеной парилки. В этом случае получается сэкономить место в парной, которого всегда не хватает, но незначительно увеличивается протяженность трубопроводов и пропадает эффект термоса. Проблемы с напором и в этом случае сохраняются.
  • С расположением на чердаке. Если конструктивные особенности помещения позволяют выполнить бак в чердачном помещении, то этот вариант будет наиболее выигрышным для напора. Конечно, увеличивается сложность монтажа из-за увеличения общей протяженности трубопроводов, но появится возможность установки классического душа. При этом бак следует обязательно утеплять, желательно минеральной ватой, чтобы тепло не расходовалось на прогрев неотапливаемого чердака.

Система с расположением бака за стеной парилки

По расположению теплообменника

  • С теплообменником внутри печи. Как правило, это змеевик из стальных труб или пластинчатый теплообменник. Главное удобство такой конструкции в том, что нет необходимости занимать дополнительное место вокруг дымохода, а значит экономится место в помещении. Если устроить теплообменник змеевик внутри топки, то вода будет прогреваться достаточно быстро, но при этом в разы увеличивается опасность вскипания воды в трубе. Для того, чтобы защитить систему, придется устанавливать циркуляционный насос отопления.
  • С теплообменником на дымоходе. Теплообменник на дымоходе проще сделать самому, для его эксплуатации и ремонта не нужно разбирать печь, как в предыдущем случае. Если говорить о покупных теплообменниках, то теплообменник на дымоходе будет эффективнее. Единственный минус — это габариты. эффективный теплообменник в топку можно сделать своими руками, а квадратные метры, занятые теплообменником на дымоходе никуда не денутся, поэтому такую конструкцию используют достаточно редко и только в целях предотвращения вскипания и пережога труб.

Теплообменник на трубу дымохода

Принцип работы и схема агрегата

Устройство, расчет и промывка пластинчатых теплообменников для отопления основываются на том, что узел функционирует благодаря наличию 4 отверстий:

  • 2 отверстия для притока и отвода горячей рабочей среды,
  • 2 отверстия для обеспечения герметичной стыковки пластин и предотвращения смешивания теплоносителей – данную задачу выполняют уплотнители.

Движение жидкости в агрегате осуществляется по принципу завихрения потока. В результате из-за относительно небольшого сопротивления движению рабочей среды усиливается интенсивность передачи тепловой энергии. Также вследствие небольшого сопротивления при прохождении жидкости уменьшается количество накипи во внутренних полостях.

Как выглядит пластинчатый теплообменник

Принцип работы пластинчатого теплообменника, базирующийся на петлях и завихрениях, способствует многократному обмену энергией. В результате достигается максимальный КПД агрегата, на что оказывает положительное влияние и вывод патрубков в оба виды панелей – прижимные и неподвижные.

Устройство теплообменника идеально соответствует условиям эксплуатации: количество пластин увеличивается соразмерно потенциальным потребностям в мощности системы. Число рабочих элементов оказывает прямое влияние на КПД и производительность отопительного или охлаждающего оборудования.

Схемы подключения теплообменника ГВС

Теплообменник вода-вода имеет несколько вариантов подключения. Первичный контур всегда подключается к распределительной трубе теплосети (городской или частной), а вторичный – к трубам водоснабжения. В зависимости от проектного решения можно использовать параллельную одноступенчатую схему ГВС (стандартная), двухступенчатую смешанную или двухступенчатую последовательную схему ГВС.

Схема подключения определяется согласно нормам «Проектирования тепловых пунктов» СП41-101-95. В случае, когда соотношение максимального потока тепла на ГВС к максимальному потоку тепла на отопление (QГВСmax/QТЕПЛmax) определяется в границах ≤0,2 и ≥1 за основу принимается одноступенчатая схема подключения, если же соотношение определяется в пределах 0,2≤ QГВСmax/QТЕПЛmax ≤1, то в проекте используется двухступенчатая схема подключения.

Стандартная

Параллельная схема подключения считается наиболее простой и экономичной в реализации. Теплообменник устанавливается последовательно относительно регулирующей арматуры (запорного клапана) и параллельно теплосети. Для достижения высокого теплообмена системе требуется большой расход теплоносителя.

Двухступенчатая

При использовании двухступенчатой схемы подключения теплообменника нагрев воды для ГВС осуществляется либо в двух независимых аппаратах, либо в установке-моноблок. Вне зависимости от конфигурации сети схема монтажа значительно усложняется, но значительно повышается КПД системы и снижается расход теплоносителя (до 40%).

Подготовка воды выполняется в два этапа: на первом используется тепловая энергия обратного потока, которая нагревает воду примерно до 40°С. На втором этапе вода подогревается до нормированных показателей 60°С.

Двухступенчатая смешанная система подключения выглядит следующим образом:

Двухступенчатая последовательная схема подключения:

Последовательную схему подключения можно реализовать в одном теплообменном аппарате ГВС. Этот тип теплообменника более сложное устройство в сравнение со стандартными и стоимость его порядком выше.

Виды по принципу работы


Принцип работы и устройство смесительного теплообменника

По способу взаимодействия сред тепловые обменники могут быть поверхностными и смесительными. Схема подключения смесительного теплообменника считается более сложной.

Смесительные

В основе работы смесительных агрегатов лежит контакт двух веществ и смешивание потребителя и носителя тепла. Смесительный теплообменник для отопления делится на несколько категорий, сюда входят градирни с дымоходом, паровые барботеры, а также конденсаторы барометрического типа и сопловые подогреватели.

Поверхностные


Схема работы поверхностного теплообменника

Поверхностный теплообменник работает в котельной за счет передачи тепла сквозь контактную поверхность. Это могут быть пластины или труба в зависимости от типа прибора. Среды внутри таких агрегатов не смешиваются между собой, в чем заключается их главное отличие от смесительных аналогов.

По принципу передачи тепла поверхностные тепловые обменники делятся на два типа: регенеративные и рекуперативные.

  • Принцип действия рекуперативного теплообменника основан на непрерывной передаче тепла сквозь контактную поверхность. Таким образом работают многие приборы пластинчатого типа.
  • Стандартный или вторичный регенеративный агрегат предназначен для охлаждения и нагревания воздуха. В этих устройствах движение носителя и потребителя тепла происходит в периодическом режиме. Такие установки часто применяются в офисных многоэтажных зданиях.

Кожухотрубные

Кожухотрубной прибор изготовлен из ребристых труб, увеличивающих площадь поверхности, которая передает тепло. Он может иметь конструкцию, включающую трубные решетки, с жесткой сцепкой всех деталей и элементов. Решетки в таком устройстве привариваются к стенкам корпуса, на сцепке к нему прикрепляются трубы. Конструкция с плавающей головкой считается более совершенной, аппараты этого типа стоят дороже, но считаются более практичными.

Погружные

Приборы такого типа часто устанавливают в многоэтажках. В них установлен змеевик в форме цилиндра, размещенный в сосуде с жидкостью. За счет простой конструкции время на отдачу тепла заметно сокращается.

Спиральные

Обвязка такого теплообменника состоит из металлических листов, скрученных в спираль и закрепленных на крене. Агрегатам этого типа нужна хорошая герметизация. Также нужно учесть, что установка спирального теплообменника требует специальных навыков. Спиральные приборы не используют в системах с давлением более 10 кгс/см2.

Пластинчатые

Пластинчатые приборы заслуженно считаются наиболее совершенными и идеально подходят как для частных домов, так и для производственных помещений. Они не доставляют проблем во время сборки и чистки, имеют минимальную степень сопротивления гидравлике. Схема подачи рабочей среды в них может осуществляться тремя способами: прямоточным, смешанным и противоточным.

Погружной


Спиральный


Пластинчатый


Кожухотрубный

Пластинчатые теплообменники области применения

Пластинчатые теплообменники применяются в системе отопления дома, горячего водоснабжения, в системах кондиционирования в больших коттеджах, школах, садах, бассейнах, в целых микрорайонах, а также в системе отопления домов сельской местности. Широкое применение пластинчатые теплообменники нашли в пищевой промышленности.

Теплообменники для отопления имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с остальными устройствами, используемыми для создания подходящего микроклимата.

Подобные отопительные приборы обладают рядом преимуществ над другими видами.

Положительные качества

Среди основных положительных качеств устройства, обеспечивающего отопление, можно отметить следующие:

  • высокий уровень компактности;
  • пластинчатые теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи;
  • коэффициент тепловых потерь максимально низкий;
  • потери давления находятся на минимальном уровне;
  • выполнение монтажно-наладочных, ремонтных и изоляционных работ требует низких финансовых затрат;
  • при возможном засорении это устройство может быть разобрано, очищено и собрано обратно всего двумя рабочими уже через 4-6 часов;
  • имеется возможность добавить мощность пластинам.

https://youtube.com/watch?v=pOTVV58Rj3U

Кроме того, благодаря своей простоте подключение теплообменника к системе отопления может быть осуществлено просто на полу в тепловом пункте или на обычной несущей конструкции блочного теплового пункта. Отдельно стоит отметить низкий уровень загрязняемости поверхности теплообменника, что вызвано высокой турбулентностью потока жидкости, а также благодаря качественной полировке используемых теплообменных пластин. На сегодняшний срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей составляет не менее 10 лет. Срок же службы пластин составляет 20-25 лет. Стоимость замены уплотнительной прокладки может составлять 15-25% от общей стоимости всего агрегата.

Очень важно, что после проведения детального расчета конструкцию современного пластинчатого теплообменника можно изменить под необходимые и указанные в техническом задании характеристики (вариативность конструкции и изменяемость задачи). Абсолютно все пластинчатые теплообменники устойчивы к высокому уровню вибрации

У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю

У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю.

Пример расчёта теплообменника для отопительной системы

Пластинчатый теплообменник 1.3 мВт, назначение – отопление.

Единица измеренияГреющий контурНагреваемый контур
СредаВодаВода
Рабочие Параметры
Температура на Входе°C100.0070.00
Температура на Выходе°C80.0090.00
Массовый Расход56.03 т/ч56.12 т/ч
Потери Напора29.23 кПа29.50 кПа
Свойства Теплоносителя
Динамическая ВязкостьсР0.3130.354
ТеплоёмкостькДж / кг °К4.1854.178
ТеплопроводностьВт / м °К0.6560.653
Плотностькг / м3964.84970.83
Энтальпия ПаракДж / кг– Нет –– Нет –
Характеристики
Тепловая МощностькВт1302.54
Поверхность Теплообменам214.64
Запас по Поверхности%18.15
Устойчивость к Загрязнениюм2 °К / Вт0.0000173
Средне-Логарифмическая Разность Температур°К10.00
Коэф-т Теплопередачи НеобходимыйВт / м2 °К8898
Коэф-т Теплопередачи ФактическийВт / м2 °К10513
КонструкцияКонтурГреющийНагреваемый
Объем Рабочей Средыдм319.3919.39
Максимальная Рабочая Температура°C180180
Материал УплотненийEPDM(p) Clip-OnEPDM(p) Clip-On
Материал РамыУглерод. Сталь
Материал ПластиныAISI 304
Толщина Пластиным0.0005
Количество Пластиншт55
Количество Ходовшт1
Количество Каналовшт2727
Раскладка Каналов12 HH + 15 HL12 HH + 15 HL
Давление: Макс.Рабочее / Испытания / ПараБар6 / 8 / –
Вес Теплообменника НЕТТОкг412
Конструкция ПрисоединенийКонтурГреющийНагреваемый
ВходF1F3
ВыходF4F2
Технологическая Заглушка– Нет –– Нет –
Условный ДиаметрDN100100
ИсполнениеФланец обратный ГОСТФланец обратный ГОСТ

История

Пластинчатые теплообменники были впервые введены в 1923 году для пастеризации молока, но в настоящее время используются во многих областях применения в химической, нефтяной, климатической, холодильной, молочной, фармацевтической, пищевой и медицинской промышленности. Это связано с их уникальными преимуществами, такими как гибкая тепловая конструкция (пластины могут быть просто добавлены или удалены для удовлетворения различных требований к тепловому режиму или обработке), простота очистки для поддержания строгих гигиенических условий, хороший контроль температуры (необходимый в криогенных процессах) и лучшие характеристики теплопередачи.

Достоинства и недостатки

Широкое распространение пластинчатых теплообменников обусловлено следующими достоинствами:

  • компактными габаритами. За счет использования пластин существенно увеличивается площадь теплообмена, что снижает общие габаритные размеры конструкции;
  • простотой монтажа, эксплуатации и технического обслуживания. Модульная конструкция агрегата позволяет легко разобрать и промыть требующие очистки элементы;
  • высоким КПД. Производительность ПТО составляет от 85 до 90%;
  • доступной стоимостью. Кожухотрубные, спиральные и блочные установки, при сходных технических характеристиках, стоят значительно дороже.

Недостатками пластинчатой конструкции можно считать:

  • необходимость заземления. Под действием блуждающих токов в тонких штампованных пластинах могут образовываться свищи и другие дефекты;
  • необходимость использования качественных рабочих сред. Поскольку поперечное сечение рабочих каналов небольшое, применение жесткой воды или некачественного теплоносителя может привести к засору, что снижает интенсивность теплопередачи.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий