Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

Оросительные теплообменники

Устройство и принцип работы

Оросительные теплообменники применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и газов или как конденсаторы паров. Оросительный теплообменник представляет собой змеевик (рис.16.11), по которому протекает охлаждаемый теплоноситель. Снаружи трубы орошаются водой, которую подают в распределитель - желоб 3. Вода, последовательно перетекая по наружным поверхностям труб змеевика, частично испаряется. Неиспарившаяся вода поступает в корыто 4. За счѐт испарения части воды процесс теплообмена идѐт интенсивнее, а расход воды на охлаждение в оросительных теплообменниках ниже, чем в холодильниках других типов. Однако при этом происходит необратимая потеря испарившейся воды, а также увлажнение окружающего воздуха. Поэтому оросительные теплообменники чаще устанавливают на открытом воздухе,

а при установке в помещениях снабжают кожухом и подключают к системе вытяжной вентиляции.

Рис.16.11. Оросительный холодильник:

1 – трубы; 2 – соединительные колена (калачи); 3 – желоб для распределения охлаждающей воды; 4 – корыто для сбора воды

Достоинства оросительных теплообменников:

1)Простота изготовления и низкая стоимость.

2)Лѐгкость чистки наружных стенок труб.

3)Интенсификация теплообмена за счѐт частичного испарения воды.

4)Меньший расход охлаждающей воды

11

Недостатки оросительных теплообменников:

1)Безвозвратная потеря испарившейся воды и увлажнение воздуха.

2)Громоздкость оросительных теплообменников (особенно снабжѐнных кожухами для работы внутри помещений).

3)Неравномерность смачивания труб (нижние ряды могут слабо смачиваться и практически не участвовать в теплообмене).

Погружные теплообменники

Устройство и принцип работы

Погружные теплообменники (рис.16.12) представляют собой змеевик 2, помещѐнный в сосуд 1 с жидким теплоносителем I. Другой теплоноситель II движется внутри змеевика.

Скорость движения теплоносителя I в сосуде аппарата мала вследствие большой площади сечения аппарата, что обуславливает низкие значения коэффициента теплоотдачи между наружной поверхностью змеевика и теплоносителем I. Иногда для увеличения этого коэффициента теплоотдачи увеличивают скорость циркуляции теплоносителя в аппарате путѐм установки направляющего стакана 3, который упорядочивает движение теплоносителя, заставляя его направленно обтекать змеевик. При этом жидкость движется либо за счѐт естественной конвекции, либо принудительно под действием мешалки 4.

Зачастую погружной змеевик крепят к крышке аппарата, что позволяет при чистке и ремонте извлекать его из аппарата вместе со снятой крышкой.

Рис.16.12. Теплообменный аппарат с погружным змеевиком:

1 – сосуд аппарата; 2 – змеевик; 3 – стакан;

4 – мешалка; I, II – теплоносители

Достоинства погружных теплообменников:

1)Простота устройства и низкая стоимость изготовления.

2)Доступность наружной поверхности для чистки.

12

3)Возможность работы при больших давлениях внутри змеевика.

4)Высокий коэффициент теплоотдачи внутри змеевика за счѐт высокой скорости теплоносителя в змеевике.

Недостатки погружных теплообменников:

1)Небольшая поверхность теплопередачи (менее 15 м2).

2)Недоступность внутренней поверхности змеевика для чистки.

3)Низкий коэффициент теплоотдачи со стороны наружной поверхности змеевика.

Оребрённые теплообменники

Устройство и принцип работы

Оребренные теплообменники используются в таких процессах теплообмена, в

которых коэффициенты теплоотдачи теплоносителей резко различаются по величине.

Увеличение поверхности теплообмена с помощью оребрения труб со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи позволяет существенно повысить тепловую нагрузку теплообменника. Этот принцип используют при нагреве и охлаждении газов и сильновязких жидкостей.

Очевидно, что материал, из которого изготавливают ребристые трубы, должен иметь большой коэффициент теплопроводности. Для снижения гидравлического сопротивления поверхность рѐбер должна быть параллельна направлению движения потока теплоносителя.

Форма рѐбер может быть различной. Наиболее часто используют рѐбра прямоугольного

(рис.16.13, а) и трапециевидного (рис.16.13, б) сечения.

Конструкции оребрѐнных теплообменников весьма разнообразны.

а б

Рис.16.13. Оребрение труб поперечное (а) и продольное «плавниковое» (б)

13

На рис.16.14 представлен широко распространѐнный теплообменник для нагрева воздуха – пластинчатый калорифер. Соприкасаясь с пластинами теплообменника, воздух нагревается, его плотность уменьшается, и он за счет естественной конвекции поднимается вверх, а на его место приходит новая порция холодного воздуха. По такому принципу работают бытовые системы отопления, которые также являются оребрѐнными воздушными калориферами. Однако принудительная циркуляция воздуха существенно улучшает теплоотдачу. С этой целью пластинчатый калорифер помещают в корпус, а подачу воздуха осуществляют с помощью вентиляторов и воздуходувок.

Теплообменники воздушного охлаждения получают все более широкое применение.

Это объясняется гораздо меньшей стоимостью воздуха как хладагента, по сравнению с водой.

Рис.16.14. Пластинчатый калорифер для нагрева воздуха

Достоинства оребрѐнных теплообменников:

1)Возможность работы со сложными (с точки зрения теплообмена) теплоносителями

–воздухом и высоковязкими жидкостями.

2)Большая поверхность теплоотдачи со стороны сложного (с точки зрения теплообмена) теплоносителя при высокой компактности теплообменного аппарата.

14

3) Возможность использования в качестве хладагента воздуха, что экономически выгодно, поскольку позволяет сэкономить на более дорогой, чем воздух, водооборотной воде.

Недостатки оребрѐнных теплообменников:

1)Для изготовления пластин-оребрений требуется материал с высокой теплопроводностью (сталь подходит не всегда, зачастую используется алюминий или медь).

2)Теплообменники воздушного охлаждения всѐ же существенно более громоздки,

чем теплообменники для охлаждения водой.

Спиральные теплообменники

Устройство и принцип работы

В спиральных теплообменниках (рис.16.15) поверхность теплообмена образована двумя длинными металлическими листами 1 и 2, свѐрнутыми по спирали. Внутренние концы листов приварены к глухой перегородке 3. Между листами образованы два изолированных друг от друга спиральных канала прямоугольного сечения шириной 2÷12 мм. По каналам противотоком движутся теплоносители I и II. Иногда ширину канала фиксируют дистанционной полосой (штифтом), которая обеспечивает одинаковое по всей длине каналов расстояние между листами, а также способствует упрочнению конструкции аппарата в целом. С торцов аппарат закрыт плоскими крышками 4 с уплотняющей прокладкой,

изготавливаемой из резины, паронита, асбеста или мягкого металла. Крышки крепят болтами к фланцам 5. Штуцера для ввода и вывода теплоносителей крепятся на крышки и возле наружных концов свѐрнутых в спираль листов. Спиральные теплообменники могут быть установлены как вертикально, так и горизонтально.

Спиральные теплообменники бывают разборными и неразборными сварными.

Сварные теплообменники дешевле, но они не обладают таким преимуществом, как возможность разборки, из-за чего затруднена их очистка.

Достоинства спиральных теплообменников:

1) Спиральные теплообменники компактны, обеспечивают большую площадь поверхности теплоотдачи (до 100 м2) при относительно небольших габаритных размерах.

15