Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А

сильно зависит от давления, особенно характерного для потока низкого давления р1 при значениях а=0,24 и b=0,31

Несколько неожиданной является сравнительно слабо выраженная зависимость М от физических свойств газов, обладающих одинаковой удельной молярной теплоемкостью (например, для водорода, азота, кислорода): при а = 0,24 и b=0,31 величина М пропорциональна молекулярному весу в степени 0,2, что обусловлено влиянием плотности на потерю напора.

Из соотношений следует, в частности, что можно существенно уменьшить М для теплообменников, работающих в области весьма низких температур, осуществляя дополнительное охлаждение потока на промежуточном температурном уровне. Достигнуть этого можно, производя расширение части сжатого газа в детандере и направляя охладившийся поток в теплообменник на соответствующем температурном уровне: таким способом удается уменьшить разность температур на уровне, лежащем ниже температуры расширенного газа, что приводит к сокращению М.

Сопоставление пластинчатых теплообменников с регенераторами, выполненное применительно к воздухоразделительным установкам низкого давления, свидетельствует о большей экономичности регенераторов; однако пластинчатые теплообменники позволяют получать совершенно чистый кислород, а по сравнению с теплообменными устройствами других типов (кроме регенераторов) они наиболее экономичны.

В заключение отметим работы Дентона, Шоу и др., в которых описано применение пластинчатых теплообменников в установках для получения дейтерия методом ректификации жидкого водорода.

90

2. ПЛАСТИЧНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ ТИПА ФИЛЬТР-ПРЕССА

На рис. 2.1 помещена фотография пластинчатого теплообменника. Пластины, образующие теплообменную поверхность, подвешиваются к верхней поперечине массивной рамы; вырез в нижней части пластины охватывает нижний направляющий стержень, который фиксирует положение пластин относительно вертикальной оси и обеспечивает совмещение коллекторных отверстий, расположенных в углах пластины.

На рис. 2.2 приведена фотография гофрированной пластины: пластины такого типа чаще всего применяются в рассматриваемых теплообменниках и являются наиболее эффективными. По периметру пластины выштамповано углубление, в которое закладывается фигурная резиновая прокладка; обычно прокладка устанавливается на специальном клее или мастике (например, на термопреновом клее). Прокладка изолирует два отверстия из четырех и не допускает перетекания жидкостей под влиянием разности давлений; как видно из рис. 2.2, прокладка изолирует левое верхнее и правое нижнее отверстия, давая возможность жидкости двигаться вдоль пластины между двумя другими отверстиями (правым верхним и левым нижним).

Пластины образуют пакет (рис. 2.1), который стягивается опорной стойкой и подвижной нажимной плитой; в стойке и плите имеются штуцеры для ввода и вывода теплоносителей. Если необходимо осуществить промежуточный отбор или подачу одного из теплоносителей (или другого теплоносителя), пользуются промежуточными распределительными плитами, одна из которых видна на рис. 2.1, в левой части пакета пластин.

Как уже указывалось, уплотнение пластин достигается с помощью резиновых прокладок, которые плотно прижимаются к поверхности смежных пластин. Опыт эксплуатации теплообменников показал, что хорошее уплотнение достигается при определенной величине стягивающего усилия, которая

91

лежит в сравнительно узких пределах; поэтому в некоторых конструкциях теплообменников имеются устройства, контролирующие величину стягивающего усилия.

Рис. 2.1. Пластичный теплообменник типа фильтр-пресса [7]

Рис. 2.2. Гофрированная пластина [7]

92

Жидкости, между которыми осуществляется теплообмен, движутся в узких каналах, образованных смежными пластинами, омывая противоположные стороны одних и тех же пластин. Способы включения каналов могут быть самыми различными: параллельным, последовательным и комбинированным.

При параллельном включении теплоноситель распределяется одновременно по всем каналам, при последовательномпроходит поочередно через каждый из каналов, многократно изменяя направление своего движения; при комбинированном включении теплоноситель последовательно проходит через ряд групп каналов, причем в пределах каждой группы распределяется одновременно между всеми каналами, т. е. движется в них параллельно. Для каждого из теплоносителей выбирается своя схема включения каналов с учетом соотношения потоков, свойств теплоносителя и т. п., причем число теплоносителей может превышать два, что в ряде случаев представляет большие удобства. Если теплоносители обладают близкими физическими свойствами, то стремятся к одинаковым значениям скорости в каналах, разграниченных пластинами.

На рис. 2.3 показана одна из возможных схем движения теплоносителей в теплообменнике, содержащем 15 пластин. Один из теплоносителей, поступающий слева, проходит последовательно четыре секции, в каждой из которых распределяется по двум параллельным каналам. Второй теплоноситель, поступающий справа, проходит последовательно две секции, в каждой из которых распределяется по четырем параллельным каналам.

Отмеченные широкие возможности комбинирования каналов позволяют с успехом использовать пластинчатые теплообменники в самых разнообразных условиях при соотношении расходов теплоносителей, достигающем 10:1.

При обработке жидкостей, склонных к образованию осадка и пригоранию, часто уменьшают число параллельно включенных каналов в отдельных группах, через которые по-

93

следовательно проходит жидкость, по мере приближения к концу теплообменника: таким способом удается увеличить скорость жидкости, что препятствует выделению осадков.

Гофрированные пластины, подобные показанной на рис. 2.2, при сборке в пакет образуют систему каналов с волнистыми стенками, как это показано на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Схема движения теплоносителей [7]

Рис. 2.4. Каналы, образованные гофрированными пластинами [7]

Расстояние между пластинами обычно лежит в пределах от 1 до 6 мм; зазор менее 3 мм встречается в теплообменниках сравнительно редко. Волнистые стенки каналов, образуемых гофрированными пластинами, обусловливают интенсивную турбулизацию потока, чему содействует также изменение величины и направления скорости при входе жидкости в канал и выходе из него: поэтому турбулентный режим течения в теплообменниках с гофрированными пластинами наступает при

94