ТИПЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Тепловой расчет теплообменного аппарата

Учебное методическое пособие к практическому занятию

Уфа 2010

Целью выполнения практической работы является получение практических навыков по правильному использованию основных зависимостей и формул в курсе «Теплогазоснабжение».

Заданием к практической работе предполагается рассчитать для определенных исходных условий теплообменный аппарат и выбрать оптимальную компоновку.

Указания могут быть использованы студентами дневной и заочной форм обучения специальности 270112 водоснабжения и водоотведения.

 

Составители: Райзер Ю.С., ассистент.

Рецензент Харицкая И.Ю.

 

УГНТУ 2010

 

 

ТИПЫТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

 

Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от более нагретого теплоносителя к менее нагре­тому.

По принципу действия теплообменники подразделяются на три вида: рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативным теплообменником называется такой аппарат, в котором теплопередача от горячего теплоносителя к холодному осуществляет­ся через стенку непрерывно.

Регенеративным теплообменником называется такой аппарат, в котором теплопередача от горячего теплоносителя к холодному осуществляет­ся через стенку прерывисто.

Смесительным теплообменником называется такой аппарат, в котором теплопередача от горячего теплоносителя к холодному осуществляется не­прерывно смешением теплоносителей.

Наибольшее распространение во всех областях техники получили рекуперативные теплообменники.

В тепловых пунктах устанавливают водоподогреватели различных типов и конструкций. В зависимости от вида греющей среды их делят на пароводяные и водоводяные. В первом случае греющей средой является водя­ной пар, во втором - высокотемпературная вода. Нагреваемой средой во всех случаях является вода.

По конструктивным признакам водоподогреватели рекуперативного ти­па подразделяю: на кожухотрубные и пластинчатые. В кожухотрубных водоподогревателях основными конструктивными элементами являются цилинд­рический корпус и пучок гладких трубок, размещаемый внутри корпуса. Один из теплоносителей протекает внутри трубок другой в межтрубном пространстве корпуса. Как внутри трубок, так и в межтрубном простран­стве теплоносители движутся с определенными скоростями, обеспечивая активный теплообмен. Такие водоподогреватели получили название скорост­ных.

Скоростные водоводяные подогреватели, у которых горячий и холодный теплоносители движутся в противоположных направлениях, называют противоточными. Они эффективнее прямоточных, так как обеспечивают боль­ший средний температурный напор и позволяют нагревать воду до более высокой температуры. Для пароводяных скоростных подогревателей направ­ление движения теплоносителей не имеет значения. Водоводяные и парово­дяные скоростные подогреватели предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения.

По ориентации оси корпуса скоростные пароводяные водоподогреватели могут быть горизонтальными и вертикальными. В тепловых пунктах жи­лых, общественных и промышленных зданий устанавливают горизонтальные водоподогреватели. Иногда в тепловых пунктах устанавливают трубчатые теплообменники, в которых пучок труб погружен в емкость, заполненную нагреваемой водой. Такие водоподогреватели, в отличие от скоростных, называют емкостными и используют в системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды.

Основным конструктивным элементом пластинчатых водоподогревателей является гофрированная пластина. Пластины располагают параллельно друг другу; между поверхностями двух смежных пластин создаются небольшие зазоры щелевидной формы, по которым движутся потоки греющей и нагреваемой сред.

Водоводяные скоростные подогреватели выпускают в настоящее время: разъемными. Разъемное исполнение секций позволяет собирать на месте подогреватели с различным числом однотипных секций. На рисунке 1 изображен секционный скоростной водоводяной подогреватель. Основным элементом подогревателя является корпус из стальной бесшовной трубы. Внутри кор­пуса расположены трубки из латуни диаметром 16x1 мм, вальцованные двумя концами в глухие фланцы. Латунь имеет высокую теплопроводность (около 135 Вт/м*с), следовательно, термическое сопротивление стенки латунной трубки, имеющейтолщину 1 мм, ничтожно.

Корпусы теплообменников длиной 2 и 4 м имеют наружные диаметры от 57 до 530 мм, число трубок – от 4 до 450. Подогреватели рассчитаны на рабочее давление 1 МПа. В подогревателях, предназначенных для систем отопления, для выравнивания скоростей греющая вода направляется по труб­кам, нагреваемая вода - по межтрубному пространству. На корпусах этих подогревателей устанавливают линзовые компенсаторы. В комплект постав­ки подогревателя входят кроме корпуса входной и выходной патрубки, а также каналы для соединения трубного пучка. Патрубок для выхода нагре­той воды имеет штуцер для термопары.

Рисунок1- Секционный скоростной водоводяной подогреватель

 

 

а -пластина с гофрами в "елку": l- отверстие для входа и выхода воды, 2 - резиновая прокладка; б- подргреватель в сбо­ре: 1 – штанга, 2 - передняя и задняя стойки, 3- штуцера, 4 – пластины; в –симметричная схема компоновки пластин; г –несимметричная- компоновка пластин несимметрична

Рисунок 2- Пластинчатый подогреватель

Основным элементом пластинчатого подогревателя является пластина. На рисунке 2, а показана пластина с гофрами «в елку» типа 0,5 Е (конструк­ция УКРНИИхиммаша). Габаритные размеры пластин 1370x500x1 мм (длина х ширина х толщина), площадь поверхности теплообмена одной пластины 0,5 м² масса пластины 5,4 кг. Пластины штампуются из листового металла, гофры пластин имеют в сечении профиль равнобедренного треугольника с ос­нованием 14 мм и высотой 4 мм.

Поверхность нагрева образуется из параллельно расположенных гофрированных пластин. По зазорам между пластинами направляются потоки греющей и нагреваемой сред. Простейший подогреватель должен иметь не менее трех пластин, образующих два канала (зазора), по одному из которых течет греющая среда, по другому – нагреваемая.

Пластины устанавливаются на раму подогревателя, которая состоит из верхней и нижней несущих штанг, подвижной и неподвижной плит с зажимным устройством. Неподвижная плита обычно прикреплена к полу, под­вижная подвешена на скобе к верхней штанге и может перемещаться по ней. На плитах имеются штуцера для присоединения трубопроводов.

Разборная конструкция подогревателей позволяет достаточно легко и быстро производить чистку поверхностей пластин от слоя накипи, отлагающейся на них в процессе эксплуатации. Группа пластин, образующих сис­тему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет. Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и подвижной плитами, называют секцией (рисунок 2,б).

Пластины можно компоновать в симметричные пакеты для греющей и нагреваемой сред, т.е. с одинаковым числом каналов в каждом пакете для каждой среды (рисунок 2,в). Если расход одной среды значительно отличается от расхода другой среды, то для получения оптимальных скоростей по хо­ду каждой среды применяют несимметричные схемы компоновок пластин. В этом случае число каналов в пакетах для греющей и нагреваемой сред не­одинаково (рисунок 2, г).

Пластинчатые подогреватели разборной конструкции предназначены для работы при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочей среда до 180°С.

Пластинчатые подогреватели имеют более высокие технико-экономические показатели по сравнению с кожухотрубными. Процесс изготовления поверхности теплообмена из тонких штампованных пластин более индустриален и менее трудоемок, чем производство бесшовных труб малого диамет­ра для той же цели. Малая толщина и параллельная установка пластин с малыми промежутками между ними позволяет разместить в минимальном про­странстве максимальную поверхность теплообмена, что недостижимо в дру­гих типах поверхностных теплообменников. В пластинчатых подогревате­лях использованы сложные формы поверхностей теплообмена и образуемых ими каналов, в которые поток воды искусственно турбулизируется. Это значительно повышает эффективность теплообмена, в то же время гидрав­лические потери в каналах и, следовательно, затраты энергии на пере­качку воды остаются небольшими.

В Советском Союзе пластинчатые подогреватели впервые были приме­нены в 1940г. для нуждпищевой промышленности. В последние годы они начали находить применение в системах теплоснабжения для нагрева воды паром или высокотемпературной водой.

 

2. ВИДЫИ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА СКОРОСТНОГО И ПЛАСТИНЧАТОГО ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ РЕКУПЕРАТИРАТИВНОГО ТИПА.