Спиральный теплообменник

      Рисунок 14 – Оросительный теплообменник 

В оросительном трубчатом теплообменнике на рисунке 14 охлаждаемая жидкость поступает  в нижнюю трубу и удаляется  из верхней трубы, на которую поступает  вода, равномерно распределяемая в  виде капель и струек из оросительного устройства с зубчатыми краями. Вода омывает, нижележащие трубы и затем сливается в поддон. Для создания большей поверхности большей поверхности теплообмена оросительные теплообменники отличаются  простотой изготовления, легкостью монтажа, очистки и эксплуатации. К недостаткам их следует отнести громоздкость, низкий коэффициент теплопередачи, чувствительность к изменениям температуры окружающей среды.

      Применяются эти теплообменники почти исключительно  в качестве холодильников для  жидкостей и газов или конденсаторов.[2,с 227] 

      Погружные змеевиковые теплообменники. Такой теплообменник на рисунке 15 представляет собой спиральный змеевик 3, заключенный в корпус 1. 
 

      

      1 – корпус;

      2 – внутренний стакан;

      3 – змеевик;

      Рисунок 15 – Погружной змеевиковый теплообменник. 

      Для увеличения скорости потока среды, омывающей  наружную поверхность змеевика, в  корпусе устанавливают внутренний стакан 2.

            Змеевик, по которому движется один теплоноситель, погружен в другой теплоноситель, находящийся  в корпусе.

      Погружные змеевиковые теплообменники отличаются чрезвычайной простотой устройства, но вследствие низких значений коэффициентов теплопередачи из – за свободной конвекции у поверхности труб характеризуется малой производительностью.

      При установке мешалок они должны вращаться в направлении, противоположном движению теплоносителя в змеевике. 

      Пластинчатые  теплообменники.

      Конструкция пластинчатого теплообменника зависит  от предъявляемых к нему производственных требований. Отличительной особенностью этих теплообменников рисунок 16 является то, что поверхность их нагрева состоит из гофрированных пластин 1 и 3, соединяемых последовательно и снабженных промежуточными прокладками. 
 

 

 

       а – устройство;

       б – схема движения теплоносителей;

       1 – нечетные каналы;

       2,4 – головные плиты;

       3 – четные каналы;

       5 – стяжное винтовое устройство;

       Рисунок 16 – Пластинчатый теплообменник. 

      С помощью пластин создается система  узких каналов  шириной 3 – 6 мм с  волнистыми стенками. Теплоносители  движутся в каналах между смежными пластинами, омывая противоположные боковые стороны каждой пластины.

      Пластины  стянуты стяжным винтовым устройством 5 между головными плитами 2 и 4. Теплоноситель  I  движется по нечетным каналам 1, теплоноситель II – по четным каналам 3.

      Все пластины в теплообменнике собираются в пакеты. Пакетом называют группу пластин, между которыми теплоноситель движется в одном направлении.

      Собранные в пакеты пластины образуют плоскопараллельные каналы, по которым проходят теплоносители. Пакеты с небольшим числом  пластин  в каждом соединяется последовательно по ходу теплоносителя.

      В одном пластинчатом теплообменнике с помощью промежуточных пластин  часто создают процессы нагревания и охлаждения различными тепло- и  хладоносителями.

      Благодаря малому расстоянию между пластинами, достигаются большей скорости движения теплоносителей  и высокие коэффициенты теплопередачи при сравнительно низком сопротивлении. [2,с 229]

      Теплоносители можно пропускать через пластинчатый теплообменник противотоком, прямотоком и по смешанной схеме.

      Недостаток  этих аппаратов состоит в том, что диапазон рабочих температур и сред ограничен термической и химической стойкостью прокладочных материалов. 

      Спиральные  теплообменники. 

      Такой теплообменник на рисунке 17 состоит  из двух спиралей, входящих одна в другую и образующих таким образом каналы 1 и 2 четырехугольного сечения, боковые стенки которых образуют две торцевые крышки 4 и 5. Перегородка 3 в центре теплообменника разделяет полости входа и выхода теплоносителей.

      Спирали изготовляют  так, что торцы  листов лежат строго в одной плоскости. Затем их помещают между дисками, являющимися торцевыми крышками аппарата, и стягивают болтами.

      Для герметизации между крышками и листами  по всему сечению теплообменника помещают прокладку из резины, паронита и т.п.  Это обеспечивает работу теплообменника под избыточным давлением  до 1 МПа. 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1,2 – каналы для теплоносителей;

      3 – перегородка;

      4,5 торцевые крышки;

      Рисунок 17 – Спиральный теплообменник. 

      Спиральные  теплообменники бывают горизонтального  и вертикального типов; их устанавливают  часто блоками по два, четыре и  восемь аппаратов.

      В спиральных теплообменниках обеспечивается возможность движения жидкости  с высокими скоростями и создания чистого противотока, что дает максимально достижимую среднюю разность температур и высокие коэффициенты теплопередачи.   [2,с 230]   

      Оребренные  теплообменники.

      Такие  теплообменники  применяются  с целью увеличения  поверхности теплообмена со стороны теплоносителя, имеющего низкие значения коэффициента теплоотдачи по сравнению со вторым теплоносителем, участвующим в теплообмене.

        

        
 

      1 – кожух;

      2 – пластинчатые ребра;

      Рисунок 18 – Пластинчатый калорифер. 

      Оребрение, используемое как в пластинчатых, так и в трубчатых теплообменниках, является так же эффективным средством  повышения компактности аппарата. В  трубчатом теплообменнике установка  ребер  возможна только с одной стороны, в пластинчатых – с обеих сторон  рабочей поверхности.

      Условием  нормальной работы оребренных теплообменников  является хороший контакт между  основанием ребер и стенкой трубы, обеспечивающий равенство температур стенки и основания ребра. В литых  ребристых трубах  это требование выполняется полностью.   

      Наиболее  распространены оребренные теплообменники с поперечными, круглыми и прямоугольными ребрами. Поперечные ребра широко применяются, в пластинчатых калориферах рисунок 18 иногда ребра выполняют навивкой металлической ленты, поставленной на ребро. Лента впрессовывается в желобок на наружной поверхности трубы и после этого запаивается или приваривается.

      Целесообразной  формой сечения ребра по теоретическим  соображениям (наименьшее количество материала при максимальной теплоотдаче) является треугольная. Она применяется в чугунных игольчатых  теплообменниках с иглами на внешней и внутренней стороне.

      При продольном обтекании труб используют продольные ребра плавникового типа.

      Для охлаждения воздуха в замкнутом вентиляционном контуре электрических генераторов  нашли применение теплообменники  с проволочным биспиральным оребрением.

      Для сжатых газов и жидкостей применяются  теплообменники  с многоребристыми  трубами, оребрение которых осуществлено приваркой волнистой ленты, образующей ребра с просветом 10 мм.  

      Теплообменники  с поверхностью теплообмена, образованной станками аппарата.

      Для обогрева и охлаждения реакционных  аппаратов применяют различные  устройства, в которых поверхностью теплообмена образуется стенками самого аппарата. К числу таких устройств относятся рубашки, рисунок 19.

      Цилиндрический  корпус аппарата 1 помещают в кожух  – рубашку 2 таким образом, что  между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью корпуса  аппарата образуется герметически замкнутое пространство, в которое через верхний штуцер подается греющий теплоноситель (обычно пар), а через нижний штуцер отводится (при паровом обогреве) конденсат. 
 
 

      

 
 
 
 
 

      1 – корпус;

      2 – рубашка;

      3 – мешалка;

      4 – крышка;

      Рисунок 19 – Аппарат с рубашкой и мешалкой. 

      При охлаждении холодный теплоноситель  поступает снизу через нижний штуцер. Корпус закрывается крышкой 4, на которой имеются штуцеры, люки и привод мешалки 3.

      Рубашки изготовляют съемными (на болтах) и  не разъемными (приварными). Приварные рубашки проще по устройству и изготовлению, но исключают возможность чистки и осмотра наружной стенки аппарата.

      Из  пространства, ограниченного рубашкой, необходимо удалять воздух, чтобы  не допустить образование так  называемых воздушных мешков, которые полностью выключают поверхность нагрева в том месте, где они образуются.

      Рубашки обладают ограниченной поверхностью  теплообмена. Применяемые давления теплоносителей в рубашке не должны превышать 1 МПа, поскольку при больших  давлениях необходимо увеличить толщину стенок.

      Для повышения давления греющего теплоносителя  применяют аппараты, в чугунные стенки  которых заливается змеевик  рисунок 20а.

      Более совершенны аппараты для нагревания теплоносителями высоких давлений (до 25 МПа), в которых стальной змеевик  приваривается к наружной поверхности корпуса  аппарата рисунок 20б.

      Иногда  к стенкам корпуса аппарата приваривают  стальные угольники, рисунок 20 в или  половинки труб, разрезанных вдоль  оси рисунок 20г. Аппараты такой конструкции  применимы при давлении до 60 МПа, однако они значительно проще в изготовлении и обеспечивают лучшую теплопередачу, чем аппараты с приваренными змеевиками.         [2,с 233] 
 
 
 

      

      а) из труб, залитых в стенках аппарата;

      б) из труб, приваренных многослойным швом;

      в) из угловой стали;

      г) из разрезанных по образующей (половинок) труб;

      Рисунок 20 – Варианты исполнения змеевиков. 

      Блочные теплообменники. 

      Эти  теплообменники выполнены в форме  блоков, имеющих проточные каналы, по которым протекает жидкость. Блоки  изготовляются из графита, который для устранения пористости предварительно пропитывают синтетическими смолами.

        
 
 
 

            1 – металлические фланцы;

      2 – крышка из графита;

      3 – металлический кожух;