Устройство пластинчатого теплообменника

Содержание

Пластинчатый теплообменник: конструкция, принцип работы, виды

Устройство пластинчатого теплообменника

19 Июня 2017 0:00

// Советы покупателям

Пластинчатый теплообменник – это важный элемент в системе отопления и горячего водоснабжения, который предназначен для теплообмена между двумя рабочими средами. Между теплопередающими пластинами в противотоке двигаются греющий и нагреваемый теплоносители без смешивания между собой.

Например, устройство для ГВС мощностью 670 ккал/ч. Один контур – горячая вода 70 градусов, а второй контур холодная вода 5 градусов. Установка позволяет нагревать второй контур до 50 градусов, охлаждая первый до 40 градусов.

Теплообменник и его виды

Теплообменник – это специальный аппарат, который предназначен для обмена тепла между двумя рабочими средами с различной температурой. Существует множество типов и конструкций. По принципу работы теплообменные устройства разделяются на регенеративные и рекуперативные.

Рекуперативный тип отличается тем, что процесс обмена происходит между теплопередающими пластинами. Потоки изолированы и разделены.

Регенеративный тип характеризуется тем, что обмен осуществляется на одной поверхности, с которой теплоносители контактируют поочередно.

Из рекуперативных наиболее распространенными являются:

  • Кожухотрубные – имеют цилиндрическую форму, состоят из кожуха и трубного пучка.
  • Пластинчатые – состоят из тонких теплопередающих пластин и резиновых уплотнений для герметичности. Имеют разборную конструкцию, что значительно упрощает обслуживание в процессе эксплуатации.
  • Витые – конструкция состоит из спиральной трубки, внутри которой движутся рабочие среды.
  • Спиральные – по принципу работы схожи с пластинчатыми, но более устойчивы к воздействию высокого давления и температуры. Имеют сварную спиральную конструкцию.

Рекуперативные наиболее востребованы в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и производстве.

Преимущества заказа теплообменного и котельного оборудования у нас

  • Доставка по России, Казахстану и другим странам СНГ от 3 дней
  • Даем дилерские цены заводов-производителей на 30% ниже рыночных
  • Подписываем официальный договор — гарантия до 3 лет
  • Собственное производство пластинчатых видов — изготовим за 3 дня
  • Профессиональный подбор оборудования

Просто позвоните.. Наш инженер осуществит точный расчет оборудования.

Конструкция пластинчатого устройства

Основой конструкции пластинчатого вида агрегатов являются теплопередающие пластины и уплотнения, которые стянуты болтами между прижимными плитами. Основной материал из которого изготавливают пластины AISI 316 (нержавеющая сталь) толщиной от 0,4 до 1 мм. Для специальных применений возможно изготовление из титана и других сплавов.

На основе синтетического каучука производятся уплотнения, которые препятствуют протечкам и служат для герметичности агрегата.

  • Нитрильный каучук (NBR): для вязкой или водной рабочей среды;
  • Этилен-пропиленовый каучук (EPDM): для химических веществ без содержания минеральных масел и жиров.
  • Фтор-каучук (VITON / FKM): специальный материал, высоко устойчивый к химическим и агрессивным теплоносителям.

Технические характеристики

  • материал пластин: нержавеющая сталь AISI304, AISI316, 254SMO, Hastelloy, титан, палладий и др.
  • температура сред не более 180°C
  • максимальное рабочее давление до 15 бар
  • площадь поверхности теплообмена от 0,1 кв. м до 2100 кв. м
  • количество пластин зависит от требуемой мощности

Принцип работы

Сферы примененияЖКХ

В жилищно-коммунальном хозяйстве в основном применяют пластинчатые для подогрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения, вентиляции, нагрева воды в бассейнах.

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В пищевой промышленности агрегаты нашего типа нашли применение в системах пастеризации молока и молочных продуктов, в системах охлаждения и пастеризации пивного сусла, вина и других напитков.

МЕТАЛЛУРГИЯ

В металлургической промышленности их применяют для охлаждения оборудования и рабочих сред. Например, жидкости в станках и печах для плавки.

НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬВ нефтегазовой отрасли теплообменное оборудование используют для охлаждения жидких и газообразных сред, в установках химподготовки.
МОРСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

На судах теплообменные устройства служат для охлаждения двигателя, масел и основных узлов с применением морской воды.

Виды пластинчатых

Разборные пластинчатые виды

Преимущества

  • минимум затрат на производство
  • минимальная стоимость монтажа
  • производительность подлежит регулировке
  • простота эксплуатации и ремонта
  • низкие расходы на эксплуатацию
  • время простоя минимально
  • небольшая энергоемкость

Применение

  • отопительные системы
  • жилые здания и помещения
  • бассейны
  • холодильные и климатические аппараты
  • системы снабжения горячей водой
  • тепловые пункты

Паяные виды

Преимущества

  • минимальная стоимость комплекта
  • небольшие габариты и площадь размещения
  • максимальная эффективность
  • высокая скорость установки и сборки
  • надежность и эффективность
  • минимальная цена монтажа

Применение

  • системы кондиционирования и вентиляции
  • жилые здания и помещения
  • бассейны
  • холодильная техника
  • компрессорные и турбинные аппараты
  • промышленные установки

Нужна консультация?

Инженеры компании помогут Вам осуществить правильный расчет для Вашего объекта и подобрать наиболее подходящую модель. Свяжитесь с нами любым удобным для Вас способом и получите расчет в течение 20 минут.

Заполните форму в правой части страницы или позвоните по номеру +7 (804) 333-70-94 и проконсультируйтесь с нашим специалистом.

Источник: https://teploobmennic.ru/blog/sovety-pokupatelyam/plastinchatyy-teploobmennik/

Пластинчатые теплообменники – устройство, принцип работы, методика расчета

Устройство пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменники относятся к классу рекуперативных теплообменников и представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных металлических пластин. Пластины теплообменника, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями А и В чередуются между собой.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518—83.

Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от —30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве охладителей, подогревателей и конденсаторов.

Типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:

  • разборные
  • полуразборные (полусварные)
  • неразборные (паяные и сварные)

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

Подключение пластинчатых теплообменников

Классическая схема подключения пластинчатых теплообменников имеет патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. В большинстве случаев входы и выходы расположены таким образом, чтобы обеспечить противоток теплообменных сред. Работа пластинчатого теплообменника с противотоком рабочих сред показана на видео:

Существуют конструкции пластинчатых теплообменников, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите:

Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединений под сварку (стальная труба) или резьбового соединения.

Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя.

В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.

Пластины для пластинчатых теплообменников

Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной до 1 мм. В качестве материала применяется коррозионностойкая сталь, титан, специальные сплавы.

Пластины пластинчатого теплообменника имеют гофрированную поверхность для турбулизации потоков в каналах, что повышает эффективность теплопередачи и препятствует отложению загрязнений. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника.

Чем тупее угол, под которых расположены гофры пластины, тем большее сопротивление создается в каналах, чем острее угол, тем меньше сопротивление и выше скорость потоков.

Пластины для пластинчатых теплообменников разборного типа

Расчет пластинчатых теплообменников

Расчет пластинчатых теплообменников на прочность сводится к расчету нажимных и промежуточных плит, пластин, штанг, стяжных болтов, коллекторов, днищ и крышек.

При проектировании и подборе производятся тепловые и гидравлические расчеты с целью определения всех характеристик пластинчатого теплообменника, а также параметров процесса теплопередачи. Далее приведен упрощенный расчет пластинчатого теплообменника для примера.

Итак, пластинчатый теплообменник уже спроектирован. Он состоит из 101 пластины, которые образуют 100 каналов. Половина из них зарезервирована для потока горячей воды, другая половина для потока холодной воды. Два внешних канала, один горячий и один холодный, будут иметь теплопередачу только на одной стороне, т.к.

со второй стороны канала с водой нет. Помним об этом, но не учитываем данное в примере:

Количество пластин100 (101)[-]
Длина пластины8.000[m]
Ширина пластины0.500[m]
Толщина пластины0.002[m]
Ширина холодного и горячего каналов0.008[m]
Температура горячей воды353.15[K]
Температура холодной воды293.15[K]
Массовый расход горячей и холодной воды400.0[kg/s]
Коэффициент загрязнения на горячей и холодной стороне0.00005[m2W/K]
Теплопроводность материала пластин50[W/m/K]

Свойства воды приняты для средних температур. Так как температуры горячей и холодной воды на входе составляют 80 и 20 градусов по Цельсию, соответственно, средняя температура составляет 50 градусов.

Для расчета пластинчатого теплообменника вручную пренебрегаем изменением коэффициента теплопередачи при изменении температуры воды.

Значения на каждой из сторон будет меняться противоположно.

Площадь теплообменной поверхностиA_hx = 8.000 * 0.500 * 100 = 400[m2]
Количество горячих и холодных каналовN_ch = 50[-]
Площадь сечения одного каналаA_fch = 0.008 * 0.5 = 0.004[m2]
Периметр сечения каналаC_fch = 2 * (0.008 + 0.5) = 1.016[m]
Гидравлический диаметрD_hyd = 4 * A_fch / C_fch = 0.015748[m]
Площадь сечения для жидкостиA_flow = N_ch * A_fch = 0.2[m2]
Массовый расход жидкостиG = M_flow / A_flow = 400.0 / 0.2 = 2000.0[kg/m2/s]
Плотность воды при 50°Cu_w = 0.000525[Pa.s]
Теплопроводность воды при 50°Ck_w = 0.6435[W/m/K]
Коэффициент РейнольдсаRe = G * D / u_w = 59993[-]
Коэффициент Прандтля для воды при 50°CPr = 3.555[-]
Коэффициент теплопередачи на горячей и холодной сторонеU_w = 0.023 * k_w/D_hydr * Re0.8 * Pr0.4 = 10372[W/m2/K]
Коэффициент теплового сопротивления пластины на м2R_pl = thickness/cond = 0.002 / 50 = 0.00004[m2W/K]
Общее сопротивление теплопередаче на м2R_t = 2/U_w + 2 * R_foul + R_pl R_t = 2/10372 + 2*0.00005 + 0.00004 = 0.0003328[m2W/K]
Общий коэффициент теплопередачиU_oa = 1 / R_t = 3004.6[W/m2/K]

Общий коэффициент теплопередачи посчитан. Мы имеем следующие уравнения:
          

Q_transferred = delta_T_mean * U_oa * A_hx(ур.1)
Q_fluid = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid(ур.2)

Поскольку жидкости и их массовые расходы одинаковы с обеих сторон, delta_T_mean равна разности начальной температуры (ITD=T_hot,in-T_cold,in) минус delta_T_fluid, или:

delta_T_mean = ITD – delta_T_fluid(ур.3)

Вставляем это в (ур.1), вычисляем (ур.1) и (ур.2), получаем:

(ITD – delta_T_fluid) * U_oa * A_hx = delta_T_fluid * M_flow * Cp_fluid(ур.4)
Вычисляем delta_T_fluid :
delta_T_fluid = ITD * U_oa*A_hx / (U_oa*A_hx  +  M_flow*Cp_fluid)(ур.5)

Изменение температуры воды в каждом контуре:
delta_T_fluid = 60.0 * 3004.6*400.0 / (3004.6*400.0 + 400.0*4035) = 25.61 [K]

Расчетная мощность пластинчатого теплообменника:
Q_fluid = M_flow * Cp * delta_T_fluid = 400.0 * 4035 * 25.61 = 41334540 [W] или 41.33 [MW]

Температура на выходе горячей стороны: 80 – 25.61 = 54.39°С
Температура на выходе холодной стороны: 20 – 25.61 = 45.61°С

Расчет пластинчатого теплообменника вручную дает некоторую погрешность, т.к. не учитывает изменение свойств жидкости и материалов при изменении их температуры. Данный метод расчета значительно упрощен, но в более сложных случаях, когда в процессе теплопередачи происходят фазовые изменения сред, он позволяет быстро провести оценочный расчет основных параметров.

На практике расчет пластинчатого теплообменника производится с помощью специальных расчетных программ. Каждый производитель имеет собственное программное обеспечение, которое позволяет быстро подобрать теплообменник и рассчитать все необходимые характеристики.

Источник: http://www.teploobmenka.ru/oborud/art-phe/

Пластинчатый теплообменник для отопления

Устройство пластинчатого теплообменника

Кожухотрубная конструкция теплообменника, где среды движутся навстречу друг другу по трубкам, помещенным одна в другую, постепенно уходит в прошлое.

Эти громоздкие устройства больших габаритов хотя и функционировали довольно эффективно, но не могли похвастать большим расходом нагреваемой среды. Им на смену пришли новые агрегаты – скоростные пластинчатые теплообменники.

Их устройству, принципу действия и применению как раз и посвящена данная статья.

Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

Конструктивно агрегат в корне отличается от своего кожухотрубного предшественника. Площадь поверхности обмена тепловой энергией у последнего наращивалась за счет увеличения длины змеевика, отсюда и большие габариты аппарата. В новом теплообменнике это достигается путем увеличения количества пластин одинаковой площади.

Имея такую же мощность, он по размерам втрое меньше кожухотрубного, при этом способен обеспечить большой расход нагреваемой среды, например, воды для нужд ГВС. Отсюда и возникло второе название агрегата – скоростной. Ниже на схеме показано устройство пластинчатого теплообменника:

1, 11 – подающий и обратный патрубки для подключения греющей среды (теплоносителя); 2, 12 – входной и выходной патрубки нагреваемой среды; 3 — передняя неподвижная плита; 4, 14 – отверстия для протока теплоносителя; 5 – малая уплотнительная прокладка в виде кольца; 6 – рабочая теплообменная пластина; 7 – верхняя направляющая; 8 – задняя подвижная плита; 9 – задняя опора; 10 – шпилька; 13 – большая прокладка по контуру пластины; 15 – нижняя направляющая.

На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата. Между двумя плитами, установленными на двух направляющих, зажато определенное число пластин с резиновым уплотнением между ними. На каждой пластине с целью увеличения поверхности обмена выполнено рельефное гофрирование, как изображено на фото:

Присоединительные патрубки также могут находиться и с одной стороны аппарата, на передней плите, что не оказывает влияния на принцип работы пластинчатого теплообменника.

Он заключается в том, что пространство между каждыми последующими пластинами поочередно заполняется то теплоносителем, то нагреваемой средой.

Очередность заполнения обеспечивается формой прокладок, в одной секции они открывают путь потоку теплоносителя, в другой – поглотителя тепла.

Во время работы в каждой секции, кроме первой и последней, происходит интенсивный обмен теплом через пластины сразу с двух сторон. Обе среды протекают через свои секции навстречу друг другу, нагревающая подается сверху и выходит через нижний патрубок, а нагреваемая – наоборот. Как это работает, отображает функциональная схема пластинчатого теплообменника:

Технические характеристики

Пластины и прокладки могут изготавливаться из различных материалов, их выбор зависит от назначения агрегата, ведь сфера применения подобных теплообменников весьма широка.

Мы же рассматриваем системы отопления и ГВС, где они выступают в качестве теплосилового оборудования. Для этой сферы пластины делаются из нержавеющей стали, а прокладки – из резины NBR или EPDM.

В первом случае теплообменник из нержавеющей стали может работать с водой, нагретой до максимальной температуры 110 ºС, во втором – до 170 ºС.

Для справки. Данные теплообменники используются и для разных технологических процессов, когда сквозь них протекают кислоты, щелочи, масла и другие среды. Тогда пластины производятся из титана, никеля и различных сплавов, а прокладки – из фторкаучука, асбеста и других материалов.

Расчет и подбор теплообменника осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения по таким параметрам:

  • требуемая температура нагрева жидкости;
  • исходная температура теплоносителя;
  • необходимый расход нагреваемой среды;
  • расход теплоносителя.

Примечание. В качестве греющей среды, протекающей сквозь пластинчатый теплообменник для ГВС, может выступать вода температурой 95 или 115 ºС, либо пар, нагретый до 180 ºС. Это зависит от типа котельного оборудования. Количество и размер пластин подбирается таким образом, чтобы на выходе получить воду с максимальной температурой не более 70 ºС.

Надо сказать, что преимущества пластинчатых теплообменников заключаются не только в скромных размерах и способности обеспечить большой расход. Дело в том, что диапазон подбираемых площадей обмена и расходов у рассматриваемых агрегатов чрезвычайно широк.

Самые малые из них имеют площадь поверхности менее 1 м2 и рассчитаны на протекание 0.2 м3 жидкости за 1 час, а наибольшие – 2000 м2 при расходе свыше 3600 м3/ч.

Ниже в таблице представлены технические характеристики, которые показывает эксплуатация пластинчатых теплообменников известного бренда ALFA LAVAL:

По исполнению теплообменные агрегаты бывают следующих видов:

  • разборные: наиболее распространенный вариант, позволяющий быстро и качественно осуществлять ремонт и обслуживание скоростного теплообменника;
  • паяные или сварные: такие аппараты не имеют резиновых прокладок, там пластины жестко соединены между собой и помещены в цельный корпус.

Примечание. Именно паяные теплообменники многие мастера-умельцы используют для частного дома, приспосабливая их под нагрев или охлаждение воды.

Обвязка теплообменника

Как правило, установка подобного теплосилового оборудования предусматривается в индивидуальных котельных многоквартирных жилых домов или промышленных предприятий, а также в тепловых пунктах централизованных систем теплоснабжения. Цель – получить воду для нужд ГВС температурой до 70 ºС либо теплоноситель до 95 ºС при использовании паровых и высокотемпературных водогрейных котлов.

Ввиду небольших габаритов и веса монтаж теплообменника производится достаточно просто, хотя мощные агрегаты и требуют устройства фундамента. В любом случае выполняется заливка фундаментных болтов, с помощью которых аппарат надежно фиксируется на своем месте.

Теплоноситель всегда подводится к верхнему патрубку, а обратный трубопровод присоединяется к штуцеру, расположенному под ним. Подача нагреваемой воды подключается, наоборот, к нижнему патрубку, а ее выход – к верхнему.

Простейшая схема обвязки пластинчатого теплообменника показана ниже:

В контуре подачи теплоносителя обязательно присутствует свой циркуляционный насос, установленный на подающем трубопроводе. В соответствии с правилами помимо рабочего насоса параллельно ставится резервный такой же мощности. Если же в системе ГВС имеется магистраль обратной циркуляции, то схема подключения приобретает такой вид:

Здесь используется тепло воды, идущей по замкнутому контуру ГВС, к ней подмешивается холодная из водопровода и только потом смесь поступает в теплообменник. Регулирование температуры на выходе осуществляет электронный блок, управляющий клапаном на линии подачи теплоносителя. Ну и последняя схема – двухступенчатая, позволяющая использовать тепловую энергию обратной линии системы отопления:

Схема позволяет существенно экономить, снимая лишнюю нагрузку с котлов и используя имеющееся тепло по максимуму. Следует обратить внимание, что во всех схемах на входе в скоростной теплообменник устанавливаются фильтры. От этого зависит надежная и долговечная работа агрегата.

Заключение

Как показывает практика, современный пластинчатый теплообменник все же немного уступает старому кожухотрубному по одному критерию. Выдавая большой расход, скоростные агрегаты немного недогревают выходящую жидкость, этот недостаток обнаружен специалистами во время эксплуатации. Поэтому при подборе количества и площади пластин принято делать небольшой запас.

Источник: https://cotlix.com/plastinchatyj-teploobmennik-dlya-otopleniya

Пластинчатые теплообменные аппараты: типы, устройство и принцип работы

Устройство пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник – один из видов рекуперативных теплообменных аппаратов, в основе работы которого лежит теплообмен между двумя средами через контактную пластину без смешения.

Принцип работы всех пластинчатых теплообменных аппаратов одинаков:

  1. На входы ТО подаются теплоносители.
  2. Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
  3. В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
  4. С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.
  5. Входные и выходные отверстия теплообменных аппаратов могут иметь различное сечение (у агрегатов Ридан диаметр достигает 500 мм), и с помощью патрубков подключаются к трубопроводу основной системы.

Данный принцип действия и устройство пластинчатого ТО хорошо продемонстрированы в следующем видео:

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Виды пластинчатых теплообменников в зависимости от конструкции:

  • разборные;
  • паяные;
  • сварные;
  • полусварные.

Пластинчатые разборные теплообменные аппараты

Пластинчатый разборный теплообменник – устройство, в котором основную функцию теплопередачи между теплоносителями выполняет пакет пластин. Среды не смешиваются между собой благодаря чередованию пластин с плотными резиновыми прокладками, которые образуют два контура движения.

Свое название «разборные» подобный тип агрегатов получил за то, что пакет пластин не только собирается, но и разбирается во время регулярного обслуживания (промывки) или ремонта.

Конструкционная схема разборного теплообменника

Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:

  • Неподвижная прижимная плита – основной элемент.
  • Пластины теплообменного аппарата, выполнены из нержавеющей стали или титана, прижимаются друг к другу с использованием уплотнительных прокладок. Количество пластин зависит от технических параметров и требований к оборудованию.
  • Пакет пластин – главный функциональный элемент, который образует внутренний контур устройства и осуществляет теплообмен.
  • Несущая база – направляющая балка, на которую надеваются пластины во время сборки агрегата.
  • Подвижная прижимная плита – прижимает весь пакет к неподвижной прижимной плите с помощью элементов крепления: стяжных болтов, подшипников, стопорных шайб.
  • Опорная станина – вертикальный элемент, к которому прикрепляются направляющие балки (верхняя и нижняя несущие балки).

Благодаря высокой скорости рабочих сред внутри разборных теплообменных аппаратов отложения и засоры скапливаются на его внутренних поверхностях медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных агрегатов.

Несомненное достоинство данного вида ТО – возможность полной разборки аппарата, что позволяет производить не только промывку пластин, но и их механическую очистку.

Также стоит отметить, что возможность полной разборки агрегата позволяет не заменять его целиком в случаях протечек, а быстро выявить нерабочие элементы, поменять их и вновь запустить теплообменник в эксплуатацию. При наличии необходимых запасных частей «под рукой» вся процедура займет от нескольких часов до 1 часа.

Паяные теплообменные аппараты

Паяные теплообменники также в своей основе содержат пакет пластин, но отличие от разборных заключается в том, что они спаяны между собой, поэтому сборка/разборка такого пакета – невозможна.

Пайка производится с помощью никеля или меди, поэтому обозначают два основных вида паяных пластинчатых теплообменников: никельпаяный и меднопаяный. Никелевый припой используется для аппаратов, которые будут работать с более агрессивными средами.

Паяный пластинчатый теплообменник в разрезе

Паяные теплообменные аппараты применяются в основном в бытовом сегменте благодаря своей низкой стоимости, простоте и небольшим габаритам. Чаще всего подобный тип устройств можно встретить в системах отопления частных домов, где теплообменник подключается к водонагревательному котлу.

Полусварные теплообменники

Полусварные теплообменные аппараты – агрегаты, в которых пакет пластин сделан комбинированным способом:

  • пластины попарно свариваются между собой;
  • с внешней стороны такого сдвоенного мини-пакета прикрепляются уплотнения;
  • далее прикрепляется следующий сваренный мини-пакет.

Места попарной сварки пластин 

Подобный тип конструкции позволяет использовать полусварные теплообменные аппараты в работе с агрессивными средами или в охлаждении, поскольку сварка пластин исключает возможность утечки фреона в охлаждающем контуре.

Сварные теплообменники

Сварные теплообменные аппараты – устройства, в которых пластины сварены между собой без использования уплотнителей.

Внешний вид сварного теплообменника

Один из потоков теплоносителей движется по гофрированным каналам, второй по трубчатым. Принцип работы пластинчатого сварного теплообменника показан в этом видео:

Принцип работы сварного теплообменника

Сварные теплообменные аппараты применяются в технических процессах с предельными параметрами: высокими температурами (до 900 градусов Цельсия), давлением (до 100 бар) и крайне агрессивными средами, поскольку отсутствие резиновых уплотнителей и сварной метод сцепления исключают возможность протечки и смешения сред.

Основные недостатки подобного типа агрегатов: высокая стоимость и габариты.

Пластинчатые теплообменные аппараты используются в:

  • энергетике;
  • отоплении;
  • вентиляции и кондиционировании;
  • судоходстве;
  • пищевой промышленности;
  • машиностроении;
  • автомобилестроении;
  • металлургии.

Пластинчатый теплообменник имеет различные технические характеристики в зависимости от типа конструкции:

РазборныеПаяныеПолусварныеСварные
КПД, %95908585
Максимальная рабочая температура, °C200220350900
Максимальное рабочее давление, бар252555100
Максимальная мощность, МВт75575100
Срок службы, лет202010-1510-15

Преимущества:

  • Удобство транспортировки и монтажа, поскольку пластинчатый теплообменник имеет меньшие габариты, чем другие виды рекуперативных теплообменных аппаратов.
  • Простота обслуживания – разборные, полусварные и сварные теплообменники легко промывать, так как они либо полностью разбираются, как в случае с разборными агрегатами, либо частично, предоставляя доступ к пластинам, как полусварные и сварные аппараты.
  • Высокая производительность – КПД пластинчатых агрегатов достигает 95%.
  • Цена – стоимость пластинчатых установок ниже, чем аналогичных кожухотрубных, спиральных или блочных агрегатов.

Недостатки:

  • Часто требуется заземление. Поскольку пластины имеют малую толщину — они подвержены воздействию блуждающих токов, что приводит к появлению дырок в них.
  • Более требовательны к качеству очистки теплоносителя. Так как между пластинами расстояние небольшое, то каналы будут загрязняться быстрее, чем внутренние поверхности кожухотрубного теплообменника, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента теплопередачи и, как следствие, КПД пластинчатого теплообменника.

Пластинчатый теплообменник – это современный тип теплообменных аппаратов, которые активно вытесняют аналоги устаревших типов, такие как кожухотрубные агрегаты. Этому способствует их компактность, низкая цена и высокие показатели технических характеристик.

В следующей статье мы рассмотрим, как происходит сборка и разборка пластинчатого теплообменника.

Подписывайтесь на наши новости!

Источник: https://proteplo.org/blog/plastinchatiy-teploobmennik

Принцип работы и схема пластинчатого теплообменника

Устройство пластинчатого теплообменника

Теплообменник — это простое по своей конструкции оборудование, которое часто включается в схему различного рода промышленных устройств.

В некоторых случаях пластинчатые теплообменники применяются в бытовых системах кондиционирования и охлаждения. Как ясно из названия, предназначены эти аппараты для отбора тепловой энергии от одной среды и передачи другой.

Пластинчатый теплообменник используется для нагрева или охлаждения разных процессов

Особенности конструкции

Основное предназначение любого вида пластичного теплообменника состоит в преобразовании нагретой жидкости в охлажденную среду. Конструкция пластинчатого теплообменника имеет разборные части, а состоит устройство из следующих элементов:

  • набора пластин;
  • подвижной и неподвижной плиты;
  • верхней и нижней направляющей округлой формы;
  • элементов крепления, которые объединяют плиты в общую раму.

Размеры рам разных изделий могут значительно различаться. Они будут зависеть от теплоотдачи и мощности нагревателя — с большим количеством пластин повышается продуктивность оборудования и, естественно, увеличивается вес и габариты.На теплообменнике можно управлять мощностью – увеличивать или уменьшать

Преимущества пластинчатых приборов:

  • незначительные производственные и инвестиционные затраты;
  • высокоэффективная теплопередача;
  • малые габариты;
  • эффект самоочистки с помощью высокого турбулентного потока;
  • возможность увеличить КПД благодаря добавлению пластин;
  • высокая степень надежности;
  • легкость промывки;
  • небольшая масса;
  • легкость монтажа;
  • минимальное загрязнение поверхностей;
  • невозможность смешения жидкостей за счет особой конфигурации уплотнения;
  • высокая устойчивость к коррозии;
  • минимальная поверхность теплообмена благодаря высокому КПД;
  • незначительные потери давления благодаря оптимальному выбору пластин с разными видами профилей;
  • эффективная регулировка температуры за счет небольшого объема теплоносителя.

В этом видео вы узнаете, как образуется горячая вода благодаря теплообменнику:

Устройство пластин

Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками.

Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем.

Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.

Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.

Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.

Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.

Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.

Подробнее о теплообменном оборудовании:



В мягких пластинах каналы находятся под углом 30 градусов. Этот вид устройств характеризуется высокой теплопроводностью, но незначительной стойкостью к давлению теплового носителя.

В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.

Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины.

Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек.

Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.

В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.

Требования к прокладкам

К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров.

К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости.

Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.

Теплообменники различаются количеством пластин

Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.

Область использования

Сегодня есть несколько разновидностей теплообменников.

При этом каждый из приборов имеет уникальную конструкцию и особенность работы:

  • спаянный;
  • разборной;
  • полусварной;
  • сварной.

Устройства с разборной системой зачастую применяются в тепловых сетях, которые подведены к жилым домам и зданиям разного предназначения, в климатических системах и холодильных камерах, бассейнах, теплопунктах и контурах ГВС. Паяные приборы нашли свое предназначение в морозильных установках, вентиляционных сетях, устройствах кондиционирования, промышленном оборудовании разного предназначения, компрессорах.

Подробное устройство пластинчатого теплообменника

Полусварные и сварные теплообменники применяются в:

  • вентиляционных и климатических системах;
  • фармацевтической и химической области;
  • циркуляционных насосах;
  • пищевой сфере;
  • системах рекуперации;
  • аппаратах для охлаждения приборов разного предназначения;
  • в отопительных контурах и ГВС.

Наиболее популярным видом теплообменника, который применяется в быту, является паяный, обеспечивающий обогрев либо охлаждение теплоносителя.

Характеристики и расчет

Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.

Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.

Между пластинами  для герметизации расположены прокладки

При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.

Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.

Во время расчетов необходимо учитывать:

  • расход нагреваемой жидкости;
  • изначальная температура теплового носителя;
  • затраты теплоносителя на отопление;
  • необходимая температура прогревания.

В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.

Теплообменник может быть изготовлен из разных видов металла

Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.

Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.

Способы обвязки

Теплообменные приборы чаще всего устанавливаются в отдельных помещениях, обслуживающих частные постройки, многоэтажные здания, теплопункты центральных магистралей, промышленные предприятия.

Небольшой вес и габариты оборудования дают возможность производить установку довольно быстро, хотя определенные изделия, которые обладают большой мощностью, нуждаются в сооружении фундамента.

Монтаж и обслуживание теплообменника лучше доверить специалистам

Во время монтирования аппарата нужно соблюдать основное правило: заливка болтов в фундаменте, с помощью которых теплообменник прочно крепится, производится в любом случае. Схема обвязки должна обязательно предусматривать подводку теплоносителя к находящемуся наверху патрубку, а к установленному внизу штуцеру производится подсоединение обратного контура. Подача разогретой жидкости подключается наоборот.

В подающем контуре требуется наличие циркуляционного насоса. Помимо основного, непременно устанавливается и одинаковый с ним по мощности запасной насос.

Если в ГВС находится магистраль обратного передвижения воды, то механизм работы и схема несколько меняется. Горячая вода, которая подается по контуру, перемешивается с холодной из водопровода, и только после этого смесь подается в теплообменник. Регулировка температуры на выходе производится с помощью электронного блока, который управляет клапаном входящего теплового носителя.

Чем больше пластин в теплообменнике, тем выше мощность

В двухступенчатой системе можно использовать тепловую энергию обратной магистрали. Это дает возможность рациональней применять имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.

В любой из вышеописанных схем обвязки на входе в теплообменник обязан находиться фильтр. С его помощью можно не допустить засорения системы и продлить срок ее эксплуатации.

При всех иных достоинствах пластинчатые теплообменники не опережают старые кожухотрубчатые модели только по одному важному показателю: во время обеспечения значительного расхода пластинчатые устройства недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом незначительного запаса при выборе количества пластин.

Характеристика пластинчатых теплообменников:



Источник: https://kaminguru.com/sistema-otoplenija/shema-plastinchatogo-teploobmennika.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.