Пластинчатые теплообменники: принцип работы, устройство, сферы и особенности применения. Как устроен пластинчатый теплообменник.

Сварка производится никелем или медью, поэтому различают два основных типа сварных пластинчатых теплообменников n: никель-сварные и медно-сварные. Никелевая сварка используется для оборудования, которому приходится иметь дело с более агрессивными средами.

Пластинчатые теплообменники, их виды и особенности

Теплообменник — это промышленное устройство, которое является частью промышленной системы. Он устанавливается при интеграции систем охлаждения и кондиционирования воздуха в жилых домах. Основное назначение теплообменника — передача тепловой энергии от одной среды к другой.

В большинстве случаев пластинчатый теплообменник передает энергию от нагретого теплоносителя (жидкости) к среде, которая охлаждается и требует повышения температуры. Конструкция пластинчатого теплообменника состоит из ряда отдельных компонентов, в том числе:

статичная/подвижная плиты;
пластины;
направляющие округлой формы;
крепления, объединяющие плиты в целостную конструкцию.

Они отличаются друг от друга размерами каркаса. Этот фактор определяет мощность установленного агрегата и степень его тепловой эффективности. Если в теплообменнике используется несколько пластин, это приводит к повышению эффективности устройства, но также влияет на размер и вес устройства.

Почему выбирают пластинчатые теплообменники

Принцип работы пластинчатого теплообменника имеет много преимуществ перед аналогичными устройствами:

минимальные затраты при оборудовании производства;
высокоэффективная передача тепловой энергии;
минимальные габариты;
агрегат самоочищается под воздействием турбулентного потока;
в любой момент эксплуатации теплообменника может быть принято решение об установке дополнительных пластин, чтобы повысить теплоотдачу (если имеет разборную конструкцию);
надежная работа практически в любых промышленных условиях;
простота технического обслуживания, так как конструкция разбирается и каждый элемент или труднодоступные места промываются отдельно, в то время как в случае с неразборными моделями владельцы сталкиваются с проблемами при попытке очистки;
простота установки;
отсутствие риска смешения жидкости, что обеспечено специальной конфигурацией уплотнителей;
повышенная устойчивость к коррозии;
минимальные потери давления, если при покупке и расчете оборудования были правильно выбраны пластины и тип рифления пластин;
простая регулировка температуры из-за малого объема теплоносителя.

Особенности конструкции

В зависимости от модификации устанавливаемого аппарата конструкция и принцип работы различаются, так как теплообменники работают с разным количеством пластин и прокладок. Прокладки устанавливаются для закрытия каналов, через которые может перемешиваться среда, и для обеспечения внешней герметичности. Прокладки плотно прижимаются к пластинам теплообменника, установленным между прижимными пластинами, обеспечивая герметичность всего устройства.

Нагрузки, которым подвергаются теплообменники во время работы, воспринимаются в основном прокладками и пластинами. Соединительные элементы и рама служат корпусом и основанием, на котором функционирует все оборудование.

Производители используют в своих моделях рельефные пластины, поскольку такая конструкция обеспечивает прочное соединение, а вся система в итоге получается достаточно жесткой и прочной, чтобы оператор и владелец оборудования мог не беспокоиться о риске потери работоспособности.

Уплотнения крепятся к панелям с помощью специальных зажимов. Существует несколько других способов крепления уплотнителей, но крепление с помощью зажимов является самым надежным из всех.

Уплотнения автоматически центрируются по оси во время зажима. Теплоноситель не протекает во время работы, так как используется специальный корпус, который служит дополнительным барьером от утечек.

Устройство пластинчатого теплообменника. Выгодные отличия от кожухотрубных конструкций. Особенности элементов

Эффективность установок с трубным пучком увеличивается с ростом длины змеевика. Однако во многих случаях даже большие агрегаты не могут обеспечить требуемый расход нагреваемого теплоносителя.

С пластинчатыми теплообменниками дело обстоит иначе. Площадь передачи энергии регулируется путем добавления и удаления пластин одинакового размера. Устройства с меньшими размерами гораздо эффективнее и обеспечивают высокую пропускную способность нагретой среды. Это особенно важно, например, для нагрева воды.

Рассмотрим подробнее конструкцию и принцип работы пластинчатых теплообменников.

Схема типового пластинчатого теплообменника

На следующей схеме показана простейшая конструкция теплообменника.

Типичный теплообменник состоит из следующих элементов:

патрубки (подающий и обратный) для подключения первичного контура — 1, 11;
передняя (неподвижная) и задняя (подвижная) плиты — 3, 8;
патрубки (входной и выходной) для подключения вторичного контура — 2, 12;
отверстия для протока теплоносителя — 4, 14;
рабочая пластина — 6;
малая уплотнительная прокладка (кольцо) — 5;
направляющие (верхняя и нижняя) — 7, 15;
задняя опора — 9;
шпилька — 10;
большая прокладка, расположенная по контуру пластины — 13.

Дивертор для смесителя: что это такое и как выбрать. Дивертор что это такое?

Каждая пластина имеет рифление. Это увеличивает поверхность теплообмена. Элементы расположены под углом 180° друг к другу.

Отверстия могут быть с обеих сторон или с одной стороны устройства. Принцип работы пластинчатого теплообменника не меняется.

Особенности изготовления теплообменных пластин

Пластины для теплообменников изготавливаются из нержавеющей стали. Они очень устойчивы к воздействию высоких температур и некачественных сред. Основные части теплообменников изготавливаются методом сверления. Это единственный способ получить гофрированную пластину, сохранив при этом основные свойства металла. Не каждый лист нержавеющей стали подходит для производства. Производители используют специальные марки (например, 08Cr18Ni10T).

Для получения рельефной поверхности используется технология офсетной обработки. При этом в изделиях образуются канавки, которые могут быть расположены симметрично или асимметрично. Тиснение увеличивает площадь контакта пластин с теплоносителем и нагретой средой и служит для равномерного распределения жидкостей.

Производители используют два типа канавок для изготовления пластин теплообменников.

Термически жесткое. Канавки расположены под углом в 30°. Пластины с жестким рифлением имеют максимальную теплопроводность, но не выдерживают высокое давления со стороны циркулирующего теплоносителя.
Термически мягкое. Канавки расположены под углом в 60°. Такие плиты, наоборот, выдерживают высокое давление, но отличаются низкой теплопроводностью.

Комбинируя пластины разных типов, можно получить теплообменник с оптимальными характеристиками. Важно помнить, что для эффективной работы устройство должно работать в турбулентных условиях. При высокой теплоотдаче важно, чтобы жидкость плавно протекала по каналам.

Принцип работы скоростного пластинчатого теплообменника

Принцип работы пластинчатого теплообменника заключается в следующем. Пространство между пластинами попеременно заполняется нагреваемой средой и теплоносителем. Последовательность регулируется с помощью уплотнений. Они открывают путь для нагреваемой среды в одной секции и для теплоносителя в другой секции.

Во время работы высокоскоростного пластинчатого теплообменника интенсивный перенос энергии происходит во всех секциях, кроме первой и последней. Жидкости движутся между ними. Теплоноситель течет сверху, а охлаждающая среда — снизу. Визуальное представление принципа работы пластинчатого теплообменника можно увидеть на рисунке ниже.

Как видите, все довольно просто. Чем больше пластин, тем лучше. Этот принцип используется для повышения эффективности пластинчатых теплообменников.

Классификация пластинчатых теплообменников по принципу работы и конструкции

По принципу действия пластинчатые теплообменники делятся на три категории.

Одноходовые конструкции. Теплоноситель циркулирует в одном и том же направлении по всей площади системы. Основа принципа работы оборудования — противоток жидкостей.
Многоходовые агрегаты. Их используют в тех случаях, когда разница между температурами жидкостей не слишком высока. Теплоноситель и нагреваемая среда движутся в разных направлениях.
Двухконтурное оборудование. Считается самым эффективным. Такие теплообменники состоят из двух независимых контуров, находящихся по обеим сторонам изделий. Отрегулировав мощность секций должным образом, вы быстро добьетесь нужных результатов.

Производители выпускают складчатые и сварные пластинчатые теплообменники.

Изделия первой группы пользуются большей популярностью. Такие агрегаты применяют в промышленности и системах ГВС. Разборные модели просты в обслуживании и ремонте. Мощность оборудования регулируется.
В паяных теплообменниках пластины жестко соединены между собой и помещены в неразборный корпус. Резиновые прокладки отсутствуют. Такие модели чаще всего применяют для нагрева или охлаждения воды в частных домах.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Функция и конструкция пластинчатого теплообменника. Как устроен пластинчатый теплообменник? Основной принцип работы пластинчатых теплообменников.

Пластинчатые теплообменники проектируются и изготавливаются для работы со средами с рабочей температурой от минус 20°C до плюс 200°C. На рисунке 1 показана конструкция пластинчатого теплообменника.

Теплообменник состоит из рамы и пакета пластин с прокладками (1). Рама содержит неподвижную плиту — станину (2), опору (7) и два кронштейна — верхний (5) и нижний (4). Панели укладываются друг на друга с помощью штифтов (6) и прижимной пластины (3). Каждая вторая панель в пачке поворачивается на 180° по отношению к предыдущей. Другими словами, плиты «ямочками» попеременно поднимаются вверх и опускаются вниз. Возможна и другая ориентация плит. Пластины используются различной формы, толщины и материала в зависимости от размера теплообменника и условий эксплуатации.

Как открутить прикипевшую гайку на смесителе. Как открутить гайку смесителя?

Основной принцип работы теплообменника пластинчатого

Отверстия в пластинах перекрываются, образуя распределительные коллекторы. Полости между соседними пластинами образуют каналы для теплоносителя и нагреваемой жидкости. Теплообмен происходит между двумя средами, которые движутся в противоположных направлениях по отношению к потоку через каналы (рис. 2).

Теплообменник проектируется под конкретные параметры, а количество и тип пластин выбираются для достижения достаточной поверхности теплообмена для конкретных параметров. Важно отметить, что конструкция теплообменника исключает смешивание нагретой и нагреваемой среды.

Поэтому основным принципом работы пластинчатого теплообменника является противоток. Жидкие или парообразные среды движутся в противотоке, не смешиваясь друг с другом, и происходит теплообмен. Конструкция пластин создает турбулентный поток жидкости.

Как устроена пластина теплообменника?

Конструктивно существует несколько вариантов пластин, которые отличаются наличием или отсутствием угловых отверстий. Основными вариантами являются пластины с четырьмя угловыми отверстиями. Пластины без одного или двух отверстий называются поворотными и используются для изменения потока жидкости (создания дополнительного потока жидкости). Пластины без отверстий используются в качестве торцевых пластин. Пластины называются в зависимости от наличия соответствующего отверстия (рис. 3). 0 — отсутствие отверстия, номера от 1 до 4 — наличие отверстия.

Пластина теплообменника

Для присоединения труб к теплообменнику, в зависимости от типа, используется соединение с фланцем по ГОСТ 33259, с резьбой по ГОСТ 6357 или с резьбой по DIN 11851. По желанию заказчика теплообменники могут быть изготовлены с другими специальными соединениями.

Пластинчатые теплообменные аппараты: типы, устройство и принцип работы

Пластинчатые теплообменники относятся к рециркуляционным теплообменникам, в основе работы которых лежит принцип теплообмена между двумя средами через контактную пластину без смешивания.

Типы, устройство и принцип работы пластинчатых теплообменников

На входы ТО подаются теплоносители.
Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.
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.

Этот принцип работы и конструкция пластинчатого теплообменника хорошо показаны в следующем видеоролике:

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Виды пластинчатых теплообменников в зависимости от их конструкции:

разборные;
паяные;
сварные;
полусварные.

Пластинчатые разборные теплообменные аппараты

Пластинчатый теплообменник — это устройство, в котором основную функцию теплообмена между теплоносителями выполняет пакет пластин. Среды не смешиваются, поскольку пластины поочередно снабжены плотными резиновыми уплотнителями, образующими два контура движения.

Название «складной» происходит от того, что пакет пластин можно не только собирать, но и разбирать для регулярного обслуживания (промывки) или ремонта.

Конструктивная схема складного теплообменника

Складной 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 движения рабочей жидкости внутри разборного теплообменника, отложения и засоры накапливаются на внутренних поверхностях теплообменника медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных аппаратов.

Неоспоримым преимуществом данного вида обслуживания является возможность полной разборки аппарата, что позволяет не только промыть пластины, но и произвести их механическую очистку.

Стоит также отметить, что полная разборка блока в случае утечек не требует замены всего блока, а скорее быстрого выявления дефектных элементов, их замены и восстановления теплообменника до эксплуатационной готовности. При наличии необходимых запасных частей «на складе» весь процесс занимает от нескольких часов до 1 часа.

Снимаем краску со стен в ванной. Как снять краску со стены в ванной?

Достоинства и недостатки

Пластинчатые теплообменники имеют много преимуществ. Они повышают энергоэффективность, поскольку энергия потоков в системе не расходуется впустую.

Их эксплуатация характеризуется низкими инвестиционными и эксплуатационными затратами. Они характеризуются высокой эффективностью теплопередачи.

Они имеют систему самоочистки для потока с высокой турбулентностью. Пластины значительно повышают эффективность агрегатов.

Они отличаются легкостью промывки, простотой установки и минимальным загрязнением поверхности во время работы.

Конструкция предотвращает смешивание жидкостей благодаря конфигурации уплотнения.

Агрегаты устойчивы к ржавчине. Они имеют низкий перепад давления благодаря различным профилированным ламинатам. Аппарат отличается эффективным контролем температуры благодаря оптимальному объему теплоносителя.

Пластинчатые теплообменники отличаются гибкостью и адаптируются к новым технологическим требованиям. Однако они не лишены недостатков. Наиболее важными из них являются ограничения по температуре и давлению, высокий перепад давления, изменение фазы и утечки.

Обзор видов

Пластинчатые теплообменники можно классифицировать по различным признакам. Например, они различаются по типу пластин и каналов. Пластины выпускаются с различными углами наклона канавок — 30 и 60 градусов.

Эта особенность позволяет выбрать наиболее подходящую компоновку теплообменника для решения конкретной задачи.

При этом учитываются цена, размеры и параметры гидравлического сопротивления, необходимые заказчику. Два типа пластин образуют между собой 3 типа каналов.

TL считается жестким, создается пластинами, углы рифления которых составляют 30 градусов. У него высокий коэффициент тепловой передачи, лучшее гидравлическое сопротивление.
ТК представляет собой мягкий канал. Он образуется пластинами, углы рифления которых равны 60 градусам. Характеризуется малой теплопередачей и малым гидравлическим сопротивлением.
ТМ – промежуточный вариант, образуемый пластинами, углы рифления которых равны 30 и 60 градусов. Имеет средние значения теплопередающих свойств и сопротивления.

Теплообменники различаются в зависимости от типа прокладок. Существует 3 типа: EPDM, NITRILE, VITOR.

Первые используются в системах горячего водоснабжения при работе с паром. Они не подходят для систем с маслянистыми и жирными средами.

Вторые устанавливаются в системах с маслянистыми средами, где температурные показатели достигают 135 градусов. Последние типы уплотнений являются вариантом для установки в агрессивных средах.

Уплотнения крепятся с помощью клея или крепежа.

Первый метод блокировки не так широко используется из-за трудоемкого и сложного процесса установки.

Второй метод блокировки позволяет быстрее установить пластину, а также легко заменить прокладки, пришедшие в негодность в процессе эксплуатации.

Пластинчатые теплообменники различаются по типу соединения пластин. Таким образом, существует 4 типа, каждый из которых имеет свои характеристики и возможности.

Разборные

Складной теплообменник устанавливается в отопительных сетях жилых домов и других зданий. Его конструкция позволяет не только собирать, но и разбирать пакет пластин во время технического обслуживания или ремонта.

Аппараты характеризуются высокой скоростью движения рабочей среды. По сравнению с кожухотрубными теплообменниками, накопление отложений и засоров внутри компонентов происходит гораздо медленнее.

Паяные

Главной особенностью сварных теплообменников является сварной пакет пластин. Они надежны и долговечны, просты в установке и не имеют прокладок.

Они имеют регулировку потока. Их КПД составляет 90 % при максимальной мощности 5 мВт и максимально допустимой температуре среды 220 градусов.

Сварные

Сварочные аппараты RTU не имеют уплотнительных колец. Эти аппараты работают с гофрированными пластинами, сваренными в единый блок. Блок с гофрированными пластинами обеспечивает движение рабочей среды внутри трубопровода.

Нагретая среда поступает снаружи. Сами агрегаты используются для экстремальных условий. Их КПД составляет 85 %. Максимальная температура рабочей среды достигает 900 градусов.

Полусварные

Данные модификации характеризуются комбинированной конструкцией пакета пластин. Они свариваются попарно. Они имеют прокладки, которые располагаются с внешней стороны.