Ikviens no mums ir saskāries ar vienkāršākajiem siltummaiņiem. Spilgts piemērs tam ir dizains "caurule caurulē" vai kaut kas tamlīdzīgs. Būtu grūti iedomāties mūsu dzīvi, ja nebūtu izgudrots siltummainis. Mūsdienās ir milzīgs siltummaiņu skaits. Tie atšķiras viens no otra ne tikai pēc tehniskajiem parametriem, bet arī ar apjomu, dizainu utt. Parunāsim par šo tēmu sīkāk un apskatīsim interesantus punktus.
Vispārīga informācija
Siltummainis ir ierīce, ko izmanto siltuma pārnešanai no vienas vides uz otru. Tajā pašā laikā jāsaprot, ka pats siltummainis bez apkures iekārtām ir pilnīgi bezjēdzīgs, taču kompleksā var iegūt brīnišķīgus rezultātus un veiksmīgi uzsildīt pat ļoti lielas un aukstas telpas. Turklāt zinātnieki pastāvīgi ir mēģinājuši samazināt siltuma zudumus, kad tas tiek pārnests uz citu vidi. Šodien tas nav iespējamslepoties ar 100% efektivitāti, bet mēs varam droši runāt par efektivitāti 90-95%. Produkta ekspluatācijas, kā arī tehniskās īpašības tiek palielinātas, izmantojot speciāli sagatavotus materiālus, kā arī dzesēšanas šķidrumu. Protams, tas viss nedaudz sadārdzina aprīkojuma cenu, bet tas ir tā vērts.
Projektējot, inženieri pastāvīgi saskaras ar pretrunīgām prasībām, kas jāapvieno vienā pudelē. Piemēram, ir nepieciešams samazināt hidraulisko pretestību un vienlaikus palielināt siltuma pārneses koeficientu. Siltummainim jābūt izturīgam pret koroziju, bet ne pārāk grūti kopjamam. Tas viss noveda pie tā, ka parādījās daudzu veidu siltummaiņi. Tiek izmantots situācijai vispiemērotākais.
Siltummaiņu klasifikācija
Kā minēts iepriekš, pašlaik ir milzīgs skaits siltummaiņu. Pirmkārt, tie ir jāatdala saskaņā ar siltuma pārneses metodi. Šeit siltummaiņi ir sadalīti šādās grupās:
- atveseļošanās;
- atjaunojošs;
- miksēšana;
- elektriski apsildāms.
Apskatīsim tuvāk rekuperatīvos siltummaiņus. Produkta dizains nozīmē viena slāņa vai daudzslāņu sienas klātbūtni, caur kuru tiek pārnests siltums. Parasti tas notiek jau vienmērīgā kustībā. Interesanti, ka šādās ierīcēs siltuma pārnese tiek veikta ar piespiedu kustību, nemainot fāzištatos. Bet tas attiecas tikai uz pastāvīgi strādājošiem siltummaiņiem. Ja mēs runājam par vienībām ar periodisku darbības režīmu, tad noteiktu laiku tiek veikta sildīšana, iztvaikošana un dzesēšana, un tas viss notiek secīgā režīmā. Šādas ierīces pieder siltummaiņiem ar nestabilu siltuma kustību. Tas ir saistīts ar faktu, ka dzesēšanas šķidruma temperatūra ieplūdes un izplūdes atverē ievērojami atšķiras. Bieži vien šādi agregāti ir sastopami spoļu veidā un ir slāņaini, rievoti un citi. Nedaudz vēlāk apskatīsim vairākus veidus. Bet ar to siltummaiņu klasifikācija nebeidzas.
Reģenerācijas iekārtas un elektriskā apkure
Šajā gadījumā, tāpat kā iepriekšējā, siltuma apmaiņas virsma tiek izmantota siltumenerģijas pārnesei. Tomēr šī virsma ir sava veida sprausla. Tas spēlē starpposma akumulācijas līdzekli, kas uzkrāj siltumu. Kopumā visu procesu var iedalīt vairākos posmos. Pirmajā posmā sprausla uztver noteiktu siltuma daudzumu. Pēc tam notiek pāreja uz otro posmu, un dzesēšanas šķidrums tiek pārnests pa sprauslas virsmu. Tas notiek, mainot dzesēšanas šķidruma plūsmu. Šajā posmā sprausla pakāpeniski atdziest, un uzkrātais siltums tiek izvadīts apsildāmajā vidē, kas var būt jūsu istaba.
Reģeneratori ir nestacionāras iekārtas. Sprausla bieži ir nekustīga, un termiskie procesi tiek sinhroni atkārtoti. Šāda veida ierīces bieži sauc par skruberi vaidzesēšanas torņi.
Elektriski apsildāmo siltummaiņu būtība ir tāda, ka elektrība tiek izmantota kā galvenais siltuma avots. Elektriskās loka iekārtas tiek izmantotas, lai pārveidotu elektroenerģiju siltumenerģijā. Tie var būt gan tieša, gan netieša apkure. Rūpniecībā visizplatītākie siltummaiņi ir indukcijas un pretestības sildītāji. Kā redzat, siltummaiņas iekārtas var būt dažādas, tagad mēs sīkāk aplūkosim katru veidu, tā apjomu un dizaina īpatnības.
Spirālveida siltummaiņi
Ierīce ir spirālveida kanālu pāris. Tie parasti vijas ap centrālo starpsienu. Lai to izdarītu, tie ir izgatavoti no velmēta materiāla. Ir vērts atzīmēt, ka spirālveida siltummaiņi ir labi piemēroti augstas viskozitātes šķidrumu sildīšanai un dzesēšanai.
Kopumā sildvirsmu veido divas metāla loksnes, kuras ar metinājuma palīdzību ir piestiprinātas pie serdes. Pati iekārta sastāv tikai no 2 kanāliem, parasti taisnstūrveida, kas izgatavoti spirāles formā. Spirāles galam (iekšējam) ir sadalošā siena un tas ir fiksēts ar tapām. Siltummaiņus var izgatavot gan vertikāli, gan horizontāli. Ja vienu tipu nav iespējams uzstādīt nepietiekamas vietas vai sarežģītas telpas konfigurācijas dēļ, tad tiek izmantots otrs, vēlams. Interesanti ir arī tas, ka patērētājs var izvēlēties spirālisiltummaiņi ar dažādu spirāles platumu, no 20 līdz 150 centimetriem. Tajā pašā laikā apkures virsma var mainīties no 3,2 līdz 100 kvadrātmetriem ar maksimālo sistēmas spiedienu 1 MPa.
Jāatzīmē, ka šai siltummaiņas iekārtai ir vairākas būtiskas priekšrocības. Pirmkārt, tā ir samazināta hidrauliskā pretestība. Otrkārt, kompaktums un augsta efektivitāte un siltuma pārneses intensitāte. Bet tas viss veicināja to, ka bija trūkumi sarežģīta dizaina un remonta veidā.
Par plākšņu siltummaiņiem
Šobrīd tiek ražoti saliekamie un neatdalāmie plākšņu siltummaiņi. Protams, pirmais veids ir vairāk priekšroka daudzu iemeslu dēļ. Pirmkārt, tā ir apkopes vienkāršība. Šādas iekārtas tiek ļoti ātri izjauktas un saliktas, tāpēc jebkurš bojājums tiek novērsts īsā laikā. Neatdalāmi modeļi parasti netiek laboti, un, ja ir, tad daudz ilgāk.
Patiesībā nosaukums liecina, ka šī iekārta sastāv no saliekamo plākšņu paketes. Tās var izgatavot no dažādiem materiāliem, piemēram, vara, titāna, grafīta uc Gandrīz vienmēr, lai uzlabotu veiktspējas īpašības, plāksnes tiek izgatavotas no gofrētas. Plākšņu siltummaiņos aukstā un karstā dzesēšanas šķidruma plūsmas iziet slāņos.
Pati iekārta ir laba, jo tai ir kompetents izkārtojums. Tas ļāva palielināt siltuma apmaiņas virsmas laukumu un to visu iekļaut salīdzinoši mazos izmēros. Jebkurā gadījumā pirms pirkšanas tiek veikts siltummaiņu aprēķins, kas ļauj iegūt datus par to, cik daudz jaudas ierīcei ir nepieciešams konkrētajā gadījumā. Jāsaprot, ka visas iepakojumā savilktās plātnes vienādas formas dēļ veido kanālus savā starpā. Caur tiem plūst šķidrums. Tagad mēs apskatīsim vēl dažas interesantas detaļas, kas attiecas uz šo aprīkojumu.
Blīvju izmantošana
Kā minēts iepriekš, galvenais siltuma pārneses elements ir plāksnes. Tie ir ar aukstu zīmogu. Šim nolūkam tiek izmantoti korozijizturīgi sakausējumi, kas var ievērojami palielināt vienības izturību un efektivitāti. Plākšņu biezums atkarībā no modeļa var svārstīties no 0,4 līdz 1,0 mm. Darba stāvoklī plāksnes ir cieši piespiestas viena pret otru. Šajā gadījumā tiek veidoti mazi rievoti kanāli. Priekšpusē ir speciāla rieva, tur ir uzstādīta gumijas blīve (blīvējums). Turklāt blīvēm ir caurumi, kas nepieciešami šķidruma padevei un noņemšanai. Gadījumā, ja kāds no caurumiem izlaužas, tiek nodrošināta drenāžas rievu sistēma, lai novērstu aukstās un karstās vides sajaukšanos.
Pateicoties pretstrāvas izveidošanai starp abām vidēm, bija iespējams panākt ne tikai iestatītās temperatūras uzlabošanos, bet arī ātrāku siltuma pārnesi ar salīdzinoši mazām hidrauliskajām pretestībām. Nebūtu lieki teikt, ka darbības pamatprincips ir balstīts uz pretstrāvu, tas ir, apkures unsildīšanas šķidrums dažādos virzienos. Lai novērstu sajaukšanos, tiek uzstādīts dubultais gumijas blīvējums vai metāla plāksne. Plākšņu un kanālu skaits var atšķirties atkarībā no iekārtas darbības prasībām. Pirms izveides tiek veikts siltummaiņu termiskais aprēķins, kas ļauj noteikt optimālo darbības režīmu. Dažkārt tiek izmantoti dārgi sakausējumi, kas nebaidās no ilgstošas darbības agresīvā vidē.
Plākšņu-spuru siltummaiņi
PRT izmanto siltuma pārnesei neagresīvā un gāzveida vidē plašā temperatūras diapazonā no -270 līdz +200 grādiem pēc Celsija. Šajā gadījumā spiediens sistēmā var sasniegt 100 atmosfēras un sākt no vakuuma. Dizains ir balstīts uz ideju uzklāt rievotu virsmu abās plākšņu pusēs. Pats izstrādājums sastāv no vairākām ribām, pateicoties kurām tiek veikta siltuma pārnese starp medijiem. Ir vērts atzīmēt, ka tieši plākšņu siltummainim ir ļoti dažādas spuru formas. Tas ļauj nedaudz mainīt darbības un tehniskos parametrus. Visbiežāk var redzēt nepārtrauktas un viļņotas ribas. Bet bez šiem ir arī eksotiskāki, piemēram, perforēti un zvīņaini. Kā materiāls parasti tiek izmantots lokšņu metāls. To biezums ir regulējams atkarībā no spiediena sistēmā un izmantotā šķidruma.
Bieži vien šāda veida siltummaiņi tiek izgatavoti ar dažāda veida plūsmu. Visbiežāk tiek izmantota pretplūsma, bet ir arītaisnās un šķērseniskās ķēdes. Ja mēs īsi runājam par šāda aprīkojuma stiprajām pusēm, tad to ir daudz. Pirmkārt, tās ir ekspluatācijas īpašības, piemēram, ātra un intensīva siltuma pārnese. Otrkārt, tas ir mazs izmērs. Mūsdienās daudzi saka, ka tie ir vismodernākie siltummaiņi. Visbiežāk PRT izmanto tādās nozarēs kā enerģētika, naftas pārstrāde, ķīmiskā rūpniecība un aviācijas rūpniecība. Tas viss ir saistīts ar daudzām priekšrocībām, kā arī ar plašu sistēmā izmantoto šķidrumu un spiedienu klāstu.
Apvalka un caurules siltummainis: dizains un funkcijas
Virsmas tipa siltummaiņas iekārtas, kuras mēs jau apskatījām, nav tik populāras kā apvalka un cauruļu bloki. Šīs ir tikai ierīces, kas tika pieminētas pašā sākumā, visvienkāršākajā variantā - šī ir sistēma "caurule caurulē". Šāda veida siltummainis ir cauruļu sistēma (saišķis), kas ievietotas apvalkā. Caurules tiek velmētas un piemetinātas pie izstrādājuma korpusa. Dažos gadījumos tie tiek papildus applaucēti. Tas tiek darīts, lai nodrošinātu 100% hermētiskumu. Korpuss tiek piegādāts ar papildu sprauslām. Daži ir nepieciešami tvaika padevei, citi kondensāta noņemšanai. Turklāt korpusā ir šķērseniski režģi, kas tiek izmantoti siltuma apmaiņas cauruļu atbalstam visā iekārtas garumā. Interesanti, ka apvalka un cauruļu siltummaiņi tiek izmantoti temperatūrā no 190 grādiem pēc Celsija vaipiesātināta tvaika spiediens virs 15 bar.
Jebkura sistēma, kas ietver šķidruma kustību, var tikt pakļauta ūdens āmuram. Šī parādība var daļēji vai pilnībā deaktivizēt aprīkojumu. Lai tas nenotiktu, tiek izmantoti dažāda veida uzglabāšanas elementi, tā sauktās izplešanās tvertnes. Bet mūsu gadījumā tas nav nepieciešams, jo apvalka un cauruļu siltummaiņi ir ļoti izturīgi pret tiem. Turklāt nav noteiktas stingras prasības vides tīrībai. Būtisks šādu iekārtu trūkums ir tas, ka visa veida šāda veida siltummaiņi ir ļoti metālietilpīgi, kas ietekmē galīgās izmaksas un izmērus.
Gāzes iekārtu siltummaiņi
Nav noslēpums, ka jebkura cietā kurināmā vai gāzes katla konstrukcijā ir siltummainis, tos sauc arī par sildītājiem. Mēs jau esam apsvēruši galvenos veidus. Kā jūs droši vien pamanījāt, šie vai tie veidi tiek izmantoti dažādās nozarēs. Dažas ierīces ir atradušas plašāku pielietojumu, citas tiek izmantotas noteiktās nozarēs un nav piemērotas citām. Mūsu gadījumā notiek cauruļveida un plākšņu siltummaiņu izmantošana. Pirmajā gadījumā mums ir darīšana ar cauruļu sistēmu, otrajā - ar plāksnēm. Principā, neatkarīgi no veida, geizera siltummainim jāatbilst vairākām prasībām. Pirmkārt, lai būtu augsts siltuma pārneses koeficients, un, otrkārt, lai tas būtu izturīgs un izturīgs pret augstām temperatūrām. Populārākie materiāli ir varš, alumīnijs untērauda. Pēdējais variants ir mazāk vēlams, jo šāds metāls ir smags, kas samazina efektivitāti. Jebkurā gadījumā geizera siltummainim jākalpo vismaz 5 gadus.
Secinājums
Tāpēc mēs pārskatījām galvenos siltummaiņu veidus. Tādas sugas kā apvalks un plāksne palika bez uzmanības. Principā tie nedaudz atšķiras no klasiskās lamelārās vai rievotās. Bet jūs bieži varat atrast vannas krāsnis ar siltummaini ar korpusu. Tomēr galvenā iezīme ir tāda, ka iekārta ir izturīga pret augstām temperatūrām un darba spiedienu. Korpuss var būt izgatavots no tādiem materiāliem kā titāns, nerūsējošais tērauds vai oglekļa tērauds. Interesanti, ka vannas krāsnis ar čaulas un plākšņu siltummaini ir labi regulētas tvaika vai kondensāta iedarbībai, kas, bez šaubām, ir būtiska priekšrocība. Principā tas var pabeigt stāstu, jo tagad jūs zināt visu, kas jums nepieciešams par siltummaiņiem.
