Дәріс №23. Жылуалмастырушы аппараттар. Негізгі түрлері
Жылу алмасу аппараты деп жылытатын және жылынатын орта арасында жылу алмасуға арналған құралды айтады. Кейде оларды жылу тасығыш деп айтады. Мүндай қажеттілік көптеген салаларда: энергетика, химия, металлургия, мұнай, тамақ өнеркәсібі сияқты туындайды.
Жылу алмасу құралдарындағы жылулық процестер көптеген түрлі болады: жылыту, суыту, буландыру, қайнату, конденсация, балқыту, қатыру тағы басқа күрделі процестер.
Жылу алмасу құралдары былай бөлінеді:
қолданылуы бойынша: ысытатын, конденсаторлар, суытқыш, буландырғыш, буды қайта өзгерктіш және т.б.
жұмыс жасау принципі бойынша: беткейлік және араластырушы.
Барлық жылу қондырғылары әр түрлігіне қарамастан, негізгі мақсаты – бір ортадан (денеден) екінші ортаға жылу беру. Бірақ әр біреуінің жылулық есептеулерінің ерекшеліктері бар.
Беткейлік жылу қондырғылары жылытқыш бөліктері қатты қабырғалармен қамтамасызданған. Олар жылытатын ортаға жылу береді. Рекуперативті қондырғыларда жылу алмастырушы тетікті тағы бір қабырға бөліп тұрады. Сонда жылу қабырғаның әр нүктесінде таралу бағытын сақтап отырады. Регенеративті деп бір неше жылытқыш қабырғалары бар қондырғы өзінің жылытқыш бөліктерін алма кезек ауыстырып отырады. Сонда суып отыратын жылу қабылдағышы қайта қайта жылып отырады. Көбінесе жылу алмасу үздіксіз жүріп отырады. Ал бұған қарама қарсы жұмыс жасайтын қондырғыларды тербелісті қондырғылар дейді (жылу беру режимі өзгеріп отырады).
1 суретте барабанды роторлы жылу алмастырушы көрсетілген. Ротор 1 секцияларға бөлінген 2, әр біреуінде темір торлы тетік орналасқан. Тор арасындағы тесік көлемі миллиметрдің ондық бөлшегіне тең. Жылу алмастырушы көлемі екіге бөлінген, біреуінен ыстық газ (ауа), екіншісінен суық газ өтеді.
Құралдың жұмыс істеу процесінде ыстық және суық газдар орын алмастырып отырады. Ротордың айналу жылдамдығы 6-15 айн/мин. Аспаптың артықшылығы – қонымды пішінді, кемшілігі – екі түрлі газдар арасындағы тығыздатқыш (уплотнитель) сапасына тәуелділігі.
Араластырушы жылу алмастыру аппаратттарында жылытқыш бөліктері контактты болады, яғни жылытатын денеге тиіп тұрады. Жылу алмасу жақсы жүру ұшін арнайы қондырғылары қолданылады.
Жоғарыда айтылғандай, барлық жылу қондырғылары әр түрлігіне қарамастан, олардың негізгі қасиеттері мынандай болуы керек:
1. Жоғары бу беру қабілеті, жоғары тығыздық пен жылу сыйымдылығы, төмен тұтқырлық – бұлар жоғары жылу алмасу процесін қамтамасыз етеді;
Сурет .1 Барабанды роторлы жылу алмастырушы
2. Жоғары жылу сақтағыш қасиеті, аппаратураға кері әсер етпеуі (не ғұрлым көп уақыт жұмыс жасау керек), жылытқыш беттерінде шөгінділер жиналмауы;
3. Арзан болуы, әрі елімізде қорлары жеткілікті болып, экономикалық тұрғыдан тиімді болуы.
Жылытқыштарды қолдану алдында олардың тиімділігін мұқият зерттейді. Ең кең таралған жылытқыштырдың бірі – су буы. Оның мынадай ерекшеліктері бар:
1. Су буы конденсацияланғанда жоғары жылу беру коэффициенті;
2. Аз көлемді су буының көп мөлшерде жылу беруі;
3. Конденсациялану температурасының тұрақтылығы аппараттардағы процестер режимін тұрақты деңгейде сақтауға, реттеуге мүмкіндік беруі.
Кемшілігі – су буының температураға байланысты қысымының күрт өзгеруі. Сондықтан жылыту көбінесе су буының температурасы 60-150 °С шамасында жүргізіледі. Ал қысым мөлшері 0,2 - 1,2 МПа болады. Өте жоғары температуралы жылу алмастырушылар эксплуатациясы қымбатқа түседі, сондықтан олар қолданылмайды.
Ыстық су да кең таралған жылытқыштардың бірі. Ол арнайы қазандықтарда ысытылып (ЖЭС), құбырлармен қашыққа тасымалданады.
Түтін және жалын газдары жылытуға өндірістік процестерде (қажеттіліген қарай) қолданылады. Олар көбінесе жоғары температуралы болады (1000 °С). Сондықтан қолдануы технологиялық тұрғыдан қиынға түседі. Кемшілігі:
1. Төмен тығыздығы, көп көлемді газ жинау үщін үлкен көлемді құбыр керек;
2. Төмен меншікті жылу сыймдылығы, яғни құбырға өте жоғары температурада және көп көлемде берілуі қажет – оған ыстыққа төзімді материал көп керек , экономикалық тиімсіздік туындайды;
3. Газдың жылу беру коэффициенті төмен.
Беткейлік жылу алмастырушы аппараттар бір неше топтарға бөлінеді:
Құбырлы: ыстық су құбырлар жұйесі арқылы жылжиды. Олардық өздері пішіндері бойынша бөлінеді: түтікті, цилиндрлі, U- тәрізді, секциялы, спиралді, қат қабатты, қабырғалы, суландыру, батырылған т.б. (сурет 2.).
Сериямен шығатын секциялы жылу алмастырушы қондырғылары күрделі пішініне байланысты қымбатқа түседі. Ондағы құбырлар ұзындығы 4 м, ішкі диаметрі 50 - 305 мм. Секциядағы құбырлар саны 4 - 151, жылыту бетінің ауданы 0,75 - 26 м2, латун құбырлар диаметрі 16/14 мм. (сурет 3.).
Спиралді жылу алмастырушы қондырғысы екі спиралді каналдардан тұрады, каналдардың пішіні төртбұрышты, аралары болттармен бекітіледі (сурет 4.). Артықшылығы – қонымды пішінді, жылу алмасу беті үлкен, гидравликалық кедергісі төмен. Кемшілігі- қондырғыны жасау және жөндеу күрделігі, жұмыс жасау қысымы 1,0 Мпа жоғары болмау керек.
Сурет 2. Жылу алмастырушы аппараттар түрлері
Сурет 3. Секциялы жылу алмастырушы қондырғысы
Сурет 4. Спиралді жылу алмастырушы қондырғысы
Сурет. 5. Қат қабатты жылу алмастырушы қондырғысы
Қат қабатты жылу алмастырушы қондырғылардың кемшілігі (сурет. 5.) – герметикалық қасиеті төмен, жылу тасымалдаушы арасында қысым айырмашылығының төмен болуы.