Описание теплообменников
Приводим описание некоторых теплообменников.
Масловоздушный радиатор предназначен для охлаждения масла набе- гающим потоком воздуха и является составной частью многих технических устройств в авиационной, автомобильной и других областях техники. Состо- ит из следующих основных частей:
корпуса с входной и выходной камерами и коллекторами;
радиаторного элемента с ребристыми поверхностями;
клапана перепуска масла из входной камеры в выходную. Масловоздушный радиатор может быть выполнен по схеме перекре-
стного тока, одноходовой по воздуху, четырех- (рис. 5.4) или двухходо- вой (рис. 5.5) по маслу.
Корпусом
радиатора
является
сварная
коробка с
входной и вы-
ходной
камерами,
клапанной
полостью
и коллекторами,
в которых
масло
меняет
направление
движения
на
180°.
Между
входной
и выходной
каме-
рами
и коллектором
вварен
радиаторный
элемент,
в котором
масло
отда-
ет
тепло
воздуху.
Рис. 5.4. Масловоздушный четырех- ходовой по маслу радиатор
Рис. 5.5. Масловоздушный двух- ходовой по маслу радиатор
Радиаторный элемент имеет масляные плоские каналы, поверхность которых увеличена вставкой из фольги с отогнутыми язычками.
Набегающий воздух проходит между каналами. Площадь межканаль- ных проходов увеличена за счет ребер, выполненных из фольги в фор- ме зигзагов. Между входной и выходной камерами имеется перепускной клапан, который при повышенном давлении на входе отжимается от сед- ла и может перепускать масло со входа сразу на выход. Причиной по- вышения давления на входе может быть засорение радиаторного эле- мента.
Масловоздушный радиатор также может быть выполнен по другой схеме и иметь другую конструкцию. Например, масловоздушный радиатор с сотовым теплообменным элементом состоит из следующих основных частей:
корпуса с входной и выходной камерами и коллекторами;
сотообразного радиаторного элемента;
клапана перепуска масла с входа на выход.
Масловоздушный радиатор (рис. 5.6) выполнен по прямоточно- противоточной схеме, одноходовой по воздуху и многоходовой по маслу.
Рис. 5.6. Масловоздушный радиатор одноходовой по воздуху и многоходо- вой по маслу (прямоточно-противоточная схема)
Корпусом радиатора является цилиндрическая труба с кольцеоб- разными коллекторами, входной и выходной камерами, клапанной ко- робкой. Радиаторный элемент состоит из латунных трубочек, через ко- торые проходит воздух. Трубочки шестигранными концами спаяны в 9 секций, которые разделены перегородками с отверстиями для прохода масла. Масло входит через входную камеру и поступает в кольцеобраз- ный коллектор, через отверстие в корпусе оно проходит в радиаторный элемент. Смывая трубки, масло охлаждается и поступает в выходной коллектор через отверстие в корпусе, из коллектора проходит в вы- ходную камеру.
Между входной и выходной камерами имеется перепускной клапан, который при повышенном давлении на входе отжимается от седла и может перепускать масло с входа сразу на выход. Причиной повышения давления на входе может быть засорение радиаторного элемента, в верхней части ра- диатора имеется заглушка, которая служит для удавления воздуха из радиа- тора при заполнении системы маслом.
Фотографии масловоздущных радиаторов, имеющихся в лаборатории, приводятся на рис.5.7 – 5.10.
Рис. 5.7. Масловоздушный пластин- чато-ребристый теплообменный ап- парат четырехходовый по маслу
Рис. 5.8. Масловоздушный пластин-
чато-ребристый теплообменный ап- парат двухходовый по маслу (тип 1734)
Рис. 5.9. Масловоздушный пластин-
чато-ребристый теплообменный ап- парат двухходовый по маслу (тип 2196)
Рис. 5.10. Многоходовый масловоз- душный радиатор с сотовыми тепло- обменными элементами
Турбохолодильная установка (ТХУ) предназначена для охлаждения ка- бины при полете на сверхзвуковых скоростях, а также для обогрева кабины при полете на больших высотах. Состоит из следующих основных частей (рис. 5.11):
турбохолодильника с вентилятором;
радиатора с входной и выходной камерами и коллекторами;
патрубка с ограничителем давления.
Рис. 5.11. Турбохолодильная установка
Турбохолодильник служит для дальнейшего охлаждения воздуха, поступающего из радиатора, вращает вентилятор, который всасывает атмо- сферный воздух. Имеет следующие части:
корпус с сопловыми лопатками турбины, направляющим аппаратом вентилятора и системой смазки опоры вала;
вал с консольно насаженными ротором турбины и крыльчаткой вен- тилятора;
крышку турбины для подвода воздуха;
крышку вентилятора для отвода потока с закруткой.
Радиатор служит для охлаждения воздуха, поступающего из комп- рессора, воздухом, всасываемым вентилятором из атмосферы, и имеет сле- дующие части:
двухсекционный корпус с входной и выходной камерами и коллекто-
рами;
радиаторный элемент;
сетку на входе охлаждающего воздуха.
Радиатор выполнен по схеме (рис. 5.12) перекрестного тока, двухходо-
вой по охлаждающему и охлаждаемому воздуху.
Радиатор от аналогичной турбохолодильной установки представлен на стенде отдельно. Имеет следующие основные части:
корпус;
радиаторный элемент с ребристыми поверхностями.
Радиатор ТХУ выполнен по схеме перекрестного тока, одноходовой по охлаждающему и охлаждаемому воздуху.
Рис. 5.12. Схема двухходового перекрестного тока
Корпусом радиатора является сварная трехсекционная коробка с вы- штамповками. В межсекционном пространстве находятся болты, которые стягивают стенки корпуса. Усиление корпуса выштамповками и болтами не- обходимо для того, чтобы не было разрыва или деформации корпуса, так как воздух, отбираемый из компрессора, имеет достаточно высокую температуру и давление. Между секциями корпуса вварен радиаторный элемент, где воз- дух, отбираемый из компрессора, охлаждается атмосферным воздухом. Пло- щадь теплообмена радиаторного элемента увеличена ребрами, выполненны- ми из фольги в форме зигзагов.
Патрубок с ограничителем давления (макет ТХУ) предназначен для подвода воздуха из компрессора, а также регулировки давления. Состоит из следующих частей:
патрубка с фланцами и кронштейнами;
дроссельной заслонки, которая перекрывает проходное сечение при повышении давления;
механизма поворота дроссельной заслонки.
Принцип работы ТХУ состоит в следующем. Охлаждаемый воздух, всасываемый вентилятором, через стенку попадает в первую половину ра- диатора, затем в коллекторе меняет свое направление на 180°, проходит через вторую половину и удаляется вентилятором.
Охлаждаемый воздух, подаваемый из компрессора с достаточно высо- ким давлением и температурой, проходит через дроссельную заслонку огра- ничителя давления, попадает в первую половину радиатора, затем в коллек- торе меняет направление на 180°, проходит через вторую половину, а из нее попадает в турбину, где при расширении еще больше охлаждается. После этого воздух с пониженным давлением и температурой поступает в кабину. При достаточно низкой температуре охлаждаемый воздух может сразу по- ступать в кабину, минуя турбохолодильник.
Жидкостно-воздушные испарители. Примером, когда теплоноситель меняет свое агрегатное состояние, является водовоздушный испаритель,
предназначенный для испарения воды. Состоит из следующих основных час- тей (рис. 5.13):
корпуса 1 с заливной горловиной и патрубком выхода паров воды;
испарительного элемента 2 с воздушньми патрубками коллекторами;
резинового мешка 3.
Водовоздушный испаритель (рис. 5.13) предназначен для испарения за- литой воды горячим воздухом, проходящим через двухходовый испаритель- ный элемент.
Корпус 1 водовоздушного радиатора-испарителя представляет собой сварную коробку с залитой горловиной, выходным патрубком для паров во- ды, сливным штуцером и приваренным фланцем для паров воды, сливным штуцером и приваренным фланцем для установки испарительного элемента.
а б
Рис. 5.13. Схема (а) и фотография водовоздушного испарителя (б)
Испарительным элементом 2 являются U-образные латунные трубоч- ки, которые приварены к фланцу. Воздух поступает через входной патру- бок-коллектор в испарительный элемент, отдает тепло воде и удаляется через выходной патрубок-коллектор, испарившаяся вода поступает к по- требителю.
Аналогичный принцип действия имеет аммиачно-воздушный испари- тель, схема и фотография которого представлена на рис. 5.14. Компактность таких аппаратов составляет 400…600 м2/м3.
а б
Рис. 5.14. Аммиачно-воздушный испаритель: а – схема; 1 – корпус, 2 –
испарительные элементы, 3 – сепаратор капель, 4 – сетка; б – общий вид
Вращающийся регенератор малоразмерного газотурбинного двига- теля (ГТД). Теплообменные аппараты, использующиеся для утилизации (возвращения в цикл) теплоты выхлопных газов газотурбинных установок, называются регенераторами. В малоразмерных ГТД (транспортных, верто- летных, танковых) может использоваться вращающийся дисковый регенера- тор (рис. 5.15).
Вращающийся дисковый регенератор предназначен для подогрева сжа- того в компрессоре воздуха за счет тепла выхлопных газов. Подогретый воз- дух поступает в камеру сгорания ГТД и для достижения расчетной температу- ры на выходе из камеры сгорания требуется сжигать меньшее количество топ- лива, чем в двигателе без регенерации. При этом экономичность ГТД повыша- ется на 20…35%.
Вращающийся дисковый регенератор имеет жесткий металлический каркас, образованный верхней 1 и нижней 2 пластинами с отверстиями, ци- линдрическими стаканами (трубками) 3, центральной 4 и периферийной 5 обечайками. В ячейки, образованные стаканами, устанавливаются теплоакку-
мулирующие элементы 6, проницаемые для воздуха, которые могут быть вы- полнены из металлической сетки, стальных или керамических пластин и т.д. Во время работы ГТД регенератор вращается с частотой 15…25 об/мин.
При этом в газовом тракте элементы нагреваются, охлаждая проходящие вы- хлопные газы, а в воздушном тракте элементы отдают тепло проходящему че- рез них воздуху.
Дисковый вращающийся регенератор с внутренними керамическими насадками показан на рис. 5.16.
Рис. 5.15. Вращающийся дисковый регенератор
Другие теплообменные аппараты различного назначения, показаны на рис. 5.17-5.24.
Рис.5.16. Дисковый вращающийся регенератор с внутренними кера- мическими насадками
Рис.5.17. Авиационный топливо- масляный теплообменник (тип 4700 Т)
Рис. 5.18. Авиационный воздухо- воздушный теплообменник системы кондиционирования воздуха
Рис. 5.19. Трубчатый масловодяной теплообменник с пластмассовой мат- рицей для сельскохозяйственных ма- шин (фирма «Катерпиллер»)
Рис.5.20. Теплообменник «воздух – продукты сгорания» для регенара- ции энергии продуктов сгорания
Рис.5.21.
Теплообменник-отопитель
автомобиля «ВАЗ» Рис. 5.22. Изооктано-азотный радиа-
тор
Рис.
5.23.
Авиационный
топливо-
воздушный
теплообменник
Рис. 5.24 Водо-воздушный радиатор
Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников показаны на рис. 5.25.
Рис. 5.25. Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников
На рисунках5.7 – 5.25 представлены различные типы теплообменных аппаратов, как по назначению и по конструктивному исполнению, так и ис- пользованию различных материалов