1.4.3 Спиральные теплообменники

В спиральных теплообменниках (рис.12) поверхность теплообмена обра­зуется двумя металлическими листами 1 и 2, свернутыми по спирали. Спи­рали образуют каналы прямоугольного сечения шириной 2–8 мм, боковыми стенками которых служат две тщательно уплотняемые крышки 4, Внутрен­ние концы спиралей соединены перегородкой 3, разделяющей теплоносители I и II, которые движутся по спиральным каналам в противоположных направ­лениях: один от центра к периферии, другой - от периферии к центру. Для придания спиралям жесткости и фиксирования расстояния между ними устанавливаются прокладки.

Достоинства спиральных теплообменников: 1) компактность; 2) меньшее гидравлическое сопротивление (при равных скоростях), чем у трубчатых теплообменников; 3) возможность пропускания обоих теплоносителей с большими скоростя­ми, что обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи.

Недостатки: 1) сложность изготовления и ремонта; 2) возможность работы при давлениях не более 600-1000 кПа, так как в противном случае при увеличении толщины листов намотка спиралей за­трудняется; кроме того, при больших давлениях трудно создать надеж­ное уплотнение спиралей торцевыми крышками.

1.4.4 Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые аппараты (рис.13) состоят из ряда параллельных пластин, изготов­ленных из тонких гофрированных металлических листов. Между листами с помощью специальных эластичных прокладок создаются узкие каналы шириной 3–6 мм.

По одним каналам движется горячий теплоноситель, по другим - холод­ный. Движение теплоносителей может осуществляться как противотоком, так и перекрестным током. Благодаря гофрированной форме пластин кана­лы имеют волнистые стенки, обусловливающие интенсивную турбулизацию потока и, следовательно, рост коэффициента теплопередачи.

Достоинства пластинчатых теплообменников: 1) компактность; 2) высокие коэффициенты теплопередачи; 3) возможность полной разборки и очистки поверхности теплопередачи от загрязнений.

Недостатки: 1) невозможность работать при высоких давлениях; 2) сложность герметизации большого числа каналов; 3) трудность выбора эластичных химически стойких материалов для прокладок.

Рисунок 12. Горизонтальный спиральный теплообменник:

1 – лист;

2 – лист;

3 – разделительная перегородка;

4 – крышки;

I, II - теплоносители

Рисунок 13. Пластинчатый теплообменник:

а – сборочная схема; б – пластина

1 – пластины;

2 – балка;

3, 5 – подвижные и неподвижные плиты;

4 – патрубок;

I, II - теплоносители

1.4.5. Способы интенсификации работы рекуперативных теплообменников

Способы интенсификации поверхностных рекуперативных теплообменников можно разбить на две группы.

К способам первой группы относится применение различного вида про­дольного и поперечного оребрения поверхностей труб и пластин (трубчасто-ребристые и пластинчато-ребристые теплообменники), что увеличивает по­верхность теплоотдачи и усиливает турбулизацию потока, способствующую увеличению коэффициентов теплоотдачи. Часто оребрение поверхности осуществляется только с одной стороны, с той, где коэффициент теплоотдачи ниже (при движении газов, вязких жидкостей и т.п.).

Поперечные ребра выполняют в виде круглых или прямоугольных металлических шайб, насаженных на трубу. Продольные ребра идут вдоль труб, и могут быть прямоугольного или трапециевидного сечения. Часто трубы снабжают не сплошными продольными ребрами, а надрезанными на определен­ном расстоянии и отогнутыми в разные стороны, что усиливает турбулизацию потока. Интенсивно работают оребренные теплообменники с формой ребер в виде многозаходной спирали.

Ко второй группе способов интенсификации теплообменников относится размещение различных перегородок, особенно в межтрубном пространстве, которое было описано выше, а также размещение внутри труб различных вставок, или турбулизаторов, показавших возможность повышения коэффи­циента теплоотдачи в 1,5–5 раз.

Турбулизаторы могут иметь самую разную форму: ленточную или прово­лочную спираль, спирально оребренные стержни с различным шагом, стержни с насаженными на определенных расстояниях перегородками или пропелле­рами и т.п.

Для интенсификации процесса теплообмена внутри труб используют также заполнение их различными насадками, применение труб переменного сечения, создание искусственной шероховатости на внутренней поверхности.