Mulig forskellige typer TA vurderinger. En af de vigtigste for praksis er økonomiske vurderinger i monetære termer - gennem omkostningerne ved fremstilling (køb) og drift af enheden. Men deres beregning er kompliceret, og værdien afhænger ikke kun af TA'ens design, men også af forskellige forhold produktion og drift, op til den generelle økonomiske situation - priser på energiressourcer, jord mv. Fra et ingeniørmæssigt synspunkt er tekniske vurderingskriterier interessante, som økonomiske vurderinger bygger på.
En af hovedtyperne for vurdering er Kirpichev kriterium
hvor overføres varmestrømmen til varmelegemet, W,
– strøm brugt på at pumpe kølemidler gennem varmeveksleren, , W.
Værdien kan betragtes som energieffektivitet eller mere præcist energieffektivitet. Hvordan mere værdi, jo bedre er varmeveksleren. Det er dog klart, at det kun er legitimt at bedømme varmeveksleres kvalitet og perfektion efter værdi, hvis de sammenlignede varmevekslere løser det samme problem, dvs. de arbejder på de samme kølemidler i samme temperaturforhold, nemlig kølevæsker har samme indgangs- og udgangstemperaturer. Fordelen er, at det giver dig mulighed for at sammenligne TA'er med forskellige omkostninger og forskellig ydeevne.
Der anvendes også andre energieffektivitetskriterier, men de har en snævrere, særlig ansøgning for eksempel for at vurdere effektiviteten af intensivering.
Ud over energieffektivitet kan det være nødvendigt at vurdere andre egenskaber. For eksempel estimeres enhedens dimensioner og vægt (materialeforbrug) af parametrene , W/m 3 (kompakthed) og , W/kg, hvor er volumen optaget af enheden og er dens masse.
For at øge den tekniske effektivitet af for eksempel skal-og-rør recuperative TA'er, er det fordelagtigt at bruge rør med lille diameter, og placere dem i et bundt med den mindst mulige stigning. Men at reducere diameteren til mindre end 12 mm komplicerer drift (rengøring og reparation) og fremstilling betydeligt, og i industrielle TA'er bruges rør med en diameter på 12-16 mm oftest. Derfor er det, sammen med valget af et effektivt apparatdesign, nødvendigt at bruge finner på overflader, intensivering af varmeoverførsel mv.
Når pumpehastigheden øges ved hjælp af finner eller forstærkere, skal . Opgaven med at bestemme de TA-parametre, der giver de mest gunstige værdier af effektivitetskriterier (for eksempel ) er hoveddesignopgaven. Det kan betragtes som et optimeringsproblem.
1. Giv eksempler på varmevekslere (HE).
2. Typer af TA-klassificering, deres indhold.
3. Recuperativ, regenerativ og blandende TA.
4. Klassificering af TA efter strømningsretningen.
5. Karakteren af temperaturfordelingen af kølemidler i direktestrøms- og modstrømsvarmevekslere (tegn grafer).
6. Ligning varmebalance i TA (gennemstrømningshastigheder og kølevæsketemperaturer).
7. Generel visning varmeoverførselsligninger i TA.
8. Betydningen af at indføre den gennemsnitlige logaritmiske temperaturforskel ved beregning af TA. Er trykformlen forskellig for direkte- og modstrøms varmepumper?
9. Funktioner af test og designberegninger af regenerativ TA. Hvilken er sværere?
10. Hvilken TA-ordning er mere effektiv – direkte flow eller modstrøm?
11. Typer af modstand mod bevægelse af kølemidler, hvad forårsager dem?
12. Generel form for formler til beregning af friktionsmodstand og lokal modstand.
13. Hvordan kan du evaluere effektiviteten af TA?
14. Hvordan øger man effektiviteten af TA?
Forklarende note
TIL praktisk arbejde № 8
Disciplin: "Grundlæggende om hydraulik og varmeteknik"
Emne: « Beregning af varmevekslere»
Formål med arbejdet: visuelt kendskab til varmeveksleres opbygning og drift, udførelse af beregninger.
Varmeveksler er en anordning designet til at give varme til en af kølemidlerne som følge af dens fjernelse fra en anden kølevæske. Processen med at tilføje og fjerne varme i en varmeveksler kan forfølge forskellige teknologiske mål: opvarmning (afkøling) af en væske eller gas, omdannelse af en væske til damp, kondensering af damp osv.
Ifølge driftsprincippet er varmevekslere opdelt i rekuperativ, regenerativ og blanding.
Regenerativ kaldes varmevekslere, hvor overførslen af varme fra et kølemiddel til et andet sker gennem en solid væg, der adskiller dem. Forbrændingsmotorer til biler bruger hovedsageligt rekuperative varmevekslere, som bruges til at afkøle motorolie, kølesystemvæske, luft, der kommer ind i motorcylindrene og andre formål. Figur 14 viser et diagram over en vand-olie varmeveksler, som ofte implementeres ved design af oliekølere til dieselsmøresystemer.
Fig. 14. Skema med den enkleste skal-og-rør-genvindingsvarmeveksler til at overføre varme fra en kølevæske (I) til en anden (II).
Regenerativ kaldes varmevekslere, hvor en varm kølevæske kommer i kontakt med en fast krop (keramisk eller metaldyse) og afgiver varme til den i den efterfølgende periode, en "kold" kølevæske kommer i kontakt med den faste krop, som opfatter varme ophobet af kroppen.
I den metallurgiske industri har regenerative varmevekslere længe været brugt til at opvarme luft og brændbare gasser. Opbevaringsmundstykket i varmeveksleren er lavet af røde mursten. Et træk ved regeneratorer er, at varmeoverførselsprocessen i dem er ikke-stationær. Derfor udføres tekniske beregninger af regenerative varmevekslere baseret på gennemsnitlige temperaturer over tid.
Blanding kaldes varmevekslere, hvor overførslen af varme fra en kølevæske til en anden udføres ved deres direkte kontakt, derfor ledsaget af en fuldstændig eller delvis udveksling af stof. Sådanne enheder bruges til afkøling og opvarmning af gasser med vand eller til afkøling af vand med luft. gasproduktion, under aircondition, under dampkondensering osv.
På trods af det store udvalg af varmevekslere forbliver de grundlæggende principper for deres beregning almindelige.
Ved beregning af varmevekslere opstår der normalt to tilfælde:
1) konstruktiv beregning, når parametrene for kølevæsken ved indløb og udløb og kølevæskens strømningshastighed (eller varmeforbrug) er kendt. Efter tidligere at have valgt varmevekslerens design, bestemmes varmeveksleroverfladen ved beregning;
2) verifikationsberegning, når varmevekslingsoverfladen og apparatets design er kendt og deres indløbsparametre er delvist kendte. Beregning bruges til at finde ukendte parametre (for eksempel outputparametre), kølevæskestrømningshastigheder eller andre karakteristika ved enheden (for eksempel effektivitet).
I begge tilfælde er de vigtigste beregningsligninger: varmebalanceligning:
Q= m 1 s 1 (t" 1 – t"" 1)= m 2 med 2 (t" 2 - t"" 2) (40)
og varmeoverførselsligningen:
Q = kF(t 1 – t 2).
I disse ligninger og nedenfor, indekset 1 betyder, at værdierne refererer til varm væske og indekset 2 - til koldt. Indløbstemperaturen angives med et slag, og udgangstemperaturen med to; T- massestrøm væsker; Med- væskens varmekapacitet.
Ved udledning af varmeoverførselsberegningsformlerne blev ændringen i kølevæsketemperaturen ikke taget i betragtning. I varmevekslere afkøles det varme medie, og det kolde medie opvarmes, og derfor ændres temperaturtrykket Δt. Under sådanne forhold kan varmeoverførselsligningen kun anvendes på overfladeelementet dF, dvs.:
dQ = kΔtdF. (41)
Derudover er det nødvendigt at tage højde for afhængigheden af varmeoverførselskoefficienten k fra ændringer i temperaturen af arbejdsvæsker. For det meste kommer en sådan opgørelse ned til at relatere varmeoverførselskoefficienten til kølevæskernes gennemsnitlige temperaturer, nogle gange findes varmeoverførselskoefficienten ud fra kølevæskernes temperatur ved begyndelsen og slutningen af varmeoverfladen. Hvis de opnåede værdier k" Og k"" afviger lidt fra hinanden, så tages det aritmetiske middelværdi som gennemsnitsværdien af varmeoverførselskoefficienten: k = (k"+ k"")/2.
Med en betydelig forskel i værdier k" Og k"" varmefladen er opdelt i separate områder, inden for hvilke værdierne kændres lidt, og varmeoverførselskoefficienten bestemmes for hver sektion.
Den samlede mængde varme, der overføres gennem hele overfladen F, bestemmes ved at integrere udtryk (41):
, (42)
Hvor Δt m- gennemsnitlig logaritmisk værdi af temperaturforskellen over overfladen:
. (43)
Hvis kølevæskens temperatur langs varmefladen ændres lidt, kan det aritmetiske middeltryk bruges i beregningen:
m = Δt gns. = 0,5(t"+t"")
Aritmetisk betyder hoved Δt avg.arith altid større end den logaritmiske middelværdi Δt m, men kl Δt"/Δt""> 0,5 adskiller de sig fra hinanden med mindre end 3%.
I termiske beregninger er begrebet den såkaldte kølevandsækvivalent W, som bestemmer mængden af vand svarende til varmekapacitetens andet forbrug af den pågældende væske, dvs.
W = mc p.(44)
Under hensyntagen til vandækvivalenten omdannes ligning (40) for varmebalancen til formen:
Således er forholdet mellem temperaturændringen af kølemidler omvendt proportional med forholdet mellem deres vandækvivalenter.
Arten af ændringen i kølevæsketemperaturen langs varmeoverfladen afhænger af deres bevægelsesmønster og forholdet mellem værdierne af vandækvivalenter. Hvis varme og kolde væsker strømmer parallelt og i samme retning i en varmeveksler, kaldes dette strømningsmønster direkte flow(fig. 15, EN).
Fig. 15. Ordninger for bevægelse af arbejdsvæsker i varmevekslere.
I modstrøm bevæger væsker sig parallelt, men i modsatte retninger (fig. 15, b). I krydsstrømningsskemaet bevæger væsker sig i krydsende retninger (fig. 15, V). Ud over de anførte simple kredsløb væskebevægelser kan være komplekse ved at kombinere forskellige kombinationer af elementer i simple kredsløb (fig. 15, G Og d).
I fig. 16, hvor abscisseaksen viser størrelsen af varmefladen F, og langs ordinataksens temperatur vises fire karakteristiske par af temperaturændringskurver langs varmefladen afhængigt af strømningsmønsteret (forlæns flow, modstrøm) og værdierne af vandækvivalenter for kølemidler W 1 Og W 2.
Som det kan ses af graferne, større forandring temperatur Δt" = t" - t" har en væske, hvis vandækvivalent er mindre, hvilket svarer til ligning (45).
Ris. 16. Arten af ændringer i kølevæsketemperaturer i med- og modstrømssystemer.
Ved at undersøge graferne kan man drage følgende konklusioner:
1. For direkte flow, den kolde væskes sluttemperatur
altid under den varme væskes endelige temperatur;
2. Temperaturforskellen langs overfladen med medstrømsstrøm ændres mere signifikant, og dens gennemsnitsværdi er mindre end ved modstrøm, derfor overføres der, som følger af formel (42), med medstrømsstrøm mindre varme end med modstrøm.
3. Direkte flow og modstrømsskemaer kan betragtes som ækvivalente, hvis temperaturen på mindst et af kølemidlerne er konstant. Dette sker, når væsker koger og dampe kondenserer, eller når vandækvivalenten til en af kølevæskerne er så stor, at dens temperatur ændres ubetydeligt.
4. Med modstrøm, den kolde væskes sluttemperatur t"" 2 kan være højere end sluttemperaturen af den varme væske, dvs. ved den samme begyndelsestemperatur af den kolde væske, med modstrøm kan den opvarmes til en højere temperatur.
Ud fra et termoteknisk synspunkt bør modstrøm altid foretrækkes, medmindre andre grunde (f.eks. strukturelle) tvinger brugen af et fremadgående strømningsskema.
Måske er den eneste ulempe ved modstrømsordningen den tungere temperaturforhold for varmevekslervæggenes materiale, da enkelte sektioner på den varme væskeindtagsside vaskes på begge sider af væsker med den maksimale temperatur.
Som nævnt ovenfor, hvornår verifikationsberegning det er nødvendigt at beregne kølevæskernes endelige temperaturer t"" 1 Og t"" 2 og mængden af overført varme. I dette tilfælde kan du bruge følgende afhængigheder til et omtrentligt skøn:
.
Varmeveksler effektivitet
Effektiviteten af processen i varmeveksleren vurderes af koefficienten nyttig handling η , der karakteriserer den varmebrøkdel af den varme væske, der bruges til at opvarme den kolde væske:
Hvor Q 1- mængden af varme absorberet af den kolde væske;
Q pacn. - tilgængelig mængde varme af en varm væske.
Til varmevekslere køretøjer Enhedernes vægt og dimensionelle egenskaber er vigtige. Det kompakte design af varmeveksleren kan værdsættes specifik varmeflade β, som er området arbejdsflade pr volumenhed af apparatet: β-slag = F slave /V cool . .
Effektiviteten af varmeveksleren afhænger af designstrukturen af kølefladen, som evalueres finningskoefficient ξ op.= F køligt/F væske, Hvor F cool- overfladeareal afkølet med luft; F væske- kølende overflade vasket med vand.
Når du vælger typen af kølemiddel, bør dets termofysiske egenskaber, omkostninger, muligheden for vægkorrosion osv. tages i betragtning, når du for eksempel vælger frostvæske eller vand, skal du huske på, at selvom det er praktisk at bruge frostvæske (. lav temperatur fryser), har den lavere termofysiske egenskaber end vand, hvilket reducerer effektiviteten af varmeveksleren (radiatoren).
For at øge kompaktheden og reducere vægten af varmevekslere, forskellige midler intensivering af varmevekslingen.
Et effektivt middel at øge kompaktheden af varmeveksleren er installationen af finner på dens overflader, som kan bruges i både plade og rørformet varmevekslere. I fig. 17, EN viser en pladevarmeveksler med flade gennemgående finner, og i fig. 17, b- varmeveksler med lamelrør af oval sektion.
Finnerne er normalt lavet af kobber eller aluminium tynde plader og er sikkert loddet til hovedoverfladen. De kan være glatte eller rillede. Finnerne kan laves i form af separate plader, som er placeret i pladevarmevekslerens kanal i et skakternet eller korridormønster .
Fig. 17. Fragmenter af en pladevarmeveksler med flade gennemgående finner (a) og en varmeveksler med ribbede ovale rør (b).
I øjeblikket er rørformede plade- og rørformede radiatordesigns mest udbredt til bilmotorer (fig. 18).
Fig. 18. Køler kølegitterkerner:
EN– rørformet-lamellær; b– rørformet tape.
Ved fremstilling af kølegitre af rørformede radiatorer anvendes rør (sutur eller sømløse, som er lavet af aluminiumslegering, messing kobber L-68 eller L-90 med en tykkelse på op til 0,15 mm) (Fig. 19). Finnepladerne er lavet flade eller bølgede af samme materiale som rørene. I rørformede båndstrukturer er båndet lavet af M-3 kobber med en tykkelse på 0,05...0,1 mm.
I rørplade radiatorer kølerør kan placeres i forhold til køleluftstrømmen i en række, i et skakternet mønster eller i et skaktern mønster i en vinkel (fig. 20).
Fig. 19. Radiatorrør:
EN– loddet kobber; b– svejset af aluminiumslegering.
Fig.20. Køleelementer til rørformede kølergitre:
EN– rækkearrangement af rør; b– skak arrangement; V– det samme i en vinkel i forhold til luftstrømmen; G– køleplade med bøjede riller.
I rørformede radiatorer (fig. 21) er kølerørene praktisk talt ikke forskellige i design fra rørene, der bruges i rørformede radiatorer, men de er kun placeret i en række. For at øge turbulensen luftstrøm enten formet stempling udføres på båndene (fig. 21, b), eller bøjede snit.
Det kompakte design af moderne bilvarmevekslere, estimeret af specifik varmeflade β slag, svarer til 440…850 m 2 / m 3. Finnekoefficienten for disse varmevekslere varierer inden for grænsen: ξ eller.= 5…11,5.
Fig.21. Elementer af en rørformet radiator:
EN- køler kølegitter; b– køletape med figurstempling; 1 – køletape; 2 – væskekølerør.
Eksempel. I en varmeveksler en væske med en vandækvivalent W 1= 116 M/grad køler af t" 1= 120°C til t"" 1= 50°C vand ved temperatur t" 2= 10°С, for hvilket W 2= 584 M/grad. Bestem den nødvendige varmeoverflade for med- og modstrømsordninger, hvis varmeoverførselskoefficienten k= 2336 W/(m 2 grader).
Endelig vandtemperatur under hensyntagen til afhængighed (45).
Varmevekslere er en integreret del af moderne klimakontroludstyr, som måske inkluderer det maksimale antal varmevekslerelementer. I næsten ethvert apparat finder mekanismer, i enhver produktionsproces sted, der involverer frigivelse eller absorption af termisk energi. Varmevekslere i form af køleradiatorer findes i enhver bil, inkl husholdnings klimaanlæg og varmeapparater; Varmeveksleren er en gammel boligkedel. Effektiviteten af mange teknologiske operationer og udstyrets ydeevne afhænger af hurtig levering eller fjernelse af varme.
Varmeoverførsel problem
Med væksten i energikapacitet og produktionsvolumen stiger vægten og dimensionerne af de anvendte varmevekslere i stigende grad, hvis produktion kræver mange penge og materialer. Mange ingeniører, der udvikler varmevekslerudstyr, er bekymrede over problemet med at reducere størrelsen og vægten af varmevekslere og øge deres driftseffektivitet.
Designet af varmevekslere bliver også mere komplekst. For at intensivere processen bruger varmevekslere mere og mere komplekse kredsløb. For eksempel bruges turbulatorer, flow hvirvlende i rør ved hjælp af skrueindsatser, kanaler kompleks form, bladhvirvler placeret ved indløbet eller langs hele røret. For at øge effektiviteten af varmeveksling, dråber af væske eller partikler og gasbobler til væskestrømmen. For at intensivere processer påvirker de væsken med elektrostatiske eller ultralydsfelter, bruger vibrationer og akustisk resonans
Typer af varmevekslere
Efter driftsprincippet Varmevekslere er opdelt i tre hovedtyper: rekuperative, regenerative og blandende.
I regenererende I varmevekslere sker varmeoverførslen gennem en solid skillevæg (normalt metal). Så blandes kølevæsken og varmemodtageren ikke eller kommer i kontakt, idet de kun kommunikerer gennem varmevekslerens væg. Dette er den mest almindelige type af sådanne enheder, der bruges overalt. Kølevæsken kan fx være en varmespiral i el-kedel, og væggen kan have en kompleks ribbet overflade.
Regenerativvarmevekslere fungerer efter en mere kompleks algoritme. Her frigives først varmen fra den varmere kølevæske fast krop dyser, derefter kolde. I dette tilfælde vasker kølemidler sekventielt dysen, opvarmer og afkøler den. For eksempel bruger industrien kraftige regenerative varmevekslere, der først tager varme fra en opvarmet væske og derefter frigiver den til luften og slukker den fra kredsløbet.
I blanding I varmevekslere er der direkte kontakt mellem kølevæsken og varmemodtageren. Blandingsvarmevekslere bruges, når stoffer let kan adskilles efter blanding (f.eks. vand leverer varme og luft modtager den), eller når stoffer kan blandes (f.eks. vand og damp). Sådanne varmevekslere bruges for eksempel i termiske kraftværker (køletårne).
Efter enhedstype varmevekslere er opdelt i varmevekslere med en varmeflade bestående af rør (de ligner spoler), med flade varmeoverflader, og dem, hvor varmeoverfladen er dannet af apparatets vægge. Der er en del undertyper af udstyr her.
Til udstyret med en varmeflade bestående af rør , referer nedsænkelig varmevekslere, hvor varmevekslerfladen (spiralen) er placeret i en beholder, der indeholder en væske, normalt vand eller frostvæske.
Vandingvarmevekslere består af rør, der vandes med vand udefra. Varmemodtager ind i dette tilfælde er luft, og vand øger varmeoverførslen på grund af fordampning.
Varmevekslere "rør i rør" består af to koncentrisk placerede rør, hvor et kølemiddel strømmer igennem inderrør, og den anden - langs det ringformede mellemrum mellem begge rør.
Udbredt skal-og-rør varmevekslere bestående af et bundt af rør, hvis ender er fastgjort i specielle rørformede gitre. Rørbundtet er placeret inde i et fælles hus. I driftstilstand bevæger en af kølemidlerne sig gennem rørene, og den anden bevæger sig i mellemrørsrummet (mellem kappen og rørene). Denne type varmeveksler er mest udbredt i svær industri, olieproduktion og olieraffinering.
Med hensyn til anvendelighed og udbredelse konkurrerer skal-og-rør varmevekslere med dem, der er populære i dag lamellær varmevekslere. Denne type varmeveksler inkluderer også enheder: snoet fra rør, med varmeveksling mellem apparatets vægge og rør, ved hjælp af ribbede rør (luftkølede varmevekslere).
Til varmevekslere med en varmeflade bestående af flade elementer , referer lamellær Og spiralformet. Deres ansøgning i de seneste år udvides takket være praktisk og høj Effektivitet, som kan nå 60 % .
Inklusiv varmevekslere med en varmeflade dannet af apparatets vægge , inkluderet reaktorer, varmespiraler placeret udenfor. I dette tilfælde kommer varme ind (eller frigives) i spolen, der omgiver reaktorens "kappe".
Derudover er der undertyper af varmevekslere, hvori de bruges forskellige typer væsker, samt kølemidler placeret i div aggregeringstilstande. Brugen af væsker med lavt kogepunkt forbedrer varmeoverførslen og effektiviteten af varmefjernelsesudstyr. Sådanne varmevekslere kaldes ofte fordampende, eller to-faset.
Varmevekslerparametre
Da den mest almindelige type varmeveksler er regenererende, de bruges hovedsageligt i ingeniørudstyr under konstruktion og forbedring. Opdelingen efter enhedstype vedrører specifikt rekuperative varmevekslere - specialister har mest studeret deres muligheder, og et bredt udvalg tilbydes på markedet varmevekslerudstyr af denne type.
Recuperative varmevekslere er kendetegnet ved følgende parametre: størrelsen af varmeveksleroverfladen; varmeoverførselskoefficient, der estimerer mængden af varme, der overføres gennem 1 m2 varmevekslingsoverflade med en temperaturforskel mellem kølemidler på 1 ° C (denne koefficient afhænger af typen af kølemidler, deres parametre og bevægelseshastigheder). Disse parametre bestemmes af behovet for varmeoverførsel og indstiller egenskaberne for selve varmeveksleren: tryk og temperaturer, ved hvilke varmeveksleren vil fungere (normalt forhøjede temperaturer Og højt blodtryk hvad der dikterer strenge krav til styrken af materialer og sømme); varmeveksleroverflade (som giver dig mulighed for at beregne varmevekslerens ydeevne og relatere den til den faktiske efterspørgsel); strukturelt materiale (bestemmelse af pålideligheden af strukturen og effektiviteten af varmeoverførsel); tilstedeværelsen af temperaturspændinger (og behovet for at kompensere for dem). Disse spændinger opstår, når forskellige dele af varmeveksleren opvarmes ujævnt, hvilket især observeres ved store industrielle varmevekslere og kræver særlig opmærksomhed til design, materialer og kompenserende elementer.
Populære varmevekslere og deres anvendelser
Varmevekslere bruges i kedler, i væskekøleenheder (chillere), i klimaanlæg og rekuperatorer, som overfører varmen fra allerede opvarmet luft til en frisk ventilationsstrøm. Regenerativ varmeveksling giver dig mulighed for at øge effektiviteten af klimasystemet, hvilket reducerer varmeomkostningerne.
Et andet eksempel på brug af en varmeveksler er effektbaserede systemer varmepumpe. I dette tilfælde overføres varme gennem varmevekslere og det interne vandkredsløb til den del af bygningen, hvor det er nødvendigt. En lignende effekt bruges i chiller-fan coil-systemer og kaldes "chiller bypass" - i tilfælde af, hvor den omgivende temperatur er lav nok, tages varme fra kølevandet i køletårnet i chiller-fan coil-systemet.
Varmepumpeanlæg omfatter også brug af reservoirer og grundvand. Ved hjælp af en varmeveksler kan et sådant system organiseres iht lukket kredsløb: vand fra reservoiret overfører varme til det forberedte afsaltede vand i kredsløbet gennem en varmeveksler. Denne tilgang undgår problemer forbundet med for tidlig aldring og tilstopning af rørledningen inde i bygningen.
I på det seneste V klimasystemer Pladevarmevekslere bliver i stigende grad brugt
Som allerede nævnt besætter de mindre plads på større område varmeoverførsel, mere praktisk og effektiv. Eksperter siger, at brugen pladevarmevekslere giver faktisk mange fordele. Ved ekspertvurderinger, udskiftning af skal-og-rør-varmevekslere med pladevarmevekslere kan forbedre driftseffektiviteten i forskellige tilfældemed 20-30 %.For de fleste varmevekslere den vigtigste byggemateriale Der anvendes legeret stål eller kobber. Kobber eller mere resistente nikkelholdige materialer anvendes som lodde. Trykområdet for sådanne pladevarmevekslere når 31 bar ved temperaturer op til 185 °C.
En pladevarmeveksler er normalt et element, hvori kølevæsken cirkulerer i planer mellem plader, der er fastgjort sammen. På pladerne skabes kanaler til bevægelse af kølevæske, hvorefter de loddes sammen eller fastgøres på anden måde. Tykkelsen af pladerne på en sådan varmeveksler er normalt flere tiendedele af en millimeter (0,3-0,8 mm). Det samlede areal af pladerne kan variere. Desuden kan brugeren selv ændre det effektive varmevekslerområde ved at indføre yderligere plader i varmeveksleren eller fjerne dem fra den.
Det er vigtigt at bemærke, at her kommer de fysiske parametre for varmevekslere til forgrunden - vægt, størrelse. For pladevarmevekslere er dette pladernes areal, og ingeniørernes mål er at reducere det samlede volumen så meget som muligt varmevekslingssystem, hvilket øger dens ydeevne. Til dette formål kombineres varmevekslere på forskellige måder, registrering af afstanden mellem dem og hastigheden af bevægelse af væsker indeni.
Vedligeholdelse af varmeveksler
Komfortabelt klima i ethvert rum, det være sig et kontor, lejlighedsbygning eller sommerhus, påvirker arbejdseffektiviteten og bokomforten for mennesker. Derfor fungerer næsten ethvert klimakontroludstyr (varme, aircondition) ofte døgnet rundt.
Under vedligeholdelse forskellige typer varmevekslere kræver forskellig opmærksomhed til sig selv. Som med alt udstyr kræver det periodiske eftersyn og overvågning af varmeveksleres stabilitet. Ændringer i parametre (for eksempel udgangstemperaturer) af systemet, der inkluderer varmeveksleren, kan indikere et fald i dets effektivitet.
I dette tilfælde er det nødvendigt at kontrollere tilstanden af varmevekslingsoverfladerne. Først og fremmest skal du overvåge overflader i kontakt med vand. Ved brug af almindeligt, uforberedt vand afsættes salte på væggene af rør og pladevarmevekslere, hvilket reducerer rørets tværsnit og reducerer væggenes varmeledningsevne. Hvis et skalalag på 0,05-0,1 m for skal-og-rør-varmevekslere er helt normalt, så er dette tal kritisk for pladevarmevekslere - de er udstyret med kanaler med et meget lille tværsnit. Derfor ændrer selv minimale saltaflejringer hurtigt de termodynamiske parametre for sådanne varmevekslere. I overensstemmelse hermed, hvornår vi taler om Når det kommer til rengøring af pladernes ydre overflader, er alt enkelt, men så snart det kommer til at rense de indvendige kanaler, opstår der vanskeligheder.
Forskellige metoder bruges til at løse disse problemer. I første omgang kun kemiske metoder— føres ind i varmeveksleren specielle forbindelser. Lignende metode rengøring er meget udbredt selv nu, men det giver ikke mulighed for at håndtere siliciumaflejringer, der opstår i nogle tilfælde. I nogen tid forblev problemet uløst, men for nylig er det blevet mere og mere populært ultralydsmetode beskyttelse af rør og kanaler af varmevekslere: ultralyd kan reducere hastigheden af skaladannelse og i nogle tilfælde endda sikre driften af udstyr uden dannelse af aflejringer.
Men forsvarere af pladevarmevekslere hævder, at en sådan forurening sker ekstremt langsomt på grund af den høje turbulens i kølevæskestrømmene, der cirkulerer gennem udstyret. Denne turbulens skyldes den korrugering, som varmevekslerpladerne har og deres glathed. Producenter hævder ofte, at pladerne er specialpoleret for at forbedre varmeoverførslen og øge turbulensen. En anden type arbejde relateret til vedligeholdelse af varmevekslere er rengøring af eksterne enheder i kontakt med atmosfærisk luft. Overfladeoxidation spiller ikke den primære rolle her. Hovedproblemet er mekanisk forurening: ekstern enhed bliver tilstoppet med støv, poppelfnug, blade og andet affald. Som et resultat stopper varmeveksleren praktisk talt med at passere luft, varmefjernelse forstyrres, kompressoren begynder at overophede og fejler ofte. Derfor er det nødvendigt at udføre forebyggende eftersyn og rengøring af eksterne varmevekslerenheder mindst en gang om året.
Med korrekt vedligeholdelse vil en højkvalitets varmeveksler holde 18-20 år uden reparation. For klimaanlæg er dette en kritisk levetid, hvorefter det normalt er påkrævet fuldstændig udskiftning. Industrielle varmevekslere kan næsten altid underkastes en restaureringsprocedure, der sætter dem tilbage i drift efter et større eftersyn.
A.G. Andreev, P.A. Panfil, LLC "Ring", Moskva
I de senere år er pladevarmevekslere blevet stadig mere udbredt i den termiske kraftindustri. Høj effektivitet med små dimensioner gør denne type varmeveksler til en af de mest lovende. Den høje hastighed af opvarmet vand og vortex-karakteren af dets strømning fører til en stigning i effektiviteten af pladevarmevekslere og forhindrer samtidig forurening af deres varmeveksleroverflader. Vandforsyningskanaler med et lille tværsnit er dog mere modtagelige for virkningerne af skaladannelse i dem. Selv et ubetydeligt lag af aflejringer med en tykkelse på 0,05-0,1 mm fra skal-og-rørvarmernes synspunkt fører til et mærkbart fald i effektiviteten af pladevarmevekslere.
Sikring af beskyttelse af varmeveksleroverflader mod skala udføres på forskellige måder, blandt hvilke ultralydsteknologi til at forhindre dannelse af kalk skiller sig ud. Dette skyldes, at denne teknologi, i modsætning til en række andre, giver dig mulighed for at bruge flere mekanismer på én gang, hvilket påvirker både processerne for skaladannelse i vandsøjlen og dens aflejring på varmevekslingsoverfladen og det allerede dannede lag af aflejringer. Ultralydsteknologi kan reducere hastigheden af skaladannelse betydeligt og i nogle tilfælde sikre skalafri drift af varmevekslerudstyr.
Pladevarmevekslere anvender kemisk rensning af overfladen på den opvarmede vandside. Vej kemisk rengøring er i øjeblikket optimal til loddede varmevekslere, men i nogle tilfælde er de forurenet med siliciumaflejringer, hvis tilstedeværelse i høj grad komplicerer kemisk rengøring. Der er ligeledes registreret forurening af varmevekslere fra varmevandssiden. Ultralydsteknologi gør det muligt at beskytte varmeveksleroverfladen mod aflejringer af forskellig oprindelse, og exciteringen af bøjningsvibrationer i hele varmevekslerens struktur forhindrer dannelsen af aflejringer på varmevandssiden såvel som på den opvarmede side.
Vores organisation har udført en række arbejder for at udstyre pladevarmevekslere med akustiske anti-kalkanordninger (AUD).
Forskningsforhold
Undersøgelse af driftseffektiviteten af loddede pladevarmevekslere Brugsvandsanlæg når udstyret med akustiske anti-skala-enheder fra Acoustic-T-serien produceret af Koltso LLC, blev det udført ved opvarmningspunkterne i State Unitary Enterprise Mosgorteplo, startende i april 2001. Tre varmepunkter var udstyret med anti-kalkanlæg. Hvert varmepunkt udstyret med en anti-kalkanordning indeholder to pladevarmevekslere ( to-trins ordning Varmtvandssystemer), hvorpå hver en ultralydsgiver af en to-kanals APU "Acoustic-T2" var installeret (fig. 1).
For at evaluere resultaterne af driften af anti-skala enheder, var det anvendt metode sammenligning, hvor parametrene for varmevekslere med installerede anti-skala-enheder blev sammenlignet med parametrene for varmevekslere, der ikke er udstyret med APU. Specialister fra State Unitary Enterprise "Mosgorteplo" valgte yderligere 6 kontrolvarmepunkter (TP) og dannede tre komplekser af tre TP, placeret på tre forskellige varmeledninger, i hver af hvilke et varmepunkt er udstyret med en anti-skala enhed .
Metoden til at fastgøre ultralyds (US) emittere blev valgt på en sådan måde, at en del af den ultralydsenergi, de genererer, fordeles over varmeveksleroverfladen, og en del af den ledes ind i tykkelsen af det opvarmede vand, der spredes gennem hele den indre volumen af varmeveksleren. Excitation af ultralydsvibrationer, der forplantede sig langs varmevekslingsoverfladen, var påkrævet, ikke kun for at forhindre aflejring af nydannet kedelsten, men også for at ødelægge det lag af aflejringer, der måtte være dannet før installationen af anti-skala-anordninger. Resultaterne af vores tidligere værker med pladevarmevekslere viser en stigning i varmeoverførselskoefficienten for varmeveksleren efter blot et par ugers drift af anti-kalkanordningen. For at teste dette resultat blev en af de installerede anti-kalk-enheder slukket efter en måneds kontinuerlig drift. Driftsparametrene for varmevekslingsudstyret i dette kompleks af varmepunkter fortsatte med at blive registreret gennem hele observationsperioden.
Alle ni varmepunkter er udstyret med varmemålere og automatisering for at holde temperaturen på det opvarmede vand på et givet niveau. Data om varmeforbrug, netvandsforbrug og temperaturforskellen mellem netvand ved hver TPs ind-/udløb blev registreret. Vi lavede også periodiske udtræk fra linjemandsjournalen, der registrerede trykforskellen mellem netværket og opvarmet vand.
Hovedresultater
Under fyringssæson at adskille data om netværksvandforbrug og mængden af varme i varme- og varmtvandsforsyningssystemer synes vanskeligt at implementere, så udfører sammenlignende analyse arbejde Brugsvandsvarmevekslere var baseret på parametrene for netværk og opvarmet vand registreret i sommerperiode.
Et af kendetegnene ved varmeveksleres effektivitet er forskellen i temperatur på netværksvandet ∆T ved varmevekslerens ind-/udløb. I fig. Figur 2 viser karakteristiske grafer over ændringer i temperaturforskellen på netvand ∆T ved de observerede varmepunkter. I alle tre komplekser er værdien af ∆ T i TP'er udstyret med anti-skala-enheder højere end dens værdier i kontrol-TP'er. Det opnåede resultat indikerer, at driftseffektiviteten af varmevekslere med anti-kalkanordninger er højere end effektiviteten af varmevekslere, der ikke er udstyret med APU, men det faktum, at denne forskel er en konsekvens af driften af APU, er det ikke indlysende. For at opnå et entydigt resultat blev der anmodet om data om driften af varmepunkter for samme periode sidste år, som blev præsenteret for et kompleks af varmetransformerstationer. Bearbejdning af de indhentede data viste, at der i april-august 2000 forekommer udsving i temperaturforskellen på netvand i alle TP'er omkring en enkelt gennemsnitsværdi, hvis afvigelse kan forklares med forskelle i det daglige forbrug af opvarmet vand. Ændringen i ∆T ved samme TP i april-august i det indeværende år har en anden karakter - ∆T-værdierne i TP udstyret med en anti-skala enhed er væsentligt højere end forskellen i netværkets temperatur vand på varmepunkter, der ikke er udstyret med APU. Desuden blev denne forskel opnået hovedsageligt på grund af et fald i ∆T i TP uden anti-kalkanordninger og let stigning∆T i forhold til sidste års værdier ved varmepunktet efter installation af den automatiske styreenhed. Den gennemsnitlige overskridelse af forskellen i temperatur af netværksvand ∆T i et varmepunkt udstyret med en APU over dens værdi i kontrol-TP'er i sommeren 2001 er 5 °C.
En sammenligning af de opnåede data giver os mulighed for at hævde, at stigningen i temperaturforskellen af forsyningsvandet ∆T er en konsekvens af driften af anti-kalkanordninger. Temperaturværdierne for netværksvand ved indløbet af varmepunkter placeret på samme varmeledning er tæt på. Den relative stigning i ∆T i TP'er udstyret med anti-kalk-enheder indikerer en stigning i effektiviteten af kølemiddelbrug i pladevarmevekslere udstyret med akustiske anti-kalk-enheder.
En anden parameter, der karakteriserer effektiviteten af varmevekslere, er det specifikke forbrug af netværksvand. For at evaluere driften af varmtvandsforsyningssystemet blev der også udført observationer af det specifikke forbrug af netvand om sommeren. I fig. Figur 3 viser grafer over ændringer i netværksvandforbrug i et TP-kompleks.
I alle varmepunkter udstyret med akustiske anti-kalkanlæg er det specifikke forbrug af netværksvand om sommeren mindre end i kontrolsystemerne. Lad os huske på, at i to TP'er fungerede anti-kalk-anordningerne gennem hele sommerperioden i en TP blev anti-kalk-anordningen slukket i maj 2001, efter en måneds kontinuerlig drift. I de to første TP'er er den gennemsnitlige månedlige specifikke kølevæskestrømshastighed lavere end strømningshastigheden ved kontrolvarmepunkter med 2-6 n onn/Gcal indtil november 2001 (centralvarmesystemet blev tændt i slutningen af september). driftskarakteristika for varmevekslerne i den tredje TP skal overvejes separat. I fig. 4 viser grafer over ændringer i den gennemsnitlige månedlige specifikt forbrug kølevæske i dette kompleks af varmepunkter.
Ovenstående graf viser tydeligt, at den specifikke kølevæskeflowhastighed i en TP udstyret med en APU er lavere end flowhastigheden i kontrol TP med 3-5 tons/Gcal indtil august 2001. Med andre ord et fald i effektiviteten af pladevarmeveksler opstod kun to, to og en halv måned efter at have slukket for anti-kalk-enheden. Overvejelse af de gennemsnitlige månedlige værdier af forskellen i temperatur af netværksvand ∆T bekræfter dette resultat- overskuddet af ∆T ved et varmepunkt udstyret med en APU over de tilsvarende ∆T-værdier i kontrol-TP'er varer indtil august 2001.
De opnåede data om reduktion af strømningen af netværksvand, samtidig med at temperaturforskellen på netværksvand i varmepunkter udstyret med anti-skala-enheder, i forhold til strømningshastigheden og ∆T i kontrol TP, indikerer effektiviteten af APU. Konsistensen af de opnåede resultater bekræfter denne konklusion.
Trykforskellen på opvarmet vand ved indløbet/udløbet af varmevekslerudstyr er også et kendetegn for dets driftseffektivitet. Behandling af de registrerede værdier af trykfald blev udført, men nøjagtighedsklassen for de brugte vandtryksmåleinstrumenter tillod os ikke at identificere ændringer i trykfaldene af det opvarmede vand før og efter installation af APU'en, og ingen ændringer blev detekteret i trykfaldet i det opvarmede vand og i kontrol TP.
Konklusioner
Behandling af de registrerede data afslørede følgende ændringer i driftsparametrene for varmevekslere udstyret med anti-skala-enheder og kontrolvarmevekslere:
Om sommeren er forskellen i temperatur på netværksvandet ∆T ved hver ind-/udløb varmepunkt, udstyret med automatisk styresystem, højere end ∆Т i kontrol TP placeret på samme varmeledning
Faldet i det specifikke forbrug af netværksvand, efter slukning af centralvarmesystemet, i varmepunkter udstyret med automatiske kontrolsystemer er højere end i kontrolsystemerne
I forhold til samme periode sidste år var der et fald i det specifikke forbrug af netvand i TP'er udstyret med automatiske styresystemer og en stigning i forbruget af netværksvand i TP'er
Nøjagtighedsklassen for vandtryksmåleinstrumenter tillod os ikke at detektere forskelle i trykfald af opvarmet vand før og efter installation af anti-kalkanordninger
Varmevekslere installeret i varmepunkter udstyret med automatiske styreenheder opfatter en større del af varmen indeholdt i hvert ton kølevæske end de styreenheder.
De opnåede resultater giver os mulighed for at formulere følgende konklusioner: installation af akustiske anti-skala-enheder i Acoustic-T2-serien produceret af Koltso LLC og endda på kort sigt, i 1-3 måneder, fører deres kontinuerlige drift til:
Reduktion af specifikt kølevæskeforbrug.
Forøgelse af forskellen i temperatur på netværksvand ved ind-/udløb af varmeveksleren
Forøgelse af effektiviteten af kølevæskebrug
For at opnå kvantitative indikatorer for effektiviteten af brugen af akustiske anti-skala-enheder kræves længere overvågning af driftsparametrene for udstyrede automatiske kontrolenheder og kontrolvarmepunkter og periodiske målinger af øjeblikkelige værdier af temperaturer, tryk og strømningshastigheder af varme og opvarmet vand på hver varmeveksler installeret i TP til direkte bestemmelse af deres koefficienter varmeoverførsel.
Erfaringen med at bruge akustiske anti-kalkanordninger i lavenergiapplikationer viser imidlertid vanskeligheden ved at opnå en kvantitativ vurdering af effektiviteten af deres drift. Det utilstrækkelige udstyr af varmeforbrugsmålere på varmepunkter og den store fejl i de anvendte måleinstrumenter fører til, at hovedkriteriet for effektiviteten af APU er varigheden af driften af varmevekslingsudstyret mellem dets tvungne stop for rengøring. Forøgelse af perioden med non-stop drift af varmevekslerudstyr letter dog dets drift økonomisk effektivitet Brugen af akustiske anti-kalkanordninger i disse tilfælde er ikke indlysende. Udførelse af forskning baseret på eksperimentelt materiale, der gør det muligt at bekræfte den faktiske stigning i effektiviteten af varmevekslingsudstyr, når det er udstyret med anti-skalaenheder, retfærdiggør gennemførligheden af at bruge APU.
Ved at vedligeholde varmevekslerudstyret i en aflejringsfri tilstand ved at indføre ultralydsteknologi for at forhindre kalkdannelse undgås behovet for at øge forbruget af netværksvand, hvilket fører til reelle besparelser i varme og energi.
Ris. 1. Varmestation udstyret med en akustisk anti-kalkanordning "Acoustic-T2".
Ris. 2. Ændring i temperaturforskellen for forsyningsvand ΔT i transformatorstationskomplekset fra maj til september 2001 (række 1 - transformerstation udstyret med en anti-skala enhed).
Ris. 3. Ændring i specifikt kølemiddelforbrug i ét TP-kompleks fra marts til november 2001.
Ris. 4. Ændring i specifik kølevæskestrømningshastighed i transformatorstationskomplekset. APU blev deaktiveret i maj 2001.
Side 1
Varmevekslerens effektivitet afhænger af renhedsgraden af varmeveksleroverfladen.
For at øge effektiviteten af varmeveksleren anvendes også tværgående skillevægge af 7-segmenttypen (se fig. X.
Det er ikke svært at forbinde det her rejste spørgsmål om varmevekslerens effektivitet med behovet for at tage højde for temperaturforskellen og ved analyse af den termiske proces i lukket sløjfe. Det er klart, at for en ideel varmeveksler (00 - 0, hvilket er muligt ved t0 - v 0) er en sådan overvejelse ikke nødvendig.
Værdien af delvis produktrecirkulation som en måde at forbedre effektiviteten af en varmeveksler på er blevet bevist i praksis.
En positiv afvigelse i afstanden mellem gitrene reducerer S, men reducerer antallet af rør i rørbundtet og reducerer effektiviteten af varmeveksleren.
Væskeudskilleren (fig. 57) bruges til at separere væskedråber medført af damp fra ammoniakvarmevekslere, samt til at forsyne varmevekslere med flydende ammoniak, da den direkte indtrængning af ammoniak efter spjældventilen fører til et fald i effektiviteten af varmeveksleren på grund af udseendet af en betydelig mængde damp, der dannes under drosling.
Ved fyring af cement i roterovne anvendes cyklonvarmevekslere i vid udstrækning langs returvejen for opsamlet støv. Ofte dannes der faste støvaflejringer på arbejdsflader af cykloner og gaskanaler, som et resultat af, at varmevekslerens effektivitet falder, mængden af suget gas, overfladen og kontakttiden for støvede gasser med råmaterialer falder.
Lad os huske på, at muligheden for at øge varmevekslerens varmebelastning ved at recirkulere produktet ikke er absolut. Selvom en stigning i produktets hastighed, når det bevæger sig gennem varmeveksleren, er ledsaget af en mærkbar stigning i varmeoverførselskoefficienten, kan sidstnævnte ikke altid give positivt resultat med hensyn til at øge effektiviteten af varmeveksleren på grund af virkningen af faktorer, der forårsager den modsatte effekt.
Det første kriterium for tilfredsstillende drift af en TSP-veksler er opfyldelsen af kravene til driftsparametre: den krævede effekt af enheden skal leveres under drift fra én forebyggende vedligeholdelse til en anden under specificerede trykfaldsbegrænsninger og uanset stigningen i aflejringer på overfladen. Derfor er præstationskrav ikke altid opfyldt i praksis. Fra dette synspunkt er der for kvantitative vurderinger for få statistiske data om driften af individuelle enheder og information om virkningen af effektiviteten af deres drift på andre produktionsprocesser. Konstruktøren skal følgelig gennem beregning, under hensyntagen til virkningen af varmevekslerens driftseffektivitet på andre produktionsprocesser, garantere med rimelig sandsynlighed pålidelig drift apparat.
Hvis varmeveksleren arbejder med delvis kondensatfyldning, kan der opnås kontroleffekter ved at ændre kondensatstrømningshastigheden. Dette medfører en ændring i niveauet af kondensat i varmeveksleren. I dette tilfælde omfordeles varmevekslerfladerne mellem kondenseringsdampen og produktet på den ene side og kondensatet og produktet på den anden side. Intensiteten af varmevekslingen og derefter temperaturen på produktet ved udgangen af varmeveksleren ændres. Dette system giver dig mulighed for at øge effektiviteten af varmeveksleren med 6 - 7% på grund af fuld brug af varmen fra damp og kondensat. På grund af store forsinkelser kan dette system dog kun anbefales, hvis der ikke er skarpe forstyrrelser.
Sider: 1