واجه كل منا أبسط المبادلات الحرارية. وخير مثال على ذلك هو تصميم "أنبوب في أنبوب" أو شيء من هذا القبيل. سيكون من الصعب تخيل حياتنا إذا لم يتم اختراع المبادل الحراري. يوجد اليوم عدد كبير من المبادلات الحرارية. إنها تختلف عن بعضها البعض ليس فقط في الخصائص التقنية ، ولكن أيضًا في النطاق والتصميم وما إلى ذلك. دعونا نتحدث بمزيد من التفاصيل حول هذا الموضوع ونتعامل مع النقاط المثيرة للاهتمام.
بعض المعلومات العامة
المبادل الحراري هو جهاز يستخدم لنقل الحرارة من وسط إلى آخر. في الوقت نفسه ، عليك أن تفهم أن المبادل الحراري نفسه ، بدون معدات التدفئة ، غير مجدي تمامًا ، ولكن في المجمع يمكنك الحصول على نتائج رائعة وتسخين الغرف الكبيرة جدًا والباردة بنجاح. بالإضافة إلى ذلك ، حاول العلماء باستمرار تقليل فقد الحرارة عند نقلها إلى بيئة أخرى. اليوم ليس من الممكنتتباهى بكفاءة 100٪ ، ولكن يمكننا التحدث بأمان عن كفاءة 90-95٪. يتم زيادة الخصائص التشغيلية والتقنية للمنتج من خلال استخدام المواد المعدة خصيصًا ، بالإضافة إلى المبرد. طبعا كل هذا يرفع سعر المعدات نوعا ما لكن الامر يستحق.
عند التصميم ، يواجه المهندسون باستمرار متطلبات متضاربة يجب دمجها في زجاجة واحدة. على سبيل المثال ، من الضروري تقليل المقاومة الهيدروليكية وفي نفس الوقت زيادة معامل نقل الحرارة. يجب أن يكون المبادل الحراري مقاومًا للتآكل ، ولكن ليس من الصعب جدًا صيانته. كل هذا أدى إلى ظهور أنواع كثيرة من المبادلات الحرارية. يتم استخدام أفضل ما يناسب الموقف
تصنيف المبادلات الحرارية
كما هو مذكور أعلاه ، يوجد حاليًا عدد كبير من المبادلات الحرارية. بادئ ذي بدء ، يجب فصلها وفقًا لطريقة انتقال الحرارة إلى الوسط. هنا تنقسم المبادلات الحرارية إلى المجموعات التالية:
- استرداد ؛
- متجدد ؛
- خلط ؛
- مسخن كهربائيا.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على المبادلات الحرارية الاسترداد. يشير تصميم المنتج إلى وجود جدار أحادي الطبقة أو متعدد الطبقات يتم من خلاله نقل الحرارة. عادة ما يحدث هذا بالفعل في حركة ثابتة. من المثير للاهتمام أنه في مثل هذه الأجهزة ، يتم نقل الحرارة بالحركة القسرية دون تغيير المرحلةتنص على. لكن هذا لا ينطبق إلا على المبادلات الحرارية التي تعمل بشكل دائم. إذا تحدثنا عن الوحدات ذات الوضع الدوري للتشغيل ، فسيتم تنفيذ التسخين والتبخر والتبريد لفترة معينة من الوقت ، وكل هذا في الوضع التسلسلي. تنتمي هذه الأجهزة إلى المبادلات الحرارية ذات الحركة الحرارية غير المستقرة. هذا يرجع إلى حقيقة أن درجة حرارة المبرد عند المدخل والمخرج تختلف اختلافًا كبيرًا. في كثير من الأحيان ، توجد هذه الركام في شكل لفائف وتكون رقائقية ومضلعة وأشكال أخرى. بعد ذلك بقليل سننظر في عدة أنواع. لكن تصنيف المبادلات الحرارية لا ينتهي عند هذا الحد
وحدات استرجاع و تدفئة كهربائية
في هذه الحالة ، تمامًا كما في الحالة السابقة ، يتم استخدام سطح التبادل الحراري لنقل الطاقة الحرارية. ومع ذلك ، فإن هذا السطح هو نوع من الفوهة. إنها تلعب دور الوسيلة التراكمية الوسيطة التي تتراكم فيها الحرارة. بشكل عام ، يمكن تقسيم العملية برمتها إلى عدة مراحل. في المرحلة الأولى ، تدرك الفوهة قدرًا معينًا من الحرارة. ثم هناك انتقال إلى المرحلة الثانية ، ويتم نقل المبرد فوق سطح الفوهة. يحدث هذا عند تغيير تدفق المبردات. في هذه المرحلة ، تبرد الفوهة تدريجيًا ، ويتم إطلاق الحرارة المتراكمة في البيئة الساخنة ، والتي قد تكون غرفتك.
المُجددات هي وحدات غير ثابتة. غالبًا ما تكون الفوهة ثابتة ، وتتكرر العمليات الحرارية بشكل متزامن. غالبًا ما تسمى الأجهزة من هذا النوع أجهزة غسل الغاز أوابراج تبريد
جوهر المبادلات الحرارية المسخنة كهربائياً هو أن الكهرباء تستخدم كمصدر رئيسي للحرارة. تستخدم تركيبات القوس الكهربائي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. يمكن أن تكون تدفئة مباشرة وغير مباشرة. أكثر المبادلات الحرارية شيوعًا في الصناعة هي السخانات الحثية والمقاومة. كما ترون ، يمكن أن تكون معدات التبادل الحراري مختلفة ، والآن سنلقي نظرة فاحصة على كل نوع ونطاقه وميزات تصميمه.
مبادلات حرارية لولبية
الجهاز عبارة عن زوج من القنوات الحلزونية. هم عادة يلتفون حول القسم المركزي. للقيام بذلك ، فهي مصنوعة من مادة ملفوفة. وتجدر الإشارة إلى أن المبادلات الحرارية الحلزونية مناسبة تمامًا لسوائل التدفئة والتبريد ذات اللزوجة العالية.
بشكل عام ، يتكون سطح التسخين من لوحين من المعدن ، متصلتين بالنواة بواسطة لحام. تتكون الوحدة نفسها من قناتين فقط ، عادة ما تكون مستطيلة ، مصنوعة على شكل حلزوني. نهاية اللولب (الداخلي) لها جدار فاصل ومثبتة بمسامير. يمكن عمل المبادلات الحرارية رأسيًا وأفقيًا. إذا لم يكن من الممكن تثبيت نوع واحد بسبب عدم كفاية المساحة أو التكوين المعقد للغرفة ، فسيتم استخدام النوع الثاني الأكثر تفضيلاً. ومن المثير للاهتمام أيضًا أن المستهلك يمكنه اختيار الحلزونيالمبادلات الحرارية ذات العروض الحلزونية المختلفة من 20 الى 150 سم. في نفس الوقت ، يمكن أن يختلف سطح التسخين من 3.2 إلى 100 متر مربع مع أقصى ضغط للنظام 1 ميجا باسكال.
وتجدر الإشارة إلى أن معدات التبادل الحراري هذه لديها عدد من المزايا الهامة. أولاً ، إنها مقاومة هيدروليكية منخفضة. ثانيًا ، الاكتناز والكفاءة العالية وكثافة نقل الحرارة. لكن كل هذا ساهم في حقيقة أن هناك عيوب في شكل تصميم وإصلاح معقد.
حول المبادلات الحرارية للوحة
حاليًا ، يتم تصنيع المبادلات الحرارية للألواح القابلة للطي وغير القابلة للفصل. بطبيعة الحال ، النوع الأول هو الأفضل لأسباب عديدة. أولا ، سهولة الصيانة. يتم تفكيك وتجميع هذه المعدات بسرعة كبيرة ، لذلك يتم التخلص من أي عطل في وقت قصير. عادة لا يتم إصلاح النماذج غير القابلة للفصل ، وإذا كانت كذلك ، فحينئذٍ تكون أطول من ذلك بكثير.
في الواقع ، يشير الاسم إلى أن هذه المعدات تتكون من مجموعة من الألواح الجاهزة. يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مختلفة مثل النحاس ، التيتانيوم ، الجرافيت ، إلخ. دائمًا تقريبًا ، لتحسين خصائص الأداء ، يتم تصنيع الصفائح مموجة. في المبادلات الحرارية اللوحية ، يمر تدفق المبرد البارد والساخن في طبقات.
المعدات نفسها جيدة لأنها ذات تصميم كفء. هذا جعل من الممكن زيادة مساحة سطح التبادل الحراري وتناسب كل هذا في أبعاد صغيرة نسبيًا.على أي حال ، قبل الشراء ، يتم إجراء حساب للمبادلات الحرارية ، والذي يسمح لك بالحصول على بيانات حول مقدار الطاقة التي يحتاجها الجهاز في حالة معينة. يجب أن يكون مفهوماً أن جميع اللوحات التي يتم سحبها معًا في حزمة تشكل قنوات فيما بينها بسبب نفس الشكل. يتدفق السائل من خلالها. حسنًا ، سننظر الآن في بعض التفاصيل الأكثر إثارة للاهتمام التي تتعلق بهذه المعدات.
استخدام الحشيات
كما هو مذكور أعلاه ، فإن العنصر الرئيسي لنقل الحرارة هو اللوحات. هم مختومون على البارد. لهذا الغرض ، يتم استخدام سبائك مقاومة للتآكل ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من متانة وكفاءة الوحدة. يمكن أن يختلف سمك الألواح ، حسب الطراز ، من 0.4 إلى 1.0 مم. في وضع العمل ، يتم ضغط الألواح بإحكام ضد بعضها البعض. في هذه الحالة ، يتم تشكيل قنوات صغيرة مشقوقة. يوجد على الجانب الأمامي أخدود خاص ، يتم تثبيت حشية مطاطية (ختم) هناك. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الجوانات على فتحات ضرورية لتزويد السوائل وإزالتها. في حالة اختراق إحدى الثقوب ، يتم توفير نظام لأخاديد التصريف لمنع اختلاط الوسائط الباردة والساخنة.
نظرًا لإنشاء تيار معاكس بين الوسيطتين ، كان من الممكن ليس فقط تحقيق تحسن في مجموعة درجة الحرارة ، ولكن أيضًا نقل الحرارة بشكل أسرع بمقاومات هيدروليكية صغيرة نسبيًا. لن يكون من غير الضروري أن نقول إن المبدأ الأساسي للعملية يعتمد على التيار المعاكس ، أي حركة التسخين وسائل التسخين في اتجاهات مختلفة. لمنع الاختلاط ، يتم تثبيت ختم مطاطي مزدوج أو لوحة معدنية. قد يختلف عدد اللوحات والقنوات حسب المتطلبات التشغيلية للجهاز. قبل الإنشاء ، يتم إجراء حساب حراري للمبادلات الحرارية ، مما يجعل من الممكن تحديد الوضع الأمثل للتشغيل. في بعض الأحيان يتم استخدام السبائك باهظة الثمن التي لا تخاف من التشغيل طويل الأمد في بيئة عدوانية.
المبادلات الحرارية ذات الزعانف
PRT تستخدم لنقل الحرارة في الوسائط الغازية وغير العدوانية في نطاق درجات حرارة واسع ، من -270 إلى +200 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يمكن أن يصل الضغط في النظام إلى 100 ضغط جوي ويبدأ من فراغ. يعتمد التصميم على فكرة تطبيق سطح مضلع على جانبي الألواح. يتكون المنتج نفسه من عدة أضلاع ، بفضل نقل الحرارة بين الوسائط. من الجدير بالذكر أن المبادل الحراري ذو الصفيحة الزعانف يحتوي على مجموعة متنوعة من أشكال الزعانف. يتيح لك ذلك تغيير الخصائص التشغيلية والتقنية بشكل طفيف. في أغلب الأحيان يمكنك رؤية الأضلاع المستمرة والمموجة. ولكن بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا المزيد من الأنواع الغريبة ، مثل المثقبة والقشرية. وعادة ما تستخدم الصفائح المعدنية كمادة. سمكها قابل للتعديل حسب الضغط في النظام والسائل المستخدم.
غالبًا ما يتم تصنيع هذه الأنواع من المبادلات الحرارية بأنواع مختلفة من التدفق. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام التدفق المعاكس ، ولكن هناك أيضًاالدوائر المباشرة والمتقاطعة. إذا تحدثنا بإيجاز عن نقاط القوة في هذه المعدات ، فهناك الكثير منها. أولاً ، هذه خصائص تشغيلية ، مثل نقل الحرارة السريع والمكثف. ثانيًا ، إنه صغير الحجم. اليوم ، يقول الكثيرون أن المبادلات الحرارية ذات الزعانف هي الأكثر تقدمًا. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام إعادة الإعمار (PRT) في صناعات مثل الطاقة وتكرير النفط والصناعات الكيماوية والطيران. كل هذا يرجع إلى عدد كبير من المزايا ، بالإضافة إلى مجموعة كبيرة من السوائل والضغوط المستخدمة في النظام.
مبادل حراري شل وأنبوب: التصميم والميزات
معدات التبادل الحراري من النوع السطحي ، والتي استعرضناها بالفعل ، ليست شائعة مثل وحدات الغلاف والأنبوب. هذه فقط الأجهزة التي تم ذكرها في البداية ، في أبسط إصدار - هذا هو نظام "الأنبوب في الأنبوب". المبادل الحراري من هذا النوع هو نظام (حزمة) من الأنابيب التي توضع في غلاف. يتم لف الأنابيب ولحامها بجسم المنتج. في بعض الحالات ، يتم حرقها بشكل إضافي. يتم ذلك لضمان إحكام الغلق بنسبة 100٪. يتم تزويد الجسم بفوهات إضافية. بعضها ضروري لتزويد البخار ، والبعض الآخر لإزالة المكثفات. بالإضافة إلى ذلك ، توجد حواجز شبكية عرضية في الغلاف ، والتي تُستخدم لدعم أنابيب التبادل الحراري بطول الوحدة بالكامل. ومن المثير للاهتمام ، أن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب تستخدم في درجات حرارة من 190 درجة مئوية أوضغط بخار مشبع يزيد عن 15 بار.
أي نظام يتضمن حركة السوائل يمكن أن يخضع لمطرقة مائية. هذه الظاهرة قادرة على إلغاء تنشيط الجهاز جزئيًا أو كليًا. لمنع حدوث ذلك ، يتم استخدام أنواع مختلفة من عناصر التخزين ، ما يسمى بخزانات التمدد. لكن في حالتنا ، هذا ليس ضروريًا ، لأن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب شديدة المقاومة لها. بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد متطلبات صارمة لنظافة البيئة. من العيوب الكبيرة لهذه المعدات أن جميع أنواع المبادلات الحرارية من هذا النوع كثيفة المعادن للغاية ، مما يؤثر على التكلفة النهائية والأبعاد.
المبادلات الحرارية لمعدات الغاز
ليس سرا أن أي غلاية تعمل بالوقود الصلب أو الغاز بها مبادل حراري في تصميمها ، فهي تسمى أيضًا السخانات. لقد درسنا بالفعل الأنواع الرئيسية. كما لاحظت على الأرجح ، يتم استخدام هذه الأنواع أو تلك في صناعات مختلفة. وجدت بعض الأجهزة تطبيقات أوسع ، والبعض الآخر يستخدم في صناعات معينة ولا يناسب الآخرين. في حالتنا ، يتم استخدام المبادلات الحرارية الأنبوبية واللوحية. في الحالة الأولى ، نتعامل مع نظام أنابيب ، في الحالة الثانية - مع لوحات. من حيث المبدأ ، بغض النظر عن النوع ، يجب أن يفي المبادل الحراري الخاص بالسخان بعدد من المتطلبات. أولاً ، أن يكون لديك معامل انتقال حرارة مرتفع ، وثانيًا ، أن يكون متينًا ومقاومًا لدرجات الحرارة المرتفعة. المواد الأكثر شعبية هي النحاس والألمنيوم وصلب. الخيار الأخير أقل تفضيلاً ، لأن هذا المعدن ثقيل ، مما يقلل من الكفاءة. على أي حال ، يجب أن يعمل المبادل الحراري للسخان لمدة 5 سنوات على الأقل.
الخلاصة
لذلك قمنا بمراجعة الأنواع الرئيسية للمبادلات الحرارية. تم ترك الأنواع مثل الصدف والصفيحة دون اهتمام. من حيث المبدأ ، فهي تختلف قليلاً عن الرقائقي الكلاسيكي أو المضلع. ولكن يمكنك في كثير من الأحيان العثور على مواقد حمام مع مبادل حراري مع غلاف. ومع ذلك ، فإن السمة الرئيسية هي أن الجهاز مقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة وضغوط التشغيل. يمكن أن يكون الغلاف مصنوعًا من مواد مثل التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الكربوني. من المثير للاهتمام أن مواقد الاستحمام المزودة بمبادل حراري ذو غلاف ولوح منظم جيدًا للبخار أو المكثف ، وهو بلا شك ميزة مهمة. من حيث المبدأ ، يمكن أن يكمل هذا القصة ، لأنك الآن تعرف كل ما تحتاجه حول المبادلات الحرارية.
