Пластинчатый теплообменник. Устройство и принцип работы.

Пластинчатые теплообменники относятся к классу рекуперативных теплообменников и представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных металлических пластин с гофрированной поверхностью. Пластины, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями А и В чередуются между собой.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518 - 83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от -30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.

Рисунок 2.3.1 Устройство пластинчатого теплообменника.

Аппарат состоит (рис. 2.3.1) из группы теплообменных пластин 1, подвешенныхк горизонтальной верхней штанге 5. Концы верхней и нижней штанг закреплены в неподвижной плите 2 и на стойке 7. В собранном состоянии пластины при помощи прижимной плиты 3 и прижимных болтов 4 плотно сжимаются в один пакет. Пластины в разборных теплообменниках разделены прокладками, уплотняющими межпластинные каналы при сборке теплообменника. В рабочем положении собранные в пакет пластины плотно прижаты друг к другу и пространство канала, образующегося
между пластинами, герметично по отношению как к другому каналу, так и к внешней среде.

Каждая пластина на лицевой стороне имеет резиновую контурную прокладку, ограничивающую канал для потока рабочей среды и охватывающую два угловых отверстия (по одной стороне пластины или по диагонали), через которые проходит поток рабочей среды в межпластинный канал и выходит из него, а через два других отверстия, дополнительно изолированные малыми кольцевыми прокладками, встречный теплоноситель проходит транзитом.

Уплотнительные прокладки разборного пластинчатого теплообменника крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластины в аппарате образуют две системы герметичных межпластинных каналов, изолированных друг от друга металлической стенкой и прокладками: одна для греющей среды, другая для нагреваемой. Обе системы межпластинных каналов соединены со своими коллекторами и далее со штуцерами для ввода и вывода рабочих сред, расположенных на неподвиж ных опорных плитах.

Пластинчатые теплообменники разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра:

- разборные;

- полуразборные (полусварные);

- неразборные (паяные и сварные).

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

Аппараты могут эксплуатироваться в районах с умеренным и тропическим климатом. Существует много разных видов теплообменных аппаратов. В контактных (смесительных) теплообменниках потоки греющего и нагреваемого веществ приводятся в прямой контакт друг с другом. Типичный пример - струйный конденсатор, в котором разбрызгиваемая вода используется для конденсации водяного пара. В теплообменниках поверхностного типа теплоноситель и нагреваемая среда разделяются тонкой стенкой. Часть поверхности стенки, соприкасающаяся с греющим и нагреваемым потоками, называется поверхностью теплообмена. Примером теплообменника поверхностного типа может служить автомобильный радиатор, в котором вода системы охлаждения двигателя и более холодный атмосферный воздух находятся по разные стороны стенок решетки из тонких медных или латунных радиаторных трубок. В жаротрубных теплообменниках в результате сгорания топлива образуется поток горячих газов, как, например, в паровых котлах и бытовых котлах водяного отопления с топочным устройством.

Дальнейшая классификация теплообменных аппаратов основана на различиях их конструкции. На рис. 2.3.1 представлен часто встречающийся теплообменник кожухотрубного типа. Широко распространены также теплообменники с развитой поверхностью (пластинчатые, или ребристые). В них за счет применения поперечных ребер (рис. 2.3.3) достигается значительное увеличение площади поверхности теплообмена. Отношение площадей поверхности ребер и неоребренной части труб может достигать десяти. Правда, поверхность ребер менее эффективна в отношении теплопередачи, нежели собственная поверхность труб. И все же правильно спроектированный ребристый теплообменник более компактен, чем теплообменник без оребрения труб, т.е. при одинаковых рабочих условиях у него более высокая интенсивность теплопередачи, приходящаяся на единицу объема.

Рисунок 2.3.2 Теплообменик кожухотрубного типа.

Рисунок 2.3.3

Назначение теплообменников.

Основное назначение теплообменников - это передача тепла между двумя разделенными между собой средами.

Рисунок 2.3.4. Принцип работы пластинчатого теплообменника.

Передача тепла в пластинчатых теплообменниках осуществляется от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные гофрированные пластины, которые установлены в раму и стянуты в пакет. В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей.

Всепластины в пакете пластинчатого теплообменника одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов. Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику.