Сборка теплообменников труба в трубе

Сборка теплообменников труба в трубе

Теплообменник «труба в трубе», или теплообменный аппарат с кожухом в виде внешней трубы, работает по тому же принципу, что и коаксиальный дымоход печи или газового котла. Отличается первый от второго тем, что внешняя труба не закрывает внутреннюю по всей длине.

Сборка теплообменников труба в трубе Сборка теплообменников труба в трубе

Теплообменник типа «труба в трубе» по принципу работы напоминает похожие агрегаты, построенные по немного иной схеме. Его назначение – нагрев или отвод тепла от теплоносителя в установках бытового (отопление) и промышленного исполнения. Эти установки применяются в нефтегазовой и химической индустрии.

С помощью теплообменника происходит обмен тепловой энергией между двумя субстанциями, разнесёнными друг от друга. Для этого им нужен посредник – третья среда, переносящая значительную часть этого тепла. Это значит, что одна среда служит нагревателем, и она же может выступать в роли охладителя.

Сборка теплообменников труба в трубе

Тепло может передаваться поверхностным, регенеративным или смешивающим методом. В первом случае теплоносители разделены между собой при помощи стенки с высокой теплопроводностью. Второй метод основан на последовательном и циклическом нагревании и охлаждении отдельного модуля или детали.

Последний метод подразумевает перемешивание, соединение двух сред, обладающих разностью теплового потенциала.

Сборка теплообменников труба в трубе

Теплообменник, в котором одна труба меньшего диаметра помещена в другую побольше, относят к поверхностным устройствам. Сложности в построении таких теплообменников особой нет. При наличии нескольких секций одновременно внешние трубы соединяются, как и внутренние, с такими же.

Соединение внешней трубы с внутренней не допускается. И внешние, и внутренние трубы могут быть соединены при помощи съёмных (как правило, фланцевых) патрубков. В результате система образует собой упорядоченный и законченный жидкостный тракт.

Энергоносителем, переносящим тепло, может быть вода, техническое масло, инертные газы и иные неагрессивные к стали и алюминиевым сплавам среды. Разъёмные соединения позволяют производить сливание жидкости и прочистку всех пустот внутри конструкции.

Внутренние трубы по сравнению с наружными обладают сравнительно небольшим диаметром, это позволяет теплоносителю перемещаться по ним заметно быстрее, чем по внешнему контуру с секциями большего диаметра.

Сборка теплообменников труба в трубе Сборка теплообменников труба в трубе

Но соответствующие секции могут соединяться и параллельно: меньший диаметр труб с меньшим, больший – с большим. В результате конструкция строится по «шинному» методу.

Простота построения подобной системы не требует привлечения инженеров-сантехников. Для этого достаточно лишь знаний, полученных из школьного курса термодинамической физики. Высокая скорость доставки теплоносителя по трубопроводам даёт возможность подобрать оптимальный диаметр трубопроводов, чтобы данная система давала заметную отдачу.

Разъёмность и возможность перенести теплообменник (и), простота очистки каналов в системе также не требуют привлечения специалистов – а срок службы возрастает при проведении плановых чисток. Кроме воды, часто применяют газ и пары – те так же хорошо переносят тепло. Но, кроме преимуществ, изъяны у теплообменников также имеются.

  1. Большой вес. Недостаток этот является следствием внушительных размеров.

  2. Не всегда имеется возможность выделить свободное место в помещении для установки такого модуля.

  3. Дороговизна. Хотя трубы производятся главным образом из среднелегированных средне- и низкоуглеродистых сталей, железо, стальные сплавы в больших количествах стоят ощутимо дорого. Когда речь заходит о стокилограммовой секции, количестве этих секций, то сталь уже не кажется дешёвым решением.

  4. Необходимость точного расчёта характеристик в соответствии с параметрами строений и их помещений. Не тщательный просчёт значений параметров приведёт к тому, что в комнате или нежилом помещении будет либо слишком жарко, либо слишком холодно.

Сборка теплообменников труба в трубе

Ввиду всех вышеперечисленных факторов, общий ценник на монтаж останется далеко не низким.

Теплообменники по своим рабочим значениям рассчитываются исходя из типа конструкции и способа передачи тепла.

Теплообменный аппарат как самостоятельное устройство может считаться либо рекуператором (обмен теплом через стенку), либо регенератором (две среды с разными температурами соприкасаются с одной и той же стенкой).

Сборка теплообменников труба в трубе

Змеевик – в несколько раз меньшая по диаметру трубка, навитая на дымоход. Такая конструкция часто используется в бане или душевой. По мелкой трубке движется вода – она забирает на себя жар, передаваемый дымоходу от разогретых отработанных газов.

Сборка теплообменников труба в трубе

Труба в трубе – уже знакомая вам конструкция. Меньшая труба проходит в большей. Усовершенствованный вариант – спиральные теплообменники. Такой агрегат выполнен в качестве навитой меньшей по диаметру трубы по стенкам большей – изнутри.

Цилиндр – насажен на дымоход. Внутренние стенки цилиндра соприкасаются со стенками дымохода. Пример – знакомый всем плоскоцилиндрический бак для бани, через который проходит дымоход, нагревающий воду в этом бачке.

Кожухотрубные – резервуар со вставленными трубками, число которых может достигать сотен. Теплоноситель с большей температурой перемещается по этим трубкам.

Другое пустое пространство, не занятое этими трубками, заполнено циркулирующей по другому контуру водой.

Такой вид теплообменников относят к многопоточным: трубопроводы внутри можно сделать независимыми, от разных контуров подачи тепла.

Однопоточный многотрубочный теплообменник устроен так, что все эти трубки соединены последовательно – как секции в обычном змеевике, который представляет собой единую трубку.

Пластинчатые – эти конструкции напоминают радиатор. Однако вместо сплошных пластинок в них вставлены канальные – плоского типа, по которым перемещается теплоноситель.

Пространство, не занятое этими пластинчатыми модулями, как и в предыдущем случае, заполнено перемещающейся водой, которая и служит теплосъёмником.

Оптимальным режимом работы считается состояние, при котором оба теплоносителя движутся встречно-параллельно.

При расчёте «трубы в трубе» в первую очередь учитывают теплопроводность материала, а также его механическую прочность. Обе характеристики должны быть оптимально сбалансированы.

По коррозионной устойчивости лучшим решением принята нержавейка – сталь, в которой содержится минимум 13% хрома (по массе).

Однако, прежде чем просчитать значение длины, надо учесть такие параметры, как:

  • температурная разность потенциалов теплоносящих сред;
  • теплонагрузка от потребителя;
  • коэффициент теплопередачи между стенками агрегата и теплосредой;
  • теплорезистентность материала, из которого изготовлены трубопроводы;
  • площадь теплопередающих поверхностей;
  • гидравлические параметры агрегата;
  • механическая нагрузка на трубы системы отопления.

Делать габариты системы необоснованно завышенными не рекомендуется – это отразится на простоте обслуживания установки.

Длина теплообменных секций рассчитывается в соответствии с кубатурой и квадратурой помещения (или всего строения), которое потребуется обогреть, а также со значениями вышеперечисленных параметров. Слишком длинная секция теплообменника создаст чрезмерную теплонагрузку на котёл или колонку.

А вот дровяная печь, от теплообменника которой теплом снабжается самостоятельно построенная вами система, не пострадает: если тепла не будет хватать, то нагреваться собранный вами теплообменник будет недостаточно быстро.

Если же расчётная рабочая мощность первичного нагревателя оказалась заметно больше, необходимо воспользоваться встроенным терморегулятором – и выставить нагрузку на котёл, печь или колонку оптимально, чтобы вода в теплообменных контурах не вскипала.

Регулирование в системе с маломощным котлом или колонкой и излишне мощным теплообменником не имеет смысла: первичный источник жара будет всё время загружен до предела.

Чтобы смонтировать систему «труба в трубе», выполните следующие шаги.

  • Сверяясь по чертежу, распилите трубу большего и меньшего диаметра на отрезки.
  • Согните промежуточные отрезки трубы в Г-образные колена, и приварите к ним ответные стороны фланцев.
  • Наденьте на основные отрезки трубы (для теплоносителя) секции внешней трубы. Укрепите внешнюю трубу на внутренней с помощью фланцев, внутренний диаметр которых совпадает с внешним диаметром внутренней трубы. Все соединения делаются сварными.
  • Изготовьте патрубки для внешней трубы. Можно взять трубу, гораздо меньшую по диаметру, чем отрезки той, из которой изготавливается внешний контур. Можно взять, к примеру, ту же самую трубу, которая использована для внутреннего контура. Прорежьте отверстия в секциях внешнего контура, и закрепите эти патрубки при помощи всё той же сварки. Наварите на патрубки фланцы.
  • Проверьте герметичность всех швов, и начните собирать теплообменник. Если он монтируется на несущей стене здания или постройки – располагайте секции вертикально, одну над другой, но так, чтобы патрубки при помощи фланцев соединялись плотно. Не забудьте установить уплотнители (например, резиновые прокладки), чтобы теплоноситель не вытекал наружу. Проверяйте уровнемером вертикальность сборки и параллельность секций, расположенных друг над другом.
  • Когда основная часть – внешний контур – будет собран, дособерите внутренний, изготовив колена из трубы меньшего диаметра, применявшейся для внутреннего трубопровода в секциях. На все отрезки меньшей трубы, включая секции внутреннего контура, наварите фланцы соответствующего диаметра. Поставьте прокладки, и соберите внутренний контур.
  • Подведите трубопроводы к внешнему и внутреннему контуру в соответствии с вашим проектом. Система собрана. Протестируйте, залив в оба контура теплообменную жидкость – в простейшем случае это вода. Запустите газовый котёл или колонку, дровяную печь или электронагреватель, выполняющий роль первичного источника тепла. Для водяных систем, работающих без искусственного нагнетания давления, должны быть установлены расширительные бачки с патрубком, кран на котором должен быть слегка приоткрыт.
Читайте также:  Таежный топор своими руками, особенности и разновидности

Перед тем как использовать собранный теплообменник, проверьте, насколько быстро нагревается вода во внутреннем контуре от газовой колонки или котла, электронагревательной установки. .

Если к контуру котла или печи подключён внешний, а не внутренний контур, то проверьте, насколько быстро нагреется теплоноситель во внутреннем контуре.

Теплообменник труба в трубе: 2 заводских вида + 2 самодельные конструкции

SlavagodM Сборка теплообменников труба в трубе

Нагревательный прибор

Как это часто бывает, мнения по какому-либо определённому вопросу оказываются полярными, так что если вы решили сделать теплообменник — труба в трубе своими руками, то вам не мешало бы проанализировать этот вопрос.

Например, в газовых котлах ремонтники отдают предпочтение раздельному устройству, но различные фирмы при этом упорно продолжают производить битермические — нонсенс? Поэтому давайте всё-таки разберёмся, как функционирует конструкция, оценим положительные и отрицательные стороны, а также посмотрим видео в этой статье.

Битермический теплообменник

Назначение

Сборка теплообменников труба в трубе

Чертеж теплообменника труба в трубе, который можно использовать для отопления

Битермические радиаторы в одном лице, то есть в одной конструкции совмещают теплообменники для отопительного контура и проточного горячего водоснабжения. Как правило, чаще всего основная или наружная труба делается из меди, так как у неё повышены теплопроводные свойства.

Вторая труба, которая вставляется внутрь, зачастую имеет ромбическое сечение и припаивается к основному профилю в нескольких точках для фиксации. Промежуточная полость или расстояние между стенками двух труб предназначено для прокачки и нагрева воды, поступающей на отопительный контур. Полость же ромба предназначена для снабжения ГВС.

Чтобы увеличить КПД теплоотдачи устройства, на поверхности конструкции обычно приваривают или напрессовывают пластины в перпендикулярном положении. Принцип функционирования или инструкция здесь заключается в том, чтобы передавать температуру одной среды для другой. А источником обогрева здесь может быть не только вода — это различные жидкости, пар или газ.

Важную роль в КПД играет металл. Лидерами здесь можно назвать медь и серебро, но так как цена серебра довольно-таки высока, то по вполне понятным причинам используется медь.

Для наглядности можно привести следующие цифры: коэффициент теплопроводности стали в 7,5 раз ниже, чем у меди, но в 200 раз выше, нежели у пластика.

В связи с этим можно привести такое сравнение — для однозначного обогрева понадобится либо 11,7м меди, либо 12м стали, либо 2000м пластика.

2 категории теплообменников

Сборка теплообменников труба в трубе

Коаксиальный теплообменник — применяется для охлаждения молока

Все теплообменники разделяются на две категории и могут быть:

  1. Охладительные. Этот вариант заполняется холодным газом или жидкостью. При контакте с охладителем тёплая субстанция растрачивает накопленную энергию и остывает.
  2. Нагревательные. Этот вид заполняется нагретым газом или жидкостью. Следовательно, при контакте двух субстанций более тёплая из них делится энергией с более холодной — процесс остаётся точно таким же, как и в первом случае, но результат на выходе противоположный.

Сборка теплообменников труба в трубе

Поверхностный теплообменник

Особенности

Эти два указанные выше вида разделяются по конструкционным особенностям:

  1. Поверхностные. Греющий или охлаждающий наполнитель контактирует с окружающей средой через поверхность ёмкости, например, комнатный радиатор.
  2. Регенеративный. Здесь возможно поочерёдная подача холодной и горячей субстанции к специально установленной насадке — она при нагреве и охлаждении регулирует температуру окружающей среды.
  3. Смесительный. Смешивание двух субстанций разной температуры в определённых пропорциях приводит к нужному знаменателю.

Сборка теплообменников труба в трубе

Поверхностный вариант — труба в трубе

В большинстве случаев в бытовых условиях (производственных тоже) используются поверхностные конструкции, но они радикально отличаются по конфигурации. Так, среди них можно выделить три основных типа:

  1. Труба в трубе, как на верхнем фото.
  2. Змеевик — делается из тонкой трубки, которая закручивается спиралью.
  3. Пластинчатые — группа пластин комплектуется в кассеты, надетые на трубы, и по их лабиринтам циркулирует жидкость.

Труба в трубе: самостоятельная работа

Сборка теплообменников труба в трубе

Тройник с углами 90°

Для изготовления теплообменника труба в трубе нам понадобятся такие материалы и инструменты:

  • медные трубки с разным диаметром — 2 штуки;
  • тройник с углами 90° по диаметру большей трубки — 2 штуки;
  • трубки с диаметром тройника, короткие — 2 штуки;
  • электро- или газосварка (можно мощный паяльник с припоем для меди);
  • болгарка с обрезным диском;
  • метрическая рулетка.

Вариант 1

Сборка теплообменников труба в трубе

Профиль разного диаметра

Лучше всего использовать медь, хотя за неимением материала можете взять нержавеющую сталь. Однако в таком случае вы получите более низкий КПД. Диаметр внутреннего профиля должен быть как минимум на 4 мм меньше наружного, чтобы между стенками было хотя бы по 2 мм.

Сборка теплообменников труба в трубе

Принципиальный чертёж — теплообменник типа труба в трубе

Итак:

  1. На трубку большего диаметра с обеих сторон навариваем боковой стороной по тройнику, и вставляет туда профиль меньшего диаметра.
  2. Затем вставляем туда же профиль меньшего диаметра, как это показано на верхнем чертеже, и провариваем торцы тройников.
  3. Теперь лишь остаётся к свободным концам тройников приварить короткие трубки для подачи и выхода жидкости, и можно запускать изделие в эксплуатацию.

Вариант 2

Сборка теплообменников труба в трубе

На фото — водяной теплообменник для печи

В данном случае используются две горизонтальные стальные трубы, расположенные параллельно друг к другу:

  • между ними навариваются от 6 до 9 колон, то есть получается колончатый радиатор;
  • входное отверстие (на подачу) здесь делается вверху, а сливное (обратка) — снизу, причём здесь обязательно нужно нарезать резьбу или наварить сгоны для подсоединения к отопительному контуру;
  • чтобы установить такую конструкцию в полости топки, вам нужно либо разбирать печь, либо произвести это на стадии закладки фундамента, то есть – сразу;
  • по мере возведения рядов кладки используются кронштейны для крепления теплообменника, а его выходное отверстие должно быть на несколько миллиметров выше контура подачи;
  • от входных отверстий за пределы печи выводятся патрубки, на конце которых нарезается резьба или привариваются сгоны для подключения общего контура.

Сборка теплообменников труба в трубе

Мощность можно регулировать

Расчет теплообменника труба в трубе зависит от площади обогреваемого помещения, но сделать это в домашних условиях для самодельной конструкции достаточно сложно, поэтому вы можете воспользоваться терморегулятором. Это небольшое и недорогое устройство устанавливается перед трубой подачи и может быть даже без внешнего питания.

Заключение

Замечу, что без самодельных или заводских теплообменных устройств не обходится ни одна квартира или частный дом, и изделия при этом могут быть разной конструкции. Если же вы хотите предложить какие-либо свои идеи или у вас возникли вопросы – приглашаю обсудить тему в х!

2 сентября 2016г. Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора – добавьте комментарий или скажите спасибо!

Как работает теплообменник труба в трубе – преимущества и недостатки устройства

  • Содержание:
  • Общая информация про теплообменник труба в трубе
  • Конструкционные особенности
  • Достоинства теплообменника
  • Особенности проектировки

Теплообменник труба в трубе служит для нагревания или охлаждения теплоносителя в системах отопительного и промышленного типа. Данные аппараты используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности.

Сборка теплообменников труба в трубе

Общая информация про теплообменник труба в трубе

При помощи теплообменных аппаратов, или теплообменников, осуществляется обмен тепловой энергией между двумя веществами, использующимися в роли теплоносителя. Это приводит к нагреванию одного из них, и охлаждению другого. Исходя из этой способности одни теплообменники на тепловых трубах выполняют роль нагревателей, другие – холодильников.

Сборка теплообменников труба в трубе

Способ передачи тепла устройствами может быть:

  • Поверхностным. Служит для разделения теплоносителя. В данном случае предусмотрена специальная стенка, хорошо проводящая тепло между двумя отделениями резервуара.
  • Регенеративным. Процедура передачи тепла включает в себя два этапа, в процессе которых специальная насадка попеременно нагревается и охлаждается.
  • Смесительным. Для теплообмена двух сред применяется их прямой контакт и перемешивание.

Конструкционные особенности

Данную группу аппаратов относят к поверхностным тепловым приборам. Устройство теплообменника труба в трубе не отличается особой сложностью.

Чаще всего в состав теплообменника входит несколько элементов: их располагают друг над другом, соединяя между собой специальным креплением.

В состав каждого отдельного звена входят вставленные друг в друга трубы, предназначенные для теплообмена между собой. Внешнюю трубу большего диаметра соединяют с аналогичными элементами соседних отделений.

Читайте также:  Держатель для катка из труб детский

Сборка теплообменников труба в трубе

Это же касается и расположенных внутри труб меньшего диаметра: для них также применяется последовательное соединение.

Для обеспечения возможности регулярных чисток на всех соединениях устанавливаются разъемы. Внутренние трубы в основном соединяют съемными калачами.

За счет маленького поперечного сечения внутри системы достигается высокая скорость перемещения теплоносителя по трубам и между ними.

Если теплообмен требуется для теплоносителя в больших объемах, конструкцию аппарата дополняют несколькими добавочными секциями, для объединения которых предусмотрены общие коллекторы.

Достоинства теплообменника

Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников.

Сборка теплообменников труба в трубе

К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее:

  1. Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно.
  2. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы.
  3. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах.

Сборка теплообменников труба в трубе

К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты:

  • Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто.
  • Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна.
  • Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается.

Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях.

Особенности проектировки

Во время проведения расчетных мероприятий теплообменника труба в трубе нужно подобрать наиболее оптимальный материал, из которого он будет изготовлен. Кроме того, на этом этапе определяют основные параметры конструкции.

Хотя ниже и будут рассмотрены основные моменты проектировки аппаратов данной группы, однако самостоятельное проведение подобных работ не рекомендуется.

  “Как сделать теплообменник на трубу дымохода – варианты конструкции и способы монтажа”.

Лучше всего, если этим займутся специалисты по теплотехнике. Так как для целого ряда теплоносителей характерна повышенная коррозийная активность, основные элементы теплообменника стараются изготовлять из нержавеющей стали.

Этим также обеспечивается максимально возможная продолжительность службы аппарата. При использовании для изготовления другого материала потребуется проведение тщательного анализа особенностей эксплуатации теплообменника.

Сборка теплообменников труба в трубе

Чтобы рассчитать габариты основных секций теплообменника труба в трубе, потребуется информация о следующих параметрах:

  • Средний показатель разницы температур теплоносителей.
  • Тепловая нагруженность прибора.
  • Коэффициент теплоотдачи, происходящей между стенками аппарата и теплоносителем.
  • Показатель теплового сопротивления стенок теплообменника.
  • Площадь расчетной поверхности, вдоль которой осуществляется теплообмен.

Теплотехнические характеристики потребуется дополнить еще некоторыми расчетами. В первую очередь это касается гидравлических параметров, которыми обладает аппарат.

Принцип работы теплообменника труба в трубе во многом зависит и от того, какая механическая нагрузка оказывается на металлические трубы системы отопления.

Что касается коэффициентов теплообмена труб, то они напрямую зависят от рабочих сред, с которыми взаимодействуют: их знание позволит самостоятельно рассчитать теплообменную систему.

Несложная конструкция теплообменника труба в трубе содействует значительной распространенности аппаратов данного типа. Главное, чтобы большие габариты системы не являлись помехой в установке и последующей ее эксплуатации.

Теплообменники труба в трубе для нагрева и охлаждения рабочей среды

Запрос на оборудование

  • Задать вопрос
  • Описание
  • Теплообменники труба в трубе предназначены для эксплуатации на нефтегазовых, химических и нефтехимических предприятиях, где используются для нагрева или охлаждения теплоносителя в системах отопления.

Теплоносителем внутри теплообменника типа труба в трубе может быть как пар, так и вода. Вариативность позволяет достичь универсального применения в конкретном технологическом процессе, обеспечивая равномерный прогрев рабочей среды.

ТД САРРЗ поставляет следующие типы теплообменников труба в трубе до места эксплуатации:

Тип теплообменника Конструкция Допустимый состав среды Очистка поверхности труб
ТТОН Однопоточный неразборный Отсутствие засорений и возможных отложений на поверхности труб Не требуется
ТТОР Однопоточный разборный Сильное загрязнение среды, наличие механических и иных примесей Допускается очистка внутренней и наружной стенок
ТТМ и ТТРМ Многопоточный разборный Наличие примесей, большой расход среды в пределах 10-300 тонн в час

Каждый тип теплообменника труба в трубе сконструирован таким образом, чтобы сделать технологические проверки и операции максимально удобными. Одной из важных операций во время эксплуатации является чистка внутренних стенок, которая не занимает много времени и позволяет продлить срок службы.

Общая информация про теплообменник труба в трубе

При помощи теплообменных аппаратов, или теплообменников, осуществляется обмен тепловой энергией между двумя веществами, использующимися в роли теплоносителя. Это приводит к нагреванию одного из них, и охлаждению другого. Исходя из этой способности одни теплообменники на тепловых трубах выполняют роль нагревателей, другие – холодильников.

Способ передачи тепла устройствами может быть:

  • Поверхностным. Служит для разделения теплоносителя. В данном случае предусмотрена специальная стенка, хорошо проводящая тепло между двумя отделениями резервуара.
  • Регенеративным. Процедура передачи тепла включает в себя два этапа, в процессе которых специальная насадка попеременно нагревается и охлаждается.
  • Смесительным. Для теплообмена двух сред применяется их прямой контакт и перемешивание.

Пример расчета теплообменника

Основной целью проведения расчета является вычисление необходимой площади теплообменной поверхности. Тепловая (холодильная) мощность обычно задается в техзадании, однако в нашем примере мы рассчитаем и её, для, скажем так, проверки самого техзадания.

Иногда бывает и так, что в исходные данные может закрасться ошибка. Одна из задач грамотного инженера — эту ошибку найти и исправить. В качестве примера выполним расчет пластинчатого теплообменника типа «жидкость — жидкость». Пусть это будет разделитель контуров (pressure breaker) в высотном здании.

Для того чтобы разгрузить оборудование по давлению, при строительстве небоскрёбов очень часто применяется такой подход.

С одной стороны теплообменника имеем воду с температурой входа Твх1 = 14 ᵒС и выхода Твых1 = 9 ᵒС, и с расходом G1 = 14 500 кг/ч, а с другой — тоже воду, но только вот с такими параметрами: Твх2 = 8 ᵒС, Твых2 = 12 ᵒС, G2 = 18 125 кг/ч.

Необходимую мощность (Q0) рассчитаем по формуле теплового баланса (см. рис. выше, формула 7.1), где Ср – удельная теплоёмкость (табличное значение). Для простоты расчетов возьмём приведённое значение теплоёмкости Срв = 4,187 [кДж/кг*ᵒС]. Считаем:

Q1 = 14 500 * (14 — 9) * 4,187 = 303557,5 [кДж/ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт – по первой стороне и

Q2 = 18 125 * (12 — * 4,187 = 303557,5 [кДж/ч] = 84321,53 Вт = 84,3 кВт – по второй стороне.

Обратите внимание, что, согласно формуле (7.1), Q0 = Q1 = Q2, независимо от того, по какой стороне проведён расчет. Далее по основному уравнению теплопередачи (7.2) находим необходимую площадь поверхности (7.2.1), где k – коэффициент теплопередачи (принимаем равным 6350 [Вт/м2]), а ΔТср.лог

– среднелогарифмический температурный напор, считаемый по формуле (7.3):

Далее по основному уравнению теплопередачи (7.2) находим необходимую площадь поверхности (7.2.1), где k – коэффициент теплопередачи (принимаем равным 6350 [Вт/м2]), а ΔТср.лог. – среднелогарифмический температурный напор, считаемый по формуле (7.3):

ΔТ ср.лог. = (2 — 1) / ln (2 / 1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F то = 84321 / 6350 * 1,4428 = 9,2 м2.

В случае когда коэффициент теплопередачи неизвестен, расчет пластинчатого теплообменника немного усложняется. По формуле (7.4) считаем критерий Рейнольдса, где ρ – плотность, [кг/м3], η – динамическая вязкость, [Н*с/м2], v – скорость среды в канале, [м/с], d см – смачиваемый диаметр канала .

По таблице ищем необходимое нам значение критерия Прандтля и по формуле (7.5) получаем критерий Нуссельта, где n = 0,4 – в условиях нагрева жидкости, и n = 0,3 – в условиях охлаждения жидкости.

Далее по формуле (7.6) вычисляется коэффициент теплоотдачи от каждого теплоносителя к стенке, а по формуле (7.7) считаем коэффициент теплопередачи, который и подставляем в формулу (7.2.1) для вычисления площади теплообменной поверхности.

В указанных формулах λ – коэффициент теплопроводности, ϭ – толщина стенки канала, α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи от каждого из теплоносителей стенке.

Читайте также:  Нержавеющая бытовая сталь 40х13: характеристика и применение

Конструкционные особенности

Данную группу аппаратов относят к поверхностным тепловым приборам. Устройство теплообменника труба в трубе не отличается особой сложностью.

Чаще всего в состав теплообменника входит несколько элементов: их располагают друг над другом, соединяя между собой специальным креплением.

В состав каждого отдельного звена входят вставленные друг в друга трубы, предназначенные для теплообмена между собой. Внешнюю трубу большего диаметра соединяют с аналогичными элементами соседних отделений.

Это же касается и расположенных внутри труб меньшего диаметра: для них также применяется последовательное соединение.

Для обеспечения возможности регулярных чисток на всех соединениях устанавливаются разъемы. Внутренние трубы в основном соединяют съемными калачами.

За счет маленького поперечного сечения внутри системы достигается высокая скорость перемещения теплоносителя по трубам и между ними.

Если теплообмен требуется для теплоносителя в больших объемах, конструкцию аппарата дополняют несколькими добавочными секциями, для объединения которых предусмотрены общие коллекторы.

Особенности проектирования

При расчёте инженеры выбирают материал, из которого будут производиться трубы, высчитывают предельные величины. Так как большинство теплоносителей становятся причиной образования ржавчины внутри системы, преимущественно используются нержавеющие материалы. Это может быть не только медь, но и специальная сталь.

Габариты же конструкции обусловлены величиной температур, тепловой нагрузкой, коэффициентами теплообмена, теплопередачи и прочими величинами. Инженеры также осуществляют расчёты гидравлических аспектов. Выявляется степень сопротивления материалов нагрузке и пр.

Достоинства теплообменника

Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников.

К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее:

  1. Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно.
  2. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы.
  3. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах.

К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты:

  • Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто.
  • Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна.
  • Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается.

Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях.

Компоненты и технические характеристики

Теплообменники представляют инсталляцию «одна в одну» 2 труб разного диаметра, Внутренняя туба имеет меньший диаметр d и называется «теплообменной», наружная с диаметром D именуется «кожуховой». Изделия производятся в соответствии с ТУ 3612-014-00220302-99. Теплообменные устройства выпускаются производителями в следующих типоразмерах и имеют следующие технические характеристики:

В зависимости от назначения теплообменник подразделяются на нагреватели и холодильники. Объединение отдельных теплообменных устройств производится соединением кожуховых труб калачами и сочленением встык теплообменных труб в проточные тракты. После этого они подключается раздельно к своему контуру технологической системы или отопительной сети.

Изготовление теплообменников для горизонтальных котлов

Горизонтальный котел на твердом топливе обычно имеет довольно значительные габариты и предназначается не только для отопления помещения, на его верхней поверхности можно расположить варочную плиту. Самый простой способ своими руками соорудить подобный котел — это использовать металлические трубы, которые собираются по определенной схеме.

Схема работы простого котла с теплообменником.

Прямоугольный теплообменник создается из труб круглого сечения 40 мм и 50 мм, а также труб прямоугольного сечения 60×40 мм. Прямоугольный профиль используется для стыковки труб с круглым сечением. Для этих целей возможно использовать и трубы с круглым сечением, но это очень тяжелый процесс, требующий большого опыта. Толщина стенок всех используемых труб должна быть 4-5 мм.

После того как рассчитали необходимые размеры теплообменника и сделали заготовки труб необходимого размера, в вертикальных стойках, профиле квадратного сечения, вырезают отверстия под круглые трубы.

Рассмотрим пример создания котла отопления для дома площадью около 100 м 2. В передних стойках, если смотреть от топочной дверцы, необходимо прорезать 4 отверстия для труб диаметром 50 мм, в задних стойках в грани с шириной 60 мм также прорезают 4 отверстия.

В грани с шириной 40 мм прорезают 4 отверстия по 40 мм.

Таким образом, передняя стойка образует отверстие для топочной дверцы, по бокам от нее идут трубы. Задняя стойка обрамляет и стыкует 40 мм трубы.

Нужно помнить, чтобы твердотопливный котел правильно функционировал, необходимо предусмотреть трубы для поступления холодной воды и для выхода горячей, которая будет соединяться с системой отопления дома. Отверстие для холодной воды располагаются в нижней части котла, а для вывода горячей — в верхней.

Прорезаются они либо газовым, либо сварочным резаком, они должны быть аккуратные, нужно стараться сделать их ровными, наплывы, которые могут образоваться, удаляются при помощи болгарки.

Схема самодельного котла из труб.

Сборка теплообменника котла, работающего на твердом топливе, начинается с торцевых частей. Стойки и трубы выставляются перпендикулярно на ровной поверхности

После того, как передняя и задняя части собраны, начинается приваривание боковых частей, важно следить за перпендикулярностью граней. Лучше всего делать это вдвоем, кто-то удерживает трубу, кто-то приваривает. Следующим пунктом необходимо приварить отрезки труб для подвода и отвода воды

Затем заварить торцевые части прямоугольного профиля, делается это при помощи кусочков металла размером 60×40 мм

Следующим пунктом необходимо приварить отрезки труб для подвода и отвода воды. Затем заварить торцевые части прямоугольного профиля, делается это при помощи кусочков металла размером 60×40 мм.

Очень важно после завершения сварочных работ проверить герметичность швов. Для этого конструкцию нужно установить вертикально, нижнее отверстие закрыть, а через верхнее начать наливать воду. Если протечек не будет, то нужно спустить воду, открыв нижнее отверстие, и можно приступить к монтажу котла

Если протечек не будет, то нужно спустить воду, открыв нижнее отверстие, и можно приступить к монтажу котла.

Приступаем к монтажу

Последовательность выполнения работ зависит от конструктивных особенностей теплообменника.

Установка прибора с регистром

При монтаже в старую печь придется разобрать часть кладки. Последовательность выполнения работ выглядит следующим образом:

  1. Готовим фундамент для змеевика прямо в полости топки.
  2. Устанавливаем змеевик.
  3. Укладываем разобранный ряд кирпичей, оставляя места для входной и выходной части труб.
  4. Подключаем теплообменник к системе отопления.

До начала эксплуатации резервуар стоит в обязательном порядке проверить на герметичность. Убедиться в отсутствии протечек можно путем заполнения его водой, желательно, под давлением.

Монтаж устройства с емкостью

Наилучший вариант для печи или камина. Изготавливается из металлического бака и двух медных трубок. Объем бака, как правило, составляет около 20 литров. При отсутствии готового изделия резервуар достаточного объема изготавливается своими руками путем сваривания листовой стали.

Для изготовления теплообменника следует использовать материал толще 2,5 мм. Сварку стоит производить таким образом, чтобы толщина формируемого шва была минимальной.

  Трубы электротехнические гофрированные ГОСТ 50827-95

Резервуар необходимо установить на 1 метр выше уровня пола, но не дальше 3 метров от печи. В баке проделываются два отверстия: одно около дна, второе – в наивысшей точке с противоположной стороны. Эффективность теплоотдачи зависит от расположения магистралей.

Необходимо стремиться к тому, чтобы минимальное отклонение нижнего отвода в направлении пола составляло 2 градуса. Верхний должен быть подключен под углом 20 градусов в противоположном направлении.

Производится монтаж сливного крана в накопительный бак. Предусматривается еще один кран, предназначенный для слива всей системы, который устанавливается в самой нижней точке. После проверки герметичности система готова к эксплуатации. Эффективность такой печи с теплообменником можно будет по достоинству оценить в холодное время года.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector