Опис конструкції та принцип дії пластинчатого теплообмінника

Пластинчастий теплообмінник - це пристрій, в якому здійснюється передача теплоти від гарячого теплоносія до холодного (нагрівається) середовища через сталеві гофровані пластини, які встановлені в раму і стягнуті в пакет.

Теплоносіями можуть бути рідини, пари, гази. Залежно від призначення пластинчаті теплообмінники використовуються як нагрівачі і як охолоджувачі.

В теплопередавальних пластинах розбірних апаратів по їх контуру передбачено паз, у якому закріплені ущільнювальні прокладки з гум спеціальних теплостійких марок. Пластини установлюють на раму теплообмінника, яка складається з кількох штанг, рухомих та нерухомих плит із затискними гвинтами. Нерухома плита звичайно закріплена до полу, рухома – на ролику підвішена до верхньої штанги та може рухатися по ній. На плитах розміщуються штуцери для приєднання технологічних трубопроводів.

При однопакетному компонуванні пластин допускається установка усіх чотирьох штуцерів на нерухомій плиті, що полегшує експлуатацію апарата.

На апараті може бути установлено більше чотирьох штуцерів, наприклад, для відведення несконденсованих газів, зливу продуктів тощо.

Основна деталь розбірного пластинчастого теплообмінного апарата – гофрована теплопередавальна пластина.

В каналах апарата, які складаються з пластин, передбачені точки опори гофр, що дозволяє витримувати в апараті різницю тисків з обох боків пластини, а також підвищений внутрішній тиск у каналах при збереженні герметичності.

Група платин, що утворює систему каналів, у яких робоче середовище рухається лише в одному напряму, складає пакет.

Один або кілька пакетів, стиснутих між нерухомою та рухомою плитами, створюють секцію. При складанні пакету пластини повернуті одна відносно другої на 180°, причому усі гумові прокладки розташовуються з боку рухомої плити. У кутах пластин розміщуються отвори для проходження робочих середовищ.

У проміжних і кінцевих пластинах може бути одно, два або три отвори, кількість яких визначають відповідно схемі компоновки пластин в теплообміннику.

Кожна пластина в працюючому апараті омивається двома середовищами: з одного боку – охолоджуваним, з другого – нагрівним. Середовища, які протікають поперек гофрів, турбулізуються, що сприяє інтенсифікації теплообміну. Простірна схема руху робочих середовищ в однопакетному пластинчастому теплообмінному апараті приведена на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 – Простірна схема руху робочих середовищ в однопакетному пластинчастому теплообмінному апараті

При формах та розмірах гофр, прийнятих для промислових пластинчастих теплообмінних апаратів, вже при Re>50–200 стабілізація потоку порушується, потік становиться турбулентним. Порушення стабілізації граничного підшару сприяє підвищенню інтенсивності тепловіддачі.[2]

На рисунку 1.3 наведена схема компоновки пластин у два симетричних пакети для охолоджуваного та нагрівного робочих середовищ, тобто при однакової кількості каналів у кожному пакеті для кожного робочого середовища. Для кожного робочого середовища можна застосувати різні варіанти компоновки пластин.

Робоче середовище через вхідний штуцер поступає у подовжній колектор, створений кутовими отворами та прокладками стиснутих у пакет пластин, і рухається по ньому до пластини з непросіченим місцем для кутового отвору З колектора, далі робоче середовище проходить у міжпластинчасті канали через ділянки, на яких відсутні ущільнювальні прокладки. У кожному колекторі ці ділянки розташовані через одну пластину, завдяки чому створюється система гарячих та холодних каналів. Після проходження міжпластинчастих каналів робоче середовище попадає у протилежний колектор і виводиться з апарата або проходить у наступний пакет.

І – 1–9 – нумерація каналів; І І –1–9 –нумерація пластин; а – отвір з ущільнювальним гумовим кільцем; b – непросічене місце для отвору без ущільнювального гумового кільця; с – отвір без ущільнювального гумового кільця; d – непросічене місце для отвору з ущільнювальним гумовим кільцем

Рисунок 1.3 – Схема компоновки пластин у два симетричних пакети

 

При заданій витраті рідини, яка проходить через апарат, можна розрахувати швидкість руху її по міжпластинчастим каналам. Оптимальна швидкість досягається за рахунок змінення числа каналів у пакеті.

Пакет завжди обмежено пластиною, яка має неповну кількість кутових отворів. Такі пластини називають граничними.

Для хода кожного робочого середовища є чотири канали. Після зборки пластин утворюються дві ізольованих одна від другої системи каналів. Кожна система з’єднується з двома кутовими отворами. Канали обох систем у пакеті чергуються. Для цього пакет необхідно набирати з лівих та правих пластин, які розрізняються розміщенням ущільнювальних прокладок. Загальний вигляд лівої та правої пластин з одностороннім направленням потоку наведено на рисунку 1.4.

 

Рисунок 1.4 – Загальний вигляд лівої та правої пластин з одностороннім направленням потоку л – ліва прокладка п – права прокладка; 1 – велика прокладка: 2– мала прокладка

 

В лівій пластині потік першого робочого середовища входить у міжпластинчастий простір через верхній або нижній лівий кутовий отвір, а виходить через інший. Праві отвори ізольовані від потоку першого робочого середовища ущільнювальною прокладкою.

Праві та ліві пластини чергуються у пакеті, а розміщення великої та малої прокладок забезпечує чергування каналів для потоків гарячого та холодного робочих середовищ. При зборці пакетів усі праві пластини повернуті відносно лівих на 180 у площині пластини; при цьому вершини гофр взаємно перетинаються.

Якщо велика ущільнювальна прокладка охоплює два кутових отвори, які розташовані по діагоналі пластини, то загальний напрям потоку при русі рідини в міжпластинчастому каналі буде діагональним.

Рівномірно розподілений значний гідравлічний опір гофрованої частини міжпластинчастого каналу сприяє вирівнюванню його швидкості по ширині каналу. Тому обидва варіанти пластин (з одностороннім та діагональним напрямом потоку) практично рівноцінні.

При використанні пластин з одностороннім напрямом потоку штуцери входу та виходу для першого робочого середовища розміщені з одного боку апарата, а для другого робочого середовища – з другого боку. При парному компонуванні пакетів у секції обидва штуцери розташовані вверху або внизу, при парному компонуванні – один вверху, а другий внизу.

При використанні пластин із діагональним розташуванням потоку робоче середовище з одного боку апарата направляється до другого. Якщо кількість пакетів в секції по ліні руху потоку робочого середовища парне, то штуцери входу середовища в апарат та виходу з нього розташовують з одного боку вдовж апарата.[3].

 

Технічні характеристики