Теплообменные аппараты
Типы теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты предназначены для передачи теплоты от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой и играют важную роль в обеспечении бесперебойной, надежной экономичной работы судовых систем и систем энергетических установок.
На судах применяют рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых теплоносители разделены твердыми стенками, образующими поверхность теплообмена. В некоторых случаях применяют теплообменные аппараты смесительного типа; в них теплообмен происходит при непосредственном контакте и смешении обоих теплоносителей. Судовые теплообменные аппараты должны быть просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяемые материалы должны исключать возможность возникновения коррозии и эрозии. На аппараты не должны влиять разность температурных удлинений корпуса и поверхности теплообмена, а также ударные нагрузки.
По конструкции судовые теплообменники делятся на два основных типа: кожухотрубные, у которых теплообменные поверхности образуются из гладких или оребренных круглых, овальных и плоскоовальных труб, и пластинчатые — теплообменные поверхности в них образованы из плоских пластин.
Схемы наиболее распространенных кожухотрубных теплообменников приведены на рис. 3.7. Обязательными элементами этих аппаратов являются крышки, кожух, трубные доски, трубки и перегородки.
Рис. 3.7. Схемы кожухотрубных теплообменников: а — с U-об-разными трубками; б — с плавающей трубной доской; в — с подвижной трубной доской и крышкой; г — с двумя неподвижно закрепленными трубными досками; д — с подвижной трубной доской и неподвижной крышкой
1 передняя крышка; 2 — трубная доска; 3 — кожух; 4 — трубки; 5 — задняя крышка; 6 — перегородка
Пластинчатый теплообменник (рис. 3.8) состоит из неподвижной плиты 6, которая прикреплена к несущей балке 1 и стойке 4 для образования жесткой рамы. Прижимная плита 5 подвешена между стойкой и неподвижной плитой. Пакет пластин 2 сжимается между неподвижной и прижимной плитами болтами 3. Каждая пластина (рис. 3.9) снабжена прокладкой, изготовленной из различных материалов в зависимости от проводимых рабочих жидкостей, их температуры и давления. Прокладки 1 смонтированы вдоль края пластин, двойные прокладки 2 — вокруг двух из четырех угловых отверстий в пластинах.
Рис. 3.8. Пластинчатый теплообменник
Рис. 3.9. Пластина
Рис. 3.10. Схема течения жидкостей в пластинчатом теплообменнике
1 — пластина; 2,5 — вход и выход охлаждающей воды; 3,4 — выход и вход охлаждаемой жидкости
Пакет состоит из одинаковых пластин, причем каждая вторая повернута на 180°. Прокладки вокруг угловых отверстий не позволяют одной из рабочих жидкостей попадать в каждое второе пространство между пластинами. За счет этого образуется система параллельных проточных каналов, по которым протекают обе жидкости. На рис. 3.10 приведена схема течения жидкостей в пространствах между пластинами. Обычно обе жидкости проходят через пластинчатый теплообменник противотоком. Трубопроводы подсоединяются к одной неподвижной плите, что дает возможность разбить аппарат для осмотра пластин и прокладок (или заменять отдельные из них) без демонтажа трубопроводов. Модульная конструкция пластинчатого теплообменника позволяет также легко перестраивать аппарат на другую производительность или получать иную поверхность теплообмена увеличением или сокращением числа пластин.
По сравнению с кожухотрубными теплообменниками аппараты пластинчатого типа обладают рядом преимуществ. Толщина пластин, образующих теплопередающую поверхность, равняется 0,6— 0,8 мм, в то время как толщина стенок трубок кожухотрубного теплообменника достигает 1,5—3 мм. Поэтому теплопередающая поверхность аппаратов пластинчатого типа в 2—3 раза меньше. Их масса (без жидкости) в 3—4 раза меньше массы такого же по величине поверхности теплообмена кожухотрубного аппарата. Кроме того, для разборки, мойки и ремонта пластинчатого теплообменника требуется в 2—5 раз меньшая площадь. В аппарате пластинчатого типа объем жидкостей равен 2,5—5 л/м2, что значительно меньше, чем в кожухотрубном аппарате. Поэтому масса пластинчатого теплообменника и в рабочем состоянии меньше массы кожухотрубного.
Однако пластинчатые теплообменники не нашли широкого применения в судостроении из-за относительно высокой стоимости (пластины из дорогостоящих сплавов), больших затрат на организацию производства и сложной оснастки, применяемой для штамповки пластин, при относительно небольшом количестве требующихся теплообменников; все это в настоящее время делает их производство нерентабельным.
По назначению судовые теплообменники делятся на подогреватели и охладители (воды, топлива, масла, воздуха, пара), конденсаторы, деаэраторы, испарители и водоопреснители.