УДК 67

КОНСТРУКЦИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Гришаев Михаил Евгеньевич1, Дзюбенко Олег Леонидович2
1Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж), старший преподаватель 24 кафедры 2 факультета, кандидат технических наук
2Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж), старший преподаватель 24 кафедры 2 факультета, кандидат педагогических наук

Аннотация
В данной работе рассмотрена конструкция перспективных теплообменных аппаратов для воздухоразделительных установок.

Ключевые слова: теплообменное оборудование, теплообменные аппараты


THE DESIGN OF ADVANCED HEAT EXCHANGERS FOR AIR SEPARATION PLANTS

Grishaev Mihail Evgenevich1, Dzyubenko Oleg Leonidovich2
1Air Force Engineering University (Voronezh), Senior Lecturer, Department 24 of 2nd faculty, Ph.D.
2Air Force Engineering University (Voronezh), Senior Lecturer, Department 24 of 2nd faculty, PhD

Abstract
In this paper we describe the design of advanced heat exchangers for air separation units.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Гришаев М.Е., Дзюбенко О.Л. Конструкция перспективных теплообменных аппаратов для воздухоразделительных установок // Современные научные исследования и инновации. 2011. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2011/11/4998 (дата обращения: 28.09.2017).

Повышение эффективности воздухоразделительной установки неотъемлемо связано с использованием теплообменной аппаратуры, обладающей максимальным КПД. Ребристые теплообменники применяют для увеличения теплообменной поверхности оребрение с той стороны, которая характеризуется набольшими термическими сопротивлениями. Ребристые теплообменники (калориферы) используют, например, при нагревании паром воздуха или газов. Важным условием эффективного использования ребер является их плотное соприкосновение с основной трубой (отсутствие воздушной прослойки), а также рациональное размещение ребер.

Ребристые теплообменники широко применяют в сушильных установках, отопительных системах и как экономайзеры. 

Помимо трубчатых теплообменников с трубами, имеющими поперечные ребра прямоугольного или трапециевидного сечения, разработаны конструкции с продольными, плавниковыми, проволочными, игольчатыми непрерывными спиральными ребрами и др.

    Трубы с поперечными ребрами различной формы широко используются, в частности, в аппаратах для нагрева воздуха –калориферах, а также в аппаратах воздушного охлаждения. При нагреве воздуха обычно применяют насыщенный водяной пар, поступающий в коллектор 1 и далее в пучок оребренных труб 2. Конденсат отводится из коллектора 3. Иногда используются продольные ребра, которые для турбулизации пограничного слоя (что особенно важно при ламинарном течении теплоносителя) на определенном расстоянии надрезаются.

    Конструкции оребренных теплообменников разнообразны.  Теплообменники такого типа используются, например, в низкотемпературных установках для разделения воздуха.

Высокоэффективные пластинчатые теплообменники

При разработке высокоэффективных теплоэнергетических систем и установок одной из основных проблем является создание компактных теплообменников, т.к. на долю теплообменников обычно приходится значительная часть объема и массы тепловых машин и устройств. В качестве одной из наиболее рациональных конструктивных схем компактного высокоэффективного теплообменника в теплотехнике передовых индустриальных стран признана пластинчатая схема.

Центром Келдыша выполнен комплекс теоретических и экспериментальных работ, в результате которых определены критерии оптимизации формы теплообменных поверхностей и области режимов течения теплоносителей, позволяющие обеспечить высокую теплогидравлическую эффективность теплообменных устройств, разработана конструкция и проработана технология изготовления компактных пластинчатых теплообменников трех типов:

Тип 1. Неразборный теплообменник из профилированных штамповкой пластин нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, объединенных в пакет сваркой и пайкой. Теплоносители – газ, жидкость, пар. Максимальная рабочая температура материала теплообменника – 600° С, площадь теплообменной поверхности в единице объема сердечника теплообменника – более 1000 м23 .

Тип 2. Полуразборный теплообменник из профилированных штамповкой пластин нержавеющей стали толщиной 0,5 мм, сваренных попарно по периметру и собранных в пакет с упругими уплотнительными кольцами между сваренными парами пластин. Теплоносители – газ, жидкость, пар. Максимальная рабочая температура определяется термостойкостью упругих уплотнений (для уплотнения из специальной термостойкой резины максимальная рабочая температура – 250° С). Площадь теплообменной поверхности в единице объема сердечника теплообменника – 300 м23

Тип 3. Неразборный пластинчато-ребристый теплообменник, основными элементами которого являются алюминиевые пластины толщиной 0,5 мм и гофрированные пластины толщиной 0,15 мм, которые объединяются в пакет пайкой. Изготовленные теплообменники имеют модульное построение и предназначены для работы при температурах от 70 до 400 К с тепловой эффективностью около 0,98. Способ соединения модулей – электросварка.

Теплообменники первого и третьего типов предназначены для использования в составе высокоэффективных тепловых машин и компактных передвижных теплосиловых установок (газо- и паротурбинные энергоустановки наземного и космического применения, авиационные двигатели, транспортные энергоустановки и т.п.

Полуразборная конструкция теплообменника типа 2, малые габариты и масса элементных сборочных единиц (попарно сваренных теплообменных пластин) сравнительно с применяемыми в коммунальном хозяйстве в настоящее время кожухо-трубными блоками, делают возможной очистку от осадков теплообменных поверхностей, омываемых расходной водой как на месте размещения теплообменника, так и в централизованном порядке на специально оборудованных установках промышленного типа.

Концепции, заложенные в конструктивные схемы теплообменников обеспечивают высокое техническое совершенство теплообменников (малые массу и объем на единицу тепловой мощности в сравнении с широко используемыми в народном хозяйстве теплообменниками традиционной кожухотрубной схемы) и, как следствие – экономическую эффективность их производства и эксплуатации (присущая теплообменникам этих типов компактность обусловливает их уменьшенную металлоемкость и использование при их эксплуатации помещений меньшего, чем обычно, размера, откуда следует снижение строительных и эксплуатационных расходов). Предумотренная в конструкции теплообменников типа 1 и типа 2 штамповая технология изготовления основного конструктивного элемента, рельефной теплообменной пластины, является экономически наиболее эффективной среди прочих при массовом производстве.

Конструкция теплообменников, использованные в них материалы, технология изготовления обеспечивают их высокую эксплуатационную надежность и большой ресурс.

Высокая эффективность теплообменного оборудования позволяет достичь высоких значений КПД теплоэнергетических установок и, следовательно, уменьшить сброс тепла в окружающую среду, т.е. уменьшить ее «тепловое загрязнение», и одновременно способствует более рациональному использованию не восполняемых запасов ископаемых энергоносителей.


Библиографический список
  1. ГОСТ 2521-82. Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность.
  2. ГОСТ 24755-81. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.
  3. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. М.: Энергоатомиадат. 1989г.


Все статьи автора «Дзюбенко Олег Леонидович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: