Меню

Внутреннее оребрение труб в конденсаторе



Внутреннее оребрение труб в конденсаторе

Один из основных компонентов холодильной машины — это конденсатор, служащий для переноса тепловой энергии от хладагента в окружающую среду. Чаще всего тепло передается воде или воздуху.

Тепло, которое выделяется в конденсаторе, примерно на 30% превышает холодопроизводительность холодильной машины. Например, если холодопроизводительность машины равна 20 кВт, то конденсатор выделяет 25-27 кВт тепла.

Конденсаторы с воздушным охлаждением

Дополнительно теплоотдачу хладагента повышают путем рифления внутренней поверхности трубок теплообменника. Это создает турбулентность течения хладагента.

Обычно в конденсаторе имеется от одного до четырех рядов трубок, расположенных по направлению потока хладагента. Часто трубки располагают в шахматном порядке для повышения эффективности теплопередачи.

Интенсивность теплообмена неодинакова на протяжении движения хладагента по трубкам. Горячий хладагент поступает в обменник сверху и перемещается вниз.

  1. На начальном этапе (5% поверхности) охлаждение наиболее интенсивно, поскольку максимальна разница температур между хладагентом и охлаждающим воздухом и высока скорость движения хладагента.
  2. Основной участок теплообменника составляет около 85% поверхности. На этом участке хладагент конденсируется при постоянной температуре.
  3. Остальные 10% поверхности теплообменника служат для дополнительного охлаждения жидкого хладагента.

Температура конденсации хладагента (фреона) выше температуры окружающего воздуха на 10 — 20 градусов, и составляет обычно 42-55С. Выходящий из теплообменника нагретый воздух всего на 3-5 градусов холоднее температуры конденсации.

Конденсаторы с водяным охлаждением

Существует три типа конструкции конденсаторов с водяным охлаждением:

Кожухотрубные конденсаторы обычно применяют в холодильных машинах большой мощности, а остальные типы — для менее мощных установок.

Кожухотрубные конденсаторы

1. медные трубки конденсатора

Конденсаторы с воздушным охлаждением наиболее распространены.

Конденсатор с воздушным охлаждением состоит из вентиляторного блока с электродвигателем и теплообменника. По трубкам протекает хладагент, а вентилятор обдувает трубки потоком воздуха. Обычно скорость потока составляет 1 — 3.5 м/с.

Чаще всего теплообменник состоит из оребренных медных трубок диаметром 6 — 20 мм с расстоянием между ребрами 1-3 мм. Медь используется потому, что ее легко обрабатывать, она не окисляется и имеет высокую теплопроводность. Оребрение обычно выполняется из алюминия.

Выбор диаметра трубок зависит от многих факторов: потерь давления, легкости обработки материала и т.д.

Тип оребрения может быть различным и значительно влияет на тепловые и гидравлические параметры теплообменника в целом. Например, сложный профиль оребрения с многочисленными выступами и просечками создает турбулентность (завихрения) воздуха, омывающего теплообменник. В результате эффективность теплопередачи от хладагента к воздуху увеличивается, и повышается холодопроизводительность холодильной машины.

Применяют два типа соединения трубок с ребрами:

  • Отверстия в ребрах, куда непосредственно вставляют трубки теплообменника. Этот способ более прост, но уменьшает теплопередачу из-за неплотности контакта. К тому же, в загрязненной среде по контуру прилегания может появиться коррозия, дополнительно снижающая производительность теплообмена.
  • Воротнички (буртики) в местах подсоединения трубок теплообменника. Этот способ дороже и сложнее, зато обеспечивает увеличение поверхности теплообмена.

Кожухотрубный конденсатор — стальной цилиндр, с обоих концов цилиндра установлены стальные решетки, к которым крепятся головки с патрубками для подключения к системе водяного охлаждения. В эти решетки запрессованы медные трубки, по которым протекает вода. Трубки чаще всего делаются из меди и имеют диаметр 20 мм и 25 мм. Снаружи они оребрены для повышения теплообмена.

В верхнюю часть стального кожуха поступает горячий пар хладагента из компрессора. Он омывает трубки с холодной водой и заполняет пространство между кожухом и трубками. В нижней части располагается патрубок отвода жидкого хладагента.

Холодная вода поступает по трубкам снизу и выходит сверху.

Пар хладагента охлаждается при контакте с холодной водой, конденсируется и скапливается на дне кожуха. В некоторых случаях конденсатор содержит участок дополнительного охлаждения. Он расположен на дне конденсатора и состоит из пучка трубок, отделенных от остальных трубок перегородкой. Вода, только что поступившая в конденсатор и имеющая минимальную температуру, в первую очередь проходит через участок дополнительного охлаждения конденсатора.

Вода, охлаждающая хладагент в кожухотрубных конденсаторах, берется обычно из системы оборотного водоснабжения. Температура конденсации хладагента примерно на 5 градусов выше, чем температура выходящей воды. Для передачи 1кВт тепла от хладагента проточной воде расход воды составляет около 170 литров в час.

Конденсаторы типа «труба в трубе»

Конденсатор типа «труба в трубе» — система из двух спиральных трубок, одна расположена внутри другой. По одной из трубок (внешней или внутренней) перемещается хладагент, а по другой — вода.

Внутренняя трубка делается из меди, а внешняя — из меди или стали. Поверхности трубок могут иметь оребрение, которое повышает эффективность теплообмена. Жидкости движутся встречными потоками, при этом вода поступает снизу и вытекает сверху, а хладагент — наоборот.

Конденсаторы типа «труба в трубе» используют в автономных установках кондиционирования и маломощных установках охлаждения.

Недостаток конденсаторов этого типа состоит в том, что конструкция неразъемная, и возможна только химическая очистка трубки.

Пластинчатые конденсаторы

Пластинчатые конденсаторы состоят из рядов стальных пластин, расположенных «елочкой». Внутри теплообменника хладагент и вода движутся навстречу друг другу по независимым контурам циркуляции.

Преимущества этого типа конденсаторов:

  • очень высокой эффективности теплообмена.
  • компактность и небольшая масса
  • небольшие перепады температур между хладагентом и охлаждающей водой.

Поэтому они широко применяются в холодильных машинах небольшой и средней мощности.

Если температура воды на входе в конденсатор составляет 16 градусов, то температура конденсации равна 32-36 градусов. При температуре воды +24°С хладагент конденсируется при 38-40°С.

Максимально допустимое давление в рабочем режиме со стороны контура хладагента составляет 2,45 МПа, а со стороны водяного контура — 1 МПа.

Источник

Высокоэффективное оребрение теплообменных труб

Область применения оребренных труб

Теплообменные аппараты промышленных холодильных, кондиционирующих, криогенных установок, теплообменники для химической промышленности и тепловых станций, экономайзеры котельных и тепловых установок, конденсаторы фторкетона и Novec (фирмы 3M) систем двухфазного погружного охлаждения в т.ч. ЦОД, серверных стоек, ферм для майнинга криптовалюты, теплообменники — маслоохладители, водяные и паровые промышленные калориферы.

Основные преимущества ребристых труб

  • значительное повышение тепловой эффективности по сравнению с оребрением, полученным накаткой (наибольший эффект — при испарительно-конденсационном теплообмене);
  • снижение металлоемкости и габаритов теплообменных аппаратов в 1,3…3,0 раза
  • простота управления геометрическими параметрами оребрения;
  • возможность получения оребрения на тонкостенных трубах;
  • возможность получения теплообменных поверхностей в виде ребер и шипов;
  • высокая производительность, безотходность, простой инструмент;
  • экологическая чистота процесса, отсутствие смазочных жидкостей;
  • возможность реализации технологии как на обычных токарных cтанках, так и на специальной установке высокой производительности.

В настоящее время ведутся работы по получению внутреннего и двустороннего оребрения на трубах

Основные технические характеристики
Характеристики Значения
Диаметр трубной заготовки, мм/td>

6 — 30
Длина оребренной трубы, м до 6
Исходная толщина стенки трубной заготовки, мм от 1,0
Материал оребренной трубы медь, латунь, медно-никелевые сплавы, алюминий, титан, низкоуглеродистые и нержавеющие стали
Минимальная остаточная толщина стенки оребренной трубы, мм 0,3
Высота ребер, мм для меди до 4 мм, но не более толщины стенки исходной трубы
Шаг оребрения, мм 0,2 — 2
Ширина межреберного зазора, мм 0,01 — 1,5
Увеличение площади поверхности теплообмена, раз на меди до 12

Повышение тепловой эффективности

  • Исследования эксплуатационных характеристик теплообменных труб проводились ВНИИ холодильного машиностроения, Московским энергетическим институтом, НПО «Криогенмаш», АНПО «Одесхолод», ОАО «Докон» совместно с ИП Ельчинов Е.П.
  • По результатам теплофизических испытаний установлены оптимальные параметры рельефа при кипении и конденсации хладонов. При этих параметрах оребрения, как в режиме кипения, так и конденсации,выявлено увеличение коэффициента тепловой эффективности на 35…50% для труб, оребренных по методу ДР, по сравнению с трубами, оребренными методом накатки роликами. Возможность снижения металлоемкости по меди на 28%, габаритов на 13% гидравлического сопротивления на 27% по сравнению с трубами, оребренными накаткой роликами доказана производственными испытаниями конденсатора водоохлаждающей установки в АНПО «Одесхолод».
  • Установлено, что макрорельеф, получаемый методом ДР изменяет как механизм парообразования, так и механизм конденсации. Например, при кипении азота происходит деформация парового пузыря в узком межреберном зазоре, что позволяет значительно повысить тепловую эффективность труб.

При конденсации важным является такая особенность макрорельефа, как заострение вершин ребер. Острая вершина растягивает пленку конденсата, значительно снижая термическое сопротивление и повышая коэффициент теплоотдачи. Ошипованные поверхности, по сравнению с оребренными, дополнительно на 15% повышают тепловую эффективность при испарении теплоносителей.

Испытание оребренной трубы экономайзера на прочность

Исходная заготовка: Труба наружным диаметром 18 мм с толщиной стенки 1,5 мм. Коррозионностойкая сталь AISI 304 (ближайший российский аналог 08Х18Н10). Шовная.

Параметры оребрения:

  • шаг ребер 1,0 мм,
  • высота ребра 1,2 мм,
  • межреберный зазор 0,45 мм,
  • остаточная толщина стенки трубы (под впадиной) 0,75 мм.

Давление разрыва составило 91,2 МПа (930 атмосфер). Разрыв произошел по сварному шву трубы.
Оребрение увеличило разрывную прочность, даже при остаточной толщине стенки трубы 0,75 мм.

Источник

Оребренные трубы в промышленных калориферах

Содержание

Промышленные калориферы применяются для воздушного обогрева помещений производственного предназначения и характеризуются высокими показателями по расходу нагреваемого воздуха и тепловой мощности.

Энергоносители в промышленных калориферах

По своей сути калориферы являются рекуперативными теплообменниками, принцип работы которых заключается в передаче тепловой энергии от среды с более высокой температурой (энергоносителя) к менее горячей среде (воздушным потокам) через стенку, их разделяющую. В промышленных воздухонагревателях энергоносителями служат:

  • горячая вода;
  • сухой насыщенный пар;
  • сетевое электричество.

Использование электрических воздухонагревателей для обогрева производственных помещений эффективно лишь для площадей, не превышающих 100-120 кв. метров, из-за высоких тарифов на электроэнергию. Основными источниками тепла для нагрева воздушных потоков являются водяные и паровые энергоносители, имеющие следующие рабочие характеристики:

  • температура – до 190 град. Ц;
  • давление – до 1,2 МПа.

На рис. ниже показан калорифер серии КСк, работающий на водяном энергоносителе.

Водяные и паровые воздухонагреватели монтируются в коробах воздуховодов производственной вентиляции, в которых нагнетание воздуха в помещение осуществляется при помощи канальных вентиляторов. В процессе установки нагревателей монтируется обвязка, обеспечивающая подачу горячего водяного или парового теплоносителя в калорифер и отвод остывшего отработанного теплоносителя к энергоисточнику.

Нагревательные элементы промышленных калориферов

Нагревательными элементами водяных и паровых нагревателей воздуха являются металлические трубки, объединяемые в двух, трех и четырехрядные теплообменные модули. Горячий водяной или паровой теплоноситель циркулирует внутри трубок, нагревая их стенки. Потоки холодного воздуха, омывающие наружную поверхность нагретых трубок, забирают это тепло и уже теплой воздушной массой поступают в производственное помещение.

По форме внешней теплопередающей поверхности трубчатые нагревательные элементы подразделяются на два вида:

  • гладкотрубные нагреватели, представленные стальными трубками с гладкой поверхностью диаметром от 20 до 32 мм;
  • ребристые нагреватели, представляющие собой трубки с оребрением на наружной поверхности.

В зависимости от профиля ребер и технологии формообразования ребристой поверхности нагревательные элементы подразделяются на три типа:

  • пластинчатые устройства, ребра которых образованы плоскими пластинами-ламелями, насаженными на трубки;
  • спирально-накатные устройства, ребра которых изготовлены методом прокатки (накатки);
  • спирально-навивные изделия, получаемые при навивке металлической ленты на несущую трубу.

Основные преимущества и недостатки оребренных нагревательных трубок

Оребрение наружных стенок нагревательных трубок промышленных калориферов выполняется с целью организации развитых теплопередающих поверхностей для увеличения площади теплообмена приточного воздуха с энергоносителем. С возрастанием площади теплообмена возрастает интенсивность теплоотдачи и, соответственно, энергоэффективность калорифера. На рост интенсивности теплопередачи также влияет повышенная турбулизация воздушного потока при его прохождении между ребрами. Оребренная структура теплообменных элементов создает им значительные преимущества перед гладкотрубными нагревателями. К основным достоинствам ребристых труб относят следующие факторы:

  1. Снижение потребного количества теплообменных трубок для обеспечения одинаковых теплотехнических показателей приводит к снижению весовых и габаритных показателей воздухонагревателей.
  2. При использовании несущих трубок диаметром от 16 до 25 мм нанесение на них ребристой структуры увеличивает интенсивность теплопередачи примерно в 12 раз. Это дает возможность снизить расход энергоносителя и сэкономить на оборудовании для его циркуляции в теплотрассе за счет снижения его мощности.
  3. Оребренные трубки обладают высокой механической прочностью и жесткостью, повышенной коррозионной стойкостью, что обеспечивает длительный срок безаварийной эксплуатации.
  4. Из-за сравнительно низких теплотехнических показателей гладкотрубные калориферы используются для нагрева производственных помещений на небольшие температуры и при малых расходах прогреваемого воздуха.

Из недостатков оребренных трубок выделяют два момента:

  1. Воздух, пропускаемый через ряды ребристых теплоэлементов, не должен быть запыленным, не содержать липких и волокнистых веществ, чтобы избежать засорения пространства между ребрами/пластинами. Засоренные поверхности ребер/пластин имеют ухудшенные теплотехнические свойства, а уменьшение размера живого сечения между соседними ребрами негативно отражается на расходе пропускаемого воздуха.
  2. Затрудненная очистка засоренных оребрений калориферных трубок.

Это важно! При соблюдении требований к воздуху, указываемых в техпаспорте любого промышленного воздухонагревателя, этих проблем не возникает.

Конструкция оребренных труб в промышленных калориферах

Любую оребренную трубу промышленного воздухонагревателя можно представить как конструкцию, состоящую из следующих элементов (см. рис. ниже):

  • внутренней трубки;
  • внешних профильных ребер.

Внутренняя трубка является несущим элементом и функционирует в качестве канала для прохождения водяного или парового теплоносителя, поступающего от внешнего энергоисточника. В промышленных нагревателях воздуха серий КСк и КПСк используются стальные электросварные трубы ГОСТ 10704-91 и цельнотянутые бесшовные трубы ГОСТ 8734-75, отвечающие следующим требованиям для трубок теплопередающих элементов:

  • быть устойчивыми к воздействию перепадов давления и температуры;
  • обладать высокой механической прочностью, необходимой при формообразовании ребристой структуры;
  • обладать повышенной стойкостью к химической агрессии со стороны солей, растворенных в горячем теплоносителе, и к кислородной коррозии в летний сезон, когда теплоноситель удален из контура циркуляции.

Ребра нагревающих трубок изготавливают в соответствии со следующими требованиями:

  • материал ребра должен обеспечивать отличную теплопередачу от несущей трубы к поверхности реберного профиля;
  • сечение профиля должно обеспечивать интенсивную теплопередачу по всей высоте ребра;
  • ребра должны обладать высокой механической прочностью и жесткостью.

Способы формообразования ребер на нагревательных трубках

Многолетняя практика применения оребренных теплоэлементов в промышленных воздухонагревателях предопределила развитие различных технологий создания ребристой структуры на первоначально гладкой стандартной трубе. В настоящее время для водяных и паровых калориферов используют трубки, ребра которых представлены:

  • насаженными на трубки металлическими ламелями (пластинами);
  • навитыми на трубках металлическими лентами;
  • спирально накрученной поверх трубок тонкой проволокой.
    1. Пластинчатые оребрения создаются из прямоугольных или круглых пластин-ламелей. Толщина пластин составляет 5 мм, размеры колеблются от 117х136 мм до 117х175 мм. Прямоугольные пластины насаживаются на всю группу труб, обычно межреберный шаг принимают равным 5 мм. Пластины могут устанавливаться зигзагообразно либо по коридорному принципу.
    2. Спирально-навитые оребрения создаются способом навивки ленты стальной (толщина 0,4-0,5 мм при ширине 10 мм) на несущую трубку диаметром 16 мм. Шаг навивки – 4-м мм. При навивке обеспечивается хороший механический и теплотехнический контакт материалов ленты и трубы.
    3. Спирально-накатные оребрения формообразуются следующим способом:
  • на несущую стальную трубу размерами 16х1,2 или 16х1,5 мм надевается алюминиевая труба диаметром 29 мм;
  • на специальном прокатном оборудовании накатываются ребра с шагом 2,8 мм, в результате чего внешняя поверхность алюминиевой трубы приобретает спиралевидную форму.

Спирально-накатная технология обеспечивает практически монолитное соединение стальной несущей и алюминиевой оребренной трубок.
На рис. ниже приведен чертеж сборки спирально-накатного соединения для трубы диаметром 16 мм.

Выводы и рекомендации

Промышленные гладкотрубные воздухонагреватели существенно уступают калориферам с оребренными теплоэлементами. При этом нагреватели воздуха, использующие различные типы оребрения, значительно различаются между собой по интенсивности передачи тепла от энергоносителя к воздушным потокам. Эффективность оребрения трубчатых элементов калориферов зависит от плотности контакта между материалами профиля ребер и несущего трубчатого канала.

Наилучший результат показывают спирально-накатные соединения стали с алюминием. Коэффициент теплоотдачи этих соединений на 15% выше по сравнению с другими методиками. Модели с пластинчатыми воздухонагревателями считаются морально устаревшими, у них высокая материалоемкость и худшие теплотехнические характеристики, чем у спирально-накатных изделий. Поэтому отмечается растущая популярность калориферов серий КСк, КПСк и ВНВ, превосходящих пластинчатые аналоги по критерию цена/эффективность.

© 2004-2021 ГК «СТИГМАШ» — изготовление, монтаж и
комплексная поставка промышленного оборудования

Источник

Читайте также:  Вибропогружатель для труб 530 мм

Все о трубах © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.

Adblock
detector