Пластинчатые теплообменные аппараты: типы, устройство и принцип работы

Введение

Пластинчатый теплообменник – один из видов рекуперативных теплообменных аппаратов, в основе работы которого лежит теплообмен между двумя средами через контактную пластину без смешения.

Типы, устройство и принцип работы пластинчатых теплообменников

Принцип работы всех пластинчатых теплообменных аппаратов одинаков:

1. На входы ТО подаются теплоносители.
2. Теплоносители движутся по внутреннему контуру теплообменного агрегата, который сформирован пакетом пластин.
3. В процессе движения, контактируя с поверхностью пластины, более горячий теплоноситель отдает часть тепла нагреваемой среде.
4. С выходов теплоносители, с изменившейся температурой, поступают в систему отопления, водоснабжения или вентиляции.
5. Входные и выходные отверстия теплообменных аппаратов могут иметь различное сечение (у агрегатов Ридан диаметр достигает 500 мм), и с помощью патрубков подключаются к трубопроводу основной системы.

Данный принцип действия и устройство пластинчатого ТО хорошо продемонстрированы в следующем видео:

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Виды пластинчатых теплообменников в зависимости от конструкции:

• разборные;
• паяные;
• сварные;
• полусварные.

Пластинчатые разборные теплообменные аппараты

Пластинчатый разборный теплообменник – устройство, в котором основную функцию теплопередачи между теплоносителями выполняет пакет пластин. Среды не смешиваются между собой благодаря чередованию пластин с плотными резиновыми прокладками, которые образуют два контура движения.

Свое название «разборные» подобный тип агрегатов получил за то, что пакет пластин не только собирается, но и разбирается во время регулярного обслуживания (промывки) или ремонта.

Конструкционная схема разборного теплообменника

Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:

• Неподвижная прижимная плита – основной элемент.
• Пластины теплообменного аппарата, выполнены из нержавеющей стали или титана, прижимаются друг к другу с использованием уплотнительных прокладок. Количество пластин зависит от технических параметров и требований к оборудованию.
• Пакет пластин – главный функциональный элемент, который образует внутренний контур устройства и осуществляет теплообмен.
• Несущая база – направляющая балка, на которую надеваются пластины во время сборки агрегата.
• Подвижная прижимная плита – прижимает весь пакет к неподвижной прижимной плите с помощью элементов крепления: стяжных болтов, подшипников, стопорных шайб.
• Опорная станина – вертикальный элемент, к которому прикрепляются направляющие балки (верхняя и нижняя несущие балки).

Благодаря высокой скорости рабочих сред внутри разборных теплообменных аппаратов отложения и засоры скапливаются на его внутренних поверхностях медленнее, чем на поверхностях кожухотрубных агрегатов.

Несомненное достоинство данного вида ТО – возможность полной разборки аппарата, что позволяет производить не только промывку пластин, но и их механическую очистку.

Также стоит отметить, что возможность полной разборки агрегата позволяет не заменять его целиком в случаях протечек, а быстро выявить нерабочие элементы, поменять их и вновь запустить теплообменник в эксплуатацию. При наличии необходимых запасных частей «под рукой» вся процедура займет от нескольких часов до 1 часа.

Паяные теплообменные аппараты

Паяные теплообменники также в своей основе содержат пакет пластин, но отличие от разборных заключается в том, что они спаяны между собой, поэтому сборка/разборка такого пакета – невозможна.

Пайка производится с помощью никеля или меди, поэтому обозначают два основных вида паяных пластинчатых теплообменников: никельпаяный и меднопаяный. Никелевый припой используется для аппаратов, которые будут работать с более агрессивными средами.

Паяный пластинчатый теплообменник в разрезе

Паяные теплообменные аппараты применяются в основном в бытовом сегменте благодаря своей низкой стоимости, простоте и небольшим габаритам. Чаще всего подобный тип устройств можно встретить в системах отопления частных домов, где теплообменник подключается к водонагревательному котлу.

Полусварные теплообменники

Полусварные теплообменные аппараты – агрегаты, в которых пакет пластин сделан комбинированным способом:

• пластины попарно свариваются между собой;
• с внешней стороны такого сдвоенного мини-пакета прикрепляются уплотнения;
• далее прикрепляется следующий сваренный мини-пакет.

Места попарной сварки пластин 

Подобный тип конструкции позволяет использовать полусварные теплообменные аппараты в работе с агрессивными средами или в охлаждении, поскольку сварка пластин исключает возможность утечки фреона в охлаждающем контуре.

Сварные теплообменники

Сварные теплообменные аппараты – устройства, в которых пластины сварены между собой без использования уплотнителей.

Внешний вид сварного теплообменника

Один из потоков теплоносителей движется по гофрированным каналам, второй по трубчатым. Принцип работы пластинчатого сварного теплообменника показан в этом видео:

Принцип работы сварного теплообменника

Сварные теплообменные аппараты применяются в технических процессах с предельными параметрами: высокими температурами (до 900 градусов Цельсия), давлением (до 100 бар) и крайне агрессивными средами, поскольку отсутствие резиновых уплотнителей и сварной метод сцепления исключают возможность протечки и смешения сред.

Основные недостатки подобного типа агрегатов: высокая стоимость и габариты.

Применение пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменные аппараты используются в:

• энергетике;
• отоплении;
• вентиляции и кондиционировании;
• судоходстве;
• пищевой промышленности;
• машиностроении;
• автомобилестроении;
• металлургии.

Технические характеристики пластинчатых теплообменников

Пластинчатый теплообменник имеет различные технические характеристики в зависимости от типа конструкции:

Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников

Преимущества:

• Удобство транспортировки и монтажа, поскольку пластинчатый теплообменник имеет меньшие габариты, чем другие виды рекуперативных теплообменных аппаратов.
• Простота обслуживания – разборные, полусварные и сварные теплообменники легко промывать, так как они либо полностью разбираются, как в случае с разборными агрегатами, либо частично, предоставляя доступ к пластинам, как полусварные и сварные аппараты.
• Высокая производительность – КПД пластинчатых агрегатов достигает 95%.
• Цена – стоимость пластинчатых установок ниже, чем аналогичных кожухотрубных, спиральных или блочных агрегатов.

Недостатки:

• Часто требуется заземление. Поскольку пластины имеют малую толщину - они подвержены воздействию блуждающих токов, что приводит к появлению дырок в них.
• Более требовательны к качеству очистки теплоносителя. Так как между пластинами расстояние небольшое, то каналы будут загрязняться быстрее, чем внутренние поверхности кожухотрубного теплообменника, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента теплопередачи и, как следствие, КПД пластинчатого теплообменника.

Заключение

Пластинчатый теплообменник – это современный тип теплообменных аппаратов, которые активно вытесняют аналоги устаревших типов, такие как кожухотрубные агрегаты. Этому способствует их компактность, низкая цена и высокие показатели технических характеристик.

В следующей статье мы рассмотрим, как происходит сборка и разборка пластинчатого теплообменника.

Подписывайтесь на наши новости!