Briaunuoto vamzdžio šilumokaičiai

TURINYS

1. Įvadas…………………………3

2. Bendros žinios…………………………4

3. Briaunuoto vamzdžio šilumokaitis…………………………6

4. Priedas…………………………12

5. Išvados…………………………15

6. Literatūros sąrašas…………………………16

1. ĮVADAS

Šilumokaitis, tai įrenginys, kuriame vyksta šilumos mainai nepriklausomai nuo jų technologinės ar energetinės paskirties: labiau įkaitęs šilumos nešėjęs – agentas (skysčio ar dujinės būsenos) atiduoda šilumos kiekį labiau vėsesniam šilumos ėmėjui – agentui (skysčio ar dujinės būsenos). Technologinė šilumokaičių paskirtis yra labai įvairi.

Šiandien net nesusimastome, kad elementarus šiltas vanduo namuose yra pagaminamas būtent šilumokaičiu.

Šilumokaitis – tai tapusi bendrinė frazė, kuri apima gan platų šilumos mainų aparatų spektrą. Visa pramonė yra “paremta” šiluminiais pprocesais, kurių sudedamosios dalys yra šilumokaičiai. Žmogus savo buityje taip pat naudoja daug šilumos. Elementarus radiatorius ir gi gali būti pavadintas šilumokaičiu. Net toks “buitinis daiktas” kaip kompiuteris taip pat turi savo konstrukcijoje bent 2 savotiškus šilumokaičius (aušintuvai).

Šilumokaičiais galime pavadinti šiuos aparatus: šildytuvai, garinimo aparatai, kondensatoriai, pasterizatoriai, deaeratoriai ir t.t. Kiekviename iš jų vyksta šilumos mainai, lydimi temperatūrinių procesų.

Šiame darbe trumpai aptarsime briaunuoto vamzdžio šilumokaičius.

2. BENDROS ŽINIOS

Šilumokaičių klasifikacija. Šilumokaičius ar šilumos mainų aparatus klasifikuoti galime pagal daugelį faktorių. Pagal ššilumos perdavimo būdą yra išskiriami tokie šilumokaičiai:

– kontaktiniai šilumokaičiai (maišytuvai). Kontaktiniuose šilumokaičiuose šilumos nešėjas tiesiogiai maišosi (kontaktuoja) arba liečiasi su šilumos ėmėju, t.y. šiluma yra perduodama tiesioginio kontakto metu. Tipinis tokio šilumokaičio pavyzdys – čiurkšlinis kondensatorius. Šiame kondensatoriuje yra iišpurškiamas vanduo tam, kad kondensuotuos vandens garai (1).

– paviršiniai šilumokaičiai. Tokiuose šilumokaičiuose šilumos mainai vyksta per ploną tarpinę, kietą (metalinę) sienelę. Šilumos nešėją nuo šilumos ėmėjo skiria minėtoji sienelė. Tarpinė sienelė yra dar vadinama šilumos mainų paviršiumi. Tipinis tokio šilumokaičio pavyzdys yra automobilinis radiatorius – variklio aušinimo skystis yra aušinamas labiau vėsesniu atmosferiniu oru, kuris apipučia radiatoriaus varines ar žalvarines briaunas iš visų pusių. Kitas šio tipo aparato pavyzdys – garo katilas, kuriame degantis kuras, tiksliau degimo dujos kaitiną vandenį per tarpinę sienelę, o vanduo virsta garais.

Priklausomai nuo darbinių terpių yra išskiriami tokie šilumos mainai (2):

a) skystis – skystis, šilumos manai vyksta tarp skysčių;

b) garas – skystis, šilumos mainai vyksta tarp garo ir skysčio (garo šildytuvai, kondensatoriai);

c) dujos – skystis, ššilumos mainai vyksta tarp dujų ir skysčio (oro šaldytuvai);

Pagal šiluminį režimą yra išskiriami šilumokaičiai periodinio veikimo, kuriuose palaikomas kintamas šiluminis procesas, ir nepertraukiamo veikimo, kuriuose vyksta nusistovėjęs per tam tikrą laiką šilumos mainų procesas. Periodinio veikimo šilumokaičiuose šiluma gaminama porcijomis (įkrovos), dėl to proceso parametrai, kintant produkto savybėms ir jo kiekiui, visą laiką varijuoja. Nenutrūkstamas procesas charakterizuojamas pastoviu šiluminiu režimu.

Šilumos nešėjai – agentai (1). Daugelyje šilumokaičių kaip šilumos nešėjęs yra naudojamas vandens garas. Vandens garas pasižymi tokiais privalumais: lengvai transportuojamas vvamzdžiais, nesunkiai galima reguliuoti garo temperatūrą proceso metu, didelis šilumos atidavimo intensyvumas, skvarbumas ir t.t.

Šildyti karštu vandeniu ar kitais skysčiais taip pat yra populiaru. Skysčiai mažiau intensyviai nei garas atiduoda šilumą, skysčių transportavimas vamzdžiais yra sunkesnis nei garo. Tai pat lengvai galime reguliuoti proceso eigą.

Tiek garo, tiek skysčių panaudojimas šilumos mainams turi ir tam tikrų minusų: augant temperatūroms auga ir šilumos nešėjų slėgimas.

Taip pat šilumos mainams naudojamos įvairios dujos ar oras. Bet naudojamos dujos turi tam tikrų trūkumų: sunku reguliuoti ir transportuoti šilumos nešėją, mažas šilumos mainų intensyvumas, užteršiamas šilumos mainų paviršius (jei naudojamos degimo dujos) ir t.t. Bet šis šilumos mainų būdas yra paplitęs įvairiausios džiovyklose ( džiovinama šiltu oru).

Šilumokaičių parinkimo principai (6). Šilumokaičio tipą parinkti yra gan sunku. Dažniausiai šilumokaičio konstrukcija parenkama priklausomai nuo to kokios šilumos mums reikia, koks proceso intensyvumas ir t.t. Šilumokaičio konstrukcija parenkama atsižvelgiant į keletą reikalavimų.

Pagrindinis reikalavimas šilumokaičiui – tai jo tinkamumas turimo produkto technologiniam apdirbimui. Tai pasiekti galime esant tokioms sąlygoms: būtinos technologinio proceso temperatūros palaikymas, galimybė tą temperatūrą reguliuoti; apdirbamo produkto darbiniai greičiai aparate; šilumokaičio konstrukcinės medžiagos parinkimas, įvertinant apdirbamo produkto cheminį aktyvumą (šilumokaičio šilumos mainų paviršiaus užterštumo galimybė); įvertinti apdirbamo produkto darbinius slėgius;

Sekantis reikalavimas, keliamas šilumokaičiams – aaukštas efektyvumas (gamybinis našumas) ir ekonomiškas aparato darbas, kuris labai priklauso nuo aukšto šilumos mainų intensyvumo ir tuo pat metu sureguliuojant optimaliai hidraulinius pasipriešinimus aparate.

Taip pat šiandien mums yra aktualu šilumos mainų aparatų kompaktiškumas, nedidelė masė, konstrukcijos paprastumas, kad aparatas būtų lengvai montuojamas ir remontuojamas, apžiūrimas ir išplaunamas, tuo pačiu būtina įvertinti šilumos mainų paviršiaus konfigūraciją, įvertinti temperatūrines deformacijas, parinkti tinkamus ir patvarius srieginius sujungimus.

Tam, kad turėtume intensyvesnį šilumos mainų procesą mums būtina: padidinti šilumokaityje apdirbamo produkto ir šilumos nešėjo greičius, tuo sumažindami hidrodinaminio sluoksnio ant šilumos mainų paviršiaus storį; kuo efektyviau išnaudoti apiplaunamų paviršių plotą šilumos mainams ir t.t.

Šilumokaičių projektiniai skaičiavimai (1,2,5,6). Projektuojant šilumokaičius (paviršiniai šilumokaičiai su šilumos mainų paviršiais) yra atliekami tokie skaičiavimai: šiluminiai, konstrukciniai, hidrauliniai, stipruminiai, techniniai- ekonominiai – pastarieji yra atliekami keliais variantais. Suprojektavus šilumokaitį yra parenkamas optimalus variantas, kurį nulemia: šilumokaičio naudingumo koeficientas, masė, gabaritiniai-montavimo išmatavimai ir t.t.

3. BRIAUNUOTO VAMZDŽIO ŠILUMOKAITIS

Klasifikacija (1,2,5). Briaunuoto vamzdžio šilumokaitis yra priskiriamas vamzdinių šildytuvų grupei. Vamzdiniai šildytuvai būna įvairių konstrukcijų. Plačiausiai naudojami gyvatukiniai, šildytuvai su briaunuotais vamzdžiai, apvalkiniai ir korpusiniai šildytuvai.

Vieni vamzdinio tipo šildytuvai yra kompaktiški, kiti ne. Briaunuoto vamzdžio šilumokaitis yra priskiriamas prie efektyvesnių ir kompaktiškų šilumokaičių grupės.

Didžioji dalis briaunuoto vamzdžio šilumokaičių vis gi yra skirti įįvairaus oro paruošimui. Dėl to tarp briaunuoto vamzdžio šilumokaičių yra išskiriama kaloriferių – oro šildytuvu arba aušintuvų grupė. Oro šildytuvai yra skirstomi taip: plokštieji kaloriferiai, stačiakampiai-apvalūs kaloriferiai, oro šildytuvai ir aušintuvai (agregatai), ventiliaciniai oro šildytuvai, oro šildytuvai su ventiliatoriais, oro kondicionavimo agregatai.

Apie briaunuoto vamzdžio šilumokaičius (1,2,3,4,5,6). Šilumokaičiai su briaunuotais vamzdžiais yra gan savotiškos konstrukcijos, kuri turi savų privalumų šiuos aparatus naudojant tam tikroje darbinėje aplinkoje.

Briaunuoto vamzdžio šilumokaičiai plačiausiai yra naudojami įvairių aplinkų šildymui ar džiovyklose.

Šildytuvai su briaunuotais vamzdžiais naudojami, kai vieno iš šiluminių agentų yra gerokai mažesnis šilumos atidavimo koeficientas (tai gali būti dujos, labai klampūs skysčiai). Tokiu atveju tikslinga padidinti iš to agento pusės šildomąjį paviršių tiek kartų, kiek kartų mažesnis yra šio agento šilumos atidavimo koeficientas a. Paviršius didinamas briaunomis arba plokštelėmis iki 10—20 kartų (3.1 pav.).

Briaunos gali būti skersinės arba išilginės. Briaunuoto vamzdžio šilumokaičio skersinės briaunos gali būti stačiakampio arba kūginio skerspjūvio (3.2 pav.), o pačios briaunos dar gali turėti tokią formą: išilginės-plokštelinės, adatinės ir t.t. Pačios briaunos gali būti pripresuotos, privirintos, o mažiesiems briaunuotiems šilumokaičiams – briaunos lituojamos .

Kad šildytuvas būtų reikiamo našumo, tokie briaunoti vamzdžiai surenkami į sekcijas (3.3 pav.).

3.1 pav. Briaunuoto vamzdžio šilumokaičių konstrukciniai elementai

3.1.1 pav. Briaunuoto

vamzdžio šilumokaičių konstrukciniai elementai

3.2 pav. Briaunuoto vamzdžio šilumokaičio briaunų elementai

3.3 pav. Briaunuoto vamzdžio sekcijinis šilumokaitis

Plokštieji kaloriferiai (3,4) (3.4 pav.) išskirtiniai tuo, kad šilumos nešėju gali būti tik vanduo, kurio maksimali galima temperatūra iki 150oC, slėgis iki 1.0 MPa. Šio tipo šildytuvai gali būti naudojami nedidelėse džiovyklose, patalpose. Mažų gabaritinių matmenų plokštieji kaloriferiai yra montuojami automobiliuose – jie atlieka aušinimo funkciją. Plokščiasis kaloriferis pasižymi greitu šilumos tiekimu, nes tarp kaloriferio briaunų lengvai pratekėdamas oras greitai pasisavina šilumą.

3.4 pav. Plokščiasis kaloriferis

Oro šildytuvai, kkuriuose šilumnešis yra vanduo, taip pat gali būti skirti orui šildyti oro šildymo ir kondicionavimo sistemose su stačiakampiais ortakiais. Šildomame ore negali būti kietų dalelių, plaušo, agresyvių ar lipnių priemaišų, dėl to imtų koroduoti šiluminės sistemos detalės. Todėl tokiose sistemose yra montuojami oro filtrai. Minėti šildytuvai gali būti montuojami tiek vertikaliai, tiek horizontaliai.

Stačiakampiuose ar apvaliuose stambiakorpusiniuose šildytuvuose (3,4,5,6) šildant orą paprastai yra naudojamas vandens garas, patenkantis į kolektorių 1 (3.5 pav.), o toliau į briaunuotų vamzdelių pluoštą 2. Kondensatas pašalinamas iiš kolektoriaus 3 (3.5 pav.). Pagal įvairius skaičiavimus yra nustatyta, kad gaunant šilumą iš vandens garų negalime viršyti 180 –1900C darbinės temperatūros, bei darbo slėgimo iki 1.8 MPa. Dažniausiai tokių šilumokaičių konstrukcijoje yra naudojamos patvarios medžiagos, kurios gali pakelti ir aaukštesnes temperatūras ir didesnius darbinius slėgius. Konstrukcinės medžiagos būna tokios: masyvus korpusas – plieninis ar pan., vamzdeliai gali būti plieniniai arba spalvotųjų metalų su primontuotomis spalvotojų metalų briaunomis.

3.5 pav. Stačiakampiai-apvalūs briaunuotieji šildytuvai

1- garo padavimo kolektorius, 2 – briaunuotas vamzdelis, 3 – kondensato šalinimo kolektorius.

Oro šildytuvai ir aušintuvai (agregatai) (3,4) pagrinde naudojami vėdinimo sistemose cirkuliuojančiam orui šildyti arba aušinti, jie įrengiami ortakiuose (3.6 pav.). Tokio agregato konstrukcija yra gan paprasta: korpusas-gaubtas pagamintas iš lakštinio plieno, kurio paviršius galvanizuotas, šilumokaičio gyvatukas ir vamzdžių jungtys varinės, o plokštelės – aliumininės. Maksimali šildančiojo agento temperatūra 100oC, maksimalus slėgis iki 1.0 MPa.

3.6 pav. Oro šildytuvai ir aušintuvai (agregatai)

Oro aušintuvo montavimo schema

Kiti paminėti oro ventiliavimo ar šildymo agregatai yra labiau specifiniai ir kombinuoti, kurių konstrukcijoje aatsiranda ir elektrinių mazgų.

Technikoje dažnai susiduriame su tokia būtinybe – reikalingas valytas ir šaldytas oras. Tam buvo sukurtas yra naudojamas srautinis-plokštelinis aušintuvas (3.8 pav.). Šio įtaiso darbas yra grindžiamas priešpriešiniais srautais. Vienu srautu yra tiekiama šaldantysis agentas, kitu – oras.

3.8 pav. Oro aušintuvas

Daugelyje sovietinių laikų visuomeniniuose pastatuose buvo montuojami šildymo mazgai, kurių konstrukcijose buvo panaudoti briaunuoto vamzdžio šilumokaičiai. Tinkamai suprojektuotas briaunuoto vamzdžio šilumokaitis yra kompaktiškesnis už šilumokaitį, pagaminto iš nebriaunuoto vamzdžio – t.y. esant vienodoms darbo sąlygoms briaunuoto vamzdžio ššilumokaičio 1 šildymo elemento šilumos atidavimas yra labiau intensyvesnis nei šilumokaičio be briaunų. Tipinis briaunuoto vamzdžio šilumokaičio elementas parodytas 3.9 pav.(6)

3.9 pav. Briaunuoto vamzdžio šilumokaičio elementas

Šilumos perdavimo intensyvumas (2,3,6). Šilumos atidavimo intensyvumas (šiluminis srautas) – tai proporcinis temperatūrų skirtumas tarp šildančiosios ir šildomosios terpių. Be to šilumos atidavimo intensyvumas labai priklauso nuo terminio pasipriešinimo ant šilumos mainų plokštumos, kuris atsiranda dėl darbinių medžiagų (šildantysis agentas – skystis) ir nuo pačios šilumos mainų plokštumos terminio pasipriešinimo. O jei ant šilumos mainų plokštumos atsiranda “prisvilusių” darbinių produktų, kurie suformuoja savotiškai kieto kūno plutelę, tai terminis šilumos mainų pasipriešinimas dar labiau padidėja. Skaičiuojant briaunuoto vamzdžio šilumokaitį terminis pasipriešinimas yra suskaičiuojamas šilumokaičio vienam elementui, tai pilnas šilumos atidavimo intensyvumas proporcingas šilumokaičio šilumos mainų plokštumos plotui. Visa tai, kas buvo pasakyta, matematiškai atrodytų taip:

čia: q – šilumokaičio šiluminis našumas, W;

A – šilumokaičio šilumos mainų paviršiaus plotas, m2;

Dt – vidutinis temperatūrinis skirtumas tarp šildančiosios ir šildomosios terpės, K;

R – pilnas terminis šilumokaičio pasipriešinimas, įvertinant visus ankščiau minėtus faktorius, m2K/W;

U – pilnas šilumos perdavimo koeficientas (dydis priešingas R), W/(m2K).

Kadangi dydis U priklauso nuo šilumokaičio darbinio ploto A, dėl to skaičiuojant U būtina nurodyti šilumos mainų plotą, įvertinant ir briaunas.

Jei šilumokaityje darbiniai paviršiai ((šilumos mainų paviršius) yra pakankamai švarūs, tai pilnas terminis pasipriešinimas R priklausys nuo agentų srautų tėkmės greičio šalia šilumos mainų plokštumos, o taip pat ir nuo darbinių agentų tankio, klampumo, šilumos perdavimo koeficiento, šilumos talpumo ir t.t.

Saugus darbas. Parenkant norimai sistemai kažkokį šilumokaitį būtina numatyti ir tokius dalykus kaip šilumokaičio remontą ar aptarnavimą.

Pirmas saugaus darbo reikalavimas – šilumokaitis remontuojamas tik pilnai atjungtas nuo sistemos.

Antras reikalavimas – remontuojantys briaunuotuosius šilumokaičius asmenys privalo naudoti papildomas saugos priemones – galima remonto metu susižeisti į aštrias briaunas.

Draudžiama eksploatuoti briaunuotuosius šilumokaičius pamačius skysčių nutekėjimą iš aparato.

Pagamintą šilumokaitį gamykloje galima eksploatuoti tik pagal gamintojo pase nurodytas technines sąlygas, bei nenaudoti tokioj aplinkoje, kuri aktyviai gali suardyti šilumokaičio konstrukciją.

4. PRIEDAS

Čia aš norėčiau pateikti principinius briaunuoto vamzdžio šilumokaičio parinkimo principų diagramas. Šios diagramos labai patogios šiandien naudoti, nes daugelį šiluminės technikos įtaisų yra tiesiog parenkami pagal katalogus. Pavyzdys yra konkrečiai skirtas firmos “Remak” VO tipo plokščiajam šilumokaičiui parinkti, taip pat pridedu ir slėgimo nuostolių diagramas, kurios gan akivaizdžiai iliustruoja kaip gali šilumos gamybos procesui įtakoti slėgio nuostoliai.

Taip pat noriu parodyti schematiškai kaip yra jungiami kaloriferiai į darbo linijas.

Kaloriferių pajungimas į darbines linijas

VO tipo plokščiojo kaloriferio parinkimo nomogramos

Oro slėgio nuostoliai šildytuvuose

5. IŠVADOS

Apžvelgus šilumokaičius bendrai iir įsigilinus į briaunuoto vamzdžio šilumokaičius – šildytuvus, matome, kad pritaikomumas yra labai platus, panaudojimo sričių daug.

Šie briaunuoti šilumokaičiai yra paprastos, bet savotiškos konstrukcijos- kuri leidžia gan specifiškai išnaudoti šilumokaičio galimybes, neturi visiškai mechaniškai judamų detalių dėl to gali būti plačiai naudojami chemiškai aktyvioje aplinkoje.

Aš peržiūrėjau gan nemažai literatūros šaltinių, teko pavartyti gaminių katalogų, todėl aš norėčiau išskirti tokius pagrindinius briaunuotų šilumokaičių bruožus:

Pliusai:

– tai gan ekonomiški šilumokaičiai;

– pakankamai kompaktiški;

– paprasta konstrukcija;

– efektyviai išnaudojami šiluminio proceso virsmai;

– maža konstrukcinė masė;

– lengva reguliuoti šiluminius parametrus;

– darbinės temperatūros leidžia šilumokaičius naudoti jautriose aplinkose;

– pakankamai aukštos darbinės temperatūros;

– lengvai sumontuojami ;

Minusai:

– mažas darbinis slėgimas (dėl naudojamų spalvotojų metalų patvarumo);

– gan dideli slėgio nuostoliai iš abiejų agentų pusės;

– kai kuriais atvejais sunkiai remontuojamas;

– kai kurie šilumokaičiai neatsparūs mechaniniams poveikiams;

– neatsparus korozijai;

– negalima bandyti slėgimui suspaustu oru;

– jautrūs aplinkos orui dėl užterštumo;

Šiuolaikinės technologijos ir medžiagos leidžia briaunuotus šilumokaičius pagaminti itin lengvus ir patvarius – automobilinių radiatorių kolektoriai gaminami iš plastiko.

Tobulėjant šiluminių procesų kontrolės įtaisams – tobulėja ir patys šilumokaičiai.

6. LITERATŪROS SĄRAŠAS

1. Касаткин А. Г. Основные процесы и апараты химическои технологии. Москва: «Химия», 1973. 751 стр.

2. Ciparis J., Daumantas E., Drobavičius A., Novodrovskis A., Sasnauskas K., Cheminės technologijos procesai ir aparatai. Vilnius: «Mokslas», 1984. 473 psl.

3. Gluosnis A., Šildymo

prietaisų, agregatų, šilumokaičių oras – oras ir ventiliatorių žinynas. Kaunas: «Technologija», 1998. 271 psl.

4. Gluosnis A., Šilumos punktų įrangos ir šildymo sistemų reguliavimo bei apskaitos prietaisų. Kaunas: «Technologija», 2002. 246 psl.

5. Машины и апараты химических производств./ Доманский И.В. и др., Ленинград: «Машиностроение», 1982. 384 стр.

6. Каталог ОАО „Завод Теплообменник““ , 2004 г., Россия, г. Нижний Новгород, www.teploobmennik.ru