Загальні відомості про теплообмінних апаратах енергетичних установок суден.

Теплообмінний апарат (ТА) являє собою пристрій, призначений для нагрівання або охолодження теплоносія (води, повітря, палива, масла тощо) зі зміною і без зміни його агрегатного стану. Нагрівання одного теплоносія здійснюється за рахунок охолодження другого. Виняток становлять теплообмінники (реактори і електронагрівачі), в яких теплота виділяється в самому апараті і йде на нагрів теплоносія.

Апарати, в яких між теплоносіями відбувається массообмін, називають масообмінними апаратами. Апарати, в яких одночасно протікають тепло-і масообмін, називають тепло-масообмінними.

До найбільш поширених процесів, що відбуваються в суднових ТА, відносять нагрівання, охолодження, конденсацію, випарювання, дистиляцію і т. д.

Рис. 16.2. Схемы ТА: а —с двумя закрепленными неподвижными трубными досками; б —с U-образными трубками; в — с плавающей трубной доской; г —с сальниковым уплотнением; д — с трубками Фильда; е —с двумя закрепленными неподвижными трубными досками и линзовым компенсатором; ж— змеевиковый; з— элементный однотрубный типа „труба в трубе "

Теплообмінні апарати класифікують за такими признаками:

-По організації робочого процесу - на поверхневі або змішуючого типу. У поверхневих ТА середовища обмінюються теплотою через розділяючу їх стінку, а в змішувальних - шляхом безпосереднього контакту теплоносіїв. Поверхневі апарати діляться на рекуперативні і регенеративні. У рекуперативних апаратах тепловіддача здійснюється при безперервному і одночасному русі теплоносіїв. В регенеративних апаратах теплота передається при почерговому омиванню гарячим і холодним теплоносіями теплоаккумулюючої поверхні;

-По виду теплоносія - на рідинні, коли теплообмін відбувається між рідинами, газові, коли теплота передається від гарячого газу до холодного, і газорідинні - теплота передається від рідини до газу або навпаки;

-По організації руху середовищ - з прямоточним рухом гарячого і холодного теплоносіїв в ТА, з перехресним струмом і протитечією робочих середовищ, а також на одно-, двох і багатоходові ТА (рис. 16.1);

-По конструкції - залежно від типу теплопередающей поверхні.

В ТА рекуперативного типу як теплопередающей поверхні використовують круглі і оребрені труби, плоскі канали і профільні пластини;

- за призначенням - на охолоджувачі масла, води, повітря, підігрівачі повітря, палива, масла, випарники (див. § 16.3), конденсатори (див. § 16.2);

- за характером руху теплоносіїв - на апарати самопроточні і з примусовою циркуляцією. В самопроточних ТА охолоджуюча забортна вода циркулює за рахунок дінамічного напору зустрічного потоку, що викликається рухом судна. Примусову циркуляцію охолоджуючої води через ТА забезпечують насоси.

В якості основної конструкції в судновій практиці використовуються кожухотрубні ТА (рис. 16.2) різних модифікацій. Апарати цього типу застосовуються у випадках низьких і високих температур і тисків, при великих градієнтах температур, при випаровуванні і конденсації і використанні сильно забруднених і корозійно-активних теплоносіїв. В кожухотрубних ТА досягаються відносно великі відносини теплопередаючої поверхні до об'єму і масі. Методи розрахунку і технологія їх виготовлення досить надійні.

- 315-

Для газорідинних і газових ТА найбільш прийнятна конструкція з сильно розвиненою теплопередаючою поверхнею з боку газу (повітря).

Рис. 16.3. Конструктивна схема наборного пластинчастого ТА

Поряд з кожухотрубними ТА помітне застосування в суднобудуванні набувають пластинчасті апарати (рис. 16.3). Вони відносно компактні, відрізняються невеликою масою, легко очищаються. Ці ТА конструюють з ряду паралельних гофрованих пластин, з листів з виштамповками різної форми і привареними профілями, які збільшують поверхню теплообміну і турбулізують потік [11,25]. Область застосування пластинчастих апаратів обмежується діапазоном малих тисків між теплоносіями через неможливість забезпечити високу міцність конструкції.

Пластинчасті ТА застосовують як охолоджувачів та підігрівачів теплоносіїв, конденсаторів чистих парів і пари з парогазових сумішей.

Пластинчасті ТА виконують розбірними і нерозбірними. В розбірних апаратах герметизація каналів забезпечується за допомогою прокладок на основі синтетичних каучуків. Такі ТА витримують температури від -20 до 140-150 ° С і тиск не більше 2 - 2,5 МПа. Нерозбірні пластинчасті ТА виконують зварними. Вони можуть працювати при температурах до 400 ° С і тиску до 3 МПа. Коефіціент теплопередачі пластинчастих ТА в кілька разів вище, ніж у кожухотрубного апарату.

Зіставлення габаритних розмірів пластинчастого ТА з кожухотрубними для однієї і тієї ж величини теплоз'єма показує, що перші компактніше в 2 - 3 рази. За аналогічних умов маса пластинчастого ТА в 3 - 4 рази менша за масу кожухотрубного. На кожний квадратний метр теплопередаючої поверхні в пластинчастих теплообмінниках доводиться 2,5 - 5 л теплоносія, що в кілька разів менше, ніж у кожухотрубних апаратів.