Описание теплообменников

Приводим описание некоторых теплообменников.

Масловоздушный радиатор предназначен для охлаждения масла набе- гающим потоком воздуха и является составной частью многих технических устройств в авиационной, автомобильной и других областях техники. Состо- ит из следующих основных частей:

- корпуса с входной и выходной камерами и коллекторами;

- радиаторного элемента с ребристыми поверхностями;

- клапана перепуска масла из входной камеры в выходную. Масловоздушный радиатор может быть выполнен по схеме перекре-

стного тока, одноходовой по воздуху, четырех- (рис. 5.4) или двухходо- вой (рис. 5.5) по маслу.

Корпусом радиатора является сварная коробка с входной и вы- ходной камерами, клапанной полостью и коллекторами, в которых масло меняет направление движения на 180°. Между входной и выходной каме- рами и коллектором вварен радиаторный элемент, в котором масло отда- ет тепло воздуху.

Рис. 5.4. Масловоздушный четырех- ходовой по маслу радиатор

Рис. 5.5. Масловоздушный двух- ходовой по маслу радиатор

Радиаторный элемент имеет масляные плоские каналы, поверхность которых увеличена вставкой из фольги с отогнутыми язычками.

Набегающий воздух проходит между каналами. Площадь межканаль- ных проходов увеличена за счет ребер, выполненных из фольги в фор- ме зигзагов. Между входной и выходной камерами имеется перепускной клапан, который при повышенном давлении на входе отжимается от сед- ла и может перепускать масло со входа сразу на выход. Причиной по- вышения давления на входе может быть засорение радиаторного эле- мента.

Масловоздушный радиатор также может быть выполнен по другой схеме и иметь другую конструкцию. Например, масловоздушный радиатор с сотовым теплообменным элементом состоит из следующих основных частей:

- корпуса с входной и выходной камерами и коллекторами;

- сотообразного радиаторного элемента;

- клапана перепуска масла с входа на выход.

Масловоздушный радиатор (рис. 5.6) выполнен по прямоточно- противоточной схеме, одноходовой по воздуху и многоходовой по маслу.

Рис. 5.6. Масловоздушный радиатор одноходовой по воздуху и многоходо- вой по маслу (прямоточно-противоточная схема)

Корпусом радиатора является цилиндрическая труба с кольцеоб- разными коллекторами, входной и выходной камерами, клапанной ко- робкой. Радиаторный элемент состоит из латунных трубочек, через ко- торые проходит воздух. Трубочки шестигранными концами спаяны в 9 секций, которые разделены перегородками с отверстиями для прохода масла. Масло входит через входную камеру и поступает в кольцеобраз- ный коллектор, через отверстие в корпусе оно проходит в радиаторный элемент. Смывая трубки, масло охлаждается и поступает в выходной коллектор через отверстие в корпусе, из коллектора проходит в вы- ходную камеру.

Между входной и выходной камерами имеется перепускной клапан, который при повышенном давлении на входе отжимается от седла и может перепускать масло с входа сразу на выход. Причиной повышения давления на входе может быть засорение радиаторного элемента, в верхней части ра- диатора имеется заглушка, которая служит для удавления воздуха из радиа- тора при заполнении системы маслом.

Фотографии масловоздущных радиаторов, имеющихся в лаборатории, приводятся на рис.5.7 – 5.10.

Рис. 5.7. Масловоздушный пластин- чато-ребристый теплообменный ап- парат четырехходовый по маслу

Рис. 5.8. Масловоздушный пластин-

чато-ребристый теплообменный ап- парат двухходовый по маслу (тип 1734)

Рис. 5.9. Масловоздушный пластин-

чато-ребристый теплообменный ап- парат двухходовый по маслу (тип 2196)

Рис. 5.10. Многоходовый масловоз- душный радиатор с сотовыми тепло- обменными элементами

Турбохолодильная установка (ТХУ) предназначена для охлаждения ка- бины при полете на сверхзвуковых скоростях, а также для обогрева кабины при полете на больших высотах. Состоит из следующих основных частей (рис. 5.11):

- турбохолодильника с вентилятором;

- радиатора с входной и выходной камерами и коллекторами;

- патрубка с ограничителем давления.

Рис. 5.11. Турбохолодильная установка

Турбохолодильник служит для дальнейшего охлаждения воздуха, поступающего из радиатора, вращает вентилятор, который всасывает атмо- сферный воздух. Имеет следующие части:

– корпус с сопловыми лопатками турбины, направляющим аппаратом вентилятора и системой смазки опоры вала;

– вал с консольно насаженными ротором турбины и крыльчаткой вен- тилятора;

– крышку турбины для подвода воздуха;

– крышку вентилятора для отвода потока с закруткой.

Радиатор служит для охлаждения воздуха, поступающего из комп- рессора, воздухом, всасываемым вентилятором из атмосферы, и имеет сле- дующие части:

– двухсекционный корпус с входной и выходной камерами и коллекто-

рами;

– радиаторный элемент;

– сетку на входе охлаждающего воздуха.

Радиатор выполнен по схеме (рис. 5.12) перекрестного тока, двухходо-

вой по охлаждающему и охлаждаемому воздуху.

Радиатор от аналогичной турбохолодильной установки представлен на стенде отдельно. Имеет следующие основные части:

– корпус;

– радиаторный элемент с ребристыми поверхностями.

Радиатор ТХУ выполнен по схеме перекрестного тока, одноходовой по охлаждающему и охлаждаемому воздуху.

Рис. 5.12. Схема двухходового перекрестного тока

Корпусом радиатора является сварная трехсекционная коробка с вы- штамповками. В межсекционном пространстве находятся болты, которые стягивают стенки корпуса. Усиление корпуса выштамповками и болтами не- обходимо для того, чтобы не было разрыва или деформации корпуса, так как воздух, отбираемый из компрессора, имеет достаточно высокую температуру и давление. Между секциями корпуса вварен радиаторный элемент, где воз- дух, отбираемый из компрессора, охлаждается атмосферным воздухом. Пло- щадь теплообмена радиаторного элемента увеличена ребрами, выполненны- ми из фольги в форме зигзагов.

Патрубок с ограничителем давления (макет ТХУ) предназначен для подвода воздуха из компрессора, а также регулировки давления. Состоит из следующих частей:

– патрубка с фланцами и кронштейнами;

– дроссельной заслонки, которая перекрывает проходное сечение при повышении давления;

– механизма поворота дроссельной заслонки.

Принцип работы ТХУ состоит в следующем. Охлаждаемый воздух, всасываемый вентилятором, через стенку попадает в первую половину ра- диатора, затем в коллекторе меняет свое направление на 180°, проходит через вторую половину и удаляется вентилятором.

Охлаждаемый воздух, подаваемый из компрессора с достаточно высо- ким давлением и температурой, проходит через дроссельную заслонку огра- ничителя давления, попадает в первую половину радиатора, затем в коллек- торе меняет направление на 180°, проходит через вторую половину, а из нее попадает в турбину, где при расширении еще больше охлаждается. После этого воздух с пониженным давлением и температурой поступает в кабину. При достаточно низкой температуре охлаждаемый воздух может сразу по- ступать в кабину, минуя турбохолодильник.

Жидкостно-воздушные испарители. Примером, когда теплоноситель меняет свое агрегатное состояние, является водовоздушный испаритель,

предназначенный для испарения воды. Состоит из следующих основных час- тей (рис. 5.13):

– корпуса 1 с заливной горловиной и патрубком выхода паров воды;

– испарительного элемента 2 с воздушньми патрубками коллекторами;

– резинового мешка 3.

Водовоздушный испаритель (рис. 5.13) предназначен для испарения за- литой воды горячим воздухом, проходящим через двухходовый испаритель- ный элемент.

Корпус 1 водовоздушного радиатора-испарителя представляет собой сварную коробку с залитой горловиной, выходным патрубком для паров во- ды, сливным штуцером и приваренным фланцем для паров воды, сливным штуцером и приваренным фланцем для установки испарительного элемента.

а б

Рис. 5.13. Схема (а) и фотография водовоздушного испарителя (б)

Испарительным элементом 2 являются U-образные латунные трубоч- ки, которые приварены к фланцу. Воздух поступает через входной патру- бок-коллектор в испарительный элемент, отдает тепло воде и удаляется через выходной патрубок-коллектор, испарившаяся вода поступает к по- требителю.

Аналогичный принцип действия имеет аммиачно-воздушный испари- тель, схема и фотография которого представлена на рис. 5.14. Компактность таких аппаратов составляет 400…600 м2/м3.

а б

Рис. 5.14. Аммиачно-воздушный испаритель: а – схема; 1 – корпус, 2 –

испарительные элементы, 3 – сепаратор капель, 4 – сетка; б – общий вид

Вращающийся регенератор малоразмерного газотурбинного двига- теля (ГТД). Теплообменные аппараты, использующиеся для утилизации (возвращения в цикл) теплоты выхлопных газов газотурбинных установок, называются регенераторами. В малоразмерных ГТД (транспортных, верто- летных, танковых) может использоваться вращающийся дисковый регенера- тор (рис. 5.15).

Вращающийся дисковый регенератор предназначен для подогрева сжа- того в компрессоре воздуха за счет тепла выхлопных газов. Подогретый воз- дух поступает в камеру сгорания ГТД и для достижения расчетной температу- ры на выходе из камеры сгорания требуется сжигать меньшее количество топ- лива, чем в двигателе без регенерации. При этом экономичность ГТД повыша- ется на 20…35%.

Вращающийся дисковый регенератор имеет жесткий металлический каркас, образованный верхней 1 и нижней 2 пластинами с отверстиями, ци- линдрическими стаканами (трубками) 3, центральной 4 и периферийной 5 обечайками. В ячейки, образованные стаканами, устанавливаются теплоакку-

мулирующие элементы 6, проницаемые для воздуха, которые могут быть вы- полнены из металлической сетки, стальных или керамических пластин и т.д. Во время работы ГТД регенератор вращается с частотой 15…25 об/мин.

При этом в газовом тракте элементы нагреваются, охлаждая проходящие вы- хлопные газы, а в воздушном тракте элементы отдают тепло проходящему че- рез них воздуху.

Дисковый вращающийся регенератор с внутренними керамическими насадками показан на рис. 5.16.

Рис. 5.15. Вращающийся дисковый регенератор

Другие теплообменные аппараты различного назначения, показаны на рис. 5.17-5.24.

Рис.5.16. Дисковый вращающийся регенератор с внутренними кера- мическими насадками

Рис.5.17. Авиационный топливо- масляный теплообменник (тип 4700 Т)

Рис. 5.18. Авиационный воздухо- воздушный теплообменник системы кондиционирования воздуха

Рис. 5.19. Трубчатый масловодяной теплообменник с пластмассовой мат- рицей для сельскохозяйственных ма- шин (фирма «Катерпиллер»)

Рис.5.20. Теплообменник «воздух – продукты сгорания» для регенара- ции энергии продуктов сгорания

Рис.5.21. Теплообменник-отопитель

автомобиля«ВАЗ» Рис. 5.22. Изооктано-азотный радиа-

тор

Рис. 5.23. Авиационный топливо- воздушный теплообменник

Рис. 5.24 Водо-воздушный радиатор

Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников показаны на рис. 5.25.

Рис. 5.25. Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников

На рисунках5.7 – 5.25 представлены различные типы теплообменных аппаратов, как по назначению и по конструктивному исполнению, так и ис- пользованию различных материалов