Описание теплообменников

Ниже приводится описание некоторых теплообменников.

Масловоздушные радиаторы. Масловоздушный радиатор предназначен для охлаждения масла набегающим потоком воздуха и является составной частью многих технических устройств в авиационной, автомобильной и других областях техники. Он состоит 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 перекрестного тока, одноходовой по воздуху, четырех- (рис. 5.5) или двухходовой (рис. 5.6) по маслу.

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

Рис. 5.5 Рис. 5.6

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

Набегающий воздух проходит между каналами. Площадь межканаль­ных проходов увеличена за счет ребер, выполненных из фольги в фор­ме зигзагов. Между входной и выходной камерами имеется перепускной клапан, который при повышенном давлении на входе отжимается от седла и может перепускать масло со входа сразу на выход. Причиной повышения давления на входе может быть засорение радиаторного элемен­та.

Масловоздушный радиатор также может быть выполнен по другой схеме и может 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. 5.7) выполнен по прямоточно-противоточной схеме, одноходовой по воздуху и многоходовой по маслу.

Рис. 5.7

Корпусом радиатора является цилиндрическая труба с кольцеобразными коллекторами, входной и выходной камерами, клапанной ко­робкой. Радиаторный элемент состоит из латунных трубочек, через которые проходит воздух. Трубочки шестигранными концами спаяны в девять секций, которые разделены перегородками с отверстиями для прохода масла. Масло входит через входную камеру и поступает в кольцеобразный 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 выходную 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, верхней части радиатора имеется заглушка, которая служит для удавления воздуха из радиатора при заполнении системы маслом.

Фотографии масловоздущных радиаторов, имеющихся в лаборатории, приводятся на рис.5.8-5.11.

Рис. 5.8. Масловоздушный пластинчато-ребристый теплообменный аппарат четырехходовый по маслу

Рис. 5.9. Масловоздушный пластинчато-ребристый теплообменный аппарат двухходовый по маслу (тип 1734)

Рис. 5.10. Масловоздушный пластинчато-ребристый теплообменный аппарат двухходовый по маслу (тип 2196)

Рис. 5.11. Многоходовый масловоздушный радиатор с сотовыми теплообменными элементами

Турбохолодильная установка. Турбохолодильная установка (ТХУ) предназначена для охлаждения кабины при полете на сверхзвуковых скоростях, а также для обогрева кабины при полете на больших высо­тах и состоит из следующих основных частей (рис. 5.12):

- турбохолодильника с вентилятором;

- радиатора с входной и выходной камерами и коллекторами;

- патрубка с ограничителем давления.

Рис. 5.12. Турбохолодильная установка

Турбохолодильник служит для дальнейшего охлаждения воздуха, поступающего из радиатора. Он вращает вентилятор, который всасыва­ет атмосферный воздух, и имеет следующие части:

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

- вал с консольно насаженными ротором турбины и крыльчаткой вентилятора;

- крышку турбины для подвода воздуха;

- крышку вентилятора для отвода потока с закруткой.

Радиатор служит для охлаждения воздуха, поступающего из комп­рессора, воздухом, всасываемым вентилятором из атмосферы, и имеет следующие части:

- двухсекционный корпус с входной и выходной камерами и коллекторами;

- радиаторный элемент;

- сетку на входе охлаждающего воздуха.

Радиатор выполнен по схеме (рис. 5.13) перекрестного тока, двухходовой по охлаждающему и охлаждающему воздуху.

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

- корпус;

- радиаторный элемент с ребристыми поверхностями.

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

Рис. 5.13. Схема двухходового перекрестного тока

Корпусом радиатора является сварная трехсекционная коробка с выштамповками. В межсекционном пространстве находятся болты, кото­рые стягивают стенки корпуса. Усиление корпуса выштамповками и болтами необходимо 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 воз­дух, отбираемый из компрессора, охлаждается атмосферным воздухом. Площадь теплообмена радиаторного элемента увеличена ребрами, выполненными из фольги в форме зигзагов.

Патрубок с ограничителем давления (макет ТХУ) предназначен для подвода воздуха из компрессора, а также регулировки давления и 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 радиатора, затем в коллекторе меняет свое направление на 180°, проходит через вторую половину и удаляется вентилятором.

Охлаждаемый воздух, подаваемый из компрессора с достаточно высоким давлением и температурой, проходит через дроссельную зас­лонку ограничителя давления, попадает в первую половину радиатора, затем в коллекторе 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 срезу поступать в кабину, минуя турбохолодильник.

Жидкостно-воздушные испарители. Примером, когда теплоноситель меняет свое агрегатное состояние, является водовоздушный испаритель, который предназначен для испарения воды и состоит из следующих основных частей (рис.5.14):

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

- испарительного элемента 2 с воздушньми патрубками коллекторами;

- резинового мешка 3.

Водовоздушный испаритель (рис. 5.14) предназначен для испа­рения залитой воды горячим воздухом, проходящим через двухходовый испарительный элемент.

Рис. 5.15. Схема и фотография водовоздушного испарителя

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

Испарительным элементом 2 являются U-образные латунные трубочки, которые приварены к фланцу. Воздух поступает через вход­ной патрубок-коллектор в испарительный элемент, отдает тепло воде и удаляется через выходной патрубок-коллектор, испарившаяся вода поступает к потребителю.

Аналогичный принцип действия имеет аммиачно-воздушный испаритель, схема и фотография которого представлена на рис.5.15. Компактность таких аппаратов составляет 400…600 м²/м³.

Вращающийся регенератор малоразмерного газотурбинного двига­теля (ГТД). Теплообменные аппараты, использующиеся для утилизации (возвращения в цикл) теплоты выхлопных газов газотурбинных устано­вок называются регенераторами. В малоразмерных ГТД (транспортных, вертолетных, танковых) может использоваться вращающийся дисковый регенератор (рис. 5.16).

Вращающийся дисковый регенератор предназначен для подогрева сжатого в компрессоре воздуха за счет тепла выхлопных газов. Подогретый воздух поступает в камеру сгорания ГТД и для достижения расчетной температуры на выходе из камеры сгорания требуется сжигать меньшее количество топлива, чем в двигателе без регенерации. При этом экономичность ГТД повышается на 20…35%.

Вращающийся дисковый регенератор имеет жесткий металлический каркас образованный верхней 1 и нижней 2 пластинами с отверстиями, цилиндрическими стаканами (трубками) 3, центральной 4 и периферийной 5 обечайками. В ячейки, образованные стаканами, устанавливают­ся теплоаккумулирующие элементы 6 проницаемые для воздуха, которые могут быть выполнены из металлической сетки, стальных или керами­ческих пластин и т.д. Насадка в виде усеченного конуса из многослойной плетеной стальной сетки имеется на выставочном стенде лаборатории.

Во время работы ГТД регенератор вращается с частотой 15…25 об/мин. При этом в газовом тракте элементы нагреваются, охлаждая проходящие выхлопные газы, а в воздушном тракте элементы отдают тепло проходящему через них воздуху.

Рис. 5.15. Аммиачно-воздушный испаритель: 1 – корпус, 2 – испарительные элементы, 3 – сепаратор капель, 4 – сетка

Рис. 5.16. Вращающийся дисковый регенератор

Дисковый вращающийся регенератор с внутренними керамическими насадками показан на фотографии 5.17.

Другие теплообменные аппараты различного назначения, имеющиеся в лаборатории, показаны на рис.5.18-5.25.

Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников показаны на рис.5.26, а также представлены на выставочном стенде.

Рис.5.17. Дисковый вращающийся регенератор с внутренними керамическими насадками

Рис.5.18. Авиационный топливо-масляный теплообменник (тип 4700 Т)

Рис. 5.19. Авиационный воздухо-воздушный теплообменник системы кондиционирования воздуха

Рис. 5.20. Трубчатый масловодяной теплообменник с пластмассовой матрицей для сельскохозяйственных машин (фирма «Катерпиллер»)

Рис.5.21. Теплообменник «воздух – продукты сгорания» для регенарации энергии продуктов сгорания

Рис.5.22. Теплообменник-отопитель автомобиля «ВАЗ»

Рис. 5.23. Изооктано-азотный радиатор

Рис. 5.25. Авиационный топливо-воздушный теплообменник

Рис. 5.25 Водо-воздушный радиатор

Рис. 5.26. Трубчатые элементы пластмассовых теплообменников