Оребрение труб теплообменников
Тема: трубы теплообменные для теплообменников
Сегодняшний материал расскажет о том какое бывает оребрение труб и как оно делается, а так же для чего используется. Теоретическая статья для тех кто интересуется, а так же для тех кто собрался сделать какой-либо теплообменник или теплообменную систему.
Начнем с того, а для чего нужно оребрять трубы? Во всех кожухотрубных и секционных теплообменных аппаратах в качестве основного теплообменного элемента используется труба. Трубки находятся внутри кожуха или корпуса и внутри их движется охлаждающая среда, снаружи соответственно горячая, если это охладитель. Хорошо можно посмотреть на примере водяного воздухоохладителя движение всех сред.
Т.е. получается, чем лучше организован теплообмен между средами, теплой и холодной, между той, которая находится внутри трубки и снаружи, тем лучше теплообменник, тем больше его КПД, и соответственно он эффективней. Интенсивность теплообмена, т.е. какое количество теплоты "поглощается" или отдается в единицу времени зависит от площади теплообменной поверхности. Соответственно, чем она больше, тем больше теплоты принимается. Вот для этого трубка и оребряется. Для того, чтобы многократно увеличить площадь поверхности теплообмена.
Чаще всего в теплообменниках используется трубка 16 или 19 мм, и 25 мм. Давайте возьмем 19 миллиметровую трубку, это наружный диаметр. Площадь 1 погонного метра трубы вычислим по формуле и она составит: S=3.14х19/1000=0.05966 квадратных метров. А если сделать оребрение трубки поверхность 1 погонного метра трубы составит 0.7 метров квадратных. Т.е. в 11.7 почти в 12! раз больше.
Посмотрите, как она выглядит оребренная труба с биметаллическим оребрением.
Если делать теплообменник на гладкой трубе трубок придется установить в 12 раз больше, а это значит станет больше цена, увеличатся габариты устройства, расходы охлаждающей среды, раз больше трубок, значит нужно больше воды по ним пропустить, а это опять увеличение расходов. К тому же если среда воздух, то гладкая трубка очень плохо "снимает теплоту", это то же самое если бы у вам дома были не батареи отопления, а простые гладкие трубы.
Еще хороший пример это охлаждение центральных процессоров компьютеров нагревающихся при работе. Чтоб "снимать" теплоту на них устанавливают кулеры воздушного охлаждения. Это тот же самый теплообменник с оребрением труб. И чем больше его масса и диаметр его труб, тем эффективней кулер и охлаждение, и тем дороже он. Мастера разгона и энтузиасты гоняются за такими экземплярами и платят большие деньги лиж бы достичь желаемого результата, увеличить по максимуму частоту проца, а это возможно лишь при использовании более эффектной системы охлаждения. И сравнимо с теплообменниками, чем он эффективней охлаждает, тем лучше работает основная установка: двигатель, турбина, трансформатор или лучше нагревается сетевая вода или воздух в помещении.
Я кстати для своих компов использую более эффективные и дорогие кулера, как на фото ниже.
По сравнению с штатными увеличивают теплообмен до 3 раз, что положительно сказывается на стабильности всей системы. При не нагруженных режимах работы не требуются даже вентиляторы так как сам радиатор вполне справляется с охлаждением процессора. Это я маленько рассказал об интересном.
Кстати многие импортные воздухоохладители делают на этой основе, набор медных пластин прошивают трубками, на фото ниже.
Но мы так не делаем. Если пластины засорятся теплообмен значительно снизится, а чистить теплообменник такой это большая проблема. Мы изготавливаем воздухоохладители во на основе круглых теплообменных трубок. И эффект большой и почистить можно.
Накатное оребрение труб
До этого мы рассмотрели так называемое накатное оребрение труб. Берется несущая трубка, на нее надевается алюминиевая труба большого диаметра и ребра накатываются в специальном прокатном стане. Таким образом получаются оребренные биметаллические трубы типа квсп или гбм. Используются для изготовления промышленных воздухоохладителей и различных калориферов водяных кск, секции аво и т.п.
Используемые материалы для оребрения
- несущая: труба латунная тонкостенная л63, л68, л96, мнж 5 1, трубы из нержавеющей стали 12х18н10т, а так же ст20.
- оребрение: труба алюминиевая ад1.
Более качественно вам расскажет статья: подбор материалов для оребренных труб.
Спиральное оребрение трубок
Получается навивкой ленты на несущую трубу. Подразделяется на два вида. Это труба спирально навивная klm и труба твч. Первые получаются навивкой алюминиевой ленты ад1 на несущую трубку стальную бесшовную из стали20, возможны и другие марки стали, а вот вторые отличаются тем, что лента кроме того, что навивается, еще и приваривается токами высокой частоты к несущей трубке, во время разогрева происходит расплав в зоне контакта и приварка.
Для спирального оребрения труб твч используется только стальная лента, но из разных марок, включая нержавейку.
Трубки klm получили распространение в кожухотрубчатых теплообменниках и аппаратах воздушного охлаждения аво. А трубы твч в системах где повышенная температура, например в котлах, где другие трубки попросту расплавятся или не будут выполнять возложенные функции. Еще одно их применение это воздушные тэны с оребрением. Дешево и эффективно. Можно нарезать любой длины трубки, сделать резьбу по концам и соединять при помощи муфт, тем самым построить систему отопления хоть производственного, хоть сельскохозяйственного помещения. Кстати у нас их заказывали для отопления свинарников. Об этом есть видео на You Tube - хрюшки в тепле.
Продольное оребрение труб и другие редкие виды
Маленько расскажу о редких видах. Есть так называемое продольное оребрение для сепараторов пароперегревателей и шипами. Используются редко в специализированных теплообменниках.
Коэффициент оребрения и его практический смысл
Часто звучит или пишут в таблицах, что есть так называемый коэффициент оребрения, а что это никто не пишет. Попробуем разобраться. Т.е. из самого определения становится понятно, что это величина показывающая насколько трубка оребрена. Научное определение звучит так: "Коэффициент оребрения труб это отношение поверхности всех ребер и участков между ребрами к поверхности неоребренных участков". Т.е. складываем площадь всех ребер и площадь участков между ребрами и делим на площадь участков которые неоребрены.
Это применимо к спиральному оребрению, так как между ребрами ленты остаются просветы, а вот странно когда пишут коэффициент у накатного оребрения где вся поверхность оребрена и нет свободных гладких участков. Я бы применил в этом случае следующую величину это степень оребрения. Это отношение всей наружной оребренной поверхности к внутренней поверхности трубок. Его можно применить ко всем видам оребрения и чем он больше, тем лучше конечно. Но опять же нужно смотреть для чего применяется труба с оребрением.
Рассмотрим трубки с оребрением выполненные накаткой и спиральные при прочих равных параметрах диаметре несущей трубки, диаметре оребрения и шаге между ребрами. Если взять воздухоохладитель воп или вуп, то чем больше они теплоты отведут от электромашины, тем они лучше и эффективней. Поэтому, чем больше степень оребрения трубок, тем лучше соответственно, для этого площадь оребрения специально увеличиваем и наносим насечки получая оребрение квсп накатной трубки. Но здесь охладитель работает в герметичных условиях и нет засоренности проходящего воздуха. А если взять маслоохладитель дц работающий на открытом воздухе, то ребра остаются гладкими типа гбм и насечки не делаются, иначе все засорится и он не будет охлаждать масло и чистить его будет очень трудно, т.е. здесь теряет смысл увеличение коэффициента оребрения или степени.
А если возьмем тэн с оребрением в котором, чем больше шаг между ребрами тем он эффективней при условиях естественной конвекции, то и здесь имеем лучше если коэффициент меньше, он лучше если его увеличить сделав больше диаметр оребрения, но мы рассматривали равные условия для труб выполненных разными видами изготовления ребристой поверхности.
Вывод такой, что оребрение теплообменников выполняется после того, как сделаны все расчеты теплообменного аппарата и взяты во внимание все аспекты и условия его установки и работы, помещение, улица, климат, вода, воздух, масло и т.д. И главным условием ставится эффективность теплообменника и гарантированный срок эксплуатации.
Станки и оборудование для оребрения труб
А сейчас я покажу вам, как мы делаем оребряем и какое оборудование для оребрения труб используем. Начнем с накатного в первую очередь. Что его получить мы используем специальный прокатный стан с головкой в которой расположены накатные элементы, это сложный инструмент формирующий форму ребер. На таком стане можно оребрять трубки диаметром от 16 до 58 мм простых марок сталей, а так свободно обрабатывается труба стальная 12х18н10т.
Для получения спиральных klm форм используется станок для оребрения труб с настроенным инструментом формирующим L полочку и вальцующий ленту в несущую трубку. Это более простая конструкция, чем рассмотренная выше.
Оребрение методом твч делается на установке. К трубке и ленты подводится ток разогревающий их до состояния расплава в зоне контакта при этом трубка движется вперед, а лента перпендикулярно подводится и накручивается, по мере прохода она остывает и приваривается. Самое прочное, но не такое эффективное, но опять же все зависит от того, для чего она будет применяться.
Отдельно хочу рассказать о медной оребренной трубке производимой абсолютно цельной. Нет никаких контактов оребрения и трубы, вальцевания, сварки, накатки. Берется медная труба и формируются ребра специальными резцами. Это самая эффективная трубка! Но и самая дорогая. У нас ее заказывают либо на ответственные теплообменники, либо на компактные, так как у не самая большая теплопроводность и эффективность. Бывает, что и на отопление в тсж используют, берут воду или пар из котла и пропускают по трубкам, выходит очень тепло. А соединить можно любыми муфтами и как угодно.
Итоги и выводы
Надеюсь материал помог вам разобраться какое бывает оребрение, для чего применяется и как получается. Самое основное это то, что при выборе вида должны быть проведены все тепловые расчеты с учетом факторов установки теплообменника, а не только мотивировать коэффициентами, видом накатки или спирали.
Если вы знаете какая труба вам нужна смело звоните к нам и заказывайте производство оребренной трубы, а если нет, то наши специалисты ответят на все ваши вопросы и подскажут, что лучше применить. В любом случае можно воспользоваться контактами ниже или формой обратно связи, куда кстати можно прикрепить чертеж, эскиз или фото с заявкой.
