Vrzel v učinkovitosti med navadno in izboljšano cevjo
Običajni lupinasto-cevni izmenjevalnik, zgrajen iz navadne bakrene cevi, je odvisen od gibanja mase tekočine za prenos toplote v steno in iz nje. Izmenjevalnik z bakrenimi cevmi z visoko učinkovitostjo deluje na isto nalogo od znotraj navzven: izvrtina cevi ni gladka, pot pretoka ni ravna in hladilno sredstvo se dovaja v snop skozi razdelilnik, namesto da bi se odvrglo v zbiralnik. Rezultat je večja učinkovita prenosna površina in tanjša mejna plast na strani hladiva, kjer se običajno nahaja krmilni toplotni upor.
Od tod izvira poročano povečanje zmogljivosti, ne pa iz same kovine, ki ostaja standardni fosforno deoksidiran ali elektrolitsko žilav smolni baker. Izboljšane zasnove te vrste so običajno opisane kot zagotavljanje približno 20 % večjega prenosa toplote kot navadni cevni izmenjevalnik s primerljivim ovojom, z manjšim odtisom, nižjim polnjenjem hladiva in nižjimi stroški materiala kot praktičnimi prednostmi. Za proizvajalce toplotnih črpalk, ki se odmikajo od obsežnih oklepastih in cevnih enot, o izbiri odločajo ti trije dejavniki.
Strukturna zasnova izboljšanega svežnja
Konstrukcija je zgrajena okoli koncentričnih notranjih in zunanjih cevi, tako da vroča in hladna tekočina hkrati izmenjujeta toploto po obročastem prostoru in skozi bakreno steno.
Bakrena cev z notranjim utorom:na izvrtini se oblikujejo fini vijačni grebeni. V primerjavi z navadno cevjo je površina na enoto dolžine večja, grebeni pa vedno znova prekinjajo film hladilnega sredstva, tako da se tekočina pometa ob steno in tok ostane turbulenten, namesto da bi se usedel v plasti.
Koncentrična postavitev cevi v cevi:hladilna voda prehaja skozi bakreno izvrtino, medtem ko hladilno sredstvo zasede obroč med bakreno cevjo in zunanjo jekleno cevjo, zaradi česar sta dva toka v nasprotnem toku čez eno samo skupno steno.
Razdelilnik in razdelilnik:snop je povezan z razdelilnikom tekočine in razdelilnikom na vsakem koncu, tako da hladilno sredstvo enakomerno vstopa in izstopa iz vsake cevi, kar omogoča uporabo celotne prenosne zmogljivosti vsake cevi.
Zložen spiralni snop:snop je upognjen v zloženo spiralo in skozi njega potekajo jeklene cevi. Na vodo, ki teče skozi ukrivljeni prehod, deluje centrifugalna sila in rahel zasuk traku podobne poti, ki spodbuja sekundarni tok in čisti mejno plast, namesto da bi pustila, da se zgosti.
Kondicioniranje površine:obdelave izvrtin, ki izboljšajo omočenje bakrene površine, se uporabljajo v nekaterih izvedbah, da se tekočina ohrani v stiku s steno in zakasni lokalno izsušitev pri visoki kakovosti pare.
Materiali in standardi
Izbira materiala sledi isti logiki kot kateri koli hladilni tokokrog: baker za prenosno površino zaradi svoje prevodnosti in oblikovanja, jeklo za zadrževanje tlaka, kjer to omogoča geometrija, in nadzorovana atmosfera med spajkanjem, da ostane izvrtina čista.
| Komponenta | Materialna in specifikacijska osnova |
|---|---|
| Notranja cev, hladilno sredstvo in vodna stran | C12200 fosfor deoksidiran baker ali C11000 elektrolitsko žilava bakrena brezšivna cev z notranjimi žlebovi |
| Zunanja cev | Brezšivna jeklena cev z gladko izvrtino; pocinkana izvrtina se uporablja tam, kjer vodna stran potrebuje dodatno odpornost proti koroziji in obraščanju |
| Standardi za cevne izdelke | ASTM B111, ASTM B68, ASTM B75, ASTM B280, GB/T 17791 za brezšivne bakrene cevi |
| sklepi | Spajkani ali varjeni priključki s suhim izpihom dušika za preprečevanje oksidnega kamna v izvrtini |
| Inšpekcija | Testiranje z vrtinčnimi tokovi, tlačno testiranje in preverjanje dimenzij premera cevi, kakovosti sten in utorov |
Ker je cev deformirana, da oblikuje utore, in nato zvita, mora mlin dostaviti cev z doslednim žarjenim stanjem. Sveženj, izdelan iz cevi z nekonsistentno trdoto, se ne bo enakomerno zvijal, posledična sprememba obročaste reže pa zmanjša učinkovitost zasnove.
Zmogljivost, padec tlaka in povratek olja
Izboljšanje ni nikoli brezplačno. Žlebljenje izvrtine poveča koeficient toplotnega prenosa na strani hladilnega sredstva in poveča tudi padec tlaka na strani hladilnega sredstva, običajno za manjši odstotek kot dobiček pri prenosu toplote, zaradi česar se trgovina s toplotno črpalko ali hladilnim krogotokom splača. Oblikovalci torej delajo s skupnim koeficientom, ki vključuje oba učinka, ne pa samo s faktorjem izboljšanja.
Vodna stran:gladka ali pocinkana izvrtina zunanje cevi omogoča višje hitrosti vode brez velikega padca tlaka, odpornost proti nabiranju vodnega kamna pa ohranja stabilen koeficient vodne strani v dolgih obdobjih delovanja.
Stran hladilnega sredstva:enakomerna porazdelitev iz razdelilnika preprečuje, da bi se nekatere cevi izsušile, medtem ko bi druge preplavile, kar je običajen vzrok za nezadovoljivo delovanje v sicer dobri zasnovi tuljave.
Povratek olja:obročasta reža je enakomerno široka, spiralna pot pa ohranja dovolj visoko hitrost plina, da prenaša mazivo nazaj v kompresor, ko enota deluje kot uparjalnik.
Pritisk in šok:koncentrična konstrukcija z brezšivnim jeklom na zunanji strani vzdrži pogosto spreminjanje tlaka, pulziranje in vibracije ter se upira deformacijam, ko je tokokrog napolnjen ali izčrpan.
Brez zamašitve:reža med notranjo in zunanjo cevjo je enakomerna, tako da umazanija in kamenec ne premostita prehoda, enoto pa je mogoče očistiti brez razstavljanja vezja.
Prijave in navodila za izbiro
Zasnova ustreza pakiranim toplotnim črpalkam, hladilnim napravam, hladilnim kondenzacijskim enotam in vsem, kjer je potreben kompakten, tlačno odporen in poceni izmenjevalnik. Izbira se začne z masnim pretokom hladilnega sredstva, temperaturo izhlapevanja in kondenzacije ter pretokom na vodni strani, nato pa določi premer cevi, geometrijo utorov, dolžino snopa in število vzporednih tokokrogov, tako da padec tlaka ostane znotraj ovoja kompresorja.
Vsaki specifikaciji pripadata dve kontroli. Najprej potrdite hitrost in kakovost vode na strani vode, ker bo agresivna voda sčasoma napadla pocinkano izvrtino, ne glede na to, kako dobra je zasnova strani s hladilnim sredstvom. Drugič, preverite polmer navitja glede na premer cevi, saj bo pretesen zavoj ovaliziral bakreno cev in spremenil obročasto režo. Ko sta oba zadovoljna, zagotavlja izmenjevalnik kompakten ovoj in visoko učinkovitost, ki jo zahtevajo proizvajalci toplotnih črpalk in hladilnih naprav.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Zakaj je toplotni izmenjevalnik iz bakrene cevi visoko učinkovit?
Prednost izhaja iz geometrije in ne iz zlitine: cev z notranjimi utori poveča površino prenosa in ohranja turbulentnost hladilnega sredstva, medtem ko razdelilnik in razdelilnik enakomerno porazdelita hladilno sredstvo skozi vsako cev v snopu.
V: Koliko je boljši cevni izmenjevalnik od navadnega cevnega izmenjevalnika?
Običajno poročajo, da izboljšane zasnove te vrste prenašajo približno 20 % več toplote kot navadna cevna enota s podobnim ovojom, z manjšim odtisom in nižjimi stroški materiala, čeprav je natančna številka odvisna od hladilnega sredstva, pretoka in delovnih temperatur.
V: Kateri materiali so uporabljeni v cevnem snopu?
Za površino prenosa se uporablja brezšivna bakrena cev z notranjimi žlebovi, kot je C12200 ali C11000, brezšivna jeklena cev pa tvori zunanjo cev, pri čemer je na voljo pocinkana izvrtina, kjer vodna stran potrebuje dodatno odpornost proti koroziji in obraščanju.
V: Ali utorna izvrtina poveča padec tlaka?
ja Utori povečajo padec tlaka na strani hladilnega sredstva in tudi prenos toplote, vendar je dobiček pri prenosu običajno večji od kazni, zato je zasnova prednostna v krogih toplotnih črpalk in hladilnih agregatov, kjer je kompaktnost pomembna.
V: Zakaj je vračanje olja pomembno pri tej zasnovi?
Obročasta reža med notranjo in zunanjo cevjo je enakomerno široka, spiralna pot pa ohranja hitrost plina, tako da se mazivo prenaša nazaj v kompresor, namesto da bi se zbiralo v uparjalniku in izčrpavalo stroj.
V: Kako se sveženj pregleda pred odpremo?
Izmeri se premer cevi, debelina stene in oblika utora, tuljave se testirajo na tesnost, testiranje z vrtinčnimi tokovi pa se uporablja za odkrivanje napak na steni v brezšivni bakreni cevi, preden je snop sestavljen.
