И виды теплообменных поверхностей

По принципу действия криогенный теплообменники можно подразделить на две основные группы:

1) регенераторы − аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки попеременно омывают одну и ту же поверхность и массу, аккумулирующую и отдающую теплоту; условия теплообмена в таких аппаратах нестационарны;

2) рекуператоры − аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена; тепловой поток обычно постояннен и перпендикулярен движению теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.

Наибольшее применение нашли регенераторы в воздухоразделительных установках (ВРУ). В ВРУ регенераторы предназначены для охлаждения сжатого воздуха до температуры насыщения и одновременной его сушки и очистки от двуокиси углерода и других примесей, вымерзающих из воздуха на теплообменной поверхности. Регенераторы работают в режиме полной самоочистки. Обратный поток газа во время так называемого «холодного дутья» полностью сублимирует, десорбирует и выносит из регенератора все примеси, осевшие на поверхности насадки.

По конструкции регенераторы отличаются видом используемой в них насадки, а именно различают регенераторы с алюминиевой гофрированной насадкой (рис. 37) и регенераторы с базальтовой насадкой.

Рис. 37. Регенератор с алюминиевой дисковой насадкой:

1, 4, 6 − решетки верхняя, средняя и нижняя; 2 − насадка алюминиевая; 3 − корпус;

5 − насадка каменная; 7 − опорное кольцо; 8 − шпилька нажимная

Регенераторы с алюминиевой насадкой состоят из рядов дисков, скрученных из гофрированных алюминиевых лент. Такой диск называется галетой (рис. 38). Насадка, состоящая из уложенных друг на друга дисков, разделяется на три зоны: верхнюю, среднюю, нижнюю. В верхней (теплой) зоне регенератора установлены диски с большим относительным свободным объемом, в нижней (холодной) зоне регенератора установлены диски с наименьшим свободным объемом. Гофрированная лента в дисках уложена таким образом, что образуются каналы для прохода воздуха.

У регенераторов с базальтовой насадкой конструкция несколько сложнее: для улучшения прохода воздуха внутри корпуса размещают ряды трубок, а в межтрубное пространство засыпают базальтовую крошку размером зерен 8¸12 мм.

Рис. 38. Диск насадки (галета), свернутый из двух алюминиевых

гофрированных лент с прорезями

Расход энергии при использовании регенераторов, как правило, несколько выше (5−8 %), чем, если бы в установках использовались теплообменники рекуперативного типа, однако конструктивная и технологическая простота, большой ресурс работы, высокая надежность, особенно в условиях сильно загрязненного воздуха, вытеснили другие теплообменники в воздухоразделительных установках средней и крупной производительности.

Конструкции теплообменников рекуперативного типа мало отличаются от теплообменников, используемых в холодильной технике.

Виды теплообменников представлены на рис 39.

Рис. 39. Принципиальные схемы теплообменников,

применяемых в криогенных системах:

а − труба в трубе; б − пучок труб в трубе; в − из спаянных трубок; г − прямотрубный
с сегментными перегородками; д − прямотрубный без перегородок; е − витой;

ж – пластинчато-ребристый; з − матричный