Одноходовые и многоходовые промышленные воздухонагреватели

На рис. ниже показаны:

• многоходовой воздушный обогреватель серии ВНВ с односторонним расположением присоединительных штуцеров
  
  
• одноходовой обогреватель серии ВНП с диагональным расположением присоединительных штуцеров
  
  

Принцип теплообмена в воздушных нагревателях ВНВ и ВНП

Теплообмен в водяных промышленных нагревателях воздуха серии ВНВ и паровых нагревателях серии ВНП осуществляется по следующему принципу:

• горячий теплоноситель (пар, вода) циркулирует внутри теплообменных трубчатых элементов, нагревая стенки трубок;
• тепловая энергия от обогреваемых  водой или паром трубок забирается потоками холодного воздуха, омывающего их наружную поверхность.

Обратите внимание! В практике производства и эксплуатации воздухонагревающей техники в настоящее время равнозначны два названия этих приборов:

• калориферы – сложившееся традиционное название, в котором для воздухонагревающих приборов с водяным или паровым теплоносителем приняты обозначения КСк и КПСк;
• воздухонагреватели – принятый к употреблению термин, используемый в ГОСТ 27330-97x «Воздухонагреватели. Типы и основные параметры». В этом стандарте водяные и паровые модели обозначены соответственно ВНВ и ВНП.

Особенности передачи тепла в теплообменниках типа ВНВ/ВНП

Процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя, заключенного в металлическую трубку, к воздуху, свободно обтекающего эту трубку, осуществляется несколькими способами теплопередачи:

• на этапе передачи теплоты от горячей воды или пара к внутренней стенке трубы – способом конвекции и теплопроводности;
• на этапе переноса теплоты через стенку трубы – способом теплопроводности;
• на этапе теплопередачи от стенки к потоку воздуха – способами конвекции, теплопроводности и радиации, в которых доминирующим является конвективная теплопередача.

Это важно! Технико-экономические показатели воздушных обогревателей зависят от эффективности теплопередачи в теплообменниках ВНВ/ВНП (КСк или КПСк), создающих тепловой поток q для нагрева воздуха в производственном помещении.

Тепловой поток q является важным теплофизическим параметром, характеризующим количество тепловой энергии, переносимой энергоносителем или получаемой хладоагентом в течение определенного времени. Применительно к обогревающим приборам используется показатель плотности теплового потока Q, характеризующий величину q, отдаваемой единичной площадью внешней поверхности теплообменного элемента (в калориферах это гладкие или оребренные трубки). Чем выше величина Q, тем большее количество тепла предается воздушному хладоагенту для его нагрева, тем эффективнее работает обогревающий прибор.

Факторы влияния на интенсивность теплообмена в калориферах КСк и КПСк (воздухонагревателях ВНВ и ВНП)

В тепловых расчетах обогревающих приборов для оптимизации показателя Q и оценки интенсивности процесса перетекания теплоты к воздушным массам используется коэффициент теплопередачи k, представляющий собой отношение  k= Q/ Δt. В этой формуле параметром Δt  обозначен температурный напор, определяемый как разность температур теплоносителя tт и температуры в помещении tв, то есть  Δt= tт- tв.

В конкретных условиях эксплуатации на величину коэффициента k влияют следующие факторы:

• напор температурный Δt;
• скорость движения теплоносителя внутри теплообменных трубок;
• скорость движения нагреваемой воздушной среды.

Для обогревающих приборов серий ВНВ и ВНП, отличающихся повышенной скоростью движения воздуха вблизи внешней поверхности теплообменных трубок и стабильным среднеарифметическим показателем температурного напора, определяющим фактором для повышения их эффективности является скорость теплоносителя внутри трубок. Теплообмен в калорифере можно значительно интенсифицировать при увеличении скорости теплоносителя в трубках. С этой целью в конструкциях калориферов реализуются схемы циркуляции пара и воды с одноходовым и многоходовым исполнением проточной части.

Интенсификация теплообмена в многоходовых воздухонагревателях

На рис. ниже показаны две схемы, наглядно поясняющие принцип построения одноходового и многоходового теплообменников (стрелками показано направление движения теплоносителя):

• поз. (а) – схема одноходовой проточной части, в которой теплоноситель движется только в одном направлении (на схеме – вертикально вниз):
• поз. (б) – схема многоходовой проточной части, в которой теплоноситель несколько раз изменяет направление движения (на схеме –горизонтальное направление).  Каждый ход образован частью размещенных теплообменных трубок. В приведенном на схеме (б)примере проточная часть – четырехходовая.

Это важно! Поскольку в многоходовых конструкциях для создания каждого хода используются не все трубки, уменьшается общий размер живого сечения для движения теплоносителя. Это приводит к возрастанию скорости его прохода внутри трубок и увеличению коэффициента теплопередачи при прочих равных условиях.

Конструкции многоходовых воздухонагревателей

Конструктивно реализация принципа многоходовости циркуляции теплоносителя решается за счет размещения в распределительных коробках (коллекторах) воздухонагревателя специальных перегородок. На рис. ниже показаны основные элементы калориферов с разным характером циркуляции теплоносителя:

• схема (а) – одноходовое исполнение;
• схема (б) – трехходовое исполнение.
• поз. 1 – патрубок входа горячего теплоносителя;
• поз. 2 – коробка распределительная (коллектор);
• поз. 3 – теплообменные трубки;
• поз. 4 – патрубок выхода остывшего теплоносителя;
• перегородка.

Изменение направления движения теплоносителя обеспечивается при помощи перегородок, привариваемых в распределительных коробках и разделяющих их на несколько (от 3 до 8) камер/отсеков.

В соответствии со схемой циркуляции в одноходовых приборах и в многоходовых калориферах с нечетным количеством ходов присоединительные патрубки для входа и выхода теплоносителя имеют диагональное расположение. У многоходовых изделий с четным количеством ходов присоединительные патрубки расположены с одной стороны относительно друг друга.

В зависимости от вида теплоносителя применяют различное исполнение проточной части теплообменников:

1. Для пара используется только одноходовое исполнение. В случае многоходового варианта циркуляции пара на участках поворота теплообменных труб возникают мощные гидравлические удары, приводящие к разрушению конструкции.
   
   
   
   В одноходовых паровых моделях используется вертикальное расположение труб с нижним положением патрубка выхода, чтобы иметь возможность слива самотеком остывшего конденсата при нештатном отключении подачи пара.
2. Для горячей воды используется многоходовое исполнение, включая одноходовые варианты циркуляции в трубках.

В нагревателях ВНВ рабочим положением теплообменных трубок является горизонтальное с нижним расположением патрубка выхода, что обеспечивает полноценный слив воды в случае прекращения подачи теплоносителя.

Маркировка одноходовых и многоходовых воздухонагревателей

Специальной маркировки в принятой ГОСТ  27330-97 «Воздухонагреватели. Типы и основные параметры» системе обозначений воздухонагревающих приборов не предусмотрено. Завод-изготовитель калориферов (воздухонагревателей) в каталогах своей продукции отдельно указывает номера приборов ВНВ в многоходовом исполнении.

Для примера - в качестве примечания к таблице с номерами воздухонагревателей ВНВ и соответствующих технических характеристик отдельной строкой оговорено, что приборы с №№ от 01 до 05 имеют 4-х ходовую схему движения теплоносителя, от 06 по 10 – выполнены по 6-ти ходовой схеме исполнения. Тогда для двухрядного воздухонагревателя ВНВ 113-202 или трехрядного аналога ВНВ 113-302 определено, что приборы изготовлены в 4-х ходовом варианте исполнения (номер модели обозначен последними двумя цифрами – 02).