Długo sądzono, że konstrukcja ze spiralnymi żebrami jest jedyną opcją do zastosowania w środowiskach wymagających ciężkich materiałów, długiej żywotności i ogólnej wytrzymałości. Uważano, że cewki z lamelami płytowymi są zbyt delikatne, aby sprostać wymaganiom wielu zastosowań przemysłowych. Jednak w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci coraz powszechniejsze stało się stosowanie wymienników ciepła z żebrami płytowymi w zastosowaniach przemysłowych.
Nie oznacza to, że cewki z lamelami płytowymi zastąpiły żebra spiralne. Nadal istnieje niezliczona ilość zastosowań, w których najlepszym rozwiązaniem są cewki z żebrami spiralnymi, ale nowe procesy, które pozwalają na stosowanie żeberek o większej średnicy, oznaczają, że opcje z żeberkami płytowymi stały się bardziej popularne w zastosowaniach, w których wcześniej rozważano jedynie konstrukcje z żebrami spiralnymi.
W tym poście omówimy oba typy wymienników ciepła – kilka szczegółów na temat ich budowy i zalety każdego z nich.
Płetwa płytowa
W płytowym wymienniku ciepła rurki są przełożone przez szereg metalowych „żeberek”. Żebra te są wykonane z ciągłego walca z metalu (0,004” do 0,032”) – na przykład miedzi lub aluminium – który jest przepuszczany przez prasę, która wycina otwory na rury i przycina arkusz na wymiar. Aby to osiągnąć, prasy wykorzystują kilka różnych typów matryc, które pozwalają na zmienne konfiguracje żeberek na cal (FPI), odstępy między rurami i średnicę rury.
Następnie przez żebra wprowadza się rurki. Następnie rury są rozszerzane, aby utworzyć bezpieczne połączenie w pakiecie żeberek, aby zmaksymalizować wymianę ciepła pomiędzy rurami i żebrami. Można to osiągnąć za pomocą procesu mechanicznego lub przy użyciu wody pod ciśnieniem.
Zalety
1. Różnorodność opcji materiałowych: W cewkach z lamelami płytowymi żebra mogą być wykonane z dowolnej liczby materiałów. Popularnymi przykładami są miedź, aluminium, stal węglowa i stal nierdzewna, przy czym materiały takie jak miedź-nikiel są mniej powszechne, ale nie niespotykane.
2. Różnorodne możliwości konfiguracji powierzchni żeberek: Żebra można wykonać przy użyciu różnych wzorów i ulepszeń, które między innymi zwiększają turbulencje powietrza lub ułatwiają czyszczenie wężownicy. Niektóre popularne powierzchnie żeberek to:
Płetwa płaska
Falista płetwa
Płetwa sinusoidalna
Podwyższona płetwa lancy
Żaluzyjna płetwa
3. Wydajność wymiany ciepła: Wężownice płytowe mogą zapewniać lepszy współczynnik przenikania ciepła po stronie powietrza niż w przypadku żeberek owiniętych spiralnie ze względu na większą powierzchnię wtórną, co oznacza, że energia jest przenoszona przez wężownicę bardziej efektywnie.
4. Zmienność gęstości żeberek: Konstrukcja płytowych wymienników ciepła umożliwia stosowanie szerokiego zakresu gęstości żeberek, w typowym zakresie od 1 do 25 FPI. Cewki ze standardowymi żebrami owiniętymi spiralnie są w tym obszarze bardziej ograniczone, przy czym typowy zakres wynosi od 4 do 13 FPI, ale niektóre żeberka owinięte spiralnie o bardzo małych wysokościach mogą osiągnąć znacznie większe FPI.
Spiralna płetwa
Nazywane również spiralnymi żebrami, spiralnie owinięte płetwy są w zasadzie właśnie tym - płetwą w kształcie spirali owiniętą wokół rurki. W przeciwieństwie do konstrukcji żeberek płytowych, które obejmują wiele rur przechodzących przez wspólne żebro, żebra owinięte spiralnie polegają na tym, że każda rura jest otoczona spiralnymi żebrami na całej długości.
Zalety
1. Możliwość łatwej wymiany: W przeciwieństwie do konstrukcji z żebrami płytowymi, gdzie demontaż i wymiana poszczególnych elementów może być mniej ekonomiczna niż wymiana całej cewki, niektóre konstrukcje z owiniętymi spiralnie umożliwiają łatwą wymianę rurek w przypadku ich uszkodzenia.
2. Bardzo dobry kontakt i połączenie żeberek z rurą (szczególnie przy zastosowaniu metody z osadzonymi żebrami): Istnieje kilka różnych metod wytwarzania spiralnie owiniętych rurek żebrowanych. Metoda z osadzonymi żebrami zapewnia najlepsze połączenie żeberka z rurą i może być stosowana w wyższych temperaturach, podczas gdy opcje z nawijaniem krawędziowym i stopką w kształcie litery L lepiej nadają się do zastosowań w niższych temperaturach.
• Nawinięty brzeg – pasek materiału lameli nawinięty jest na rurę w orientacji prostopadłej, tworząc ciągłą spiralną płetwę wzdłuż długości rury. Żebro i rura są połączone przez napięcie.
• Nawijane lub ze stopką w kształcie litery „L” – pasek materiału płetwy nakłada się na rurę w taki sposób, że część listwy płetwy wygina się pod kątem 90° i układa równolegle do rury, tworząc „stopkę”. Stopka ta zwiększa powierzchnię styku płetwy z rurą, zapewniając dodatkowy transfer ciepła. Metoda ta opiera się również na wiązaniu rozciągającym.
• Osadzone: W przypadku tej metody na powierzchni rury wykonywany jest rowek, a w rowek nawijany jest pasek żebra. Krawędzie rowka są dociskane z powrotem do krawędzi płetwy, aby zablokować płetwę na miejscu. Metoda ta powoduje, że sam materiał rury łączy się z żebrem, co utrzymuje się nawet w zastosowaniach wysokotemperaturowych.
3. Więcej opcji materiałowych w wysokich temperaturach: W zastosowaniach wymagających powietrza o temperaturze od 400 do 700° F możliwe są spiralnie owinięte żebra wykonane z aluminium i stali, podczas gdy wężownice z lamelami płytowymi muszą być wykonane przy użyciu stalowych żeber i rur podczas pracy w takich temperaturach.
