Поверхностные теплообменники

Типичным примером контактного усталостного разрушения является питтинг рабочих поверхностей зубьев колес. Питтинг сосредоточивается на участках зуба, близких к начальной окружности. Это объясняется тем, что при обычных значениях коэффициента перекрытия (е = 1,2 -н 1,8) на этих участках нагрузку несет один зуб, а на участках, близких к головке и ножке, — два. Кроме того, на средних участках профиля происходит перекатывание без скольжения, тогда как на участках у головки и корня имеет место также проскальзывание. Эти участки подвергаются шлифующему действию сопряженных поверхностей, удаляющему поверхностные повреждения, но со временем приводящему к искажению эвольвентного профиля.

что роль покрытий заключается в предотвращении повреждения поверхности волокна при механическом и химическом взаимодействии и в облегчении смачивания и образования связи. Ранее •Саттон и Файнголд [34] указали на противоречивость этих требований. Основываясь на собственных исследованиях влияния добавки в никель 1% того или иного легирующего элемента на прочность связи между никелевой матрицей и пластинкой окиси •алюминия (сапфира), они заключили, что поверхностные повреждения и связь компонентов зависят от степени развития реакции

Свойства черных лаков после облучения улучшаются, адгезия и прочность их значительно увеличиваются, но появляются поверхностные повреждения.

Wab/P велико, условия скольжения плохие — трение велико, поверхность сильно повреждена, частицы износа крупные. Когда отношение Wab/P мало, условия скольжения хорошие, трение мало, поверхностные повреждения невелики, частицы износа небольшие. Средний диаметр частиц износа, которые отрываются от поверхности в рыхлой форме, равен

Проведенные многочисленные испытания каучуков показали, что эти материалы обладают обычно хорошей стойкостью к разрушающему воздействию морских точильщиков и микроорганизмов. Каучуки характеризуются средними потерями физических свойств при экспозиции в воде. Большинство каучуковых материалов либо вообще не разрушались за время испытаний, либо имели только слабые поверхностные повреждения. Основные исключения — силиконовый каучук и полиуретан. Силиконовый каучук был подвержен сильному общему поверхностному разрушению, вероятно, морскими животными, а также воздействию точильщиков. Полиуретаны на основе сложных эфиров не устойчивы в воде при продолжительной экспозиции, тогда как полиуретаны на основе простых эфиров стабильны. Для большинства каучуковых материалов наблюдалось существенное уменьшение относительного удлинения после продолжительной экспозиции в океане.

Значительная часть (около 20%) энергии реакции синтеза выделяется а-частицами (энергия частиц порядка 3,5 МэВ), ионами изотопов водорода, атомами и молекулами этих газов, а также электромагнитным излучением различной энергии в обращенных к плазме поверхностных слоях первой стенки реактора. Это приводит к интенсивной эрозии поверхности в результате «шелушения» (блис-теринга) поверхности вследствие образования и разрушения поверхностных газовых пузырей, а также в результате катодного распыле ния, протекания химических реакций и т. д. Поверхностные повреждения материалов присущи только термоядерным реакторам и в настоящее время представляют одну из наибольших трудностей для конструкторов этих реакторов.

Типичным примером контактного усталостного разрушения является питтинг рабочих поверхностей зубьев колес. Питтинг сосредоточивается на участках зуба, близких к начальной окружности. Это объясняется тем, что при обычных значениях коэффициента перекрытия (е = 1,2 — 1,8) на этих участках нагрузку несет один зуб, а на участках, близких к головке и ножке, — два. Кроме того, на средних участках профиля происходит перекатывание без скольжения, тогда как на участках у головки и корня имеет место также проскальзывание. Эти участки подвергаются шлифующему действию сопряженных поверхностей, удаляющему поверхностные повреждения, но со временем приводящему к искажению эвольвентного профиля.

перед установкой прокладок должны быть тщательно очищены от загрязнений, а поверхностные повреждения их должны быть устранены шабровкой или проточкой на станке.

Примечание. В лесоматериалах, предназначенных для разделки на рудничную стойку. ае допускаются зарубы, запилы, выколы сучков и другие поверхностные повреждения глубиной более !/20 диаметра торца в месте повреждения; наличие двух радиальных трещин, направленных по одному диаметру с двух противоположных сторон боковой поверхности, превышающей в общей сумме по глубине 1/2 диаметра соответствующего торца.

Клинард и Шерби [286] исследовали причины искажения формы образцов технического железа. Они обнаружили, что поверхностные повреждения (выступы, впадины) часто связаны с границами зерен и субзерен. Многократные термоциклы ведут к образованию протрузий, видимых невооруженным глазом. Объясняя механизм поверхностных повреждений металла при термоциклировании, обычно ссылаются на большое сходство с механической малоцикловой усталостью. ' Поскольку при термоциклировании железа вследствие полиморфного превращения в узком температурном интервале происходит значительное изменение объема (примерно 1%), в образцах появляются циклические напряжения. Усталостные выступы и впадины образуются в месте пересечения зон скольжения с поверхностью образца, и размеры их при механических и термических циклах близки [11, 108, 285]. На первых этапах термоциклирова-ния большую роль играет тенденция к сглаживанию

Фреттинг-усталость представляет собой преждевременное усталостное разрушение детали машины, на которую действуют циклические нагрузки или деформации в условиях, способствующих фреттингу. Поверхностные повреждения и микротрещины, появляющиеся в результате фреттинга, играют роль зародышей усталостных трещин, в результате роста которых усталостное разрушение происходит при таких нагрузках, которые в других условиях не вызывали бы разрушения. Фреттинг-усталость — очень опасный и коварный вид разрушения, поскольку фреттинг обычно происходит в местах соединений, не доступных для наблюдения, и приводит к преждевременному или даже неожиданному (внезапному) катастрофическому усталостному разрушению.

Поверхностные теплообменники — см. Теплообменники поверхностные

Поверхностные теплообменные аппараты, в которых каждый теплоноситель омывает поверхность нагрева, не вступающую в соприкосновение с другими теплоносителями, называются рекуперативными теплообменниками, или рекуператорами. Конструктивно они обычно оформляются в виде ряда каналов, по которым протекают рабочие жидкости. При стационарной тепловой работе рекуперативного теплообменника устанавливается постоянный тепловой поток через стенки от одной поверхности нагрева к другой без аккумуляции тепла в стенках. Поверхностные теплообменники, в которых одна и та же поверхность нагрева попеременно омывается разными теплоносителями, отдающими и воспринимающими тепло, называются регенеративными теплообменниками, или регенераторами. Они обычно состоят из системы каналов, в которые помещена твёрдая аккумулирующая набивка (металлическая набивка, керамические кольца и т. п.) и по которым поочерёдно протекают рабочие жидкости. Тепло, отданное одним из теплоносителей набивке и стенкам канала, аккумулируется ими, а затем передаётся другому теплоносителю, воспринимающему тепло. Таким образом самый принцип работы регенеративного аппарата предполагает периодическую аккумуляцию тепла с последующей его отдачей.

Подавляющее большинство теплообменников в теплосиловом хозяйстве представляет собой рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа — пароперегреватели, испарители, бойлеры и различного рода подогреватели, большая часть конденсаторов, водяные и воздушные экономайзеры, деаэраторы и охладители. Регенеративные поверхностные теплообменники применяются лишь для подогрева воздуха (воздухоподогреватели Юнгстрема).

На рис. 5-9 представлена схема системы технического кондиционирования газов на танкерах типа «Крым». Дымовые котельные газы с температурой 120--160°С поступают сначала в первый циклонно-пенный аппарат (ЦПА), в котором при высоком коэффициенте орошения (В„ = 8 -т- 12) происходит их охлаждение до температуры 35 °С при расчетной температуре забортной воды 28 °С. Степень очистки от сажи и сернистых соединений достигает 95—97%. Охлажденные и очищенные газы поступают далее во второй ЦПА, в котором при непосредственном контакте с 39—42 %-ным раствором хлористого лития происходит их осушка до относительной влажности не более 40 % при температуре 35 "С. После газодувок для снижения температуры газов (до 45 °С и ниже) установлены поверхностные теплообменники. Регенерацию раствора хлористого лития производят в третьем циклонно-пенном аппарате. Раствор предварительно нагревают паром до 100—105 °С в поверхностном теплообменнике, а затем пропускают через ЦПА, в котором при непосредственном контакте с прокачиваемым через аппарат воздухом происходит удаление влаги из раствора. Насыщенный раствор стекает в цистерну, а увлажненный воздух удаляется в атмосферу. Нейтральный газ подается в танки судна.

В качестве утилизаторов тепла обычно применяют различные поверхностные теплообменники регенеративного и рекуперативного типов. На их изготовление и установку затрачивают значительные количества металла. Они, как правило, являются громоздкими и дорогими. Тем не менее, в поверхностных утилизаторах тепла обеспечить глубокое охлаждение дымовых газов (ниже 120—140° С) весьма трудно, а также экономически невыгодно: для дальнейшего снижения температуры уходящих газов tyx (т. е. для передач большего количества тепла Q при меньшей средней разности температур Д^ между теплоносителями) необходимо резко увеличить поверхность нагрева Н.

чески целесообразными конденсационные поверхностные теплообменники, которые обеспечивают глубокое охлаждение продуктов сгорания природного газа ниже точки росы. Это направление получило значительное развитие за рубежом при создании конструкций отопительных котлов малой мощности, начинает разворачиваться оно и в СССР. В связи с этим следует проанализировать и сопоставить преимущества и недостатки контактных и поверхностных конденсационных теплообменников, определить наиболее рациональные области применения каждого из указанных типов.

До недавнего времени принималось, что всем упомянутым требованиям соответствуют только контактные (смесительные) теплообменники, названные ранее контактными экономайзерами [20]. Действительно, эта категория теплообменников вполне отвечает всем требованиям, кроме сохранения неизменным качества нагреваемой в них воды. Опасения (зачастую не вполне обоснованные) по поводу неизменности качества воды, а точнее, стремление обеспечить получение горячей воды питьевого качества, привело к созданию комплексных контактно-поверхностных теплообменников, состоящих из контактного экономайзера и водо-водяного подогревателя, в котором теплоносителем служит вода, нагретая в контактном экономайзере. И наконец, в самые последние годы получили развитие, особенно за рубежом, так называемые конденсационные поверхностные теплообменники и котлы, в которых глубокое охлаждение газов обеспечивается путем применения поверхностей нагрева с высоким коэффициентом оребрения, благодаря чему такой важный показатель компактности аппарата, как площадь поверхности нагрева в единице объема, вполне соизмерим с этим показателем в контактных аппаратах или даже превышает его. В результате в конденсационных поверхност-

Охарактеризовав конденсационные поверхностные теплообменники, автор статьи [62] указывает на целесообразность их использования для нагрева воды систем отопления при условии, если температура обратной воды ниже точки росы, а также и при более высокой температуре обратной воды, объяснив это следующим: к.п.д. их выше, чем в обычных котлах, благодаря лучшему использованию явной теплоты, поскольку площадь поверхности нагрева конденсационной приставки примерно вдвое больше поверхности нагрева самого котла, к которому эта приставка установлена. Указывается также, что конденсационная приставка к традиционному отопительному котлу либо конденсационная часть поверхности нагрева специализированного конденсационного котла должна быть изготовлена из коррозионно-стойкого материала, поскольку рН конденсата составляет 3—5. В числе других недостатков указано на существенное увеличение аэродинамического сопротивления установки, что требует оснащения ее тягодутьевым устройством. В статье [62] рассмотрена и упоминавшаяся в гл. II интересная конструкция (патент «Газ де Франс»), в которой за счет установки контактного воздухоподогревателя и подачи в горелку традиционного котла нагретого увлажненного воздуха существенно повышается влагосодержание газов и их точка росы, вследствие чего конденсация в котле начинается при более высокой температуре, т. е. получена возможность повысить температурный уровень системы отопления, увеличивается количество теплоты, выделяющейся при конденсации, и соответственно значительно повышается к.и.т. Для котлов большой теплопроизводительности такая комбинированная установка может оказаться весьма целесообразной.

Если полагать, что конденсационные поверхностные теплообменники могут обеспечить такое же глубокое охлаждение газов, как и контактные, в дальнейших расчетах можно принять, что средний температурный напор между газами и водой у них одинаков (Д? = 60 °С). Для наиболее распространенных в промышленных котельных контактных экономайзеров ЭК-БМ1 с правильно уложенными керамическими кольцами размерами 50x50X5 мм скорость газов 2—2,5 м/с, плотность орошения 10—15 м3/(м2-ч), объемный коэффициент теплообмена Kv

Проведенное нами приближенное сопоставление показало, что по металлоемкости конденсационный поверхностный теплообменник, изготовленный из сребренных труб, почти не уступает чисто контактному, а может быть, даже выгоднее. Контактно-поверхностные теплообменники по металлоемкости уступают лучшим поверхностным. Аэродинамическое сопротивление контактных и конденсационных поверхностных теплообменников примерно одинаковое. Определенные преимущества контактных теплообменников — весьма простые технология и материал изготовления (листовая сталь). Для поверхностных конденсационных агрегатов серьезной технологической операцией служит оребрение гладких труб, а применение более дефицитных труб — несомненным недостатком.

— в районных отопительных котельных — экономайзерные агрегаты по типу АЭМ соответствующей теплопроизводительно-сти, а при мощности котлов до 20 Гкал/ч — агрегаты АЭМ-0,6, а также конденсационные поверхностные теплообменники после освоения их производства;