Tepelné rúry: vlastnosti zariadenia

Tepelné rúrky sú zariadenia na prenos tepla, ktorých hlavnou vlastnosťou je schopnosť prenášať vysoký tepelný výkon pri nízkych teplotných gradientoch (gradientoch). Zariadenia tohto typu sú široko používané v energetike, chemickom priemysle, elektronike, ako aj v iných priemyselných odvetviach.

V tomto materiáli sa budeme snažiť zdôrazniť princíp fungovania tepelných trubiek, ako aj hovoriť o rozsahu ich použitia.

Teleso tepelného potrubia zo skla

Návrh a funkcia tepelných rúr

\ t

Thermosyphon ako predchodca tepelnej rúrky

Zariadenie, ktoré bolo akýmsi „predchodcom“ modernej tepelnej rúry, je tzv. Termosyfón. Jeho konštrukcia, hoci má významné rozdiely oproti konštrukcii tepelných rúr, je stále založená na rovnakých princípoch .

Schéma termosypu

Termosyfón je špeciálna rúrková nádoba, do ktorej sa zavádza malé množstvo kvapaliny, po ktorej sa vzduch z nádoby odvádza a utesňuje utesnením.

Princíp činnosti termosyfónu je nasledovný:

  • Teplo sa dodáva do zóny odparovania
  • Tekutina vo vnútri termosyfónovej kapsuly sa premieňa na paru, ktorá sa pod tlakom pohybuje do kondenzačnej zóny.
  • V kondenzačnej zóne sa na steny ukladajú výpary, ktoré im dodávajú teplo - a preto je jedna z podmienok prevádzky termosyfónu účinná.tepla z kondenzačnej zóny pary. V opačnom prípade je možná takzvaná „kríza varu“, pri ktorej sa všetka kvapalina odparuje a prestup tepla prechádza cez steny termosyonu, pričom obchádza kondenzačnú zónu.

Použitie termosyfónov poskytuje významný prenos tepla aj v prípade, že teplotný rozdiel medzi koncami termosyfónu nie je významný.

Venujte pozornosť!

Termosyfón pracuje len vtedy, keď je jeho kondenzačná zóna nad zónou odparovania - len v tomto prípade je možné, aby sa kondenzát vracal do zóny odparovania pôsobením gravitácie.

Takáto situácia je v niektorých prípadoch dosť závažným obmedzením, preto bol termosifón nahradený zložitejšími zariadeniami - tepelnými rúrkami.

Konštrukcia tepelných rúrok

Najbežnejším typom tepelnej rúry je tepelná rúra Grover (pomenovaná podľa vynálezcu).

Jeho konštrukcia je pomerne jednoduchá (pokiaľ je to možné, pokiaľ ide o konštrukciu zariadenia na prenos tepla) a obsahuje tri hlavné prvky:

  • Bývanie
  • Pracovná kvapalina
  • \ t
  • knôt (kapilárny porézny materiál alebo KPM)

Konštrukcia tepelných rúrok

Nižšie uvádzame konštrukčné prvky každého z týchto prvkov.

Teleso tepelných rúrok je najčastejšie komora s kruhovým alebo obdĺžnikovým prierezom. Nehrdzavejúca oceľ, zliatiny hliníka, bronz, meď, sklo,polymérne materiály alebo keramika .

Hlavnými funkciami karosérie sú izolácia pracovnej kvapaliny, ako aj účinné dodávanie a odvádzanie tepla z neho. Na tento účel musí byť puzdro vzduchotesné a odolávať značnému vnútornému tlaku.

Tepelné rúry sa vyrábajú s plášťmi rôznych veľkostí, pričom obmedzenie rozmerov karosérie je len „redukované“ - mali by byť dostatočné na elimináciu účinku kapilárnych síl v oblasti prietoku pary.

Aby sa zabránilo vzniku takejto situácie, výpočet tepelného potrubia, ako aj jeho výroba by mali vykonávať výlučne odborníci.

Pracovná kvapalina v tepelnej rúre je hlavným nosičom tepla, ktorý v skutočnosti zabezpečuje fungovanie celého systému.

Z toho vyplýva, že pracovná kvapalina predkladá niekoľko požiadaviek:

  • Mal by mať prechodný bod „kvapalina-pary“ v teplotnom rozsahu, v ktorom pracuje tepelné potrubie.
  • Pracovná kvapalina by nemala podliehať tepelnému rozkladu.
  • Mal by zvlhčiť materiál knotu a telesa tepelnej rúry.

Ako pracovné kvapaliny v tepelných rúrkach sa v kvapalnej fáze používajú rôzne látky: skvapalnené hélium a amoniak, acetón, voda, ortuť a tiež sodík alebo striebro.

Knot porézneho materiálu zabezpečuje pohyb kvapaliny z kondenzačnej zóny do zóny odparovania pôsobením kapilárnych síl. Materiál pre knôt by mal zaistiť rovnomerný pohyb kvapaliny pozdĺž kapilárnych pórov.

BAko knôty sa používajú kovové plste, kovové zväzky alebo tkanie tkaného typu. Optimálne materiály pre teplovodné rúrky - titán, meď, nikel, nehrdzavejúca oceľ.

Samostatná kategória tepelných rúr pozostáva z tzv. Na rozdiel od klasického vyhotovenia tepelnej rúrky nemá obrysová tepelná rúrka knot a prenos pracovnej tekutiny z odparovacej zóny do zóny kondenzácie sa uskutočňuje pomocou vrstevníc.

Na obrázku môžete vidieť obrys teplovodnej rúrky obrysu.

Schéma vrstiev tepelného potrubia

Funkcie tepelných rúr

\ t

Hlavnou užitočnou funkciou, ktorú majú takmer všetky tepelné rúrky, je účinný prenos tepla pozdĺž osi potrubia medzi dvoma zónami s rozdielnymi teplotami. Optimálna prevádzka tepelnej rúrky zabezpečuje, že režimy činnosti prvkov nedosahujú kritický prah.

Dodávka tepla do tepelného potrubia môže byť vykonaná akýmkoľvek spôsobom, ktorý je pre vás vhodný:

  • Otvorené plamene
  • Elektrický šok
  • Kontakt s vyhrievaným telesom
  • Infračervené žiarenie

V tomto prípade jediné množstvo, ktoré obmedzuje tepelný výkon rúry, je tepelná odolnosť karosérie.

Použitie moderných tepelných rúr

\ t

Rozsah tepelných rúr je dnes dosť široký.

Môžu byť použité v takých smeroch ako:

  • Účinné usporiadanie kanálovprestup tepla
  • Oddelenie zdroja tepla od miesta, v ktorom sa teplo prenáša (tzv. Chladič)
  • .
  • Doplnenie termostatov a zariadení podobných účelu
  • \ t
  • Termoregulácia a presmerovanie tepelného toku
  • \ t

Použitie tepelných rúr v energetike

Okrem toho sú tepelné rúrky povinnou súčasťou tepelných diód a prepínačov.

Charakteristiky tepelných rúr v tomto štádiu sú dosť pôsobivé:

  • Teplotný rozsah pre prevádzku tepelných potrubí - od 4 do 2300 K.
  • Výkon prenosu tepla - do 20 kW na 1 cm2
  • Životnosť tepelnej rúrky je viac ako 20 tisíc hodín.

Rúry v tepelných sieťach

\ t

Všeobecné informácie o rúrach

\ t

Tepelné rúrky sa však často chápu nielen ako zariadenia na prenos tepla, ale aj ako rúry, ktoré sa používajú v tepelných systémoch. Nižšie uvádzame odrody týchto rúrok, ako aj vlastnosti ich použitia.

Rúry pre tepelné siete môžu byť vyrobené z rôznych materiálov.

Medzi najbežnejšie tepelné rúrky patria:

  • Tlakové rúry azbestové cementy
  • \ t
  • Bimetalové rúry
  • Plech z pozinkovanej uhlíkovej ocele
  • Rúry z uhlíkovej ocele so smaltovaným alebo sklokeramickým povlakom.

Venujte pozornosť!

Nielen tepelné straty potrubia počas prepravy tepelného nosiča závisia od použitého materiálu, ale aj od trvanlivostivykurovacieho systému.

Preto je potrebné pristupovať k výberu materiálu pre rúry vykurovacej siete s najväčšou zodpovednosťou.

Nižšie uvádzame všetky uvedené typy rúrok a analyzujeme ich výhody a nevýhody.

Tlakové rúry azbestové cementy

Asbestovo-cementové vykurovacie rúrky, ktoré sú dnes veľmi populárne, majú množstvo výhod, ktoré im umožňujú „vyhrať“ na rúrkach vyrobených z iných materiálov.

Tlakové potrubie azbestového cementu

Medzi výhody tepelných rúr azbestocementu:

  • Odoláva teplote chladiacej kvapaliny (zvyčajne teplej vody) do 120 - 1300C
  • .
  • Odolné voči korózii vplyvom roztokov pôdy alebo iných faktorov
  • \ t
  • Azbest, ktorý je súćasiou takýchto rúrok, zohráva úlohu vnútornej výstuże, pretoże rúrky vyrobené zo zmesi azbestových cementov dobre odolávajú tlakovým deformáciám
  • .
  • Tepelná vodivosť azbestových cementových rúr pri teplote chladiacej kvapaliny je o 120 stupňov nižšia ako tepelná vodivosť podobnej oceľovej rúrky za podobných podmienok 62,5-krát. Preto môžeme bezpečne povedať, že vo vzťahu k azbestovému cementu nie je takáto definícia ako teplovodné potrubie hyperpólom.

Okrem toho, azbestové cementové rúry sa dajú pomerne ľahko inštalovať a nenáročné na údržbu. Taktiež sú menej náchylné na zamrznutie, aj keď v nich chladiaca kvapalina necirkuluje, takže teplý kábel pre potrubia v tomto prípade nie je takmer nikdy potrebný.

Tepelnébimetalové rúry

Bimetalové vykurovacie rúry sú vyrobené z vysokokvalitného oceľového plechu a povrch takýchto rúrok je pokrytý ochranným špeciálnym zložením. Hrúbka ochrannej vrstvy je od 5 do 20% hrúbky steny rúrky.

Hlavným znakom takýchto rúrok je skutočnosť, že sa vyrábajú metódou valcovania za tepla - preto nie sú potrebné tepelné účinky na rúru, čo má pozitívny vplyv na jej antikorózne vlastnosti.

Bimetalové rúrky s povrchovou úpravou

Bimetalové rúry pre vykurovacie systémy sú z hľadiska minimalizácie finančných nákladov pomerne účinné, pretože ich životnosť je oveľa dlhšia ako životnosť oceľových rúr.

A napriek tomu sa bimetalové rúry na vykurovanie len zriedka používajú kvôli ich vysokým nákladom.

Pozinkované oceľové potrubie

Pri práci s chladiacou kvapalinou, ktorej teplota nie je vyššia ako 60-70 stupňov Celzia, vykazujú potrubia s vysokými emisiami uhlíka s prísadami zinku aj dobrú účinnosť.

Zinkový povlak však nie je univerzálny - pri práci s chladivom, ktorého pH je v rozsahu 6-7, sa pozinkované rúrky rýchlo zhoršujú. Tiež na stabilitu povlaku ovplyvňuje rýchlosť chladiva a úroveň chladiva v potrubí.

Potrubie v pozinkovanom puzdre

Spolu so zinkom sa dopingové prísady používajú aj na predĺženie životnosti tepelných rúr. V kvalitetakéto prísady sú účinné nikel alebo hliník. Medzi ďalšie postupy, ktoré môžu výrazne zvýšiť odolnosť rúr voči korózii, patrí pasivácia, lakovanie a fosfátovanie vnútorných povrchov.

Pokiaľ ide o ekonomiku používania takýchto rúr, je to pomerne nízke. To je vysvetlené skutočnosťou, že významný koeficient prestupu tepla rúrky z ocele spôsobuje rýchle ochladzovanie chladiva.

Oceľové rúry so smaltovaným povlakom

Ďalším typom tepelných rúr je oceľové uhlíkové rúry so smaltovými povlakmi (existujú aj verzie so skleneným smaltovaním).

Takéto rúrky majú tieto výhody:

  • Hladký, pevný a odolný vnútorný povrch rúry
  • \ t
  • Vysoká odolnosť proti korózii voči nosičom tepla rôzneho zloženia
  • \ t
  • Odolné voči vysokým teplotám
  • Dlhá životnosť náteru, a teda samotných rúrok

Ďalšou výhodou smaltovaných rúr je ich relatívne nízka cena.

Ako vidíte, pod pojmom tepelné rúrky možno skryť skôr komplexné tepelné zariadenia, ako aj pomerne jednoduché potrubné konštrukcie pre vykurovacie systémy. Informácie o týchto zariadeniach by však mali byť dostupné všetkým, ktorí plánujú vyvinúť vykurovacie systémy.