Toplotne cevi: značilnosti naprave

Toplotne cevi so naprave za prenos toplote, katerih glavna značilnost je zmožnost prenosa visoke toplotne moči pri nizkih temperaturnih gradientih (gradientih). Naprave te vrste se pogosto uporabljajo v energetiki, kemični industriji, elektroniki in drugih industrijah.

V tem gradivu bomo poskušali poudariti načelo delovanja toplotnih cevi in ​​govoriti o obsegu njihove uporabe.

Ohišje toplotne cevi iz stekla

Zasnova in delovanje toplotnih cevi

Termosifon kot predhodnik toplotne cevi

Naprava, ki je bila nekakšen „predhodnik“ toplotnih cevi sodobnega tipa, je tako imenovani termosifon. Njegova zasnova, čeprav ima precejšnje razlike od zasnove toplotnih cevi, še vedno temelji na enakih načelih .

Shema termosifona

Termosifon je posebna cevasta posoda, v katero se vnaša majhna količina tekočine, po kateri se zrak iz posode odvaja in tesni.

Princip delovanja termosifona je naslednji:

  • Toplota se oddaja v območje izhlapevanja
  • .
  • Tekočina v termosifonski kapsuli se pretvori v pare, ki se pod pritiskom premakne v cono kondenzacije.
  • V coni kondenzacije se pare odlagajo na stene, kar jim daje toploto - zato je eden od pogojev za delovanje termosifona učinkovit.toplote iz cone kondenzacije hlapov. V nasprotnem primeru je možna tako imenovana "kriza vrelišča", pri kateri vsa tekočina izhlapi in prenos toplote poteka skozi stene termosifona, mimo kondenzacijskega območja.

Uporaba termosifonov zagotavlja znatno moč toplotnega prenosa, čeprav je temperaturna razlika med koncema termosifona neznatna.

Bodite pozorni!

Termosifon deluje samo, če je njegova kondenzacijska cona nad območjem izhlapevanja - samo v tem primeru se lahko kondenzat vrne v območje izhlapevanja pod vplivom gravitacije.

Takšno stanje je v nekaterih primerih precej resna omejitev, zato je bil termo sifon nadomeščen z bolj kompleksnimi napravami - toplotnimi cevmi.

Projektiranje toplotnih cevi

Najpogostejša vrsta toplotnih cevi je toplotna cev Grover (poimenovana po izumitelju).

Njegova zasnova je precej preprosta (kolikor je mogoče glede na konstrukcijo naprave za prenos toplote) in vključuje tri glavne elemente:

  • Ohišje
  • Delovna tekočina
  • stenj (kapilarno-porozni material ali KPM)

Oblikovanje toplotne cevi

V nadaljevanju obravnavamo značilnosti oblikovanja vsakega od teh elementov.

Telo toplotne cevi je najpogosteje komora s krožnim ali pravokotnim prerezom. Nerjaveče jeklo, aluminijeve zlitine, bron, baker, steklo,polimerni materiali ali keramika .

Glavne funkcije telesa so izolacija delovne tekočine ter učinkovita oskrba in odvajanje toplote iz njega. Ohišje mora biti zato nepredušno tesno in vzdržati znaten notranji pritisk.

Toplotne cevi so izdelane z lupinami različnih velikosti, medtem ko je omejitev dimenzij telesa samo „zmanjšana“ - zadostuje za odpravo učinka kapilarnih sil na področju parnega toka.

Da bi preprečili takšne razmere, bi moral izračun toplotne cevi in ​​njena izdelava izvesti izključno strokovnjaki.

Delovna tekočina v toplotni cevi je glavni nosilec toplote, ki dejansko zagotavlja delovanje celotnega sistema.

Na podlagi tega se delovne tekočine predloži več zahtev:

  • V temperaturnem območju, v katerem deluje toplotna cev, mora imeti prehodno točko "tekočina-para".
  • Delovna tekočina ne sme biti izpostavljena toplotni razgradnji.
  • Material mora biti stresen in telo toplotne cevi.

Kot tekoče delovne tekočine v toplotnih ceveh se v tekoči fazi uporabljajo različne snovi: utekočinjeni helij in amonijak, aceton, voda, živo srebro in natrij ali srebro.

Fit iz poroznega materiala zagotavlja gibanje tekočine iz cone kondenzacije v cono izhlapevanja pod delovanjem kapilarnih sil. Material za stenj mora zagotoviti enakomerno gibanje tekočine vzdolž kapilarnih por.

Bkot stenj se uporabljajo kovinske klobučevine, kovinske grede ali keper. Optimalni materiali za vroče toplotne cevi - titan, baker, nikelj, nerjaveče jeklo.

Ločeno kategorijo toplotnih cevi sestavljajo tako imenovanetoplotne cevi za zanke. V nasprotju s klasično konstrukcijo toplotne cevi toplotna cev iz konturnega tipa nima stenja in prenos delovne tekočine iz območja izhlapevanja v cono kondenzacije poteka preko konturnih cevi.

Na sliki lahko vidite obris toplotne cevi konture.

Konturni diagram toplotne cevi

Funkcije toplotnih cevi

\ t

Glavna koristna funkcija, ki jo imajo skoraj vse toplotne cevi, je učinkovit prenos toplote vzdolž osi cevi med dvema območjema z različnimi temperaturami. Optimalno delovanje toplotne cevi zagotavlja, da načini delovanja elementov ne dosežejo kritičnega praga.

Oskrba s toploto v toplotni cevi se lahko izvede na kakršen koli način, ki je primeren za vas:

  • Odprti plamen
  • Električni udar
  • Stik s segretim telesom
  • Infrardeče sevanje

V tem primeru je edina količina, ki omejuje toplotno moč cevi, toplotna odpornost telesa.

Uporaba sodobnih toplotnih cevi

\ t

Danes je obseg toplotnih cevi precej širok.

Uporabljajo se lahko v takih smereh, kot so:

  • Učinkovitost kanalovprenos toplote
  • Ločitev v prostoru toplotnega vira in točke prenosa toplote (tako imenovani ponor toplote)
  • Izvedba termostatov in naprav, podobnih namenu
  • \ t
  • Termoregulacija in preusmeritev toplotnega toka

Uporaba toplotnih cevi v energetiki

Poleg tega so toplotne cevi obvezen del toplotnih diod in stikal.

Karakteristike toplotnih cevi na sedanji stopnji so precej impresivne:

  • Temperaturno območje za delovanje toplotnih cevi - od 4 do 2300 K.
  • Moč prenosa toplote - do 20 kW na 1 cm2
  • Življenjska doba toplotne cevi je več kot 20 tisoč ur.

Cevi v toplotnih omrežjih

\ t

Splošne informacije o ceveh

Vendar se toplotne cevi pogosto razumejo ne le kot naprave za prenos toplote, ampak tudi kot cevi, ki se uporabljajo v sistemih ogrevanja. V nadaljevanju opišemo sorte teh cevi in ​​značilnosti njihove uporabe.

Cevi za toplotna omrežja so lahko izdelane iz različnih materialov.

Najpogostejše toplotne cevi vključujejo:

  • Azbestno-cementne tlačne cevi
  • \ t
  • Bimetalne cevi
  • Cevi iz pocinkanega ogljikovega jekla
  • Cevi iz ogljikovega jekla z emajlom ali steklokeramičnim premazom.

Bodite pozorni!

Ne samo toplotne izgube cevi med prevozom nosilca toplote so odvisne od uporabljenega materiala, ampak tudi od trajnostiogrevalni sistem.

Zato je treba pri izbiri materiala za cevi ogrevalnega omrežja odgovarjati z največjo odgovornostjo.

V nadaljevanju obravnavamo vse zgoraj navedene vrste cevi in ​​analiziramo njihove prednosti in slabosti.

Azbestno-cementne tlačne cevi

\ t

Cevi za ogrevanje z azbestnim cementom, ki so danes zelo priljubljene, imajo številne prednosti, ki jim omogočajo „zmagovanje“ na ceveh iz drugih materialov.

Azbestna cevna tlačna cev

Med prednostmi azbestno-cementnih cevi za ogrevanje:

  • prenese temperaturo hladilne tekočine (običajno tople vode) na 120 - 1300C
  • Odporen na korozijo pod vplivom raztopin tal ali drugih dejavnikov
  • Azbest, ki je del takih cevi, ima vlogo notranje ojačitve, saj cevi iz azbestno-cementne mešanice zdržijo dobro stisnjene deformacije
  • .
  • Toplotna prevodnost cevi z azbestnim cementom pri temperaturi hladilnega sredstva je za 120 stopinj nižja od toplotne prevodnosti podobne jeklene cevi pod podobnimi pogoji 62,5 krat. Zato lahko varno rečemo, da v zvezi z azbestnim cementom takšna opredelitev kot tople cevi ni hiperbola.

Poleg tega so cevi iz azbestnega cementa enostavne za namestitev in nezahtevne za vzdrževanje. Prav tako so manj nagnjeni k zmrzovanju, tudi če hladilna tekočina v njih ne kroži, tako da v tem primeru toplega kabla za cevi skoraj ni potrebno.

Toplotnabimetalne cevi

Bimetalne cevi za ogrevanje so izdelane iz visokokakovostne jeklene pločevine, površina takih cevi pa je zaščitena s posebno zaščitno sestavo. Debelina zaščitnega premaza je od 5 do 20% debeline stene cevi.

Glavna značilnost takih cevi je dejstvo, da se proizvajajo po vroče valjani metodi - zato ni potrebe po toplotnih učinkih na cevi, kar pozitivno vpliva na njegove protikorozijske lastnosti.

Finned Bimetal Cevi

Bimetalne cevi za ogrevalne sisteme so precej učinkovite z vidika zmanjšanja finančnih stroškov, saj je njihova življenjska doba veliko daljša od življenjske dobe jeklenih cevi.

Vendar pa se bimetalne cevi za ogrevanje redko uporabljajo zaradi visokih stroškov.

Pocinkana jeklena cev

Pri delu s hladilnim sredstvom, pri katerem temperatura ni višja od 60-70 stopinj Celzija, imajo tudi cevi iz visoko ogljikovega jekla z dodatki za cink dobro učinkovitost.

Vendar cinkova prevleka ni univerzalna - pri delu s toplotnim nosilcem, katerega pH je v razponu od 6 do 7, se pocinkane cevi hitro slabšajo. Tudi na stabilnost premaza vpliva na hitrost hladilne tekočine in raven hladilne tekočine v cevi.

Cev iz pocinkanega ohišja

Poleg cinka se uporabljajo tudi dodatki za doping, da se podaljša življenjska doba toplotnih cevi. V kakovostitaki dodatki so učinkovit nikelj ali aluminij. Drugi postopki, ki lahko bistveno povečajo korozijsko odpornost cevi, vključujejo pasiviranje, lakiranje in fosfatiranje notranjih površin.

Kar zadeva ekonomiko uporabe takih cevi, je ta precej nizka. To je mogoče pojasniti z dejstvom, da znaten koeficient toplotne prehodnosti cevi iz jekla povzroča hitro ohlajanje hladilne tekočine.

Jeklene cevi s premazom z emajlom

Druga vrsta toplotnih cevi je jeklene ogljikove cevi z emajlnimi premazi (obstajajo tudi različice s steklenim lakom).

Takšne cevi imajo naslednje prednosti:

  • Gladka, trdna in vzdržljiva notranja površina cevi
  • Velika odpornost proti toploti nosilcev toplote različne sestave
  • Odporna na visoke temperature
  • Dolga življenjska doba premaza in zato same cevi

Druga prednost cevi s prevleko iz emajla je njihova razmeroma nizka cena.

Kot lahko vidite, lahko pojem toplotne cevi skrije kA precej zapletene toplotne enote, kot tudi dokaj preproste cevi za ogrevalne sisteme. In vendar morajo biti informacije o teh napravah na voljo vsem, ki nameravajo razviti ogrevalne sisteme.