Типові теплообмінники (труба в трубі) призначені для вирішення всього однієї задачі - зміни температури середовища. Простіше кажучи: теплообмінник потрібен для охолодження або нагрівання прокачування крізь трубопровід рідин або газів.

Потреби в контролі температури середовища можуть виникнути в процесі експлуатації будь-якого трубопроводу. У підсумку, теплообмінники типу «труба в трубі» можна зустріти і в домашніх мережах, і в промислових лініях. Тому в даній статті ми розглянемо конструкцію та методику розрахунку подібних пристроїв. З урахуванням поширеності теплообмінників ця інформація буде цікава самому широкому колу читачів.

Теплообмінні пристрої: загальні відомості
Робота теплообмінника пов'язана з необхідністю нагріти або охолодити середу, циркулює в трубопроводі.

Тому всі подібні пристрої діляться на:

• Охолоджувачі - апарати, що знижують температуру середовища, що транспортується, за рахунок нагріву рідини або газу в теплообміннику;
• Нагрівачі - апарати, що підвищують температуру середовища, що транспортується, за рахунок охолодження циркулюючої в теплообміннику середовища.

Схема роботи перших пристроїв - охолоджувачів - припускає введення в теплообмінник рідини чи газу з дуже низькою температурою. І після контакту холодного теплообмінника і розігрітій середовища в трубопроводі їх температури почнуть вирівнюватися - циркулює в теплообмінної мережі теплоносій нагріється, а прокачується по трубопроводу середу - охолоне.

Схема роботи другого пристроїв - нагрівачів - заснована на зворотному ефекті. Тобто, в теплообмінник подається перегріта рідина (або газ), яка нагріє транспортується по трубопроводу середу.

Види теплообмінників
За конструктивним виконанням теплообмінні апарати першого і другого типу (охолоджувачі та нагрівачі) поділяються на:
• Поверхневі пристрої, теплообмін в яких відбувається за рахунок контакту середовищ через стінку (поверхню).
• Регенеративні системи, які підтримують поперемінним подачу в насадку- теплообмінник то холодною, то гарячою середовища.
• Змішувальні системи, засновані на прямому уприскуванні холодної або розігрітій середовища в трубопровід, що транспортує рідина або газ.

Причому найпростішим і ефективним варіантом забезпечує тепловий обмін пристрою є поверхнева схема типу «труба в трубі». І далі по тексту ми розглянемо конструкцію саме такого апарату.

Конструкція теплообмінника (труба в трубі)
Спроектовані за принципом «труба в трубі» апарати характеризуються такими особливостями конструкції:
• По-перше, такі пристрої припускає пакетну компоновку, коли кілька об'єднаних ланок розташовуються практично бік обіч.

• По-друге, як пристрої поверхневого типу, які дотримуються принципу труба в трубі теплообмінники, збираються шляхом інсталяції в трубопровід пакета труб меншого діаметра, крізь який буде пропускатися охолоджуюча або нагріває середу.

• По-третє, виходячи з принципу безперервності, труби теплообмінників повинні пронизувати внутрішній простір трубопроводу по всій довжині транспортує системи. Причому для забезпечення ремонту збірку труб і теплообмінника, і трубопроводу реалізують за допомогою рознімних з'єднань. Тобто, всю конструкцію можна розібрати і зібрати в будь-який момент.

• По-четверте, перетин труби в транспортуючому каналі має бути більше перетину труби в каналі теплообмінника. Адже крім можливості інсталювати теплообмінник в трубопровід таке співвідношення габаритів дозволяє розігнати теплоносій у охолоджуючої або нагріваючої системі до максимальної швидкості.

• По-п'яте, безперервна схема «труба в трубі» дає можливість прокачувати крізь систему будь-який обсяг рідини, що транспортується або теплоносія.
Переваги теплообмінників «труба в трубі»

Спираючись на описані вище конструктивні особливості, подібні теплообмінники набувають наступний набір переваг:
• Такий апарат гарантує оптимальний режим транспортування рідини. Адже швидкість течії теплоносія і транспортується середовища може бути практично будь-хто. Ну а можливі недоліки можна відкалібрувати шляхом підбору діаметрів труб теплообмінника прямо в процесі складання.

• Теплообмінні апарати подібного типу не потребують особливої уваги у процесі експлуатації - чищення труб теплообмінника і транспортної системи виконується за лічені хвилини. Крім того, у разі поломки ці пристрої можна відремонтувати за пару годин, шляхом демонтажу пошкодженого модуля (відрізка) і установки нової деталі з аналогічними характеристиками.

• Подібна конструкція не має обмежень по типу середовища, використовуваної в системі транспортування або теплообміну. Тобто, крізь подібний теплообмінник можна прокачувати і воду, і пар, і в'язкі рідини, і газоподібні середовища.

Недоліки теплообмінників
Втім, згадані вище особливості конструкції теплообмінника є причиною не тільки достоїнств, але і недоліків.
Причому до числа недоліків схеми «труба в трубі» можна зарахувати наступне:
• Досить значні габарити системи. Адже всередині транспортує каналу розміщується трубопровід теплообмінника, в підсумку, для збереження колишньої пропускної здатності потрібно збільшити діаметр основної (зовнішньої) труби.

• Високу вартість подібної системи. На створення такого теплообмінника витрачається досить великий обсяг металу. А сам процес складання систем типу труба в трубі» вимагає залучення кваліфікованих і дорогих фахівців.

• Складний процес розрахунку і проектування подібних конструкцій.
Причому останньому пункту слід приділити особливу увагу. Тому далі по тексту ми розглянемо нюанси процесу розрахунку і проектування таких апаратів.
Розрахунок і проектування теплообмінників «труба в трубі»

Процес створення будь-якого апарату починається з розрахунку його робочих параметрів і подальшого проектування пристрою, здатного реалізувати ці параметри на практиці.
Тому розрахунок теплообмінника труба в трубі починається з підбору конструкційного матеріалу для системи транспортування охолоджуючої або нагріваючої рідини. Адже теплопровідність труби теплообмінника залежатиме саме від типу матеріалу, з якого виготовлять дану деталь.

Крім конструкційного матеріалу в проектуванні теплообмінників доведеться взяти до уваги ще й такі параметри, як:
• Площа поверхні теплообмінника, яка залежить від габаритів «внутрішньої» труби. Причому, чим більше площа, тим ефективніше теплообмін.
• Різницю в температурах теплоносія і середовища, що транспортується. З ростом цієї величини збільшується ефективність теплообміну.
• Коефіцієнти тепловіддачі і теплопередачі в системі, які залежатимуть від безлічі параметрів.
• Гідравлічні характеристики роботи системи транспортування теплоносія, що залежать від форми трубопроводів.
• Механічну міцність зовнішньої і внутрішньої труби, яка визначається характеристиками трубного прокату, задіяного в процесі складання трубопроводу.

Словом, розрахунок і проектування - це дуже складне завдання, виконати яку може далеко не кожне конструкторське бюро. Тому в процесі складання побутових теплообмінників найкраще орієнтуватися на табличні та довідкові дані, погоджує передбачувані робочі параметри з реальними габаритами труб і формами трубопроводів.