كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن تصميم الزعانف الحلزونية هو الخيار الوحيد للاستخدام في البيئات التي تتطلب مواد ثقيلة وعمرًا طويلًا ومتانة عامة. كان يُعتقد أن ملفات الزعانف اللوحية هشة للغاية بالنسبة لقسوة العديد من التطبيقات الصناعية. ولكن على مدى العقود القليلة الماضية، أصبح من الشائع رؤية المبادلات الحرارية ذات الزعانف اللوحية المستخدمة في سرب في التطبيقات الصناعية.
هذا لا يعني أن لفائف الزعانف اللوحية قد حلت محل الزعنفة الحلزونية. لا يزال هناك عدد لا يحصى من التطبيقات حيث تكون ملفات الزعانف الحلزونية هي الخيار الأفضل، ولكن العمليات الجديدة التي تسمح بأشياء مثل مقاييس الزعانف الأثقل تعني أن خيارات الزعانف اللوحية أصبحت أكثر شيوعًا للتطبيقات التي كان يتم فيها النظر في إنشاءات الزعانف الحلزونية فقط في السابق.
في هذا المقال، سنناقش كلا النوعين من المبادلات الحرارية - بعض التفاصيل حول كيفية تصنيعهما ومزايا كل منهما.
لوحة زعنفة
في المبادل الحراري ذو الزعانف اللوحية، يتم إدخال الأنابيب من خلال سلسلة من "الزعانف" المعدنية. يتم تصنيع هذه الزعانف باستخدام لفة متواصلة من المعدن (0.004 بوصة إلى 0.032 بوصة) - النحاس أو الألومنيوم، على سبيل المثال - والتي يتم تغذيتها من خلال مكبس يعمل على ثقب الثقوب للأنابيب وتقطيع الصفائح حسب الحجم. لتحقيق ذلك، تستخدم المكابس عدة أنواع مختلفة من القوالب، والتي تسمح بتكوينات متغيرة للزعانف لكل بوصة (FPI)، والمباعدة بين الأنبوب والأنبوب وقطر الأنبوب.
ثم يتم إدخال الأنابيب من خلال الزعانف. بعد ذلك، يتم توسيع الأنابيب لتكوين رابطة آمنة داخل مجموعة الزعانف لزيادة نقل الحرارة بين الأنابيب والزعانف. ويمكن تحقيق ذلك إما من خلال عملية ميكانيكية أو باستخدام الماء المضغوط.
المزايا
1. مجموعة متنوعة من خيارات المواد: في لفائف الزعانف اللوحية، يمكن تصنيع الزعانف من أي عدد من المواد. بعض الأمثلة الشائعة هي النحاس والألومنيوم والفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ، مع وجود مواد مثل النحاس والنيكل أقل شيوعًا ولكن لم يسمع عنها من قبل.
2. مجموعة متنوعة من إمكانيات تكوين سطح الزعانف: يمكن تصنيع الزعانف باستخدام مجموعة متنوعة من الأنماط والتحسينات التي تقوم بأشياء مثل زيادة اضطراب الهواء أو تسهيل تنظيف الملف، من بين وظائف أخرى. بعض أسطح الزعانف الشائعة هي:
زعنفة مسطحة
زعنفة مموجة
زعنفة موجة جيبية
رفع الزعنفة لانس
زعنفة لوفيرد
3. أداء نقل الحرارة: يمكن أن توفر ملفات الزعانف اللوحية معامل نقل حرارة أفضل على جانب الهواء من تلك التي توفرها الزعانف الملفوفة الحلزونية بسبب مساحة السطح الثانوية الأكبر، مما يعني أن الطاقة يتم نقلها عبر الملف بشكل أكثر كفاءة.
4. تقلب كثافة الزعانف: يسمح تصميم المبادلات الحرارية ذات الزعانف اللوحية بمجموعة واسعة من كثافات الزعانف، مع نطاق نموذجي من 1 إلى 25 FPI. تميل الملفات ذات الزعانف الملفوفة الحلزونية القياسية إلى أن تكون أكثر محدودية في هذه المنطقة، حيث يكون النطاق النموذجي من 4 إلى 13 إطارًا في البوصة، لكن بعض الزعانف الملفوفة الحلزونية ذات ارتفاعات الزعانف المنخفضة جدًا يمكن أن تحقق FPI أكبر بكثير.
دوامة الزعنفة
يُطلق عليها أيضًا تصميم الزعانف الحلزونية، الزعانف الملفوفة الحلزونية هي في الأساس مجرد زعنفة حلزونية الشكل ملفوفة حول أنبوب. على عكس تصميمات الزعانف اللوحية، التي تتضمن أنابيب متعددة تمر عبر زعنفة مشتركة، فإن الزعانف الملفوفة الحلزونية تتضمن أن يكون كل أنبوب محاطًا بزعانف حلزونية بطوله بالكامل.
المزايا
1. إمكانية الاستبدال السهل: على عكس تصميمات الزعانف اللوحية، حيث يمكن أن تكون إزالة المكونات الفردية واستبدالها أقل اقتصادًا من استبدال الملف بأكمله، تسمح بعض التصميمات المغلفة الحلزونية بتبديل الأنابيب بسهولة في حالة تعرضها للتلف.
2. اتصال وربط جيد جدًا بين الزعانف والأنبوب (خاصة عند استخدام طريقة الزعانف المدمجة): هناك عدة طرق مختلفة تستخدم لصنع أنبوب زعانف ملفوف حلزونيًا. تخلق طريقة الزعنفة المدمجة أفضل رابطة بين الزعنفة والأنبوب، ويمكن استخدامها في درجات حرارة أعلى، في حين أن خيارات جرح الحافة والقدم على شكل حرف L أكثر ملاءمة لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة.
• جرح الحافة - يتم لف شريط من مادة الزعنفة على الأنبوب في اتجاه عمودي، مما يؤدي إلى إنشاء زعنفة حلزونية مستمرة على طول الأنبوب. ترتبط الزعنفة والأنبوب بالتوتر.
• ملفوف أو ذو قاعدة على شكل حرف "L" - يتم وضع شريط من مادة الزعنفة على الأنبوب بطريقة ينحني جزء من شريط الزعنفة بمقدار 90 درجة بالتوازي مع الأنبوب، مما يؤدي إلى إنشاء "قدم". تعمل هذه القدم على زيادة منطقة اتصال الزعانف بالأنبوب، مما يوفر نقلًا إضافيًا للحرارة. تعتمد هذه الطريقة أيضًا على رابطة التوتر.
• مضمن: في هذه الطريقة، يتم عمل أخدود على سطح الأنبوب ولف شريط الزعنفة في الأخدود. يتم دفع حواف الأخدود للخلف فوق حافة الزعنفة لتثبيت الزعنفة في مكانها. هذه الطريقة تجعل مادة الأنبوب نفسها مرتبطة بالزعنفة، وهي رابطة يتم الحفاظ عليها حتى في تطبيقات درجات الحرارة العالية.
3. المزيد من خيارات المواد في درجات حرارة عالية: للتطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة هواء تتراوح بين 400 و 700 درجة فهرنهايت، تكون الزعانف الملفوفة الحلزونية المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ ممكنة، في حين يجب تصنيع ملفات الزعانف اللوحية باستخدام زعانف وأنابيب فولاذية عند التشغيل في درجات الحرارة هذه.
