Helicoidal varmeveksler er en klasse af varmevekslere , hvis kendetegn er den høje hastighed af mediets passage. Ifølge driftsprincippet er de opdelt i tre grupper: højhastigheds rør-i-rør varmevekslere, højhastigheds shell-og-rør varmevekslere og intensiverede varmevekslere. I et professionelt miljø bruges også navnet højhastighedsvarmeveksler . Alle helicoide varmevekslere er i det væsentlige rekuperatorer, da varme overføres fra en varmebærer til en anden kontinuerligt gennem væggen.
Det er den enkleste varmeveksler, ofte samlet på en håndværksmæssig måde af improviserede materialer (to rør med forskellige diametre indsat i hinanden). Alle rør-i-rør varmevekslere har høj hastighed på grund af fraværet af forhindringer og som følge heraf lav hydraulisk modstand [1] [2] .
Funktionsprincippet for et sådant apparat består i passagen af et kølemiddel under højt tryk gennem det indre rør, mens det opvarmede medium passerer gennem det ydre rør [2] .
Denne type varmeveksler består af tre dele: et legeme (hus), et rørbundt og bafler. Rørbundtet svejses gennem rørpladerne til enderne af huset. Den største forskel fra konventionelt skal-og-rør-apparat er tilstedeværelsen af skillevægge, der øger kølevæskens hastighed [3] .
Dette er en varmeveksler, som er et bundt af profilerede rør lavet af korrosionsbestandigt materiale (rustfrit stål eller titanium) fastgjort i en spiralsøm krop, gennem hvis vægge varme overføres fra strømmen af varmemediet til flow af den opvarmede. Rørene har en helicoid profil. Hovedforskellen mellem varmevekslere af dette design ligger netop i den profilerede varmevekslerflade af rørene. Grundlaget for dette design blev udviklet tilbage i USSR's dage [4] .
Funktionsprincippet for højhastighedsvarmevekslere er baseret på fænomenet varmevekslingsintensivering mellem bevægelige varmebærerstrømme under deres samtidige hvirvling. Hvirvlingen af højhastighedsstrømme fører til en ændring i deres hydrauliske tilstand, øger den kinetiske bevægelsesenergi, skaber turbulens og yderligere blanding af lag inde i varmebærerne, hvilket fører til optimale værdier af varmeoverførselsindikatorer. Strømmens hvirvelbevægelse er ledsaget af et fald i apparatets hydrauliske modstand og virkningen af selvrensning af varmeoverfladerne fra aflejringer [5] [6] .
Hvirvlingen af strømmen af mediet, der passerer gennem rørrummet, udføres ved at ændre profilen af rørene ( spiralformet overflade). Hvirvlingen af strømmen af mediet, der passerer gennem det ringformede rum, udføres på grund af legemets spiralsøm og den uregelmæssige placering af rørene i rørbundtet [7] [8] [9] .
Ud over funktionen med at vride strømmene er skruekomponenterne i rørene og kroppen en slags strukturelle afstivninger. Muligheden for at anvende stålplade til fremstilling af rørbundtets krop og rør fører til en reduktion af apparatets vægt. Denne løsning er ukonventionel i produktionen af standard varmevekslere, der bruger vægtykkelse til at forbedre styrkeegenskaberne af strukturer [10] .
På grund af lysningen og komprimeringen af rørbundtet i støtteelementerne (rørpladerne) lavet af polymermaterialer opnås den maksimalt mulige varmevekslingsoverflade i højhastighedsenheder.
Karakteristika Tilgængelige korrosionsbestandige materialer anvendes til krop og rørbundt: AISI 316 rustfrit stål eller titanlegeringer. Enheder er lavet under individuelle parametre og driftsformer. I henhold til deres varmetekniske og designegenskaber er enheder af denne type en effektiv erstatning for plade- og skal-og-rørvarmere. Ulemperne omfatter større følsomhed over for miljøet - med forkert valgte egenskaber falder effektiviteten markant [11] .