Комплекс преимуществ теплообменников ТТАИ был настолько велик, что оставлял далеко позади активно внедрявшиеся в тот период на постсоветском рынке импортные пластинчатые теплообменники. Возможно, это сыграло в некоторой мере отрицательную роль в части применения теплообменников ТТАИ — нам, разработчикам и производителям этих теплообменных аппаратов, нередко приходилось слышать фразы типа: «Не может быть, чтобы отечественная техника превосходила, причём существенно, современные западноевропейские аналоги».

Такое недоверие, с одной стороны, и стойкое убеждение отечественных специалистов, активно формируемое руководством страны вкупе с менеджерами западных фирм, о том, что всё импортное просто по определению лучше отечественного, с другой стороны, мешало продвижению теплообменников ТТАИ на рынок. Нельзя в связи с этим не упомянуть и далеко не последнюю роль в агрессивном захвате отечественного рынка западными производителями их крайне нечистоплотной маркетинговой политики, когда под громкие и правильные заявления о честной конкуренции, об открытом рынке и о неприемлемости коррупции представители западных производителей широко использовали методы, прямо противоречащие этим заявлениям. В результате такой ситуации, сохраняющейся на протяжении последних двух десятилетий, очень многие отечественные разработки так и не смогли выйти на рынок. И на фоне этого существующее на сегодня производство замкнутого цикла теплообменников ТТАИ (от научных исследований до выпуска серийной продукции) служит убедительным доказательством высоких потребительских свойств аппаратов этого семейства. На фото 1 представлено производственное здание, где осуществляется разработка и выпуск теплообменников ТТАИ.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 1

Дополнительным подтверждением высокого научно-технического уровня аппаратов ТТАИ служит то, что, как отмечено выше, основные конструктивно-технологические решения, присущие ныне выпускаемым аппаратам ТТАИ, были заложены в эти аппараты ещё 25 лет назад. При этом теплообменники ТТАИ для обширного круга задач до настоящего времени превосходят по всему комплексу потребительских свойств современные западные аналоги — пластинчатые теплообменники, практически всецело заполонившие соответствующий сегмент российского рынка. И это превосходство аппаратов ТТАИ сохраняется по сей день, невзирая на то, что за минувшие четверть века западные производители радикально улучшили свои изделия. Данные конструктивно-технологические улучшения стали возможны благодаря обширным научно-исследовательским и опытноконструкторским работам, проведённым западными производителями благодаря огромному потоку финансовых средств, который в силу разных причин был направлен с территории постсоветских стран в адрес западных производителей теплообменников в качестве оплаты за поставляемые аппараты.

Общие сведения

Теплообменные аппараты ТТАИ (некоторые серийные представители семейства ТТАИ и примеры их монтажа на объектах показаны на фото 2) были созданы в конце 1991-го — начале 1992 года ведущими специалистами располагавшегося в городе Севастополе головного конструкторского бюро Минсудпрома СССР. Это КБ в советское время имело статус закрытого и осуществляло проектирование всех теплообменных аппаратов для всех видов и классов кораблей — от атомных подводных лодок до десантных кораблей на воздушной подушке — всех флотов Советского Союза.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 2

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 3

Создание аппаратов ТТАИ осуществлялось с осознанием различий в требованиях, обусловленных применением изделий военного и гражданского назначения, но на базе опыта и знаний, приобретённых в ходе нескольких десятилетий исследований и проектирования корабельных теплообменников.

В конструкции и технологии изготовления аппаратов ТТАИ были заложены последние достижения советского ВПК в области тепломассообмена. В основном эти знания сформировались в результате выполнения закрытых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) в интересах советской корабельной и частично авиационно-космической энергетики.

Компания ООО «Теплообмен» была создана с единственной целью — не потерять и претворить в металле в мирных целях вышеуказанные закрытые наработки. С тех пор компания осуществляет деятельность только в этой области.

За минувшие 25 лет ООО «Теплообмен» выпустило более 9500 единиц теплообменников ТТАИ, которые с завидным упорством подтверждают заявленные высокие технико-экономические и эксплуатационные качества, успешно работая у разных заказчиков в самых разных условиях и по различному назначению.

Первые аппараты, выпущенные в конце 1992 года, до сих пор эксплуатируются в городе Севастополе (на теплопунктах севастопольской теплосети «Севтеплоэнерго», а также на Севастопольском винодельческом заводе). Следовательно, производственный опыт нашего предприятия — ООО «Теплообмен» — по выпуску аппаратов ТТАИ и время их практического применения превышает на сегодняшний день 25 лет.

Высочайшие технические характеристики теплообменных аппаратов ТТАИ подтверждаются не только многочисленными положительными отзывами, но и рекомендациями по применению аппаратов ТТАИ, оформленными авторитетными инстанциями.

В частности, научно-технический совет Департамента топливно-энергетического хозяйства города Москвы на базе проведённого Некоммерческим партнёрством «Российское теплоснабжение» анализа особо выделил теплообменники ТТАИ как наиболее успешные и рекомендовал их к применению при устройстве индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) в стеснённых и ограниченных по объёму помещениях.

Высокие потребительские качества теплообменников ТТАИ обусловили разработку на Украине официального нормативного документа «Рекомендации по применению теплообменников ТТАИ в теплопунктах жилых и общественных зданий», предназначенного в основном для проектантов инженерных систем зданий и сооружений.

В России аппараты ТТАИ также включались в аналогичные документы:

  • «Альбом инженерных решений энергоэффективных систем теплоснабжения» — 2002 год, город Москва (издан под эгидой Министерства промышленности, науки и технологий РФ);
  • Альбом «Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов» — 2003 год, город Санкт-Петербург (разработан по заданию Госстроя России);
  • в 2016 году на основании решения научно-технического совета ГУП ТЭК Санкт-Петербурга теплообменники ТТАИ включены администрацией Северной столицы в рамках программы импортозамещения в раздел «Теплоснабжение»;
  • в 2017 году Минпромторг России включил наше предприятие, производящее аппараты ТТАИ, в качестве официального поставщика в базовый каталог высокотехнологичной промышленной продукции и услуг для нужд Арктической зоны Российской Федерации;
  • высокие теплотехнические характеристики наших аппаратов были подтверждены в ходе испытаний в институте ядерных исследований «Сосны» Академии наук Белоруссии (отчёт УДК №621. 565.93, инв. №663 от 15.06.2009).

Участие ООО «Теплообмен» с теплообменниками ТТАИ в крупных и престижных профессиональных выставках и конкурсах позволяло компании практически ежегодно занимать призовые места или побеждать.

Среди таких мероприятий можно отметить победу в проводимом Министерством науки и образования Украины Всеукраинском конкурсе на награду Всемирной организации интеллектуальной собственности (структура ЮНЕСКО). Данный конкурс был организован для предприятий, ориентированных на инновационную деятельность.

Также мы одержали победу в номинации «Оборудование тепловых пунктов» в проводимом правительством СанктПетербурга конкурсе «На лучшее оборудование для топливно-энергетического комплекса и жилищно-коммунального хозяйства Северо-Западного региона России» и во многих других профессиональных состязаниях.

Благодаря высоким характеристикам аппаратов ТТАИ, до отдельных санкций против Севастополя они активно поставлялись на экспорт, причём не только в страны СНГ, но и в страны Евросоюза, в том числе в Западную Европу.

Косвенным подтверждением исключительно высоких характеристик аппаратов ТТАИ служит и тот факт, что некоторые наши бывшие дилеры (в Подмосковье и в Санкт-Петербурге) начали выпускать подделки под наши теплообменные аппараты ТТАИ, скопировав с них то, что удалось скопировать, и получив устройства, внешне весьма похожие на наши аппараты ТТАИ.

Конструктивно-технологические особенности теплообменников ТТАИ и обусловленные этим преимущества

Специалисты, знакомящиеся с основными техническими и потребительскими характеристиками аппаратов ТТАИ, нередко задают вопрос: «За счёт чего достигнуты столь высокие показатели?». Краткий ответ на этот вопрос прост — за счёт того, что в одном изделии удалось реализовать ряд ранее известных, но считавшихся технологически несовместимыми рекомендаций по повышению тепловой эффективности, а также ряд новых технических решений, не получивших прежде известности из-за закрытого характера соответствующих работ.

Однако подобный ответ оставит неудовлетворённым большинство специалистов и лишь вызовет недоверие, вполне обоснованное таким туманным объяснением. Поэтому ниже приводится развёрнутое объяснение достижения тех характеристик, которыми обладают теплообменники ТТАИ.

Оно включает перечень технических решений, реализованных в теплообменных аппаратах ТТАИ, с кратким описанием источника появления рассматриваемого технического решения и обеспечиваемого этим положительного эффекта.

1. В аппаратах ТТАИ применяются термодинамически целесообразно профилированные трубки (фото 3), расчёт термодинамически целесообразного профиля которых базируется на закрытых работах, проводившихся в авиационно-космической отрасли СССР. Такой профиль (плавно очерченные, строго определяемые по высоте полукруглые выступы-канавки) обеспечивает рост тепловой эффективности, не отстающий от сопряжённого роста гидравлического сопротивления.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 4

Соответствующие исследования впервые в мире были выполнены у нас и уже затем стали использоваться западными фирмами. Правильное выполнение профиля обеспечивает генерирование короткоживущих мелкомасштабных вихрей, не диффундирующих в ядро потока, а движущихся в пристенном ламинарном микрослое рабочей среды. Это исключает диссипацию энергии на дополнительную турбулизацию ядра потока и обеспечивает полезное использование энергии этих микровихревых структур на перевод теплоотдачи с теплопроводности на конвективный теплоперенос. Помимо опережающего роста теплоотдачи, этот профиль, адаптированный в ходе выполненных в конце 1980-х годов продолжительных закрытых работ к условиям работы на морской воде с целью эффективного применения его под нужды ВМФ, обеспечивает ещё и такое важное преимущество аппаратов ТТАИ, как эффект самоочистки поверхности теплопередающих труб.

При проектировании аппаратов ТТАИ наше предприятие всегда учитывает этот фактор и предлагает теплообменник ТТАИ, который в заданном заказчиком режиме эксплуатации и в окрестностях этого режима обеспечит указанный эффект самоочистки.

2. При компоновке трубного пучка нами используется его нерегулярная разбивка (фото 4), идея применения которой также сформировалась у нас в ходе закрытых советских НИОКР, но не была отработана. Реализация этой идеи в аппаратах ТТАИ подтвердила её правомерность и обеспечивает снижение гидравлического сопротивления межтрубной полости, что позволяет более рационально использовать располагаемый напор в интересах роста тепловой эффективности.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 5

3. Также снижению бесполезных потерь напора способствует принятое нами при создании аппаратов ТТАИ решение о применении входного и выходного патрубков межтрубной полости с диаметрами не только равными, но даже б?льшими, чем диаметр корпуса аппаратов (фото 5).

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 6

4. Усреднённый шаг расположения теплопередающих трубок в трубном пучке соответствует понятию «плотно упакованный трубный пучок», что не только увеличивает удельную плотность теплопередающей поверхности, но и способствует росту коэффициента теплоотдачи. Целесообразность плотно упакованного трубного пучка была известна ещё в советское время (даже были установлены границы наиболее целесообразного шага разбивки трубного пучка), однако существовавшие технологии не позволяли это обеспечить. В аппаратах ТТАИ, благодаря специальным технологическим решениям, удаётся реализовать целесообразный шаг разбивки. Очевидно, что как увеличенная удельная плотность теплопередающей поверхности, так и рост коэффициента теплоотдачи снижают удельную металлоёмкость аппарата и повышают его интегральную тепловую эффективность.

5. В аппаратах ТТАИ используются трубки малого эквивалентного диаметра (в базовом варианте — 8 мм, а по согласованию — 6 мм). Такие диаметры являлись основными при создании теплообменников для нужд советского ВМФ и успешно применялись в том числе при эксплуатации теплообменников на забортной воде. Это способствует росту удельной тепловой эффективности и повышает коэффициент компактности, что также ведёт к снижению массогабаритных характеристик теплообменника и увеличению интегральной тепловой эффективности аппарата.

6. Теплопередающие трубки и корпуса теплообменных аппаратов ТТАИ тонкостенны (трубки имеют толщину от 0,2 до 0,4 мм, а корпуса — от 0,8 до 2,2 мм). Указанные толщины определены, с установленным коэффициентом запаса, расчётным путём и подтверждены в ходе экспериментов для рабочих давлений величиной до 2,5 МПа включительно. Это снижает металлоёмкость теплообменника, делая его очень лёгким (в среднем в 10–12 раз легче современного западноевропейского разборного пластинчатого теплообменника), что позволяет не только исключить необходимость изготовления фундаментов для аппаратов ТТАИ, но и не применять грузоподъёмные средства при их монтаже и демонтаже.

7. Теплообменные аппараты ТТАИ изготавливаются в двух исполнениях: высоколегированная нержавеющая сталь аустенитного класса или титановые сплавы (последние ввиду дороговизны применяются лишь в обоснованных случаях). Обоснованное применение таких металлов (с учётом закрытых рекомендаций — в советское время существовал отраслевой стандарт ограниченного распространения о допустимых применениях различных металлов) обеспечивает продолжительный срок службы аппаратов при тонкостенных трубках.

8. В аппаратах ТТАИ применяется метод «плавающих» трубных решёток (причём обеих) для установки трубного пучка в корпусе. Мы применили этот метод установки трубного пучка в корпусе аппарата, поскольку он хорошо зарекомендовал себя в теплообменных аппаратах, создававшихся нами в советское время для нужд кораблей ВМФ. Это позволяет не только снять термические напряжения в цепочке «корпус–трубный пучок», что повышает надёжность работы аппарата, но и обеспечить возможность разборки аппарата путём извлечения из корпуса трубного пучка (фото 6). Такая возможность повышает ремонтопригодность аппарата и, кроме того, обеспечивает возможность агрегатного ремонта путём простой замены одного из вышеупомянутых элементов теплообменника.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 7

9. Трубные решётки в теплообменниках ТТАИ выполняются либо цельнометаллическими из нержавеющей стали или титана с приваркой к ним трубок, либо композитными. Последний вариант трубных решёток начал отрабатываться нами в советское время с целью снижения веса аппаратов для кораблей с динамическими принципами поддержания, однако из-за низких ресурсных характеристик (вполне устраивавших военных) потребовал радикальной доработки в начале 1990-х годов. В результате выполненной нами доработки была обеспечена надёжная работа аппаратов с такими трубными решётками, подтверждённая уже 25-летним опытом эксплуатации.

10. Разъёмные соединения в аппаратах ТТАИ в базовом варианте имеют специфичную конструкцию — это псевдофланцевые соединения (фото 7). Такие соединения полностью выполняют функции фланцевого соединения, то есть позволяют с помощью крепежа (болтов с гайками) сочленять между собой элементы, однако не имеют собственно тяжёлых фланцев, что обеспечивает снижение массогабаритных характеристик теплообменника. Эта конструкция также прорабатывалась нами в советское время для десантных кораблей на воздушной подушке, однако была ещё доработана в 1990-е годы с учётом необходимости ориентироваться не на специальные возможности ВМФ (в том числе по специальной формы уплотнительным прокладкам), а на общепромышленные возможности.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 8

11. К числу особенностей теплообменных аппаратов ТТАИ следует отнести и разработанный нами сложноходовой вариант исполнения теплообменника, когда среда межтрубного пространства подаётся в корпус аппарата не через один, а через два патрубка. Такое решение оказывается весьма эффективным в случаях существенно различающихся между собой расходов или располагаемых напоров сред, и это техническое решение было принято нами на базе опыта разработки теплообменников с двумя входами одной и той же среды, которые создавались нами для обеспечения специальных характеристик теплообменников для некоторых задач советского ВМФ.

12. В теплообменниках ТТАИ применены распределённые дистанционирующие перегородки (фото 8), выполненные из ленты, изготовленной из нержавеющей сетки. Изначально идея распределённых перегородок отрабатывались нами также для достижения узкоспециальных характеристик теплообменников, предназначенных для определённого класса кораблей советского Военно-Морского Флота, однако те технические решения, которые мы отрабатывали ранее, не могли быть применены при создании аппаратов ТТАИ. Эту идею (распределённая перегородка), но реализованную в совершенно другом конструктивно-технологическом исполнении (нержавеющая лента, оплетающая трубки), сегодня мы применяем и в трубных пучках аппаратов ТТАИ.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 9

Применение такой распределённой перегородки позволяет реализовать чистый противоток в корпусе теплообменника, исключив любые застойные зоны на пути движения жидкости в межтрубном пространстве, что повышает среднелогарифмический температурный напор и тем самым способствует повышению интегральной тепловой эффективности теплообменника.

Заключение

В результате того, что нам удалось совместить в одном изделии — теплообменнике ТТАИ — все вышеперечисленные особенности, был создан высокоэффективный (превосходящий по удельной эффективности современные западноевропейские разборные пластинчатые теплообменники), чрезвычайно компактный (псевдоодномерный) и исключительно лёгкий теплообменный аппарат ТТАИ, отличающийся подтверждённым продолжительным сроком службы, имеющий повышенную ремонтопригодность и низкую стоимость обслуживания. При этом стоимость владения (приведённая стоимость) аппарата ТТАИ в два и более раз меньше соответствующей стоимости аналогов как российского, так и иностранного производства, что достигается как несколько более низкой изначальной стоимостью, так и в основном последующими существенно меньшими затратами на монтаж и обслуживание в ходе эксплуатации.

Теплообменным аппаратам ТТАИ . 5/2017. Фото 10

Наличие исключительно лёгких и псевдоодномерных теплообменников ТТАИ позволило нам впервые в мире сформулировать инновационную концепцию создания теплопунктов — «планшетные» теплопункты. «Планшетные» теплопункты, размещаясь на свободной поверхности стен или потолка (фото 9), не только радикально упрощают процедуры техобслуживания и ремонта любого элемента теплопункта за счёт обеспечения прямого и непосредственного доступа к соответствующему элементу, но практически не требуют площадей для своего размещения, что позволяет высвобождать целые помещения и даже отдельно стоящие здания ЦТП.

Всё это создаёт значительные экономические выгоды благодаря возможности использования в коммерческих целях высвободившихся помещений или даже земельных участков.