ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха и может быть использована при проведении научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ (НИОКР) при разработке конструкций контактных узлов оросительных камер и оценки эффективности их работы, а также при проведении лабораторных занятий со слушателями в рамках учебного процесса.
Известен контактный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, в частности, оросительная форсуночная камера (ОКФ) [1]. Конструктивно она выполняется в виде прямоугольного параллелепипеда (короба), внутри располагаются горизонтальные и вертикальные трубопроводы (стояки), на последних крепятся механические форсунки. Нижняя часть камеры выполнена в виде поддона и служит в качестве сборника для воды, уровень которой поддерживается с помощью поплавка, на выходе установлены лабиринтные пластины, предотвращающие вынос капель воды из камеры с воздушным потоком, - каплеуловитель и направляющие пластины на входе. Камера снабжена водяной линией и насосом для воды, соединена с воздуховодом и радиальным вентилятором для подачи воздуха.
При адиабатическом увлажнении и охлаждении воздуха используется рециркуляционная вода. Вода из поддона подается насосом под давлением ~150…300 кПа по трубопроводам к форсункам и в распыленном виде вводится в воздушный поток. При этом ~3% распыленной влаги испаряется в воздухе и увлажняет его, а основная масса ~97% поступает обратно в поддон, откуда снова направляется с помощью насоса к механическим форсункам для распыления в потоке воздуха и т.д.
ОКФ позволяет проводить оценку эффективности процесса тепловлажностной обработки воздуха при применении механических форсунок различных конструкций в специфических режимах.
Недостатком данной конструкции является невозможность испытания в ней других модификаций внутренних контактных узлов, обеспечивающих развитую поверхность контакта воздушного потока с водой.
Также известны конструкции контактных тепломассообменных аппаратов с орошаемой насадкой из тонких гигроскопичных материалов [1]. Насадка (кассета с осиновой стружкой или гофрированные листы картона, полотно ткани и т.д.) расположена в потоке воздуха и смачивается рециркуляционной водой, которая подается на ее верх при помощи насоса из сборной емкости, находящейся под насадкой. При этом поверхность насадки быстро становится влажной, и воздух, проходя через насадку, увлажняется и охлаждается в адиабатическом режиме. В данной конструкции также используется насос для подачи воды на увлажнение воздуха, т.е. затрачивается электроэнергия на рециркуляцию воды. Однако расход эл. энергии на привод насоса снижен из-за уменьшения гидравлического сопротивления водяного контура, т.к. он обусловлен только подъемом воды на верх насадки. В то же время, очевидно, что аэродинамическое сопротивление воздушного канала в контактном аппарате с насадкой выше, чем в ОКФ. Это приводит к повышению энергопотребления вентилятором.
Снижение энергетических затрат, связанных с работой вентилятора и водяного насоса может быть достигнуто при исключении водяной линии и насоса в контактном аппарате роторного типа [2].
При этом в оросительной камере размещают перпендикулярно потоку на горизонтальном валу без приводного механизма крестообразную турбину с лопастями из гигроскопичного материала, последние имеют контакт с зеркалом жидкости в поддоне. На лопастях крестообразной турбины расположены сегменты из гигроскопичного материала параллельно потоку воздуха на расстоянии 10-20 см друг от друга. Горизонтальный вал турбины имеет тормозное устройство для регулирования числа оборотов во времени. Вращение турбины обеспечивает движущийся вдоль аппарата воздух, за счет динамического давления развиваемого радиальным вентилятором.
Наличие контакта лопастей турбины с зеркалом жидкости в поддоне при вращении турбины обеспечивает разбрызгивание жидкости в потоке воздуха и постоянную влажность гигроскопичных ее лопастей.
Благодаря наличию брызг и капель, влажной поверхности лопастей турбины в воздушном потоке воздух подвергается тепловлажностной обработке. Поскольку в камере используется рециркуляционная вода, воздух будет адиабатически увлажняться и охлаждаться.
Степень увлажнения воздуха, например, его влагосодержание и относительную влажность можно регулировать путем изменения числа оборотов турбины (с помощью тормозного устройства), изменения площади поверхности турбины и числа сегментов из гигроскопичного материала.
Общим конструктивным недостатком описанных выше контактных тепломассообменных аппаратов при проведении НИОКР по оценке влияния конструктивных, технологических факторов на эффективность тепловлажностной обработки воздуха является необходимость изготовления серии отдельных стендовых установок - лабораторных стендов, в которых должно быть соблюдено подобие геометрических, гидро-аэродинамических, тепловых, массообменных параметров (критериев). Это приводит к временным издержкам, увеличивает затраты материальных и финансовых средств при проведении научно-исследовательских работ.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является оросительная форсуночная камера (ОКФ), описание которой приведено выше.
Предлагаемой полезной моделью решается задача сохранения подобия и работоспособности различных контактных устройств для тепловлажностной обработки воздуха при оценке эффективности работы в одном конструктивном элементе - лабораторном стенде для тепловлажностной обработки воздуха.
Для достижения указанного технического результата верхняя крышка камеры конструктивно выполнена съемной и представлена в двух исполнениях, на их наружной поверхности расположен входной патрубок, соединенный с гибкой подводкой для воды, на одной крышке изнутри жестко смонтирована система трубопроводов с механическими форсунками, служащими для распыления воды в поток воздуха, система трубопроводов соединена с входным патрубком, другая крышка изнутри выполнена в виде плоской поверхности для обеспечения монтажа в оросительной камере специфического контактного узла: листовой насадки с распределителем воды, или контактного узла роторного типа в виде крестообразной турбины из гигроскопичного материала.
Схема предлагаемой полезной модели - лабораторного стенда для тепловлажностной обработки воздуха приведена на фиг.1.
Позиции на фиг.1 обозначают:
1
2
1 - корпус камеры; 2 - поддон; 3 - поплавок; 4 - каплеуловитель; 5 - направляющая пластина; 6 - верхняя крышка; 7 - входной патрубок для воды; 8 - трубопроводы для воды; 9 - механические форсунки; 10 - гибкая подводка; 11 - радиальный вентилятор; 12 - гибкая вставка; 13 - воздуховод; 14 - насос для воды; 15 - водяная линия; а, а - вентили.
Конструкции крышек приведены на фиг.2, фиг.3.
Позиции на фиг.2 обозначают:
6 - верхняя крышка; 7 - входной патрубок для воды; 8 - трубопроводы для воды; 9 - механические форсунки.
Позиции на фиг.3 обозначают:
6 - верхняя крышка; 7 - входной патрубок для воды;
Листовая насадка с распределителем воды представлена на фиг.4.
Позиции на фиг.4 обозначают:
16 - опорные штанги; 17 - распределитель для воды; 18 - листовая насадка;
Контактный узел роторного типа в виде крестообразной турбины приведен на фиг.5.
Позиции на фиг.5 обозначают:
19 - крестообразная турбина; 20 - ось; 21 - лопасти турбины из гигроскопичного материала; 22 - сегменты из гигроскопичного материала; 23 - билы; 24 - опорные стойки.
Полезная модель - стенд для тепловлажностной обработки воздуха содержит, размещенный в воздушном канале корпус камеры 1 в виде прямоугольного параллелепипеда с поддоном 2, где с помощью поплавка 3 поддерживается постоянный уровень воды. На выходе из камеры установлены лабиринтные пластины, предотвращающие вынос капель воды из камеры с воздушным потоком, - каплеуловитель 4, на входе в камеру - направляющая пластина 5. Камера снабжена водяной линией 15, насосом для воды 14, соединена с воздуховодом 13 и радиальным вентилятором 11 для подачи воздуха. Камера имеет верхнюю крышку 6. Верхняя крышка камеры конструктивно выполнена съемной и представлена в двух исполнениях, на их наружной поверхности расположен входной патрубок 7, соединенный с гибкой подводкой для воды 10, на одной крышке изнутри жестко смонтирована система трубопроводов 8 с механическими форсунками 9, служащими для распыления воды в поток воздуха, система трубопроводов соединена с входным патрубком. Другая крышка изнутри выполнена в виде плоской поверхности для обеспечения монтажа в оросительной камере, перпендикулярно ее боковым стенкам, специфического контактного узла: или листовой насадки 18 с распределителем воды 17 и опорными штангами 16, или контактного узла роторного типа в виде крестообразной турбины 19 с лопастями 21 и сегментами 22 из гигроскопичного материала, расположенной на оси 20 и опорных стойках 24. Крепление крышки к корпусу камеры осуществляется при помощи гаек - барашек, накручиваемых на болты, приваренных к корпусу камеры. Это облегчает и ускоряет процесс сборки и демонтажа контактных узлов в камере. При закреплении на камере верхней крышки с жестко смонтированной системой трубопроводов 8 с механическими форсунками 9 и включении в работу насоса 14 на водяной линии 15, а также вентилятора 11 на воздуховоде 13 на лабораторном стенде реализуются процессы адиабатического увлажнения и охлаждения воздуха, которые рассматривались выше. При этом можно испытывать форсунки различных типов на различных технологических режимах, проводить оценку эффективности их работы.
Монтаж специфического контактного узла (с листовой насадкой или роторного типа) во внутреннем объеме камеры при установке крышки с плоской внутренней поверхностью позволяет проводить соответствующие исследования процессов тепловлажностной обработки воздуха данных узлов и оценить их эффективность в зависимости от конструктивных и технологических факторов.
Таким образом, к достоинствам заявляемой полезной модели - лабораторного стенда для тепловлажностной обработки воздуха следует отнести:
1. Универсальность конструкции, возможность проводить оценку эффективности работы различных контактных узлов (или механических форсунок, или листовой насадки, или роторного типа), применяемых при тепловлажностной обработке воздуха в режиме адиабатического увлажнения и охлаждения воздуха.
2. Экономия материальных и финансовых средств при проведении научно-исследовательских работ по оценке эффективности контактных узлов для тепловлажностной обработки воздуха.
Источники информации
1. В.Н.Богословский, О.Я.Кокорин, Л.В.Петров Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985. - 368 с.
2. Патент РФ 2270958 Устройство для тепловлажностной обработки воздуха / Аверкин А.Г., Еремкин А.И., Королева Т.И., Корсун С.А., Хлыстов А.В. Опубл. 27.02.2006. Бюл.№6.