ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С ИНТЕГРИРОВАННОЙ И МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА
AIR COOLING HEAT EXCHANGE APPARATUS WITH INTEGRATED AND MECHANISED PRELIMINARY AIR COOLING SYSTEM

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к теплообменному оборудованию воздушного охлаждения.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[0002] Теплообменники воздушного охлаждения удаляют тепло из рабочей жидкости посредством его переноса в воздух. Как правило, теплообменники воздушного охлаждения состоят из труб, соединенных с ребрами. Рабочая текучая среда проходит через внутреннее пространство труб, и тепло переносится к внешним поверхностям труб и ребер. Воздух, проходящий по поверхности указанных ребер и труб, удаляет это тепло; при этом один или несколько вентиляторов обычно используют для перемещения воздуха. Рабочая текучая среда может быть жидкостью, газом, конденсирующимся холодильным агентом или любой другой текучей средой, из которой необходимо отвести тепло. Как правило, трубы выполнены из меди, алюминия или нержавеющей стали, но могут использоваться и другие металлы или неметаллы. Ребра обычно выполнены из меди или алюминия, но могут использоваться и другие теплопроводные материалы.
[0003] Для того чтобы тепло отводилось из рабочей текучей среды, температура рабочей текучей среды должна превышать температуру воздуха. Чем выше разница температур воздуха и рабочей текучей среды, тем легче происходит отведение тепла; следовательно, для перемещения воздуха требуется вентилятор меньшей мощности.
[0004] Известным способом снижения температуры окружающего воздуха является адиабатическое охлаждение. При адиабатическом охлаждении некоторое количество воды разбрызгивают либо в воздухе, либо на сетчатые панели с открытыми ячейками. Вода испаряется и охлаждает воздух, при этом температура воздуха по сухому термометру приближается к температуре по влажному термометру. Адиабатически охлажденный воздух будет иметь более высокую влажность и более низкую температуру по сухому термометру, чем необработанный воздух. Более низкая температура по сухому термометру будет обеспечивать охлаждение при меньшем потоке воздуха или охлаждение рабочей текучей среды до более низкой температуры, что в обоих случаях является благоприятным.
[0005] Существует множество различных подходов к осуществлению адиабатического охлаждения теплообменников воздушного охлаждения. Согласно одному способу поступающий окружающий воздух проходит через систему предварительного охлаждения, оснащенную сетчатой панелью с открытыми ячейками, которая насыщена водой. Панель может быть насыщена посредством капельной подачи жидкости, распыления или другого способа насыщения панели. Вода испаряется при прохождении воздуха через панель, охлаждая поступающий воздух. Существует множество вариаций типов и расположения этих панелей, но всем им присуще наличие поступающего воздуха, который проходит через насыщенную водой панель.
[0006] Эти системы предварительного охлаждения обычно поставляются в ходе послепродажного обслуживания и всегда транспортируются отдельно от систем воздушного охлаждения, к которым они подключаются в процессе работы, в результате чего они требуют установки «в полевых условиях».
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[0007] Настоящее изобретение относится к теплообменному устройству воздушного охлаждения, включающему в себя систему предварительного охлаждения воздуха заводской установки, связанную с основным теплообменным оборудованием воздушного охлаждения и интегрированную в него, и дополнительно включающему в себя механизм для перевода системы предварительного охлаждения воздуха из транспортировочного положения в рабочее положение.
[0008] Настоящее изобретение устраняет разделение между основным теплообменным оборудованием и системой предварительного охлаждения воздуха перед отправкой, позволяя сохранить размеры оборудования в пределах допустимых норм, что, в свою очередь, значительно снижает трудозатраты на установку оборудования.
[0009] Теплообменное устройство воздушного охлаждения заводской сборки, включающее в себя интегрированную систему предварительного охлаждения воздуха, предпочтительно содержит следующие основные компоненты для обеспечения надлежащего функционирования и не требующих особого разрешения транспортных габаритов: поворотный водораспределительный коллектор, съемные водораспределительные и адиабатические панели, регулируемый наращиваемый каркас, наращиваемые опорные угловые элементы адиабатических панелей, двухфункциональная опора поддона/нижних частей адиабатических панелей, многофункциональный поддон и усиление конструкции базовой несущей опоры/установки с адиабатическими панелями.
[0010] Предлагаемая интегрированная система предварительного охлаждения воздуха и теплообменное устройство воздушного охлаждения согласно настоящему изобретению позволяют системе воздушного охлаждения достигать более высокого показателя отведения тепла по сравнению с оборудованием без предварительного охлаждения воздуха, когда они функционируют при одинаковой окружающей температуре по сухому термометру. Альтернативно, теплообменное оборудование воздушного охлаждения с системой предварительного охлаждения воздуха может обеспечить эквивалентный показатель отведения тепла в ходе функционирования при значительно более высокой окружающей температуре по сухому термометру.
Краткое описание фигур
[0011] На фиг. 1 представлен вид в перспективе двух V-образных теплообменников воздушного охлаждения типа, который мог бы использоваться в связи с настоящим изобретением.
[0012] На фиг. 2 представлен увеличенный вид в перспективе противоположных концов двух V-образных теплообменников воздушного охлаждения, показанных на фиг. 1.
[0013] На фиг. 3 представлено схематическое изображение работы V-образного теплообменника воздушного охлаждения типа, показанного на фиг. 1 и 2.
[0014] На фиг. 4 представлен вид в перспективе двух V-образных теплообменников воздушного охлаждения, где адиабатические панели поставлены в ходе послепродажного обслуживания и смонтированы в «полевых условиях» для предварительного охлаждения поступающего воздуха.
[0015] На фиг. 5 представлен увеличенный вид сбоку в разрезе одного из V-образных теплообменников воздушного охлаждения, показанных на фиг. 3.
[0016] На фиг. 6 представлено схематическое изображение работы V-образного теплообменника воздушного охлаждения с адиабатическим предварительным охлаждением, который показан на фиг. 4 и 5.
[0017] На фиг. 7 представлен вид в перспективе теплообменного устройства воздушного охлаждения с интегрированной системой предварительного охлаждения воздуха заводской сборки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в сложенном/транспортировочном положении.
[0018] На фиг. 8 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в сложенном/транспортировочном положении.
[0019] На фиг. 9 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в первом частично разложенном положении.
[0020] На фиг. 10 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится во втором частично разложенном положении.
[0021] На фиг. 11 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в третьем частично разложенном положении.
[0022] На фиг. 12 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в четвертом частично разложенном положении.
[0023] На фиг. 13 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в пятом частично разложенном положении.
[0024] На фиг. 14 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом верхний держатель системы предварительного охлаждения воздуха находится в сложенном положении.
[0025] На фиг. 15 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом верхний держатель системы предварительного охлаждения воздуха находится в частично разложенном положении.
[0026] На фиг. 16 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом верхний держатель системы предварительного охлаждения воздуха находится во втором частично разложенном положении.
[0027] На фиг. 17 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом адиабатическая панель и верхний держатель системы предварительного охлаждения воздуха находятся в полностью разложенном положении, а верхняя труба системы предварительного охлаждения воздуха находится в частично разложенном положении.
[0028] На фиг. 18 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом адиабатическая панель и верхний держатель системы предварительного охлаждения воздуха находятся в полностью разложенном положении, а верхняя труба системы предварительного охлаждения воздуха находится во втором частично разложенном положении.
[0029] На фиг. 19 показан дополнительно увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом адиабатическая панель, верхний держатель и верхняя труба системы предварительного охлаждения воздуха находятся в полностью разложенных положениях.
[0030] На фиг. 20 представлен вид в перспективе теплообменного устройства воздушного охлаждения с интегрированной системой предварительного охлаждения воздуха заводской сборки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в полностью разложенном/рабочем положении.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
[0031] Пример V-образного охлаждающего устройства показан на фиг. 1 и 2. Рама служит опорой для двух пучков змеевиков с V-образной конфигурацией, каждый из которых содержит множество горизонтально расположенных оребренных труб. На одном конце каждого пучка трубы соединены на впускном конце с впускным коллектором и выпускным коллектором. На противоположном конце каждого пучка каждая горизонтальная труба соединена с соседней горизонтальной трубой при помощи обратного колена. Горячая технологическая текучая среда поступает во впускной коллектор через патрубок впускного коллектора, а затем из впускного коллектора распределяется по трубам. Охлажденная текучая среда выходит из труб через выпускной коллектор и возвращается в процесс/систему, из которого/которой поступает указанная текучая среда. Рама служит опорой для множества вентиляторов, которые смонтированы в верхней части охлаждающего устройства, при этом окружающий воздух втягивается в установку через трубы и ребра и перемещается за пределы верхней части установки.
[0032] Принципы работы V-образного теплообменника воздушного охлаждения типа, показанного на фиг. 1 и 2, приведены на фиг. 3. Горячая технологическая текучая среда, показанная красным цветом, поступает во впускной коллектор через патрубок впускного коллектора. Из впускного коллектора горячая технологическая текучая среда перемещается в поперечном направлении по теплообменнику, как правило, параллельно горизонтали. Тепло технологической среды рассеивается через поверхность труб змеевиков и поступает к ребрам (не показаны). Окружающий воздух перемещается по поверхности змеевиков при помощи вентиляторов, расположенных в верхней части установки. Тепло из технологической текучей среды передается воздуху и отводится в атмосферу. Холодная технологическая текучая среда, показанная синим цветом, выходит из установки через выпускные коллекторы.
[0033] Пример V-образного охлаждающего устройства с адиабатическими панелями предварительного охлаждения показан на фиг. 4 и 5. Рама служит опорой для двух пучков змеевиков с V-образной конфигурацией, каждый из которых содержит множество горизонтально расположенных оребренных труб. На одном конце каждого пучка трубы соединены на впускном конце с впускным коллектором и выпускным коллектором. На противоположном конце каждого пучка каждая горизонтальная труба соединена с соседней горизонтальной трубой при помощи обратного колена. Горячая технологическая текучая среда поступает во впускной коллектор через патрубок впускного коллектора, а затем из впускного коллектора распределяется по трубам. Охлажденная текучая среда выходит из труб через выпускной коллектор и возвращается в процесс/систему, из которого/которой поступает указанная текучая среда. Адиабатические панели смонтированы вдоль обеих сторон установки и охватывают их слева направо и сверху вниз. Водораспределительная система осуществляет капельную подачу воды на верхнюю часть панелей для их насыщения. Вода, которая не испарилась с панелей, собирается в нижней части установки и либо направляется в водоотводный канал, либо подается обратно в верхнюю часть установки, чтобы снова попасть на поверхность панелей. Рама служит опорой для множества вентиляторов, которые смонтированы в верхней части охлаждающего устройства, при этом окружающий воздух втягивается в установку через насыщенные панели, проходит через трубы и ребра и выходит за пределы верхней части установки.
[0034] Принципы работы V-образного теплообменника воздушного охлаждения с адиабатическими панелями для предварительного охлаждения поступающего воздуха показаны на фиг. 6. Горячая технологическая текучая среда, показанная красным цветом, поступает во впускной коллектор через патрубок впускного коллектора. Из впускного коллектора горячая технологическая текучая среда перемещается в поперечном направлении по теплообменнику, как правило, параллельно горизонтали. Тепло технологической среды рассеивается через поверхность труб змеевиков и поступает к ребрам (не показаны). Адиабатическая система предусматривает полное смачивание волокнистой панели (плиты), расположенной перед змеевиком. Окружающий воздух втягивается через адиабатическую панель предварительного охлаждения при помощи вентиляторов, расположенных в верхней части установки. Воздух увлажняется при прохождении через адиабатическую панель, что снижает температуру по сухому термометру на несколько градусов температуры по влажному термометру. Новая температура воздуха именуется пониженной температурой по сухому термометру. Затем этот предварительно охлажденный воздух проходит по поверхности труб и ребер, в результате чего значительно увеличивается показатель отведения тепла. Тепло из технологической текучей среды передается воздуху и отводится в атмосферу. Холодная технологическая текучая среда, показанная синим цветом, выходит из установки через выпускные коллекторы. В рециркуляционной системе водоснабжения вода, которая используется для увлажнения адиабатических панелей и которая не испарилась, собирается в нижней части установки и подается обратно в водораспределительную систему в верхней части панели. В прямоточной системе водоснабжения вода, которая используется для увлажнения адиабатических панелей и которая не испарилась, собирается и направляется в водоотводный канал.
[0035] Пример одного варианта осуществления настоящего изобретения, который включает в себя V-образный теплообменник воздушного охлаждения с интегрированной системой предварительного охлаждения воздуха заводской установки, показан на фиг. 7 и 20. На фиг. 7 показана система предварительного охлаждения воздуха в сложенном положении для транспортировки, а на фиг. 20 показана система предварительного охлаждения воздуха в полностью разложенном рабочем положении.
[0036]
[0037] На фиг. 8 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта осуществления настоящего изобретения, при этом интегрированная система предварительного охлаждения воздуха находится в сложенном/транспортировочном положении. Съемные водораспределительные и адиабатические панели 3 показаны опирающимися на двухфункциональную опору 5 поддона/нижних частей адиабатических панелей, чуть выше многофункционального поддона 7. Поворотный водораспределительный коллектор/труба 9 шарнирно прикреплен/прикреплена к раме V-образного теплообменника воздушного охлаждения. Интегрированная система предварительного охлаждения воздуха также включает в себя каркас 11, прикрепленный к раме V-образного теплообменника воздушного охлаждения, поворотный промежуточный адиабатический опорный элемент 13 и установленный с возможностью поступательного перемещения верхний адиабатический опорный элемент 15.
[0038] Когда устройство готово к транспортировке, все адиабатические панели находятся в положении, показанном на фиг. 8, при этом соответствующие верхняя и нижняя панели 3 сложены/уложены друг на друга, и верхняя панель находится перед нижней панелью или снаружи ее. Водораспределительная труба 9 находится в сложенном положении, при этом она сложена и прижата к раме V-образного теплообменника воздушного охлаждения. Верхний адиабатический опорный элемент 15 находится в сложенном/нижнем положении, и промежуточный опорный элемент 13 находится в нижнем/сложенном положении. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления верхний адиабатический опорный элемент 15 может находиться в разложенном/верхнем положении (см., например, фиг. 16). Устройство транспортируется в этом положении.
[0039] Когда устройство прибывает на место своей установки, система 17 управления позиционированием/развертыванием активируется оператором/специалистом по установке, что вызывает автоматическое последовательное перемещение элементов системы предварительного охлаждения в полностью разложенную рабочую конфигурацию. На фиг. 9 показана первая стадия этого процесса, на которой верхняя адиабатическая панель поднимается в рабочее положение при помощи механизма 19 позиционирования адиабатических панелей. На этой стадии водораспределительная труба 9 и промежуточный опорный элемент 13 остаются в сложенном положении. Верхний адиабатический опорный элемент 15 остается при транспортировке либо в опущенном положении, либо в конечном положении.
[0040] На фиг. 10 верхняя адиабатическая панель показана начинающей движение в свое конечное положение, при этом остальные элементы системы предварительного охлаждения находятся в транспортировочном состоянии. Хотя на фигурах показан только один набор верхних панелей, перемещающихся в разложенную конфигурацию, при реальной эксплуатации все верхние панели одновременно перемещаются в разложенную/рабочую конфигурацию. На фиг. 11 показана верхняя адиабатическая панель после перемещения в свое конечное и рабочее положение/конфигурацию.
[0041] Когда верхние панели переместились в свое конечное положение, промежуточные опорные элементы панелей автоматически поднимают в их конечную рабочую конфигурацию при помощи механизмов 21 позиционирования опорных элементов панелей, см. фиг. 12 (промежуточный опорный элемент панели перемещается в конечную рабочую конфигурацию) и фиг. 13 (промежуточный опорный элемент панели прибыл в конечную рабочую конфигурацию).
[0042] На следующей стадии, если верхний адиабатический опорный элемент еще не находится в полностью разложенном и поднятом положении, он будет автоматически перемещен в это положение. На фиг. 14 показан верхний опорный элемент адиабатической панели в нижней (предпочтительно транспортировочной) конфигурации. На фиг. 15 показан верхний опорный элемент адиабатической панели, перемещающийся в свою полностью поднятую и рабочую конфигурацию, и на фиг. 16 показан верхний опорный элемент адиабатической панели, который перемещен в свое полностью поднятое и рабочее положение (и, необязательно, менее предпочтительное транспортировочное положение).
[0043] Когда верхние адиабатические панели находятся в рабочем положении, а верхний и промежуточный адиабатические опорные элементы также находятся в своих рабочих положениях, водораспределительная труба автоматически поворачивается из своего транспортировочного положения в свое рабочее положение при помощи механизма 23 позиционирования водораспределительных труб, см., например, фиг. 17 и 18.
[0044] Механизм позиционирования адиабатических панелей, механизмы позиционирования опорных элементов адиабатических панелей и механизм позиционирования водораспределительных труб соединены с системой 17 управления позиционированием и активируются при помощи ее.
[0045] На фиг. 19 верхняя адиабатическая панель, держатель верхнего опорного элемента адиабатической панели и водораспределительная труба системы предварительного охлаждения воздуха находятся в полностью разложенных положениях, при этом водораспределительная труба расположена в выемке, находящейся в верхней части адиабатической панели.
[0046] На фиг. 20 представлен вид в перспективе теплообменного устройства воздушного охлаждения с интегрированной системой предварительного охлаждения воздуха заводской сборки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом система предварительного охлаждения воздуха находится в полностью разложенном/рабочем положении. Когда интегрированная система предварительного охлаждения воздуха полностью разложена в рабочую конфигурацию, она функционирует так, как описано со ссылкой на фиг. 4-6.
[0047] Различные механические системы и системы управления для перемещения элементов системы предварительного охлаждения воздуха из их транспортировочных положений в рабочие положения хорошо известны специалисту в данной области техники, и настоящее изобретение не должно ограничиваться каким-либо конкретным механизмом или системой управления для осуществления этого.