УСТРОЙСТВО ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности, к теплообменным аппаратам воздушного охлаждения, в которых в качестве охлаждающей среды используется наружный воздух, нагнетаемый рабочим колесом вентилятора и может быть использовано для охлаждения жидких и парообразных продуктов сред в газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.
Известно устройство [RU 2047073, C1, F28D 7/00, 27/10/1995], содержащее корпус с размещенным в нем пучком вертикальных оребренных труб, закрепленных в трубных досках, причем, трубные доски установлены в вертикальной плоскости, а примыкающие к доскам периферийные участки труб расположены под углом 60-70° к горизонтальной плоскости, при этом, оребрение труб выполнено в виде стержней.
Недостатком устройства является относительно низкая эффективность обеспечиваемого теплообмена.
Известно также устройство [RU 1044942, A1, F28B 1/06, F28F 9/02, F28F 27/0, 30.09.1983], содержащее закрепленный в трубных досках пучок труб, подключенных к камерам подвода и отвода среды, и размещенное в камере подвода распределительное устройство в виде подвижной решетки, установленной параллельно трубным доскам и снабженной стержнями, расположенными соосно трубам, причем, стержни снабжены фиксаторами и выполнены с различным диаметром, увеличивающимся в пучке от ряда к ряду в направлении движения воздушного потока.
Недостатком этого устройства также является относительно низкая эффективность обеспечиваемого теплообмена.
Кроме указанных выше известно устройство [RU 2270410, C2, F28D 7/00, 10.09.2004], содержащее, по крайней мере, один открытый снизу и сверху вертикальный кожух, выполненный из тканого материала монолитным в поперечном сечении в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной, цилиндрической и линейчатой поверхностей, а также теплообменную поверхность и рабочее колесо вентилятора в каждом кожухе, причем, кожух может быть выполнен из стекловолокнистого материала, пропитанного эпоксидной смолой, соотношение различных элементов поверхностей кожуха к диаметру цилиндрической поверхности могут быть выбраны следующими: h=(1,47-1,49)d, g=(0,58÷0,61)d, r=(0,18÷0,20)d, a=(0,14÷0,16)d, b=(0,55÷0,57)d, где d - диаметр цилиндрической поверхности, h - расстояние от начала линейчатой поверхности до монтажного основания, g - расстояние от начала тороидальной поверхности до монтажного основания, r - радиус тороидальной поверхности, a - расстояние от начала цилиндрической поверхности до начала линейчатой поверхности, b - расстояние от конца цилиндрической поверхности до начала линейчатой поверхности, при этом, теплообменная поверхность расположена над кожухом, представляет собой в поперечном сечении прямоугольник, характеризуемый следующими соотношениями: n=(1,1÷1,12)d, m=(1,4÷4,42)d, где d - диаметр цилиндрической поверхности, n - меньшая сторона прямоугольника, m - большая сторона прямоугольника, теплообменная поверхность может быть выполнена в виде горизонтальных рядов труб, расположенных в шахматном порядке, а расстояния между центрами трех близлежащих труб смежных рядов образуют равнобедренный треугольник с основанием, большим боковых сторон.
Недостатком устройства является относительно низкая надежность устройства. Это, в частности, обусловлено тем, что рабочее колесо вентилятора, включающее и двигатель, размещены и закреплены в каждом кожухе в области зоны цилиндрической поверхности. При необходимости обеспечения относительно мощных потоков воздуха рабочее колесо вентилятора, включающее и двигатель, должны работать при больших оборотах, что приводит к относительно быстрой поломке устройства. Кроме того, устройство при использовании двух и более размещенных рядом кожухов с рабочими колесами вентиляторов в каждом кожухе и при поломке одного из них, размещенные рядом кожуха с рабочими колесами вентиляторов могут начать засасывать не только наружный воздух, но и воздух из области теплообмена кожуха с неисправным рабочим колесом. Это снижает уровень теплообмена и также свидетельствует об относительно низкой надежности устройства.
Нетрудно заметить также, что в помещениях с относительно малой высотой могут возникнуть трудности высокой установки устройства над уровнем пола, что, в свою очередь, создает трудности с захватом наружного воздуха в пространстве под устройством. Это также указывает на относительно низкую надежность его работы.
Дополнительно можно отметить, что, при необходимости замены двигателя или рабочего колеса вентилятора, как наиболее надежных элементов устройства, необходимо демонтировать и затем монтировать и сам кожух, что свидетельствует о низкой ремонтопригодности устройства, возможных нарушениях его конструкции при демонтаже и монтаже, что, в целом, сказывается на его надежности.
Кроме того, известное устройство обладает также относительно низкой мобильностью, поскольку не предусмотрены средства его перемещения, а изменение его пространственного положения путем демонтажа и последующего монтажа приводит не только к существенным временным и материальным затратам, но и к возможным неисправностям в процессе перемещения, что также, в целом, снижает его надежность.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 150604, U1, F28D7/00, 02.09.2014], содержащее четыре, имеющих открытые входные и выходные отверстия, кожуха, выполненных в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной, цилиндрической и линейчатой поверхностей, теплообменный узел, выполненный у выходных отверстий кожухов, и установленные в каждом кожухе в зоне его тороидальной и цилиндрической поверхностей вентиляторы с рабочим колесом и двигателем, рама устройства, выполненная с возможностью крепления кожухов с примыканием верхних частей их линейчатых поверхностей к верхним частям линейчатых поверхностей двух соседних с ним кожухов, рамы вентиляторов, выполненных с возможностью крепления на них вентиляторов, установленных в каждом кожухе и закрепленных в основании рамы устройства, а также установленные в каждом кожухе в зоне их линейчатой поверхности направляющие узлы, выполненные с возможностью направления потока воздуха от вентилятора к выходному отверстию соответствующего кожуха, при этом, оси тороидальной и цилиндрической поверхностей каждого кожуха выполнены наклонными относительно вертикальной оси устройства, а линейчатые поверхности кожухов выполнены с образованием прямоугольных в плане их выходных отверстий.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкое качество охлаждения продукта при низких температурах окружающего воздуха, что может приводить к его нежелательному переохлаждению.
Задачей полезной модели является повышение качества охлаждения за счет обеспечения возможности более точных технологических параметров охлаждения при большом интервале температур охлаждающего воздуха, и предотвращения, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах.
Требуемый технический результат заключается в повышении качества охлаждения за счет обеспечения возможности более точных технологических параметров охлаждения при большом интервале температур охлаждающего воздуха, и предотвращения, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство воздушного охлаждения, содержащее четыре, имеющие открытые входные и выходные отверстия кожуха, выполненных в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной, цилиндрической и линейчатой поверхностей, теплообменный узел, выполненный у выходных отверстий кожухов, а также установленные в каждом кожухе в зоне его тороидальной и цилиндрической поверхностей вентиляторы с рабочим колесом и двигателем, раму устройства воздушного охлаждения, выполненную с возможностью крепления кожухов с примыканием верхних частей их линейчатых поверхностей к верхним частям линейчатых поверхностей двух соседних с ним кожухов, рамы вентиляторов, выполненных с возможностью крепления на них вентиляторов с рабочим колесом и двигателем, установленных в каждом кожухе, при этом, оси тороидальной и цилиндрической поверхностей каждого кожуха выполнены наклонными относительно вертикальной оси устройства воздушного охлаждения, а их линейчатые поверхности выполнены с образованием прямоугольных в плане выходных отверстий кожухов, согласно полезной модели, введен узел рециркуляции, выполненный в виде переточного короба, входное отверстие которого расположено над частью теплообменного узла, размещенной у выходных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха, а выходное отверстие снабжено вспомогательными осевыми вентиляторами и направляющими соплами, выполненными с возможностью направления потока воздуха от вспомогательных осевых вентиляторов в направлении входных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха, при этом, на верхней поверхности переточного короба выполнены выходные жалюзи.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - общий вид устройство воздушного охлаждения;
на фиг. 2 - вид сбоку устройство воздушного охлаждения с вырезом для показа вспомогательных осевых вентиляторов и направляющих сопел;
на фиг. 3 - иллюстрация примера использования устройства воздушного охлаждения на летнем режиме;
на фиг. 4 - иллюстрация примера использования устройства воздушного охлаждения на зимнем режиме.
Устройство воздушного охлаждения содержит четыре кожуха 1, имеющие открытые входные 2 и выходные 3 отверстия.
В устройстве каждый из кожухов 1 выполнен в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной 4, цилиндрической 5 и линейчатой 6 поверхностей.
Кроме того, устройство содержит теплообменный узел 7, выполненный у выходных отверстий кожухов 1, а также установленные в каждом кожухе в зоне его тороидальной и цилиндрической поверхностей вентиляторы 8 с рабочим колесом и двигателем, а также раму 9 устройства воздушного охлаждения, выполненную с возможностью крепления кожухов 1 с примыканием верхних частей их линейчатых поверхностей к верхним частям линейчатых поверхностей двух соседних с ним кожухов 1 с образованием прямоугольных в плане их выходных отверстий 3.
Устройство содержит также рамы 10 вентиляторов, выполненных с возможностью крепления на них вентиляторов 8 с рабочим колесом и двигателем, установленных в каждом кожухе 1.
В предложенном устройстве оси тороидальной 4 и цилиндрической 5 поверхностей каждого кожуха 1 выполнены наклонными относительно вертикальной оси устройства воздушного охлаждения, а их линейчатые поверхности 6 выполнены с образованием прямоугольных в плане выходных отверстий кожухов 1.
Помимо указанного выше, устройство содержит узел рециркуляции, выполненный в виде переточного короба 11, входное отверстие 12 которого расположено над частью 13 теплообменного узла 7, размещенной у выходных отверстий двух кожухов 1, используемых для рециркуляции воздуха, а выходное отверстие 14 переточного короба 11 снабжено вспомогательными осевыми вентиляторами 15 и направляющими соплами 16, выполненными с возможностью направления потока воздуха от вспомогательных осевых вентиляторов 15 в направлении входных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха, при этом, на верхней поверхности переточного короба выполнены выходные жалюзи 17.
Работает устройство воздушного охлаждения следующим образом.
Теплообменный узел 7 может быть выполнен, например, в виде трубок, по которым направляется газ, который требуется охлаждать. При запуске вентиляторов 8 с помощью их рабочих колес наружный воздух подается в теплообменный узел 7, осуществляя процесс теплообмена (охлаждения). Обороты двигателей вентиляторов 8 выбирают в соответствии с конкретными размерами аппарата и типом привода рабочего колеса. Конструкция рабочего колеса может иметь возможность поворота его лопастей в зависимости от требуемого расхода прокачиваемого воздуха.
Предложенное устройство воздушного охлаждения оборудовано узлом рециркуляции нагретого воздуха, которая позволяет обеспечить более точные технологические параметры при большом интервале температур окружающего воздуха, а также предотвратить переохлаждение продукта при низких температурах окружающего воздуха.
Узел рециркуляции выполнен в виде переточного короба 11, входное отверстие 12 которого расположено над частью 13 теплообменного узла 7, размещенной у выходных отверстий двух кожухов 1, используемых для рециркуляции воздуха, а выходное отверстие 14 переточного короба 11 снабжено вспомогательными осевыми вентиляторами 15 и направляющими соплами 16, выполненными с возможностью направления потока воздуха от вспомогательных осевых вентиляторов 15 в направлении входных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха. На верхней поверхности переточного короба 11 выполнены выходные жалюзи 17.
Поток воздуха от направляющих сопел создает тепловую завесу на входе кожухов 1, позволяющая разбавить при необходимости приточный холодный воздух теплым и, тем самым, избежать переохлаждения продукта.
Для узла рециркуляции используется только половина площади теплообменного узла 7, поэтому входное отверстие 12 переточного короба 11 расположено над частью 13 теплообменного узла 7, размещенной у выходных отверстий двух кожухов 1, используемых для рециркуляции воздух. Это определяется тем, что, по результатам проведенных испытаний при имеющихся низких температурах окружающего воздуха не требуется большая поверхность охлаждения. Другая половина площади теплообменного узла 7 будет незначительно охлаждаться за счет естественной конвекции. В исключительных случаях теплообменный узла 7 может быть полностью накрыт переточным коробом 11.
В летнем режиме (фиг. 3) в устройстве включены все вентиляторы 8 с рабочим колесом и двигателем и отключены все вспомогательные осевые вентиляторы 15. Поток окружающего воздуха, проходя через теплообменный узел 7 из выходных отверстий двух кожухов 1, используемых для рециркуляции воздуха (два левых по чертежу кожуха), охлаждает продукт и выходит вверх в переточный короб 11, откуда он выходит через открытые выходные жалюзи 17. Поток окружающего воздуха, проходя через теплообменный узел 7 из выходных отверстий двух кожухов 1, не используемых для рециркуляции воздуха (два правых по чертежу кожуха), нагревается и поднимается вверх.
В зимнем режиме (фиг. 4) в устройстве включены вентиляторы 8 с рабочим колесом и двигателем тех кожухов 1, которые используются для рециркуляции воздуха (два левых по чертежу кожуха) и все вспомогательные осевые вентиляторы 15.
Поток окружающего воздуха, проходя через теплообменный узел 7, охлаждает продукт и выходит вверх в переточный короб 11, откуда он частично выходит из устройства через приоткрытые выходные жалюзи 17. Основной объем теплого воздуха перекачивается вспомогательными осевыми вентиляторами 15 обратно на вход соответствующих двух кожухов 1, подогревает входящий холодный воздух и цикл многократно повторяется. Остальная часть теплообменного узла 7 будет незначительно охлаждаться за счет естественной конвекции.
Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств (в частности, тем, что введен узел рециркуляции, выполненный в виде переточного короба, входное отверстие которого расположено над частью теплообменного узла, размещенной у выходных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха, а выходное отверстие снабжено вспомогательными осевыми вентиляторами и направляющими соплами, выполненными с возможностью направления потока воздуха от вспомогательных осевых вентиляторов в направлении входных отверстий двух кожухов, используемых для рециркуляции воздуха, при этом, на верхней поверхности переточного короба выполнены выходные жалюзи), достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении качества охлаждения за счет обеспечения возможности более точных технологических параметров охлаждения при большом интервале температур охлаждающего воздуха, и предотвращения, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах.
В качестве дополнительного технического эффекта можно указать на повышение экономичности, поскольку уменьшается энергопотребление при зимнем режиме работы, а также на повышение прочности и надежности устройства, поскольку рамы вентиляторов, выполненные с возможностью крепления на них вентиляторов с рабочим колесом и двигателем, выполнены раздельными с рамой устройства.