Опорная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа

Полезная модель относится к области машиностроения, а точнее к опорным металлоконструкциям, применяемым в частности для аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа. АВО представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из следующих основных составных частей: теплообменной секции, приводных вентиляторов, опорной металлоконструкции.
Известна опорная конструкция АВО природного газа АВГ-160, выполненная из стержневых элементов - стоек и ригелей (см. В.Б.Кунтыш и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. - С/П: Недра, 1996, с.85, рис.2.38). Промежуточная и угловая стойки известной опорной конструкции выполнены плоскими, состоящими из вертикальной ветви и примыкающих к ее середине двух наклонных ветвей, а вентиляторы для такой опорной конструкции установлены на отдельных фундаментах.
К недостаткам известной конструкции относится большая материалоемкость и трудоемкость изготовления.
Известна опорная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа (патент RU №210199, МПК F28B 1/06, опубл. 31.03.2022 в бюл. №10), выполненная со стойками из широкополочного двутавра и обшивки из унифицированных листовых гнутых деталей из оцинкованного листового проката и не имеет верхнего и нижнего поясов ригелей рамы несущей каркасной металлоконструкции для образования опорной поверхности теплообменной секции и крепления опорных стоек. Теплообменная секция опирается на стойки из двутавра, к ним же снизу, при необходимости, крепятся и дополнительные опорные стойки. Функции рамы для обеспечения жесткости каркаса выполняют листовые гнутые детали обшивки, они же и образуют коробчатый диффузор, как более предпочтительный с точки зрения оптимизации проточной части. Коллектора вентиляторов с отбортовкой для крепления к коробчатому диффузору и плавным входом изготовлены из целой стальной обечайки методом ротационной вытяжки, что позволило получить высокую точность изготовления и стабильность размеров коллекторов, идеально гладкую внутреннюю поверхность, и повышенную прочность коллекторов.
Недостатком данной металлоконструкции является низкая работоспособность металлоконструкции, связанная высокой вибрацией металлоконструкции, возникающей в следствие выбранной конструкции диффузора, имеющей форму короба. Данная конструкция диффузора создает турбулентность потока воздуха, направляемого вентилятором, что создает дополнительное аэродинамическое сопротивление и обратный поток воздуха от трубного пучка теплообменной секции.
Наиболее близкой является опорная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа (патент RU №2267052, МПК F16M 11/00, F28F 9/007, опубл. 27.12.2005 в бюл. №36), включающая стержневые элементы – стойки и ригели, образующие горизонтальную решетчатую конструкцию с продольными и поперечными поясами, создающими опорные участки под теплообменную секцию аппарата воздушного охлаждения газа и отсек под вентилятор. Ригели образуют горизонтальную решетчатую конструкцию с тремя продольными и поперечными поясами, создающими опорные участки под теплообменные секции аппарата воздушного охлаждения газа и отсеки под вентиляторы. Последние установлены на опорных площадках, подвешенных на жестких растяжках, образующих четырехдисковую пространственную систему. Стойки выполнены двух типов: промежуточные - плоские V-образные, и угловые - пространственные, состоящие из вертикальной ветви и примыкающих к ее нижней части двух наклонных ветвей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Промежуточная стойка образует с соответствующими участками продольного пояса треугольник с расстоянием между концами ветвей стойки, соответствующим расстоянию между смежными опорными площадками отсека под вентилятор.
Недостатками данной опорной конструкции аппарата воздушного охлаждения газа являются:
слабым местом в опорной конструкции АВО является узлы крепления под отсеки вентилятора, так как площадка под двигатель расположена на весу и не имеет опоры в нижней её части, вследствие чего увеличивается нагрузка в местах крепления стоек, ригелей, продольных, поперечных поясов, а растяжки испытывают дополнительные нагрузки под тяжестью установленного двигателя и колеса вентилятора, верхние ригели испытывают изгибающие нагрузки;
отсеки под вентилятор не позволяет разместить сам вентилятор, т. к. его размещению будут препятствовать растяжки для крепления площадки двигателя. Также, исходя из описания данной металлоконструкции, не внесена ясность в размещении коллектора под вентилятор, в котором создается напор воздуха, и способу его монтажа в данной металлоконструкции;
трудоемкость изготовления, т.к. отсеки под вентиляторы требуют доработки на месте эксплуатации в виде изготовления и крепления обшивок диффузоров, доработки конструкции для монтажа коллектора, что в дальнейшем повлечет дополнительных затраты;
низкие эксплуатационные качества, опорная конструкция выполняется не менее чем под две теплообменные секции аппарата и не менее чем под четыре вентилятора, что не позволяет гибко перестраивать производство с одного типоразмера на другой металлоконструкции.
Техническими задачами заявляемой полезной модели являются улучшение эксплуатационных качеств, повышение несущей способности (надежности) и долговечности опорной конструкции за счет использования элементов конструкции как продольный и поперечный пояса, представляющих собой сварной каркас из швеллеров, выравнивании внутренних напряжений у элементов конструкции, повышении износостойкости отсека под вентилятор за счет крепления его по всему периметру металлоконструкции как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях, а также в повышении точности сборки.
Технические задачи решаются опорной конструкцией аппарата воздушного охлаждения газа, включающей стержневые элементы – стойки и ригели, образующие горизонтальную решетчатую конструкцию с продольными и поперечными поясами, создающими опорные участки под теплообменную секцию аппарата воздушного охлаждения газа и отсек под вентилятор.
Новым является то, что опорная конструкция снабжена не менее чем двумя продольными и не менее чем двумя поперечными поясами, а также не менее чем четырьмя стойками, не менее чем одной рамой привода вентилятора, не менее чем одним коллектором, не менее чем одним диффузором, не менее чем четырьмя диагоналями металлоконструкции и не менее чем одной поперечной балкой, опорная конструкция выполнена под один или несколько вентиляторов, при этом продольный пояс выполнен сварным каркасом, состоящим из верхнего и нижнего продольных и поперечного швеллеров с отверстиями, двух диагоналей из швеллеров, при этом диагонали и поперечный швеллер продольного пояса жестко соединены уголком с отверстиями по краям, обеспечивающими установку рамы привода вентилятора, а верхний и нижний продольные швеллеры продольного пояса в центральной части усилены двумя параллельно расположенными вертикальными ребрами, при этом по торцам нижнего продольного швеллера продольного пояса выполнены отверстия, обеспечивающие крепление к стойкам, симметрично с двух сторон на одной трети длины нижнего продольного швеллера продольного пояса выполнены отверстия, обеспечивающие крепление диагоналей металлоконструкции, по торцам верхнего продольного швеллера продольного пояса выполнены отверстия, обеспечивающие крепление к стойкам, в центральной части верхнего продольного швеллера продольного пояса выполнены отверстия, обеспечивающие крепление поперечной балки, а также по всей длине верхнего продольного швеллера продольного пояса равномерно распределены отверстия, обеспечивающие крепление диффузора, поперечный пояс выполнен сварным каркасом, состоящим из верхнего и нижнего продольных швеллеров с отверстиями и двух диагоналей из швеллера, при этом торцы верхнего и нижнего продольных швеллеров поперечного пояса снабжены металлической пластиной с отверстиями, расположенной перпендикулярно торцам, в центральной части нижнего продольного швеллера поперечного пояса выполнены отверстия, обеспечивающие крепление диагоналей металлоконструкции, по всей длине верхнего продольного швеллера поперечного пояса равномерно распределены отверстия, обеспечивающие крепление диффузора, стойки выполнены из швеллера, при этом верхний торец каждой стойки усилен двумя параллельно расположенными горизонтальными ребрами, а ближе к нижнему торцу стойка усилена одним горизонтальным ребром, верхний и нижний концы стойки снабжены металлической пластиной с отверстиями, усиленной ребрами жесткости, обеспечивающими крепление продольных поясов, при этом металлическая пластина размещена в одной горизонтальной плоскости со швеллером стойки, на верхнем и нижнем конце стойки выполнены отверстия, обеспечивающие крепление поперечных поясов, а также каждая стойка присоединена при помощи сварки на опорную плиту, рама привода вентилятора выполнена сварным каркасом, состоящим из двух продольных и четырех поперечных швеллеров, при этом на продольных швеллерах рамы привода вентилятора в нижней части на торцах выполнены отверстия, обеспечивающие крепление к продольным поясам, а в верхней части швеллеров по торцам выполнены отверстия, обеспечивающие крепление коллектора, в центре к продольным швеллерам рамы привода вентилятора присоединены при помощи сварки опоры под двигатель вентилятора, состоящими из металлической пластины с отверстиями и ребер жесткости, коллектор выполнен разборным, состоящим из четырех одинаковых секторов, соединенных между собой и с рамой привода вентилятора болтами и гайками, при этом сектор коллектора выполнен из обечайки высотой, обеспечивающей размещение двигателя и колеса вентилятора, по краям обечайки присоединены при помощи сварки верхний, нижний и боковые фланцы с отверстиями, к обечайке присоединены при помощи сварки ребра жесткости на равном расстоянии друг от друга, а сверху на коллектор установлен диффузор, закреплённый с коллектором, продольными и поперечными поясами болтами и гайками, при этом диффузор выполнен разборным, состоящим из трех видов секторов разной формы, выполненных из металлического листа с загибами в местах соединения секторов друг с другом, а также в местах крепления к поясам и коллектору, при этом диагональ металлоконструкции выполнена из швеллера, к диагонали металлоконструкции на торцах присоединены при помощи сварки металлические пластины с отверстиями, обеспечивающими крепление к продольному и поперечному поясам, при этом контакт диагонали металлоконструкции с продольным и поперечным поясами выполнен под углом 45 градусов, при этом поперечная балка выполнена из швеллера, к поперечной балке на торцах присоединены при помощи сварки металлические пластины с отверстиями, обеспечивающими крепление к продольным поясам, при этом длина продольного пояса равна длине отсека под вентилятор, длина поперечного пояса равна ширине теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения газа, а высота продольного и поперечного поясов равна высоте стоек, подобранной в зависимости от высот рамы привода вентилятора, коллектора и диффузора.
Фиг. 1 - изображена опорная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа под один вентилятор. Фиг. 2 - изображен продольный пояс. Фиг. 3 - изображен поперечный пояс. Фиг. 4 - изображена стойка. Фиг. 5 - изображена рама привода. Фиг. 6 - изображен коллектор. Фиг. 7 - изображен диффузор. Фиг. 8 - изображена диагональ металлоконструкции. Фиг. 9 - изображена поперечная балка.
Сущность полезной модели.
Опорная конструкция аппарата воздушного охлаждения газа разборная и снабжена не менее чем двумя продольными 1 и не менее чем двумя поперечными 2 поясами, а также не менее чем четырьмя стойками 3, не менее чем одной рамой привода вентилятора 4, не менее чем одним коллектором 5 и не менее чем одним диффузором 6, не менее чем четырьмя диагоналями металлоконструкции 7, не менее чем одной поперечной балкой 8.
Опорная конструкция выполнена под один или несколько вентиляторов, что позволяет гибко перестраивать производство с одного типоразмера на другой металлоконструкции АВО.
При этом продольный пояс выполнен сварным каркасом, состоящим из верхнего 9 и нижнего 10 продольных и поперечного 11 швеллеров с отверстиями, двух диагоналей 12 из швеллеров. В опорной конструкции используют швеллеры, выпускаемые по ГОСТ 8240-89. Такое соединение сварного каркаса продольного пояса выравнивает внутренние напряжения за счет отсутствия прогибов элементов.
При этом диагонали 12 и поперечный швеллер 11 жестко соединены при помощи сварки уголком 13. При этом по краям уголка 13 выполнены отверстия, обеспечивающие крепление рамы привода вентилятора 4. Уголок 13, изготавливается согласно сортаменту по ГОСТ 8509-93. Такое соединение диагоналей 12 и поперечного швеллера 11 обеспечивает надежность узлов крепления для установки рамы привода вентилятора 4.
Верхний 9 и нижний 10 продольные швеллеры продольного пояса 1 в центральной части усилены двумя параллельно расположенными вертикальными ребрами 14. Ребра жесткости 14 жестко установлены. Ребра жесткости 14, выполнены из толстостенного листа толщиной равной толщине полки швеллера продольного пояса 1. Ребра жесткости 14 обеспечивают надежность, стойкость швеллерам 9, 10 к статическим и динамическим нагрузкам.
При этом по торцам нижнего продольного швеллера 10 продольного пояса 1 выполнены отверстия 15, обеспечивающие крепление к стойкам 3 с помощью болтового соединения.
Симметрично с двух сторон на одной трети длины нижнего продольного швеллера 10 продольного пояса 1 выполнены отверстия 16, обеспечивающие крепление диагоналей металлоконструкции 7 с помощью болтового соединения.
По торцам верхнего продольного швеллера 9 продольного пояса 1 выполнены отверстия 17, обеспечивающие крепление к стойкам 3 с помощью болтового соединения.
В центральной части верхнего продольного швеллера 9 продольного пояса 1 выполнены отверстия 18, обеспечивающие крепление поперечной балки 8 с помощью болтового соединения.
А также по всей длине верхнего продольного швеллера 9 продольного пояса 1 равномерно распределены отверстия 19, обеспечивающие крепление диффузора 6 с помощью болтового соединения.
Поперечный пояс 2 выполнен сварным каркасом, состоящим из верхнего 20 и нижнего 21 продольных швеллеров с отверстиями и двух диагоналей из швеллера 22. Такое соединение сварного каркаса поперечного пояса выравнивает внутренние напряжения за счет отсутствия прогибов элементов.
При этом торцы верхнего 20 и нижнего 21 продольных швеллеров поперечного пояса 2 снабжены вертикальной металлической пластиной 23 с отверстиями, расположенной перпендикулярно торцам. Металлическая пластина 23 присоединена при помощи сварки. Металлическая пластина 23 выполнена из толстостенного листа толщиной равной толщине полки швеллера поперечного пояса 2. Отверстия на вертикальной металлической пластине 23 обеспечивают соединение со стойкой 3.
В центральной части нижнего продольного швеллера 21 поперечного пояса 2 выполнены отверстия 24, обеспечивающие крепление диагоналей металлоконструкции 7.
По всей длине верхнего продольного швеллера 20 поперечного пояса 2 равномерно распределены отверстия 25, обеспечивающие крепление диффузора 6.
Стойки 3 выполнены из швеллера.
'
'
'
''
'
''
При этом верхний торец каждой стойки 3 усилен двумя параллельно расположенными вертикальными ребрами 26, а ближе к нижнему торцу усилена одним вертикальным ребром 26. Ребра жесткости 26, 26 жестко установлены. Ребра жесткости 26, 26, выполнены из толстостенного листа толщиной равной толщине полки швеллера стойки 3.
''
Верхний и нижний концы стойки снабжены металлической пластиной 28 с отверстиями, усиленной ребрами жесткости 26, обеспечивающими крепление продольных 1 поясов с помощью болтового соединения, при этом металлические пластины 28 размещены в одной горизонтальной плоскости со швеллером стойки 3. Металлическая пластина 28 присоединена при помощи сварки. Металлическая пластина 28 выполнена из толстостенного листа толщиной на 10% выше толщины швеллера стойки 3.
На верхнем и нижнем конце швеллера стойки 3 выполнены отверстия 27, обеспечивающие соединение поперечных поясов 2.
А также каждая стойка 3 присоединена при помощи сварки на опорную плиту 29, выполненную из толстостенного металлического листа с отверстиями под фундаментные болты, при этом толщина толстостенного металлического листа определяется расчетом на прочность на фундамент.
Рама привода вентилятора 4 выполнена сварным каркасом, состоящим из двух продольных 30 и четырех поперечных 31 швеллеров.
'
''
При этом на продольных швеллерах 30 рамы привода вентилятора 4 на торцах в нижней части выполнены отверстия 32, обеспечивающие крепление на продольных поясах 1 с помощью болтового соединения, а в верхней части швеллеров по торцам выполнены отверстия 32 для крепления коллектора.
В центре продольные швеллеры 30 рамы привода вентилятора 4 присоединены при помощи сварки опоры 33 под двигатель вентилятора, состоящие из металлической пластины с отверстиями и ребер жесткости. Металлическая пластина, ребра выполнены из толстостенного листа, обеспечивающих установку двигателя без прогибов опоры.
Такая конструкция рамы привода вентилятора 4 обеспечивает снижение вибрации на всем диапазоне частот вращения вентилятора за счёт исключения люфта, т.к. рама привода представляет собой единый цельный сварной каркас.
Коллектор 5 выполнен разборным, состоящим из четырех одинаковых секторов 34, соединенных между собой и с рамой привода вентилятора 4 болтами и гайками, при этом сектор 34 коллектора 5 выполнен из обечайки 35 высотой, обеспечивающей размещение двигателя и колеса вентилятора, по краям обечайки 35 присоединены при помощи сварки верхний 36, нижний 37 и боковые 38 фланцы, представляющие собой металлический лист с отверстиями.
С внешней стороны обечайки 35 присоединены при помощи сварки ребра жесткости 39 на равном расстоянии друг от друга. При этом количество ребер зависит от длины развертки обечайки, зависящей от диаметра колеса вентилятора.
Детали коллектора выполнены из тонкостенного листа, т.к. коллектор является малонагруженным узлом.
Форма коллектора способствует уменьшению сопротивления потока воздуха.
'
''
'''
Сверху на коллектор 5 установлен диффузор 6, закреплённый с коллектором 5, продольными 1 и поперечными 2 поясами болтами и гайками, при этом диффузор 6 выполнен разборным, состоящий из трех видов секторов разной формы 40, 40, 40, выполненный из металлического листа с загибами в местах соединения секторов друг с другом и крепления к поясам 1, 2, коллектору 5, при этом на загибах выполнены отверстия.
Детали диффузора выполнены из тонкостенного листа, т.к. диффузор 6 является малонагруженным узлом. Такая конструкция диффузора 6 создает ламинарное движение воздуха, направляемого вентилятором, и снижает аэродинамическое сопротивление.
Диагональ металлоконструкции 7 выполнена из швеллера, к диагонали металлоконструкции 7 на торцах присоединены при помощи сварки металлические пластины 41 с отверстиями, обеспечивающие крепление к продольному 1 и поперечному 2 поясам. Металлическая пластина 41 выполнена из листа толщиной равной толщине полки швеллера диагонали металлоконструкции 7. При этом контакт диагонали металлоконструкции 7 с продольным 1 и поперечным 2 поясами выполнен под углом 45 градусов.
При этом поперечная балка 8 металлоконструкции выполнена из швеллера, к поперечной балке 8 на торцах присоединены при помощи сварки металлические пластины 42 с отверстиями, обеспечивающими крепление к продольным поясам 1. Металлическая пластина 42 выполнена из листа толщиной равной толщине полки швеллера поперечной балки 8.
При этом длина продольного пояса 1 равна длине отсека под вентилятор, длина поперечного пояса 2 равна длине ширине теплообменной секции АВО газа, высота продольного 1 и поперечного 2 поясов равна высоте стоек 3, подобранной в зависимости от высот рамы привода вентилятора 4, коллектора 4 и диффузора 6.
Опорную конструкцию АВО газа собирают следующим образом.
Приваривают строповочное кольцо к каждой стойки. Стойки стропуют и при помощи мостового крана, устанавливают поочередно на фундаментные технологические плиты. Закрепляют опорную плиту 29 стойки 3 к фундаментным плитам с помощью технологического крепежа.
Далее стропуют и при помощи мостового крана устанавливают поочередно на стойках 3 поперечные пояса 2, затем закрепляют через отверстия 27 в стойках 3 и отверстия на вертикальной металлической пластине 23 продольных швеллеров 20, 21 поперечного пояса 2 с помощью болтовых соединений.
Далее стропуют и при помощи мостового крана устанавливают поочередно на стойках 3 продольные пояса 1, затем закрепляют через отверстия в пластинах 28 в стойках 3 и отверстия 15 нижнего продольного швеллера 10 продольного пояса 1 с помощью болтовых соединений, и через отверстия 17 верхнего продольного швеллера 9.
Далее стропуют и при помощи мостового крана устанавливают поочередно диагонали 7. Закрепляют диагонали 7 через отверстия на металлической пластине 41 к продольному пояса 1 через отверстия 16 в нижнем продольном швеллере 10 и к поперечному поясу 2 через отверстия 24 в нижнем продольном швеллере 21 при помощи болтового соединения.
'
Затем стропуют, устанавливают и выверяют при помощи мостового крана раму привода 4, удерживая стропами. Закрепляют раму привода 4 через отверстия 32 на продольных швеллерах 30 и отверстия на краях уголков 13 продольных поясов 1 при помощи болтового соединения.
''
Далее заранее собранный коллектор 5 стропуют, устанавливают и выверяют мостовым краном, удерживая стропами. Закрепляют коллектор 5 к раме привода 4 через отверстия на нижнем фланце 37 обечайки 35 сектора 34 коллектора 5 и через отверстия 32 на раме при помощи болтового соединения.
Заранее собранный диффузор 6 стропуют, устанавливают и выверяют мостовым краном, удерживая стропами. В нижней части диффузор крепить коллектору 5 при помощи болтового соединения через отверстия на верхних фланцах 34 коллектора 5. В верхней части диффузор крепить на продольных и поперечных поясах 1, 2 при помощи болтового соединения через отверстия 19, 25 верхних швеллеров 9, 20.
Стропуют, устанавливают мостовым краном и выверяют между продольными поясами 1 поперечную балку 8. Закрепляют балку через отверстия на металлической пластине 42 и отверстия 18 верхнего продольного швеллера 9 продольных поясах 1 при помощи болтового соединения.
Для сборки опорной металлоконструкции для нескольких вентиляторов приваривают симметрично расположенные относительно оси швеллера стойки 3 металлические пластинам аналогичные металлическим пластинам 28, обеспечивающие крепление продольных поясов 1.
Далее собирают опорную металлоконструкцию в аналогичной последовательности как описано выше.
Предлагаемая полезная модель улучшает эксплуатационные качества, повышает несущую способность (надежность) и долговечность опорной конструкции за счет использования элементов конструкции как продольный и поперечный пояса, выравнивания внутренних напряжений у элементов конструкции, повышения износостойкости отсека под вентилятор за счет крепления его по всему периметру металлоконструкции как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях, а также повышения точности сборки.