Аппарат воздушного охлаждения блочно-модульный

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к теплообменным аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым в частности для охлаждения природного газа, и может быть использована в химической, металлургической, нефтяной и газовой промышленностях для охлаждения жидких и газообразных сред.
Известны аппараты воздушного охлаждения (А.С. СССР №1044942, патент на полезную модель №31843), собираемые на месте монтажа. Эти аппараты, содержащие горизонтально расположенные теплообменные секции с системой подачи на них воздуха вентиляторами и которые смонтированы на пространственной металлоконструкции из стержневых элементов - стоек, ригелей и подкосов, причем ригели образуют конструкцию с продольными и поперечными поясами.
Недостатком указанных выше аппаратов является их поставка потребителям отдельными узлами, сборками и деталями, что требует выполнения определенного объема сборочно-сварочных, доводочных, наладочных работ на месте монтажа, часто в самых неблагоприятных условиях.
Известны аппарат воздушного охлаждения блочно-модульного типа (патент на полезную модель №55111), состоящий из 2 частей: смонтированных на модульном каркасе теплообменной и воздухораспределительной, последняя из которых включает вентиляторный блок, имеющий коллектора, рабочие колеса и привода вентиляторов.
Недостатком указанных выше аппаратов является перевозка одного аппарата, состоящего из двух модулей на двух единицах транспорта, большая металлоемкость и трудоемкость изготовления жестких пространственных конструкций, невозможно поучить аппарат с металлоконструкцией защищенной методом горячего оцинкования.
Известен аппарат воздушного охлаждения (патент №2087822), состоящий из смонтированных в одном модульном каркасе теплообменной и воздухораспределительных частей. Последняя включает в себя опорную металлоконструкцию, к которой крепятся колесо вентилятора, привод вентилятора, рама привода вентилятора, коллектор вентилятора, диффузор. Все перечисленные выше элементы привариваются на два опорных швеллера поочередно. Модульный каркас устанавливается на вертикальных стойках с образованием на его концах консолей в виде противовесов-компенсаторов вертикальных, изгибающих каркас нагрузок, снабженных средством регулирования величины их компенсирующего усилия в виде регулируемых по длине элементов, закрепленных на концах консольных участков каркаса и стойках.
Недостатком данного аппарата является трудоемкость изготовления, металлоемкость и наблюдаемые деформации модульного каркаса.
Наиболее близким аналогом к настоящей полезной модели, по совокупности существенных признаков, (прототипом) является техническое решение (патент на полезную модель №66801), представляющее собой аппарат воздушного охлаждения моноблочный комплектный, поверхность охлаждения которого и система подачи воздуха объединены в моноблок полной заводской готовности, устанавливаемый на месте монтажа на вертикальные опорные стойки.
Недостатком данного аппарата является трудоемкость формирования пространственного каркаса коллектора с диффузором, изготовление которого из металла нецелесообразно из-за сложной технологии и дороговизны оснастки, а изготовление из композитных материалов снижает жесткость конструкции, не обеспечивается точность изготовления.
Технической задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является повышение экономичности АВО как при изготовлении, так и в эксплуатации за счет снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления, снижения затрат на транспортировку, монтаж и пусконаладку, а также уменьшения энергопотребления при одновременном повышении надежности, улучшении ремонтопригодности конструкции и увеличения срока службы.
Технический результат достигается тем, что аппарат воздушного охлаждения, состоящий из поверхности охлаждения, представляющей собой теплообменную секцию и системы подачи воздуха (вентиляторный модуль), которая включает в себя одну или несколько вентиляторных установок, и которые объединены в единое целое общей несущей металлоконструкцией, является моноблочным изделием полной заводской готовности.
На фиг 1. схематически показан АВО в виде единого блока в комплекте с дополнительными стойками, на фиг. 2 показаны основные и дополнительные стойки, изготовленные из широкополочного двутавра, на фиг. 3 и 4 показаны унифицированные детали обшивки и диффузора, изготовленные из стального листа методом гибки, на фиг 5 схематично показаны одинарное стыкуемое исполнения аппаратов.
Аппарат воздушного охлаждения блочно-модульный фиг. 1 состоит из теплообменной секции 1, вентиляторного модуля 2, состоящего из стоек 3, обшивки 4, коллектора вентилятора 6, рамы приводом вентилятора 7 и дополнительных стоек 5,
Габариты аппарата позволяют осуществлять его транспортировку как железнодорожным, морским, так и автомобильным транспортом. Аппарат имеет исполнение в виде единого блока в комплекте с нижними стойками 5. В результате уменьшается (в 2 раза при установке на время транспортирования нижних стоек внутрь металлоконструкции) количество грузовых мест.
Для монтажа и запуска в работу аппарата необходимо лишь установить АВО на дополнительные вертикальные стойки или эстакаду заказчика, подключить кабель электропитания и подсоединить трубопроводы с охлаждающим продуктом.
Металлоконструкция моноблока выполнена со стойками 3 из широкополочного горячеоцинкованного двутавра (см. фиг. 2), обшивки 4 из унифицированных листовых гнутых деталей из оцинкованного листового проката (см. фиг. 3 и фиг. 4) и не имеет верхнего и нижнего поясов ригелей рамы несущей каркасной металлоконструкции для образования опорной поверхности теплообменной секции и крепления опорных стоек. Теплообменная секция 1 опирается на стойки из двутавра 3, к ним же снизу крепятся, при необходимости увеличения высоты от земли до коллектора вентилятора,  дополнительные опорные стойки 5. Функции рамы для обеспечения жесткости каркаса выполняют листовые гнутые детали обшивки 4, одновременно формируя диффузор коробчатого типа.
Несмотря на всю кажущуюся привлекательность плавного диффузора, идея применения которого лоббируется второе десятилетие, в предлагаемой полезной модели применяется коробчатый, или так называемый отрывной, диффузор, как более предпочтительный с точки зрения оптимизации проточной части. Целесообразность применения отрывного диффузора объясняется следующими причинами:
1) поток за вентилятором имеет закрутку, ввиду чего, в случае отрывного диффузора, он находится в «газодинамических стенках» (в осевом сечении имеющих вид гипербол) и хорошо расходится к периферийным зонам. При этом есть оптимальная длина, при которой его распределение по секции наиболее равномерное;
2) плавный диффузор имеет большую длину, чем отрывной, что ввиду закрутки потока отрицательно может сказаться на распределении воздуха перед секцией. Также увеличенная площадь поверхности стенок ведет к росту потерь от трения;
3) поток за вентилятором, ко всему прочему, неравномерный, ввиду чего эффективность плавного диффузора снижается.
Преимущества применения оцинкованного широкополочного проката в том, что при его использовании не требуется приварки дополнительных элементов крепления для ответных деталей (кронштейны уши и т.п.). Для их крепления и крепления обшивки, изготовленной гибкой из листового оцинкованного проката, достаточно только сверления отверстий в полках двутавра.
Получено минимальное количество деталей. Конструкция аппарата и конфигурация составляющих деталей разработана так, чтобы обеспечить максимальную унификацию, не более 10 основных универсальных деталей. Вся сборка осуществляется на болтовые соединения.
За счет этого упрощается технология изготовления деталей и сборки металлоконструкции. Для сборки не требуется применение сварки с последующей зачисткой сварных швов и восстановления лакокрасочного покрытия. А применение горячеоцинкованных деталей увеличивает срок службы металлоконструкции до 30 лет.
Коллектора вентиляторов 6 с отбортовкой для крепления к коробчатому диффузору и плавным входом изготавливаются на специальной автоматической линии для изготовления коллекторов вентиляторов методом ротационной вытяжки из стального листа с последующим горячим оцинкованием. Это позволило получить:
высокую точность изготовления и стабильность размеров коллекторов, что невозможно добиться на стеклопластиковых коллекторов, собираемых из нескольких частей;
повышенный КПД вентиляционной установки за счет плавного входа и идеально гладкой внутренней поверхности;
повышенную прочность коллекторов;
снижение вибрации из-за повышенной жесткости коллектора;
длительный срок службы.
Коллектор вентилятора с плавным входом, изготовленный методом ротационной вытяжки, обладая идеально точной круглой поверхностью, позволяет получить минимальный зазор между лопастью и коллектором, и увеличение расстояния от земли до входа в коллектор позволяет существенно экономить электроэнергию при работе АВО.
Достаточно жесткая и прочная конструкция стального коллектора 6 позволила смонтировать на него раму привода 7 без использования поперечных балок, подкосов и других элементов жесткости, увеличивающих металлоемкость, трудоемкость и, как следствие, стоимость изготовления металлоконструкции.
Конструкция стального коллектора позволяет закрепить на нем раму привода из стального листа (см. фиг 6). Преимущества использования рамы из листа:
1. Снижение вероятности вибрации на всем диапазоне частот вращения вентиляторов.
2. Минимизация сопротивления воздушному потоку на входе в коллектор вентилятора, что повышает эффективность вентиляторной установки;
3. Минимальное влияние рамы привода на лопасти вентилятора, что снижает вибрацию лопастей и увеличивает их срок службы;
4. Уменьшается трудоемкость изготовления рамы привода.
Предлагаемый аппарат воздушного охлаждения, построенный из унифицированных деталей и имеющий модульную конструкцию, может быть быстро адаптирован к различным условиям эксплуатации и технологическим требованиям путем расширения модельного ряда удлинением трубного пучка теплообменной секции и увеличением количества обслуживающих ее вентиляторных установок.
С целью устранения паразитных сквозных утечек охлаждаемого воздуха между боковинами секции и крайними теплообменными трубами боковые продольные стены каркаса секции снабжены как минимум одним протяженными пристеночным уплотнением потока внешней охлаждающей среды, ориентированными параллельно примыкающим к ним трубам секции. Причем с целью удешевления и упрощения сборки теплообменных секций, пристеночное уплотнение может быть изготовлено из уголка, привернутого к боковине секции, препятствуя тем самым паразитной утечке воздуха.