АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТНЫЙ

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к аппаратам воздушного охлаждения, предназначенным для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред, применяемых на технологических установках магистральных газопроводов, газоконденсатных месторождений, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности, и в которых в качестве охлаждающей среды используется атмосферный воздух, нагнетаемый вентилятором (вентиляторами).
Известны аппараты воздушного охлаждения (см. а.с. СССР №1044942, F28D 7/00, 1983 г., RU 31843, U1 МПК 7 F28D 7/00, F28B 01/06, RU 39394, U1, МПК 7 F28D 7/00) содержащие горизонтально расположенные теплообменные секции с системой подачи на них воздуха вентиляторами и которые смонтированы на пространственной металлоконструкции из стержневых элементов - стоек и ригелей, причем ригели образуют конструкцию с продольными и поперечными поясами.
Недостатком указанных выше аппаратов является то, что они крупногабаритные и их поставка потребителям осуществляется отдельными узлами и сборками, что требует необходимости выполнения определенного объема сборочно-сварочных, доводочных, наладочных работ на месте монтажа, часто в самых неблагоприятных условиях.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту, (прототипом) является техническое решение, раскрытое в патенте RU 55111, U1 МПК F28D 7/00, представляющее собой аппарат воздушного охлаждения блочно-модульный, который плоскостью разъема, проходящей по коробчатому диффузору вентиляторной установки, делит его на две части: теплообменную (блок секции) и воздухораспределительную (блок металлоконструкции).
Блок секции включает в себя опорную металлоконструкцию, на которой смонтирована теплообменная секция и верхняя часть коробчатого диффузора вентиляторной установки.
Под вентиляторной установкой будем понимать установку, транспортирующую воздух и которую условно можно разделить на две части: аэродинамическую сеть (проточную часть) - систему каналов различной формы и протяженности, по которым перемещается воздух от места засасывания до места подачи, и вентилятор - машину, приводящую в движение воздух.
В нашем случае осевой вентилятор, состоящий из корпуса и смонтированного в нем электродвигателя с закрепленным на его выходном валу рабочим колесом, засасывает через входной коллектор воздух непосредственно из окружающей среды и подает его с помощью диффузора на трубный пучок теплообменной секции.
Блок металлоконструкции включает в себя привод вентилятора, его корпус (в соответствии с ГОСТ 22270-76 «Оборудование для кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления. Термины и определения» стр.6: часть вентилятора, в которой вращается рабочее колесо, называется «корпус вентилятора», а не коллектор), рабочее колесо вентилятора и нижнюю часть диффузора коробчатого типа.
Электродвигатель вентилятора, размещенный перед рабочим колесом, установлен на раме привода, которая с помощью шпилек соединяется с нижним краем корпуса вентилятора. Этими же шпильками корпус вентилятора присоединяется к опорной металлоконструкции блока.
Соединение двух блоков практически полной заводской готовности в один модуль осуществляется на месте монтажа аппарата.
Конструктивное оформление вентиляторной установки аппарата по данному патенту говорит о несовершенстве ее проточной части: только отсутствие у корпуса вентилятора плавного коллектора снижает КПД вентилятора на %: от 10 до 15, давление может уменьшиться %; от 10 до 20.
Потери в диффузоре коробчатого типа (случай внезапного расширения движущегося потока воздуха) равняются динамическому давлению потерянной скорости.
Корпус электродвигателя и рама привода занимают значительную часть пространства перед рабочим колесом вентилятора и препятствуют нормальному протеканию воздуха.
С аэродинамической точки зрения эти элементы являются «препятствиями», нарушающими плавное течение воздуха перед рабочим колесом и оказывают двойное отрицательное влияние на его работу: снижают кривую давления за счет дополнительных сопротивлений, являющихся внутренними потерями, и вызывают возмущения потока, влияющие непосредственно на работу колеса. Это отражается
как на изменении давления, развиваемого вентилятором, так и на изменении потребляемой им мощности.
Приближение аэродинамической характеристики сети (проточной части) аппарата к аэродинамической характеристике вентилятора (вентиляторов) за счет снижения ее сопротивления позволяет сократить его эксплуатационные расходы вследствие повышения КПД вентиляторных установок.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью «аппарат воздушного охлаждения блочно-модульный комплектный» является интенсификация в нем теплоотдачи, улучшение условий его эксплуатации и ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что аппарат, имеющий поверхность охлаждения, представляющую собой теплообменную секцию, и систему подачи воздуха, которая включает в себя, по крайней мере, одну вентиляторную установку и являющийся аппаратом блочно-модульного типа, состоит из двух блоков (блок секции и блок металлоконструкции) полной заводской готовности, которые на месте монтажа монтируются в единое целое. Интенсификация теплообмена в аппарате обеспечивается за счет снижения аэродинамического сопротивления проточной части его вентиляторной установки (установок) путем оптимизации ее геометрии.
В качестве внешней охлаждающей среды используется атмосферный воздух, система подачи которого включает в себя, по крайней мере, одну вентиляторную установку, при включении которой в работу поток воздуха, подаваемый ею, обдувает трубный пучок, через теплообменную поверхность которого происходит теплообмен между воздухом и проходящим через него охлаждаемым продуктом.
Коллектор плавного входа, корпус вентилятора и пирамидальный диффузор, примененный взамен коробчатого и обеспечивающий своей верхней частью присоединение вентиляторной установки к теплообменной секции, образуют ее проточную часть, которая в месте перехода корпуса вентилятора в диффузор имеет возможность стыковки - расстыковки.
Теплообменная секция и пирамидальный диффузор (диффузоры), отстыкованный от вентиляторной установки (установок), объединяются в блок секции полной заводской готовности несущей каркасной металлической конструкцией, верхний пояс ригелей рамы которой образует опорную поверхность под теплообменную секцию, а нижним поясом ригелей рамы которой он устанавливается и фиксируется на блоке металлоконструкции.
Внутри каркаса металлоконструкции размещен и закреплен пирамидальный диффузор (диффузоры) вентиляторной установки (установок), причем размеры
блока секции в сборе не превышают железнодорожный габарит погрузки 1-Т по ГОСТ 9238-83 «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм».
Блок металлоконструкции полной заводской готовности включает в себя опорную каркасную металлоконструкцию и осевой вентилятор (вентиляторы) с коллектором плавного входа.
Пояс ригелей рамы каркаса металлоконструкции образует опорную поверхность под установку на нее блока секции и внутри каркаса которой размещен и закреплен вентилятор (вентиляторы), причем размеры блока в сборе не превышают железнодорожный габарит погрузки 1-Т по ГОСТ 9238-83 «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм».
Расстояние от нижней части коллектора вентилятора до монтажного основания определяется, преимущественно, высотой опорных стоек каркаса металлоконструкции, выбор высоты которых определяется условиями эксплуатации и размещения аппарата.
Теплообменная секция представляет собой трубный пучок, собранный из, преимущественно оребренных, труб и имеет входные и выходные распределительные камеры, содержащие трубные решетки в которых крепятся трубы с уклоном в их осевом направлении от 0 до 10°. Число рядов труб при их длине от 3 м до 16 м может составлять от 1 до 10 с числом ходов по трубному пространству от 1 до 40. Одна из камер выполнена плавающей, трубный пучок с ее стороны установлен с возможностью продольного перемещения для компенсации его теплового удлинения.
Конструктивное исполнение трубного пучка выбирается в зависимости от параметров и вида охлаждаемого продукта.
Секция выполняется для охлаждения продукта подаваемого в нее с давлением от вакуума до 40 МПа и выполнена съемной, что повышает ремонтопригодность аппарата.
В аппарате установлено количество осевых вентиляторов равное, преимущественно, от одного до четырех и диаметр которых составляет не более 0,9 ширины теплообменной секции В. Их рабочие колеса приводятся во вращение электродвигателями, выпускаемыми НП АО «Электромаш», ХК ОАО «Привод» и другими производителями, причем электродвигатель установлен в проточной части вентиляторной установки так, что рабочее колесо расположено перед ним.
Аппарат может транспортироваться как железнодорожным, так и специализированным автомобильным транспортом.
При необходимости предотвращения переохлаждения продукта в зимнее время аппарат может комплектоваться узлами системы внешней или внутренней рециркуляции нагретого воздуха.
Возможность осуществления технического решения, заявленного полезной моделью, поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:
На фиг.1 изображен вид аппарата сбоку;
На фиг.2 изображен вид аппарата с торца;
На фиг.3 изображен вид сбоку расстыкованного аппарата по фиг.1 на блок секции и блок металлоконструкции;
На фиг.4 изображено схематически сечение А-А по фиг.1;
В соответствии с существом данной полезной модели аппарат воздушного охлаждения блочно-модульный комплектный изображен на фиг.1, фиг.2, фиг.3 и состоит из двух модулей полной заводской готовности: блока секции 1 и блока металлоконструкции 2.
Блок секции 1 включает в себя поверхность охлаждения в виде теплообменной секции 3, представляющей собой трубный пучок, собранный из, преимущественно оребренных, труб и имеющий входные и выходные камеры, содержащие трубные решетки, в которых, преимущественно сваркой, крепятся трубы с уклоном в их осевом направлении от 0 до 10°. Число рядов труб при их длине от 3 м до 16 м может составлять от 1 до 10 с числом ходов по трубному пространству от 1 до 40. Одна из камер выполнена плавающей и со стороны которой пучок установлен с возможностью продольного перемещения при его тепловом удлинении.
Конструктивное исполнение трубного пучка выбирается в зависимости от параметров и вида охлаждаемого продукта.
Секция предназначена для охлаждения продукта подаваемого в нее с давлением от вакуума до 40 МПа и выполнена съемной, что повышает ремонтопригодность аппарата.
Несущая каркасная металлическая конструкция 4, входящая в блок, объединяет в единое целое теплообменную секцию 3 и пирамидальные диффузоры 5 вентиляторных установок 6 аппарата, причем размеры блока в сборе не превышают железнодорожный габарит погрузки 1-Т по ГОСТ 9238-83 «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм».
Блок металлоконструкции 2 включает в себя опорную каркасную металлическую конструкцию 7, внутри каркаса которой установлены и закреплены осевые вентиляторы аппарата 8, пояс ригелей рамы 9 каркаса которой образует опорную поверхность под установку на нее блока секции 1, причем размеры блока 2 не превышают железнодорожный габарит погрузки 1-Т по ГОСТ 9238-83 «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм».
В качестве внешней охлаждающей среды используется атмосферный воздух, система подачи которого включает в себя, по крайней мере, (см. фиг.1 и фиг.2) одну вентиляторную установку 6 при включении которой в работу поток воздуха, подаваемый ею, обдувает трубный пучок, через теплообменную поверхность которого происходит теплообмен между воздухом и проходящим через него охлаждаемым продуктом.
Коллектор плавного входа 10, корпус вентилятора 11 и пирамидальный диффузор 5 образуют (см. фиг.4) проточную часть вентиляторной установки, причем пирамидальный диффузор 5 обеспечивает своей верхней частью присоединение проточной части вентиляторной установки 6 к теплообменной секции 3.
Атмосферный воздух, используемый в качестве внешней охлаждающей среды, подается на трубы теплообменной секции установленными снизу ее осевыми вентиляторами (вентилятором), количество которых в аппарате равно, преимущественно, от одного до четырех и диаметр d которых составляет не более 0,9·В.
Рабочие колеса 12 вентиляторов приводятся во вращение электродвигателями 13, преимущественно типа ВАСО, серийного производства, например, НП АО «ЭЛЕКТРОМАШ»; ХК ОАО «Привод» и других производителей аналогичной продукции, устанавливаемая мощность которых выбирается из заводской номенклатуры под каждый конкретный аппарат.
Каждое рабочее колесо 12, устанавливается непосредственно на вал электродвигателя 13, причем электродвигатель закреплен в проточной части вентиляторной установки так, что рабочее колесо 12 находится перед ним, а верхняя часть диффузора, обеспечивающая возможность его присоединения к теплообменной секции, представляет собой прямоугольник с соотношением сторон: f<L/Z и q<В, где: L - длина трубы секции, Z - число вентиляторов, В - ширина секции, f - продольная (относительно осей теплообменных труб) сторона прямоугольника, q - поперечная (относительно осей теплообменных труб) сторона прямоугольника.
Коллектор плавного входа 10 выполняется в продольном сечении профилированным плавной кривой, преимущественно частью эллипса с полуосями равными: с не менее 0,12·d, е не менее 0,08·d.
Высота корпуса вентилятора а составляет не менее 0,15·d, а высота пирамидального диффузора b не менее 0,3·d, причем в месте перехода корпуса вентилятора 11 в диффузор 5 предусмотрена возможность их стыковки-расстыковки.
Оптимальное расстояние h от нижней части коллектора до монтажного основания 14 составляет не менее 0,4·d.
Для предотвращения вредной внутренней рециркуляции воздуха проточные части вентиляторных установок разделены между собой и герметизированы.
Результаты производственно-технологических, экспериментальных работ и эксплуатационных испытаний свидетельствуют, что создание аппарата воздушного охлаждения по предлагаемому техническому решению позволит повысить эффективность его теплоотдачи за счет повышения КПД вентиляторных установок на %: от 15 до 20 и достигнуть снижения сборочных и ремонтных работ на месте монтажа во всех случаях его применения.
Проточная часть вентиляторных установок по данной полезной модели реализуема с использованием апробированных промышленно-технологических способов, что подтверждено изготовлением аппаратов близких по техническому решению к описанному в данной полезной модели