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 использована для охлаждения жидких и парообразных продуктов сред в газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.
Известно устройство [RU 2047073 С1, 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, соотношения 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 воздушного охлаждения [RU 150604 U1, F28D 7/00, 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, раму устройства, выполненную с возможностью крепления кожухов с примыканием верхних частей их линейчатых поверхностей к верхним частям линейчатых поверхностей двух соседних с ним кожухов, рамы вентиляторов, выполненные 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 устройства является относительно низкое качество охлаждения продукта при низких температурах окружающего воздуха, что может приводить к его нежелательному переохлаждению и дополнительной затрате электроэнергии на вентиляторы.
Задачей полезной модели является повышение качества охлаждения за счет обеспечения возможности более точных технологических параметров охлаждения при большем интервале температур охлаждающего воздуха и предотвращение, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах и снижение электропотребления.
Требуемый технический результат заключается в повышении качества охлаждения за счет обеспечения возможности более точных технологических параметров охлаждения при большом интервале температур охлаждающего воздуха и предотвращении, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство воздушного охлаждения, содержащее имеющий открытые входное и выходное отверстия кожух, выполненный в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной, цилиндрической и линейчатой поверхностей, теплообменный узел, выполненный у выходного отверстия кожуха, и установленные в кожухе в зоне его тороидальной и цилиндрической поверхностей вентиляторы с рабочим колесом и двигателем, выполненные с возможностью направления потока воздуха от вентиляторов к выходному отверстию кожуха, раму устройства, выполненную с возможностью крепления кожуха, при этом оси тороидальной и цилиндрической поверхностей кожуха выполнены наклонными относительно вертикальной оси устройства, а линейчатые поверхности кожухов выполнены с образованием прямоугольных в плане их выходных отверстий, согласно полезной модели, введены рециркулятор, установленный над теплообменным узлом, эжектор, установленный перед входным отверстием кожуха, и обратный канал, выполненный с возможностью соединения рециркулятора и эжектора, при этом в эжекторе выполнены две внутренние промежуточные стенки, разделяющие его на среднюю и две боковые области, которые снабжены, соответственно, средней и спаренными боковыми наружными створками, выполненными с возможностью управления их пространственным положением.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - устройство воздушного охлаждения;
на фиг. 2 - эжектор;
на фиг. 3 - эжектор в положении при закрытой средней и открытых спаренных боковых наружных створках, характерном для температур наружного воздуха, близких к отрицательным;
на фиг. 4 - эжектор в положении при закрытых средней и спаренных боковых наружных створках, характерном для отрицательных температур наружного воздуха.
Устройство воздушного охлаждения содержит имеющий открытые входное и выходное отверстия кожух 1, выполненный в виде последовательно сопряженных между собой в направлении снизу вверх тороидальной, цилиндрической и линейчатой поверхностей, теплообменный узел 2, выполненный у выходного отверстия кожуха 1, и установленные в кожухе 1 в зоне 3 его тороидальной и цилиндрической поверхностей вентиляторы с рабочим колесом и двигателем (не показаны), выполненные с возможностью направления потока воздуха от вентиляторов к выходному отверстию кожуха 1.
Устройство воздушного охлаждения содержит также раму 4 устройства, выполненную с возможностью крепления кожуха 1, при этом оси тороидальной и цилиндрической поверхностей кожуха 1 выполнены наклонными относительно вертикальной оси устройства, а линейчатые поверхности кожухов выполнены с образованием прямоугольных в плане их выходных отверстий.
Кроме того, устройство воздушного охлаждения содержит рециркулятор 5, установленный над теплообменным узлом 2, эжектор 6, установленный перед входным отверстием кожуха 1, и обратный канал 7, выполненный с возможностью соединения рециркулятора 5 и эжектора 6.
В эжекторе 6 выполнены две внутренние промежуточные стенки 8, разделяющие его на среднюю и две боковые области, которые снабжены, соответственно, средней 9 и спаренными боковыми 10 наружными створками, выполненными с возможностью управления их пространственным положением, например, средняя 9 и спаренные боковые 10 наружные створки могут иметь приводные механизмы, позволяющие вращать их независимо друг от друга из одного крайнего положения в другое вручную по показаниям температуры атмосферного воздуха или автоматически по показаниям датчиков температуры в выходном потоке воздуха, которые считываются системой автоматического управления, управляющей приводами наружных створок.
Работает устройство воздушного охлаждения следующим образом.
Эжектор 6 представляет собой клапан, регулирующий соотношение всасываемого устройством холодного наружного воздуха и теплого воздуха, подсасываемого из области над теплообменным узлом 2. Средняя наружная створка 9 перекрывает среднюю зону эжектора 6, а спаренные боковые наружные створки 10 перекрывают боковые зоны эжектора 6. Средняя 9 и спаренные боковые 10 наружные створки имеют приводные механизмы, позволяющие вращать их независимо друг от друга из одного крайнего положения в другое.
При положительных температурах атмосферного воздуха средняя 9 и спаренные боковые 10 наружные створки, как правило, полностью открыты. При снижении температуры атмосферного воздуха до нуля устройство работает в промежуточном режиме (например, при закрытой средней наружной створке 9 и частично открытых спаренных боковых наружных створках 10, как это представлено на фиг 3), при котором в устройство может поступать как холодный наружный воздух, так и теплый воздух из теплообменного узла 2. Устройство работает в режиме частичной рециркуляции. Соотношение теплого и холодного воздуха регулируется углом положения средней 9 и спаренных боковых 10 наружных створок. При отрицательных температурах атмосферного воздуха используется режим полной рециркуляции, когда закрыты и средняя 9, и спаренные боковые 10 наружные створки (фиг. 4), а в устройство может поступать только теплый воздух, подсасываемый из области над теплообменным узлом 2. Поток холодного наружного воздуха при этом полностью перекрыт.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства 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 предотвращении, на этой основе, переохлаждения продукта при низких температурах.