figure

Devices of air cooling

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) – специальные теплообменные установки, используются в местах, где применение других систем охлаждения невозможно технически, либо нецелесообразно с экономической точки зрения. Это могут быть расположенные вдали от источников воды крупные предприятия, нуждающиеся в охлаждении паров, газов и технологических жидкостей.

Виды АВО:

  • Конденсаторы;
  • Охладители газа;
  • Охладители жидкости;
  • Маслоохладители.

Очевидные преимущества АВО:

  • Экологичность;
  • Невысокие эксплуатационные затраты;
  • Сохранение чистоты охлаждаемых средств за счет замкнутых контуров;
  • Возможность установки в любых природных и климатических зонах.

Устройство аппаратов воздушного охлаждения

АВО состоит из установленных на общей раме теплообменных секций, прокачивающих потоки воздуха через теплообменник вентиляторов, электромоторов.

Аппараты воздушного охлаждения

Вентиляторы установлены в специальных диффузорах. Диффузор предназначен для направления воздушного потока и повышения его эффективности, он представляет собой обечайку цилиндрической формы, внутри которой расположен вентилятор.

Теплообменная состоит из трубок, по которым протекает охлаждающая среда, и коллекторов с подключенными к ним подающим и отводящим трубопроводами. Коллекторы распределяют охлаждающую среду равномерно по трубкам теплообменника.

Для увеличения площади поверхностей, через которые происходит передача тепла, применяются трубки с внешним оребрением. Трубки и ребра соединяются методом дорнования – это обеспечивает надежный контакт и эффективную передачу тепла. Тепло передается от жидкости к трубкам и далее к ребрам, а затем к воздуху, отводящему тепло от теплообменника в окружающую среду.

Типы аппаратов воздушного охлаждения.

АВО подразделяются на следующие типы:

  • V-образные;
  • Зигзагообразные;
  • Вертикальные;
  • Горизонтальные.

АВО горизонтального типа
АВО горизонтального типа

Основные параметры АВО

При выборе и проектировании АВО основными параметрами являются:

  • Производительность;
  • Расчетное давление;
  • Расчетная температура;
  • Материал труб теплообменника;

Значимые параметры при выборе АВО:

  • Объем внутреннего контура;
  • Массогабаритные характеристики;
  • Площадь поверхности теплопередачи;
  • Диаметр и тип подключений теплоносителя.

Параметры указываются в конструкторской документации и паспорте на изделие.

Исполнение АВО по способу прокачивания воздуха через теплообменник

Аппараты воздушного охлаждения исполняются двумя способами – аппараты с естественной конвекцией воздуха через теплообменник и аппараты с принудительной циркуляцией воздуха, осуществляемой с помощью вентиляторов.

АВО с принудительной циркуляцией применяются чаще, их эффективность намного выше.

Теплообменники с естественной конвекцией применяются в случаях, где технологические процессы требуют обеспечения небольших скоростей воздуха, например в некоторых типах холодильных камер.

АВО с принудительной циркуляцией имеют два принципиальных конструктивных исполнения:

Вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник:

Вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник

При горизонтальном исполнении обеспечивается легкий доступ к вентилятору  и электромотору для техобслуживания, также исключается влияние нагретого воздуха на эти элементы.

Взаимное расположение вентиляторов и теплообменника обеспечивает нагнетание воздушных масс на теплообменную секцию. При этом достигается высокая турбулентность воздушного потока на входе в теплообменник и как следствие более эффективная теплопередача.

Из-за небольшой скорости воздушных масс повышается вероятность рециркуляции теплого воздуха на выходе, и производительность аппарата снижается.

Для достижения производительности требуется применение более мощных вентиляторов или увеличение теплообменных поверхностей.

Проблема горизонтального исполнения АВО – незащищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов – снег, град и т. п. Это ограничивает его применение в некоторых климатических зонах.

Вентиляторы протягивают воздух через теплообменник:

Вентиляторы протягивают воздух через теплообменник

Расположение вентиляторов обеспечивает протягивание воздуха через теплообменную секцию, что обеспечивает высокие скорости воздуха на выходе и исключает вероятность рециркуляции нагретых воздушных масс. У таких аппаратов достигается хорошая защищенность теплообменной секции от воздействия природных факторов, т. к. теплообменник расположен под кожухами и вентиляторами.

Протягивание воздуха вентилятором через теплообменник энергозатратно, но это компенсируется благодаря более равномерному распределению воздушного потока по площади теплообменника.

Материалы для производства АВО

Ключевыми факторами для выбора материала труб является тип и давление окружающей среды. Такими материалами являются медь, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, титан, медно-никелевый сплав.

Ребра изготавливают из меди, алюминия и углеродистой стали, покрытой методом горячего цинкования.

АВО, установленные в зонах воздействия агрессивных сред (морской климат, промышленные зоны), нуждаются в дополнительной защите поверхностей.  Для этого применяются различные покрытия ребер или теплообменных секций в целом. Высокие давления охлаждаемых сред требуют повышенного внимания к качеству соединений труб. Для соединения стальных труб применяется высокоточная сварка, медные трубы соединяются методом пайки.

Трубы теплообменника с внешним оребрением
Трубы теплообменника с внешним оребрением

Расчет АВО

Методика расчета АВО аналогична расчету кожухотрубных теплообменных аппаратов. Конфигурация теплообменного блока выбирается на основе коэффициента теплопередачи с учетом значений основных параметров. Затем выполняются корректирующие тепловые и гидравлические расчеты, в результате которых предварительная конфигурация блока обретает необходимый вид. Важным предварительным шагом в расчете аппарата воздушного охлаждения является выбор температуры воздуха на выходе. Этот параметр оказывает существенное влияние на стоимость АВО. Повышение температуры воздуха на выходе из аппарата с воздушным охлаждением уменьшает количество необходимого воздуха, что снижает мощность вентилятора и, следовательно, эксплуатационные расходы.