Аппараты воздушного охлаждения (АВО)
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.
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
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:
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:
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
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.