Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообменнике и пластинчатый теплообменник

 

Изобретение относится к теплотехнике и позволяет повысить экономичность при использовании в качестве , одной из охлаждающих сред атмосферного воздуха, а другой - воды. Коллекторы 7-10 поДвода и отвода охлаждающих сред в смежных секциях имеют общие разделительные стенки 15 и 16 с перепускными окнами 17 и г 18. Перекрывные органы 19 и 20 окон 17 и 18 м.б. снабжены механизмами 29 и 30 возвратно-поступательного перемещения и выполнены в виде заслонок , соединенных между собой посредством штоков 35 и 56. Если разность т-р воды и воздуха меньше 6-8 С, то через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, а через вторую - воду. При разности т-р воды и воздуха больше 6-8 С через обе секции пропускают воздух. J3 .результате достигается наибольшая тепловая эффективность работы теплообменника в течение всего года за счет максимального использования естественного холода окружающей среды. Кроме того, обеспечивается автономность параллельного включения обеих секций теплообменника в один циркуляционный контур и включение их в отдельные контуры при относительно простом конструктивном исполнекии и снижении гидравлических сопротивлений . 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил. W со со ьо со СП Л«5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 щ) 4 F 28 D 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3962255/24-06 (22) 03.10.85 (46) 23.08.87. Бюл. у 31 (71) Омский политехнический институт и Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения (72) В.П. Парфенов, А.Н. Кабаков, П.А. Мильштейн и В.А. Мышенко (53) 621.565.94(088.8) (56) Патент Франции Ф 2148371,,кл. F 28 D 9/00, опублик. 1973. (54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СЖАТОГО ГАЗА

В ДВУХСЕКЦИОННОМ ПЛАСТИНЧАТОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ И ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Изобретение относится к теплотехнике и позволяет повысить экономичность при использовании в качестве одной из охлаждающих сред атмосферного воздуха, а другой — воды.

Коллекторы 7-10 подвода и отвода охлаждающих сред в смежных секциях имеют общие разделительные стенки

15 и 16 с перепускными окнами 17 и Р

„Л0„„ ll 332135

18. Перекрывные органы 19 и 20 окон

17 и 18 м.б. снабжены механизмами

29 и 30 возвратно-поступательного перемещения и выполнены в виде заслонок, соединенных между собой по.средством штоков 35 и 36. Если разо ность т-р воды и воздуха меньше 6-8 С, то через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, а через вторую — воду. При разности о т-р воды и воздуха больше 6-8 С через обе секции пропускают воздух. 3 .результате достигается наибольшая тепловая эффективность работы теплообменника в течение всего года за счет максимального использования естественного холода окружающей среды.

Кроме того, обеспечивается автономность параллельного включения обеих секций теплообменника в один циркуляционный контур и включение их в отдельные контуры при относительно простом конструктивном исполнеиии и снижении гидравлических сопротивлений. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

1332135

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для эффективного охлаждения сжатого газа при различных температуб рах охлаждающих сред, зависящих от времени года.

Цель изобретения — повышение эко-. номичности при использовании в качестве одной из охлаждающих сред атмос. ферного воздуха, а другой — воды.

На фиг. 1 изображен пластинчатый теплообменник для осуществления охлаждения сжатого газа, первый вариант; на фиг. 2 — то же, второй вариант;,15 на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1 и 2; на фиг.4 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 — разделительная стенка с перепускными окнами, перекрывными органами в виде заслонок и механизмом 20 возвратно-поступательного перемеще-. ния; на фиг. 6 — разделительная стенка с перекрывными органами в виде заслонок, соединенных штоками; на фиг. 7 — двойная разделительная стен- 25 ка с замкнутой полостью, внутри которой размещены перекрывные органы в виде заслонок, соединенных штоками, проходящими через перегородки; на фиг. 8 — двойная разделительная стен- 30 ка, полость которой сообщена с трубопроводом отвода одной из охлаждающих сред; на фиг. 9 — разделительная перегородка с заслонкой, установлен,ной на оси вращения; на фиг. 10—

1разделительная перегородка с механизмом, перемещения перекрывных органов, выполненном ввиде биметаллическойпластины; . на фиг.11 -разделительная перегородка ,с перекрывным органом в виде биметал- 4р лической пластины; на фиг. 12 — зависимость изменения начальных температур воды и атмосферного воздуха, а также изменение температуры сжатого газа после прохождения второй секции 45 при использовании атмосферного воздуха и воды в течение года.

Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообменнике с помощью двух различных сред 5О при использовании в качестве одной иэ охлаждающих сред атмосферного воздуха с температурой Т,, а другой — воды с температурой Т состоит в том, что а при условии T -Т с6-8 С через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, через вторую — воду, о а при Т -Т 6-8 С через обе секции

W o пропускают воздух.

Необходимость выполнения указанных соотношений наглядно подтверждается графиком (фиг, 12), на котором показано изменение начальных температур воды и атмосферного воздуха, а также изменение температуры сжатого газа после прохождЕния второй секции теплообменника при использовании ВТМосферного воздуха (линия I) и воды (линия II) в течение года. Как видно из графика, до определенного соотношения начальных температур атмосферного воздуха и воды более эффективно охлаждать сжатый гаэ во второй секции атмосферным воздухом (отрезки А-В, С-D), а с уменьшением разницы температур Т и Т,„ — более эффективно охлаждать водой (отрезок В-С). Данное положение обуславливается различной величиной амплитуды колебаний значений температур воды и атмосферного воздуха в течение года. При этом соотношение температур Т и Т, при котором необходима замена охлаждающей среды во второй секции, определяется из равенства температур сжатого газа после прохождения второй секции при обоих вариантах охлаждения

Tî+ bTî =T aT (1) где 6Т,, b.T — величины недоохлаждения сжатого газа в теплообеменнике при использовании в качестве охлаждающей среды атмосферного воздуха и воды.

Известно, что оптимапьная рекомендуемая величина недоохлаждения в теплообменнике составляет соответственно АТ, =6-15 С и ьТ =4-12 С.

0 W

Поскольку наибольшая тепловая эффективность при расчетной температуре атмосферного воздуха достигается при водяном охлаждении, то задаваемая с учетом этого поверхность теплообмена второй секции при использовании ее для теплового взаимоцействия сжатого газа с атмосферным воздухом не сможет обеспечить рекомендуемых значений величины ьТ, . В связи с этим данная величина имеет несколько завышенные значения, а именно аТ =10о о

20 С. Тогда, из равенства (1) следует, что Т -Т =6-8 С.

Следовательно, при Т, Т -6-8 С целесообразно в обеих секциях охлаждать атмосферным воздухом, а при

1332135

Т, > Т -6-8 С в первой секции — атмосферным воздухом, а во второй — водой.

Предлагаемый способ осуществляется посредством пластинчатого теплооб5 менника, который содержит гофрированные пластины 1 и 2, расположенные между плоскими листами 3 и ограниченные с противоположных краев боковыми герметизирующими проставками 4 и 5 10 с образованием каналов для охлаждаемой и охлаждающей сред, последние из которых разделены перегородками 6, по крайней мере, на две отдельные охлаждающие секции, заключенные посредст- 15 вом коллекторов 7-10 и трубопроводов

11-14 в отдельные циркуляционные контуры. Коллекторы 7-10 имеют общие разделительные стенки 15 и 16, установленные на уровне перегородок 6 и 20 снабженные перепускными окнами 17 и

18 с перекрывными органами 19 и 20, выполненные в виде заслонок. Каналы охлаждаемой среды посредством коллекторов 21 и 22 соединены с подводящим

23 и отводящим 24 газопроводами. В . подводящем коллекторе 7 и трубопроводе 12 (либо только в коллекторе 7) установлены датчики 25 и 26 температуры, подсоединенные к преобразова- ЗО телю 27 сигналов, который соединен с. задатчиком 28. Последний соединен с механизмами 29 и 30 возвратно-поступательного перемещения соответственно перекрывных органов 19 и 20 и механизмами 31 и 32 движения запорных вентилей 33 и 34 (либо с насосом).

Механизмы 29 и 30 посредством штоков

35 и 36 соединены с перекрывными органами 19 и 20. Последние в ряде слу- 40 чаев соединены между собой штоком 37.

При выполнении разделительных стенок

15 и 16 двойными с замкнутой полостью, в стенке 16 выполнены дополнительные каналы 38 и 39, соединяющие эту 45 полость с полостью коллектора 10 и трубопроводом 14. Перекрывной орган

19 может быть выполнен в виде заслонки, эксцентрично установленной на оси

40 вращения. Механизм 29 воэвратнопоступательного перемещения перекрывных органов 19 и 20 относительно сте" нок 15 и 16 может быть выполнен в виде биметаллической пластины 41, скрепленной одним концом с простав5 ками 5, уплотняющими каналы охлаждаемой среды со стороны подводящего коллектора 7. Перекрывной орган 19 со стороны подвода охлаждающей среды может быть выполнен в виде биметаллической пластины 42, прикрепленной одним концом к разделительной стенке 15.

При работе теплообменника сжатый газ по патрубку 23 подается через коллектор 21 в соответствующие каналы теплообменника, последовательно проходит через первую и вторую охлаждающие секции, вступая при этом в тепловое взаимодействие с охлаждающими средами, выходит в коллектор 22 и затем — в газопровод 24. Атмосферный воздух через патрубок 11 и коллектор 7 нагнетается в первую охлаждающую секцию теплообменника, проходит ее и через коллектор 9 направляется в воздухоправод 13. При этом от температурного датчика 25, установленного в коллекторе 7, передается сигнал к преобразователю 27, от которого передается сигнал в задатчик 28, где он сравнивается либо с сигналом, передаваемым от датчика 26 температуры, установленного в трубопроводе

12, либо с заданной характеристикой изменения начальной температуры воды от начальной температуры атмосферного воздуха для данного района. В saдатчике 28 вырабатывается командный сигнал, который подается на механизмы 29 и 30 перемещения заслонок 19 и 20 и исполнительные механизмы 31 и 32 запорных вентилей 33 и 34 (либо на привод насоса, который на чертеже не показан) ° При Т, T 6-8 С вью рабатывается такой командный сигнал, который обеспечивает перекрывание вентилей 33 и 34 и перемещение заслонок 19 и 20 вдоль разделительных стенок 15 и 16 с открытием перепускных окон 17 и 18. В результате этого часть охлаждающего атмосферного воздуха из коллектора 7 через окно 17 попадает в коллектор 8, а из него— в охлаждающие каналы второй секции.

Оставшаяся в них охлаждающая вода вытесняется в сливную магистраль (не показано). Далее атмосферный воздух попадает в коллектор 10 и затем через окно 18 в коллектор 9. Таким об- разом осуществляется охлаждение сжатого газа атмосферный воздухом во второй секции.

При То Т,„ — 6-8 С вырабатывается противоположный по знаку командный сигнал, который приводит в действие исполнительные механизмы 29-32 заслонок 19 и 20 и вентилей 31 и 32.

1332135

2. Пластинчатый теплообменник, со-„ держащий разделенные перегородками теплообменные секции с каналами, ограниченными с противоположных краев герметизирующими проставками и подключенными через коллекторы подвода и отвода охлаждаемой и охлаждающих рабочих сред к соответствующим трубопроводам, отличающийся тем, что, с целью повышения эусономичности, коллекторы подвода и отводы охлаждающих сред в смежных секциях имеют общие разделительные стенки с перепускными окнами, снабженные пе. рекрывными органами.

Вследствие чего перепускные окна 17 и 18 перекрываются заслонками 19 и

20 и открываются вентили 31 и 32.

Тогда по трубопроводу 12 в коллектор

8 поступает охлаждающая вода, которая затем распределяется по каналам вто" рой секции и далее через коллектор, 10 уходит в трубопровод 14.

В случае пользования соединенных ip между собой штоком 37 перекрывных органов 19 и 20 командный сигнал подается на один общий механизм 29 перемещения и исполнительные механизмы вентилей. Причем при выполнении раз- 15 делительных стенок 15 и 16 двойными

Перекрывание отводящего трубопровода

14 охлаждающей воды осуществляется за счет перемещения заслонки 20. В этом случае перекрывается окно 38, 2р соединяющее коллектор 10 с трубопроводом 14. Поэтому командный сигнал от задатчика 28 подается только на исполнительные механизмы 29 и 31 (либо вместо последнего на привод насоса).

При установке органа 19 на оси 40 со смещением относительно его геометрического центра в диапазоне о

Т > Т,„— 6-8 С, поступающая в коллек- 30 тор 8 вода под действием сил давления поворачивает вокруг эксцентрично установленной оси 40 вращения перекрывающий орган 19 и закрывает окно 17. Одновременно с этим, сигнал, подаваемый от задатчика 28, обеспечивает закрытие окна 18 и. открытие отводящего трубопровода 14.

При выполнении механизма 29 в виде биметаллической пластины 41 в зависи-,4О мости от температуры атмосферного воздуха биметаллическая пластина 41 сгибается либо выпрямляется и обеспечивает линейное перемещение перекрывных органов 19 и 20. При достижении 4> (повышении) до определенной температуры Т =T - 6-8 С окна 17 и 18 пол— р" W ностью перекроются заслонками 19 и

20 и подается сигнал от специально установленного датчика (не показан) на исполнительные механизмы вентилей

33 и 34.

При выполнении органа 19 в виде биметаллической пластины 42 последняя, в зависимости от температуры атмосферного воздуха, меняет свое положение, открывая или закрывая окно 17, и при этом передается соответствующий сигнал на исполнительные механизмы второго перекрывного органа 20 и вен- тили 33 и 35.

Использование предлагаемого способа охлаждения и устройства для его осуществления обеспечивает достижение наибольшей тепловой эффективности работы пластинчатого теплообменника в течение всего года за счет максимального использования естественного холода окружающей среды, что позволяет сократить расход электроэнергии компрессорной установки, а также обеспечить безопасные условия ее работы в жаркое время года. Кроме того, изобретение позволяет обеспечить автономность параллельного включения обоих секций теплообменника в один циркуляционный контур и включение их в отдельные контуры при относительно простом конструктивном исполнении и снижении гидравлических сопротивлений, что в целом повышает экономичность при различных температурах окружающих сред, зависяших от времени года.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообменнике с помощью двух различных сред, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, при использовании в качестве одной из охлаждающих сред атмосферного воздуха с температурой Т, а другой— воды с температурой Т, при условии о Ф

Т -Т,с.6-8 С, через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, через вторую — воду, а при о

Т -Т ъ 6-8 С через обе секции пропуси о кают воздух.

1332135

2З

Фи@l

3. Теплообменник по п.2, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения перекрывных органов, которые выполнены в виде заслонок, 4. Теплообменник по пп.2 и 3, о тл и ч а ю шийся тем, что заслонки соединены между собой посред- 1р ством штоков, проходящих через каналы одной из охлаждающих рабочих сред, причем с механизмом возвратно-поступательного перемещения соединен один из этих штоков. 15

5. Теплообменник по пп.2-4, о т— л и ч а ю шийся тем, что разделительные стенки смежных коллекторов выполнены двойными с замкнутой 2р полостью, внутри которой установлены заслонки, а соединяющие последние штоки размещены внутри перегородок между теплообменными секциями.

6 ° Теплообменник по пп.2-5, о т — 25 л и ч а ю шийся тем, что полость разделительных стенок сообщена с коллектором и трубопроводом отвода одной из охлаждающих сред.

7. Теплообменник по п.2, о т— л и ч а ю шийся тем, что одна из заслонок между коллекторами подвода охлаждающих сред установлена на оси, перпендикулярной направлению движения сред со смещением относительно геометрического центра заслонки.

8. Теплообменник по пп,2-6, о т— л и ч а ю шийся тем, что механизм возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде биметалличес" кой пластины, установленной в коллекторе подвода одной из охлаждающих сред и одним концом скрепленной с проставками, ограничивающими каналы охлаждаемой среды.

9. Теплообменник по пп.2 и 8, отличающийся тем,что заслонка между коллекторами йодвода охлаждающих сред выполнена в виде биметаллической пластины, одним концом прикрепленной к их разделительной стенке.

5 17 19! 332135

Я7 б

ФИ2. 8 фиг. 7

37

6 Риг.9

Фиг.8

36

20 3 т Х Г ZFЫа х.Гл

Р/есяцы

<Рог. 12

Составитель Ю. Карпенко

Редактор Г. Волкова Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Заказ 3792/35 Тираж 611 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

l по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4