Конденсатор с воздушным охлаждением - RU2190173C2
Код документа: RU2190173C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к конденсатору с воздушным охлаждением для охлаждения парообразной среды, предпочтительно водяного пара.
Конденсаторы широко используются в различных производствах, в химической и энергетической промышленности. Конденсатор с воздушным охлаждением относится к специальному типу конденсаторов, работающих в основном в условиях разрежения. Прежде всего, описываются физические процессы, происходящие в конденсаторах с воздушным охлаждением для того, чтобы быть уверенными, что работа конденсатора с воздушным охлаждением, предложенного согласно изобретению, будет понята адекватно.
Описание физических процессов и известных решений относится к конденсаторам водяного пара тепловых электростанций и к конденсации пара, но, разумеется, изобретение не ограничено этим типом конденсаторов: они могут также быть использованы и в других местах и для других парообразных сред, где требуются конденсаторы с воздушным охлаждением.
Конденсаторы с воздушным охлаждением содержат главным образом большое количество параллельных труб, имеющих частое оребрение на стороне воздуха. Процессы, происходящие в параллельных трубах, принципиально идентичны, поэтому достаточно описать процессы, происходящие в одной трубе.
На фиг.1 показано схематично поперечное сечение конденсатора с воздушным охлаждением, содержащего распределительную камеру 14. камеру 16 для сбора конденсата, расположенную на более низком уровне, и наклонные соединительные параллельные спаренные конденсаторные трубы 1, одна из которых показана на чертеже.
Поперечное сечение труб 1 конденсатора может быть различным, и на практике главным образом используются трубы 1 с круглым, эллиптическим или плоским сечением, напоминающим форму беговой дорожки стадиона. Внутри трубы 1 конденсатора сконденсированный пар протекает в направлении стрелки 2, а снаружи трубы 1 конденсатора перпендикулярно ее оси проходит охлаждающий воздух в направлении стрелки 3.
Так как пар, конденсирующийся в трубе 1 конденсатора, имеет очень высокий коэффициент теплопередачи, который может достигать значения 23260 Вт/м2K, а коэффициент теплопередачи воздуха имеет небольшое значение, между 58 и 81 Вт/м2K, желательно увеличить поверхность, обращенную к воздуху для улучшения эффективности теплообмена, что практически достигается использованием ребер 4.
По направлению стрелки 2 в трубу 1 конденсатора попадает не только чистый пар, но и также очень небольшое количество неконденсирующихся газов, главным образом воздуха. Одна часть неконденсирующихся газов, летучие подщелачиватели и продукты диссоциации, доставляются потоком пара, тогда как большая часть попадает в пар как результат утечек технологической системы. В случае должным образом установленной и обслуживаемой паровой турбины количество неконденсирующихся газов, главным образом воздуха, попадающего в конденсатор вместе с паром, составляет 0,005-0,01% от веса.
Хотя это количество относительно количества пара очень мало, позже становится очевидным, что присутствие неконденсируемых газов очень сильно влияет на работу конденсатора.
Конденсат пара и неконденсируемые газы должны непрерывно удаляться. Труба 6 и насос 10 для конденсата служат для удаления конденсата 5 из камеры 16 для сбора конденсата, тогда как смесь 7 неконденсируемых газов и некоторого количества оставшегося пара выходит через воздухоотводную трубу 8 к вакуумному насосу 9.
В процессе конденсации можно пренебречь изменением в важных физических характеристиках, т.е. парциальном давлении воздуха, переохлаждении места нахождения пара и в коэффициенте теплопередачи на стороне пара, так как 97-99% пара не сконденсировано. Единственные исключения из правила - это объемный расход потока и скорость смеси 7 воздуха с паром, которая обратно пропорциональна скорости сконденсированного пара. Таким образом, например, если 97% потока сконденсировано, объемный расход и скорость потока составляют лишь 3% от значений в точке входа.
Однако при конденсации оставшихся 3%, а особенно последних 0,5% пара, из-за присутствия неконденсирующихся газов в значениях различных параметров происходят значительные изменения, как видно из следующей таблицы.
Из таблицы видно, что при конденсации оставшихся 3% пара чрезвычайно возрастает парциальное давление воздуха, в результате падает температура конденсации, другими словами, нарастает переохлаждение места конденсации. Вследствие увеличения концентрации воздуха в конце конденсации существенно уменьшается значение коэффициента теплопередачи на стороне пара. Объемный расход потока пар-воздух падает до значения, равного части входного значения.
Вследствие изменений, указанных выше, обычной практикой является разделение конденсатора, как показано на фиг.2, на главный конденсатор 11, в котором конденсируется от 80 до 90%, и доохладитель (дефлегматор), в котором происходит конденсация части оставшегося пара и переохлаждается смесь 7. Главный конденсатор 11 и доохладитель 15 соединены камерой 16 для сбора конденсата, которая с одной стороны направляет пар, выходящий из главного конденсатора 11, в доохладитель 15, а с другой стороны собирает конденсат 5, выпуская его через трубу 6 к насосу 10 откачки конденсата.
Конструкция главного конденсатора 11 соответствует конструкции трубы 1 конденсатора на фиг.1, где пар и конденсат протекают вниз в одном и том же направлении, но в доохладителе 15 смесь 7 течет вверх, а конденсат 5 - вниз, противотоком к смеси 7. Это необходимо, потому что, как показано выше, в конце процесса конденсации переохлаждение смеси 7 чрезвычайно возрастает, и в случае, когда температура окружающей среды опускается ниже точки замерзания, переохлаждение может быть таким, что температура места конденсации также опускается ниже точки замерзания, и в результате конденсат 5 может быть заморожен. Замороженный конденсат 5 может перекрыть проход для отвода воздуха, вызывая отключение соответствующей трубы конденсатора из процесса конденсации, а в наихудшем случае замороженный конденсат может даже разорвать трубу.
Конструкция, выполненная согласно фиг.1, также имеет недостатки в том, что вследствие переохлаждения места нахождения пара температура конденсата 5 ниже, чем теоретическая температура конденсации, и когда этот конденсат 5 возвращается в цикл паровой турбины, он ухудшает тепловую эффективность системы. Еще одним нежелательным эффектом является то, что вследствие более высокого парциального давления воздуха, и как результат переохлаждения конденсата 5, последний абсорбирует большее количество кислорода, чем допустимое, что приводит к коррозии и требует проведения дегазации перед возвратом конденсата в рабочий цикл. Работающий на противотоке доохладитель 15 предназначен для уменьшения или устранения этих недостатков благодаря тому, что пар, протекающий в противоположном направлении, нагревает конденсат 5.
Описанные процессы начинаются, когда в главном конденсаторе 11 в доохладителе 15 смесь 7 пара и воздуха протекает по направлению к воздухоотводной трубе 8 доохладителя 15. В главном конденсаторе 11 это входное условие практически выполняется. Если конденсатор выполнен с такими размерами, что скорость пара в точке входа составляет от 50 до 80 м/с, то при 95% конденсации на выходе главного конденсатора 11 скорость пара будет равна от 2,5 до 4 м/с, что как раз достаточно для того, чтобы гарантировать, что смесь 7 пара с воздухом определенно будет течь в направлении выхода.
В доохладителе 15 однако это не так. Предполагая, что в доохладителе 15 для конденсации оставшихся 5% пара установлены 10% труб, соединенных с главным конденсатором 11, т.е. поперечное сечение потока уменьшается в 10 раз, скорость на входе доохладителя 15 будет составлять от 25 до 40 м/с, но у воздухоотводной трубы 8 она будет иметь значения лишь 0,16 до 0,25 м/с. Для гарантии того, что избыточное количество пара не будет выходить с удаляемым воздухом, и чтобы избежать необходимости применения вакуумного насоса слишком большой производительности, доохладитель 15 главным образом выполнен так, чтобы у воздухоотводной трубы 8 объем смеси 7 пар-воздух составлял 0,03 - 0,04% от входного объема, и так, чтобы содержание воздуха в удаляемой смеси 7 составляло 25-30%; это выполняется, когда переохлаждение смеси 7 пар-воздух составляет 4-5oС.
Известно, что достижение правильной конструкции и размеров доохладителя 15 является чрезвычайно трудной задачей. Если, например, пар с низким содержанием воздуха поступает в доохладитель 15 на высокой скорости, он достигает воздухоотводной трубы 8 в результате вихревого потока и разбавляет смесь 7, подлежащую удалению. Вакуумный насос, рассчитанный для подачи постоянного объема воздуха, таким образом, не в состоянии откачать весь воздух, поступивший в конденсатор, таким образом, воздух накапливается, во-первых, в доохладителе и, во-вторых, также и в главном конденсаторе 11. Увеличивающаяся концентрация воздуха чрезвычайно увеличивает переохлаждение пара, и ухудшает значение коэффициента теплопередачи, что вызывает снижение рассеивания тепла конденсатора и может также вызвать риск замораживания в холодную погоду. Так как у воздухоотводной трубы 8 протекают только чрезвычайно малые объемы, свежий пар, поступающий к этой точке, даже в малых количествах может привести к вышеописанным пагубным эффектам.
Следовательно, в случае правильно спроектированного доохладителя не должно быть крутого падения скорости между точками входа и удаления.
Правильно спроектированные главный конденсатор и доохладитель должны также удовлетворять другому требованию, а именно тому, что в направлении охлаждающего потока воздуха должен быть только один ряд оребренных труб.
Это важно, потому что в случае нескольких рядов труб, ряд труб на стороне входа охлаждающего воздуха получает значительно больше охлаждения, чем другие ряды труб, таким образом, пар течет в оба конца. Верхний конец - это нормальная точка входа пара, а нижний конец принимает пар из труб других рядов через общую камеру для сбора конденсата.
Как результат этого феномена, из первого ряда, а в конечном итоге и из последующих рядов труб невозможно удаление неконденсируемых газов, и возникают застойные воздушные пробки. Длина этих воздушных пробок постепенно уменьшается от первого ряда труб по направлению к последующим рядам труб, на которые действует охлаждающий воздух с возрастающей температурой. В зоне застоя, заполненной воздухом, рассеивание тепла уменьшается и в холодную погоду может существовать риск замораживания. Для устранения этих пагубных эффектов используются конденсаторы с воздушным охлаждением с одним рядом труб. Для того, чтобы гарантировать, что имеется достаточное поперечное сечение на стороне пара, может быть установлено соответствующее количество ребер на воздушной стороне и сопротивление потока на воздушной стороне стремятся сделать как можно меньшим, на практике используются главным образом трубы овального поперечного сечения с плоскими ребрами.
Наиболее близким к заявленному конденсатору с воздушным охлаждением является конденсатор, раскрытый в патентном документе США 5323851, который выбран к качестве прототипа. В этом патенте описаны охлаждающие трубы, содержащие две параллельные, по существу плоские боковые стенки и наружные замыкатели, соединяющие боковые стенки. В трубах имеются продольные разделительные стенки, соединенные с боковыми стенками и разделяющие внутреннее пространство труб на продольные параллельные каналы, а в разделительных стенках выполнены проходы для обеспечения протекания среды между соседними каналами. Охлаждающие трубы соединены параллельно между двумя камерами. Увеличение эффективности теплообмена достигается за счет проходов в разделительных стенках, а усиление конструкции - за счет разделительных стенок. В этом документе однако не содержатся сведения о интегрированном доохладителе, который предназначен для увеличения эффективности теплообмена.
Задачей настоящего изобретения является создание конденсатора с воздушным охлаждением, который
- имеет низкое значение сопротивления потока как на
воздушной стороне, так и на стороне пара (с использованием плоских труб большого поперечного сечения, так что они могут выдерживать нагрузку внешнего или внутреннего давления);
- может быть
должным образом оборудован ребрами на воздушной стороне;
- содержит ребра на воздушной стороне, которые могут быть разработаны оптимально с точки зрения теплопередачи и потока воздуха;
- содержит оребренные трубы, в которых не образуются воздушные пробки, так что удаление воздуха надежно выполняется во всех рабочих условиях;
- гарантирует надежное устранение риска
замораживания труб;
- имеет простую и эффективную по стоимости конструкцию.
Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой конденсатор с воздушным охлаждением, содержащий распределительную камеру для распределения парообразной среды, камеру сбора конденсата и оребренные трубы с ребрами на воздушной стороне, причем указанные трубы соединены параллельно между распределительной камерой и камерой сбора конденсата. Каждая из оребренных труб содержит две параллельные по существу плоские боковые стенки и наружные замыкатели в виде дуг, соединяющие боковые стенки, в оребренных трубах имеются продольные разделительные стенки, соединенные с боковыми стенками и разделяющие внутреннее пространство оребренных труб на продольные параллельные каналы, а в разделительных стенках имеются проходы для обеспечения протекания среды между соседними каналами. По меньшей мере некоторые из оребренных труб разделены с помощью закрывающих элементов, выполненных в каналах, и с помощью проходов, выполненных примыкающими к закрывающим элементам, на главный конденсатор, проводящий среду от распределительной камеры к камере сбора конденсата, и доохладитель, проводящий среду от камеры сбора конденсата по направлению к распределительной камере в воздухоотводную трубу.
Такое разделение делает возможным выполнение всех труб конденсатора одного типа, т.е. нет необходимости разрабатывать и изготавливать отдельно конденсатор и доохладитель, а также соединительные трубы. Благодаря этому воздушные пробки не образуются в результате изменения температуры охлаждающего воздуха или в результате недостатка баланса распределения пара. Доохладитель имеет контакт по металлу с главным конденсатором, от которого таким образом передается достаточное количество тепла к участкам с высоким содержанием воздуха вокруг воздухоотводной трубы все время, так что эти участки не будут заморожены. Доохладитель может быть расположен либо перед, либо после главного конденсатора в направлении потока воздуха, охлаждающего оребренные трубы.
В предпочтительном варианте первая часть оребренных труб снабжена доохладителями, образованными с помощью закрывающих элементов, а вторая их часть выполнена без закрывающих элементов, только с проходами в разделительных стенках.
Каждый из закрывающих элементов предпочтительно расположен на некотором расстоянии от распределительной камеры, так что указанное расстояние постепенно увеличивается начиная от внешнего канала по направлению к внутренней части оребренной трубы. Проходы, примыкающие к закрывающим элементам, отклоняют парообразную среду в соседний канал, а воздухоотводная труба соединена с частью внешнего канала между ее закрывающим элементом и камерой для сбора конденсата вблизи указанного закрывающего элемента.
Закрывающие элементы и проходы рядом с ними расположены в каналах предпочтительно таким образом, что они предотвращают образование воздушных пробок в каналах. Начиная от внешнего канала, предпочтительно около половины каналов снабжены указанными закрывающими элементами. Таким образом, обеспечивается постепенно сужающееся поперечное сечение для среды.
Закрывающие элементы и проходы рядом с ними предпочтительно выполнены так, чтобы обеспечить поступление конденсирующейся среды в соседний канал под действием силы тяжести.
Конденсатор, выполненный согласно изобретению, предпочтительно содержит проходы, выполненные в разделительных стенках между каналами главного конденсатора и/или между каналами доохладителя.
Все проходы могут быть выполнены в виде отверстий в разделительных стенках или в виде отогнутых частей разделительных стенок.
В другом предпочтительном варианте конденсатора каждая разделительная стенка содержит ряд проходов, предпочтительно выполненных с равными промежутками в разделительной стенке. Таким же образом может быть предотвращено появление воздушных пробок в пределах каналов, имеющих более сильное охлаждение, так как возможно протекание среды через проходы в те каналы, где вследствие более быстрой конденсации среды давление в пространстве конденсации падает.
Разделительные стенки могут быть расположены перпендикулярно боковым стенкам и выполнены за одно целое с ними, или могут быть выполнены в виде отдельных деталей, прикрепленных к боковым стенкам с помощью известных средств.
В еще одном предпочтительном варианте конденсатор дополнительно содержит устройство для нагнетания охлаждающего воздуха, обеспечивающее реверсивную смену направления подачи охлаждающего воздуха, или устройство для нагнетания охлаждающего воздуха и/или управления охлаждающим воздухом, причем это второе устройство выполнено с возможностью управления потоком охлаждающего воздуха у оребренной поверхности, содержащей доохладитель, и потоком охлаждающего воздуха у оребренной поверхности, содержащей исключительно главный конденсатор, независимо друг от друга.
Краткое описание чертежей
Изобретение ниже будет описано на основе вариантов
предпочтительного выполнения, изображенных на чертежах.
Фиг. 1 изображает схематично в поперечном сечении известную конструкцию конденсатора с воздушным охлаждением.
Фиг. 2 изображает схематично в поперечном сечении известную конструкцию конденсатора с воздушным охлаждением, содержащего главный конденсатор и доохладитель.
Фиг. 3 и 4 изображает в поперечном и продольном разрезе соответственно оребренную трубу для конденсатора согласно изобретению, имеющую плоскую конструкцию, снабженную внутренними разделительными стенками.
Фиг. 5 - 7 изображает в поперечном сечении различные варианты выполнения плоских оребренных труб, содержащих внутренние разделительные стенки.
Фиг.8 - 10 изображает в поперечном сечении различные варианты выполнения ребер на воздушной стороне.
Фиг. 11 изображает в продольном разрезе трубу конденсатора в предпочтительном варианте выполнения согласно изобретению, снабженную внутренними разделительными стенками, внутренними каналами и проходами на разделительных стенках.
Фиг. 12 изображает поперечное сечение по линии А-А трубы в предпочтительном варианте выполнения, изображенной на фиг.11.
Фиг. 13 и 14 изображают в поперечных сечениях проходы в разделительных стенках в двух предпочтительных вариантах выполнения.
Фиг.15 изображает в продольном разрезе трубу конденсатора в другом предпочтительном варианте выполнения согласно изобретению, разделенную на главный конденсатор и доохладитель.
Фиг. 16 изображает в продольном разрезе трубу конденсатора в еще одном предпочтительном варианте выполнения согласно изобретению.
Фиг. 17 изображает схематично конденсатор с воздушным охлаждением, выполненный согласно настоящему изобретению, в котором установлены попеременно оребренные трубы с доохладителем и без него.
Фиг. 18 изображает схематично конденсатор с воздушным охлаждением в еще одном варианте предпочтительного выполнения.
Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
На
фиг.3 и 4 изображена в продольном и поперечном разрезе соответственно оребренная труба 17, выполненная согласно изобретению, имеющая плоскую конструкцию с парой по существу плоских боковых стенок и
дугообразных наружных замыкателей, т.е. поперечное сечение напоминает форму беговой дорожки стадиона. Внутри оребренной трубы 17 расположены разделительные стенки 18, разделяющие внутренние продольные
каналы 19. Ребра 4 на воздушной стороне расположены на наружных плоских сторонах оребренной трубы 17. Ребра 4 имеют пазы перпендикулярно направлению потока, так что толстый связующий слой, негативно
влияющий на теплопередачу, вокруг оребренной трубы 17 не образуется.
На фиг. 5 - 7 показаны некоторые варианты выполнения части оребренных труб 17. В варианте, показанном на фиг.5, часть трубы содержит две половины, и разделительные стенки также выполнены в виде отдельных деталей. Разделительные стенки могут быть к боковым стенкам приварены, припаяны, прикреплены с помощью адгезива или соединены вместе посредством механического крепежного элемента, передающего нагрузку.
В варианте выполнения, изображенном фиг.6, часть трубы содержит две половины и разделительные стенки 18 могут быть вставлены друг в друга и затем две половины могут быть соединены вместе посредством сварки или пайки.
На фиг.7 изображена часть трубы, полученная экструзией, где часть трубы и разделительные стенки 18 выполнены за одно целое, так что часть трубы может быть изготовлена за одну операцию, причем разделительные стенки расположены перпендикулярно боковым стенкам.
На фиг.8 - 10 показаны некоторые варианты выполнения ребер 4 на воздушной стороне оребренных труб 17. На фиг.8 основания ребер 4 выполнены в виде фланцев и закреплены на трубе 17 с помощью пайки с использованием адгезива или без какого-либо связующего вещества посредством плотной посадки.
На фиг. 9 ребра 4 могут быть получены путем разрезания трубы таким образом, что лопасти 21 перемещаются в направлении стрелок 22, и после придания формы каждой паре ребер 4 они смещаются влево на величину зазора между ребрами и затем изготавливается следующая пара ребер 4.
На фиг. 10 показано ребро, выполненное из гофрированного листа, который может быть прикреплен, например, с помощью пайки к трубе 17.
В дополнение к их другим функциям, описанным ниже, разделительные стенки 18 имеют преимущество в том, что они являются опорой для больших плоских боковых стенок оребренной трубы 17 от воздействия как внешнего, так и внутреннего давления и таким образом, для ребер 4 нет необходимости воспринимать часть нагрузки, приходящейся на боковые стенки. Таким образом, в конструировании ребер 4 и в способе их прикрепления к боковым стенкам нет ограничений, относящихся к прочности оребренных труб 17, они могут быть выполнены оптимальной формы с точки зрения теплопередачи. Такие ребра 4 главным образом не подходят для восприятия нагрузки, вызываемой внутренним или внешним давлением на боковую стенку, но они превосходны с точки зрения теплопередачи.
На фиг. 11 изображен конденсатор с воздушным охлаждением, выполненный согласно настоящему изобретению, содержащий распределительную камеру 23, камеру 24 для сбора конденсата, расположенную на более низком уровне, наклонные соединительные параллельные каналы, связанные с оребренными трубами 17, описанными выше, с ребрами 4 на воздушной стороне. В поперечном сечении показана только одна оребренная труба 17. Так как оребренные трубы связаны параллельно, будет достаточно описать конструкцию одной оребренной трубы 17.
Из распределительной камеры 23, роль которой в данном варианте выполнения играет парораспределительная труба, пар, содержащий малое количество воздуха, поступает в оребренную трубу 17. Имеется пять разделительных стенок 18 в оребренной трубе 17, разделяющих ее на шесть внутренних продольных каналов 19. Ребра 4 на воздушной стороне расположены на наружной плоской боковой стенке оребренных труб 17.
В каналах 19 пар и конденсат 5 протекают вниз в камеру для сбора конденсата 24. Отсюда конденсат 5 извлекается через трубу 6 с помощью насоса 10. В разделительных стенках 18 равномерно расположены проходы 27. Они соединяют каналы 19 оребренной трубы 17, так что пар может течь из любого канала 19 в любой канал 19. Когда в этом варианте выполнения течение воздуха в направлении стрелки 3 конденсирует пар, протекающий в канале 19 на входной стороне быстрее, чем в каналах 19 дальше от входной точки воздуха, пар может течь также в направлении стрелки 2А через проходы 27, и так в каналах 19 на входной стороне может быть предотвращено образование воздушных пробок. На фиг.12 показано поперечное сечение оребренной трубы 17, изображенной на фиг. 11, по линии А-А.
Проходы 27 могут быть выполнены различным образом. На фиг.13 и 14 показаны два типа проходов 27 в качестве примера. На фиг.13 проход 27 в разделительной стенке 18 выполнен в виде круглого или прямоугольного отверстия, а на фиг.14 проход 27 образован так, что в разделительной стенке 18 три стороны удлиненной части имеют сквозные разрезы, и удлиненная часть отогнута наружу к четвертой стороне, не имеющей разрезов. Отогнутая часть 18А облегчает направление потока и при создании проходов не остается отходов.
На фиг. 15 изображен другой предпочтительный вариант выполнения конденсатора согласно изобретению. В этом варианте выполнения оребренная труба разделена на главный конденсатор 11 и доохладитель 15 с помощью закрывающих элементов 26, расположенных в каналах 19. Закрывающие элементы 26 расположены в первом, втором и третьем каналах 19. Закрывающие элементы 26 установлены таким образом, что от конца первого канала 19 отделяется самая длинная часть, от конца второго - более короткая, а от конца третьего канала - самая короткая часть. Для гарантии того, что конденсат сможет выйти из каналов, разделенных закрывающими элементами 26, и того, что пар может течь везде, проходы 28 и 28А выполнены непосредственно над и под закрывающими элементами 26 на соседних разделительных стенках 18. Проходы 28, 28А также могут быть выполнены в виде отверстий в разделительных стенках 18 или в виде отогнутых частей 18А разделительных стенок 18. Таким образом, для пара, текущего в направлению стрелки 2, имеется постепенно уменьшающееся поперечное сечение, при движении по направлении к камере 24 для сбора конденсата, и от камеры 24 для сбора конденсата к воздухоотводной трубе 8, гарантирующей, что у воздухоотводной трубы 8 сохраняется достаточная скорость пара.
В оребренной трубе 17 в разделительных стенках 18 между каналами 19 основного охладителя 11 и доохладителя 15 расположены несколько проходов 27 для соединения указанных каналов 19, и таким образом, на входной стороне воздуха не образуются воздушные пробки.
Из камеры 24 для сбора конденсата смесь пар-воздух попадает в доохладитель 15. Доохладитель 15 имеет также сужающееся поперечное сечение. Вновь, соблюдение принципа одной трубы обеспечивается проходами 27 в доохладителе 15. В наивысшей точке части наружного канала 19, относящейся к доохладителю, расположена воздухоотводная труба 8 для подачи оставшейся смеси воздух-пар через трубу 25 сбора к вакуумному насосу. В доохладителе 15 смесь воздух-пар течет вверх, а конденсат 5 течет вниз, т.е. в режиме противотока.
В конденсаторе одна часть оребренных труб 17 может быть снабжена доохладителями 15, образованными с помощью указанных закрывающих элементов 26, а другая часть труб может быть выполнена без закрывающих элементов 26, только с проходами 27 в разделительных стенках 18.
В случае, если конденсатор установлен в условиях жаркого климата и неизбежный риск замораживания отсутствует, проходы 27 могут отсутствовать. Этот вариант выполнения показан на фиг.16. В этом варианте выполнения желательно располагать закрывающие элементы 26 так, что они были на верхней границе ранее упомянутых постепенно образующихся застойных воздушных пробок. Даже в этом случае необходимо иметь проходы 28 и 28А на двух сторонах закрывающих элементов 26.
Доохладитель 15 в конденсаторе, выполненном согласно изобретению, может также быть расположен на стороне, противоположной от точки входа воздуха, соответственно его охлаждение осуществляется с помощью воздуха, который был до определенной степени нагрет. Этот вариант выполнения позволяет избежать замораживания доохладителя 15 в условиях холодного климата. Аналогичный предпочтительный вариант выполнения может быть предложен посредством обеспечения возможности изменения направления вращения вентилятора, нагнетающего холодный воздух, так что доохладитель 15 перемещается на сторону, противоположную входной точке охлаждающего воздуха. Таким образом, предложено оборудование, оптимально работающее как в условиях жаркого, так и холодного климата.
На фиг.17 изображен схематично конденсатор с воздушным охлаждением, выполненный согласно изобретению, в котором установлены попеременно оребренные трубы 31 и 32 с доохладителем и без него. Оребренные трубы 31 и 32 могут располагаться в желаемой пропорции, в зависимости от соответствующей скорости в доохладителях от поверхности теплопередачи доохладителей или от других параметров.
В определенных случаях, особенно в случае конденсаторов, работающих в условиях холодного климата, может быть необходимо достичь более высокого охлаждающего эффекта в части оребренной поверхности, где расположен доохладитель, чем в части, относящейся только к главному конденсатору. Это требование может быть выполнено путем подачи большего потока воздуха к части доохладителя, чем к части главного конденсатора. Такой вариант выполнения показан на фиг.18, где вентилятор 33 гонит воздух к конденсаторам 30, соединенным с общей трубой 23 распределения пара. Воздух течет в направлении стрелок 36. На входной стороне воздуха расположены жалюзи 34 и 35, которые могут работать раздельно. Жалюзи 34 закрывают часть, содержащую исключительно главный конденсатор 11, а жалюзи 35 закрывают часть, содержащую доохладитель 15. Путем изменения положения двух жалюзей 34 и 35 может быть обеспечено независимо друг от друга изменение количества воздуха, протекающего через главный конденсатор 11 и доохладитель 15.
Интегрированный главный конденсатор и доохладитель, описанный выше, имеет следующие преимущества.
- Все трубы конденсатора могут быть выполнены одного типа, нет необходимости разрабатывать и изготавливать отдельно конденсатор, доохладитель и соединительную трубу.
- Скорость и давление пара в распределительной камере меняются. Соответственно в трубах конденсатора, соединенных с распределительной камерой, пар распределяется неравномерно, что ухудшает поток и тепловые характеристики конденсатора и может также создать риск создания условий ниже критических. В решении, предложенном согласно изобретению, где каждая оребренная труба имеет свои собственные доохладитель и воздухоотводную трубу, недостаток баланса значительно меньше, чем в случае конденсаторов известной конструкции.
- Благодаря компоновке, в которой каждая оребренная труба имеет свои собственные доохладитель и воздухоотводную трубу, воздушные пробки не образуются в результате изменения в температуре охлаждающего воздуха, или как результат недостатка баланса в распределении пара.
- Доохладитель имеет контакт по металлу с главным конденсатором, от которого таким образом все время передается достаточное количество тепла в части с большим содержанием воздуха вокруг воздухоотводной трубы, таким образом, они не могут быть заморожены.
- Благодаря соответствующей конструкции воздухоотводной трубы, с использованием небольшой заслонки, можно достичь того, что труба для сбора конденсата получает смесь пар-воздух в том же количестве от каждой оребренной трубы, установленной в конденсатор, и так чтобы каждая оребренная труба работала с тем же предпочтительным охлаждением.
Для специалистов очевидно, что вышеприведенное описание является лишь примером, и могут быть внесены различные альтернативы, адаптации и модификации в пределах рамок настоящего изобретения, как определено в нижеследующей формуле изобретения.
Реферат
Изобретение предназначено для охлаждения парообразной среды, в частности водяного пара. Конденсатор с воздушным охлаждением содержит распределительную камеру для распределения подлежащей конденсации парообразной среды, камеру сбора конденсата и оребренные трубы с ребрами на воздушной стороне, причем указанные трубы соединены параллельно между распределительной камерой и камерой сбора конденсата, при этом каждая из оребренных труб содержит две параллельные, по существу, плоские боковые стенки и наружные замыкатели, соединяющие боковые стенки, в оребренных трубах имеются продольные разделительные стенки, соединенные с боковыми стенками и разделяющие внутреннее пространство оребренных труб на продольные параллельные каналы, а в разделительных стенках имеются проходы для обеспечения протекания среды между соседними каналами. По меньшей мере некоторые из оребренных труб разделены с помощью закрывающих элементов, выполненных в каналах, и с помощью проходов, выполненных примыкающими к закрывающим элементам, на главный конденсатор, проводящий среду от распределительной камеры к камере сбора конденсата, и доохладитель, проводящий среду от камеры сбора конденсата по направлению к распределительной камере в воздухоотводную трубу. Изобретение гарантирует надежное устранение риска замораживания труб и обеспечивает простую и эффективную по стоимости конструкцию. 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 18 ил.
