CN2453367Y - 低成本低能耗真空冷却机组 - Google Patents

Abstract

低成本低能耗真空冷却机组,应用于化工制药方面的抽真空和冷却,由水冲泵4、旋转布水器11、冷却塔14、水箱26、冷凝器24、水泵36、支架9和轴承7等组成。本实用新型的特征是将冷凝器24循环、水冲泵4抽真空循环、冷却塔14循环串接在一个循环管路中,并用一个水泵提供所有动力供应。使真空冷却设备的硬件成本和运行成本都大大降低。

Description

低成本低能耗真空冷却机组

本实用新型涉及一种化工制药领域所用的真空冷却设备，尤其涉及一种由水冲泵机组和冷却塔机组分别完成抽真空和冷却功能的设备系统。

化工制药行业常用的减压浓缩，多效减压蒸发浓缩和真空干燥设备系统中，常用到抽真空和干燥设备，有时为了防爆等考虑，常用水冲泵机组和冷却塔机组相组合的方法，现有的技术方案中，冷却塔机组和水冲泵机组相互独立，分别由各自的动力设备驱动。冷却塔机组包括：水泵36、抽风电机42、冷却塔风筒16、冷却塔添料15、水箱26和控制部件31等；水冲泵机组包括：水泵36、水冲泵4、水箱26和控制部件31等。冷却塔机组一般通过冷凝器24使蒸汽冷凝，并把吸收的热量向外界散发，冷却塔机组的水箱26和冷凝器24通过水泵36实现热交换循环。水冲泵机组则主要用于抽吸未被冷凝成液态的剩余蒸汽，从而使减压浓缩室或真空干燥室内保持生产所需的真空度。在系统浓缩或干燥的过程中，用于使溶液沸腾浓缩或使物料干燥的外加能量都通过浓缩或干躁所产生的蒸汽的载能物流转移传递给冷却水和真空循环水，冷却塔机组能将冷却水的热能向外界转移，而水冲泵机组则不能，致使真空循环水的温度不断升高，而水温直接影响水冲泵的真空指标，为解决这一问题，现有的方法有两种：一种是向真空循环水箱26不断注入凉水，将热水排掉，这种方法浪费水，一般已不采用；第二种方法是用一台水泵36将冷却水和真空循环水交换循环，把真空循环水的热量传递给冷却水，再由冷却塔机组冷却。中国实用新型专利91225457，分类号F28C1/06，范筹分类号35/F22H审定公告号2103783公开了一种节能机械通风冷却塔，采用这种冷却塔，可以不用抽风电机42，依靠旋转布水器11带动抽风叶片10转动，进行进水抽风冷却，但这种冷却塔仍需一台大功率水泵36供水，节能效果不十分显著，应用的不多。

从上述介绍可以看出，现有的技术方案有以下几个缺点：

1．系统占地大，硬件多，管路多，控制线路及部件多一次性投资费用高。

2．操做不便。

3．施工保养维修费用大，周期长。

4．故障点多，故障率高，容易因此影响生产甚至造成损失。

5．效率低，由于能量守恒，每台水泵36的输入公率的大部分都将转化成水的热能，这增加了冷却塔14的冷却负荷，也影响了真空指标，从而使系统的效率大大降底。

6．能耗大，运行成本高，现有的技术方案一般需四台水泵36和一台抽风电机42同时运行。

本实用新型的目地在于克服现有技术方案的缺点，提供一种占地小、成本造价低、低运行成本、低维护保养成本、操做方便、安装施工简单、高可靠性的低成本低能耗真空冷却机组。

本实用新型的低成本低能耗真空冷却机组的设计方法是将冷凝器24的冷凝循环、水冲泵4的抽真空循环、冷却塔14的上水、冷却塔14的布水、冷却塔14的冷却排风和水箱26的回水设计在一个循环回路中实现。整个方案包括水冲泵4、旋转布水器11、不带抽风电机42的冷却塔14、水箱26、冷凝器24、水泵36、支架9、轴承7和控制部件31等。为了使循环路径最短，也为了使管路阻力最小，以及为了能源利用率最高，按空间位置从上到下将水冲泵4、旋转布水器11、冷却塔14、水箱26、冷凝器24和水泵36组合在一起。采用不带抽风电机42的冷却塔14，但在冷却塔14的出风口8内装有一个可绕冷却塔1 4轴心线自由转动的旋转布水器11。支架9通过轴承7将旋转布水器11固定在冷却塔14的出风口8内，水冲泵4用支架9固定在冷却塔14的出风8上，水冲泵4的出水管5正对着旋转布水器11的竖直进水管6，使从水冲泵4的出水管5喷出的水完全进入旋转布水器11的竖直进水管6中，旋转布水器11是用来将水流的动能转化成带动抽风叶片10转动的机械能和将水流均匀布散在冷却塔14的添料15上的装置。旋转布水器11的原理结构有两种：第一种原理结构有三部分：分别为向上开口的竖直进水管6、水平固定于竖直进水管6中上部的抽风叶片10和位于竖直进水管6底端且与之相通的布水管12。布水管12水平放置，布水管12的数量在两段以上，并且关于进水管6的轴心线对称，相邻两个布水管12所成的角相等，布水管12的出水方向与水平面所成的角在0°～90°之间，最好在0°～15°，从任意一个布水管12喷出的水不能喷到别的布水管12上，并且每一个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕进水管的轴心线旋所围成的圆沿同一时针方向相切，所有出水点因水流的反作用力的合力不应产生使竖直进水管5向水平面上任意方向受力形变的分力，或者使这个分力尽可能小；旋转布水器11的另一利原理结构也有三部分：竖直进水管6和位于竖直进水管6中上部水平固定的抽风叶片10以及位于竖直进水管6内中下部的螺旋板44，螺旋板44的两边与竖直进水管6的内壁焊接，螺旋板44的作用是将水流方向改变以产生使竖直进水管6带动抽风叶片10转动的机械能和将水流均匀布散在添料15上，出水方向与水平面所成的角在0°～90°之间，也最好在0°～15°，一个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕进水管的轴心线旋所围成的圆沿同一时针方向相切，所有出水点因水流的反作用力的合力不应产生使竖直进水管5向水平面上任意方向受力形变的分力，或者使这个分力尽可能小。布水管12和螺旋板44的作用都是用于使水流方向改变从而依靠水流的反作用力产生使旋转布水器11旋转的动力，将水流的动能转化成空气的动能，并且将水均匀的布撒在冷却塔14的填料15上。支架的作用有两个：一个是将水冲泵4固定在冷却塔出风口8上；另一个是通过轴承7将旋转布水器11固定在冷却塔出风口8内。冷却塔14的底部设有进风口19。水箱26位于冷却塔14的下面，并且与冷却塔14上下直接相通，由冷却塔14流下的水可以直接进入水箱26。水箱26的底部设计成冷凝器24，冷凝器24的进水管22开口于水箱26内，其出水管32从水箱26的底板引出，并与水泵36的进水管35相连通。水泵36的出水管37向上通过供水管39与水冲泵4的进水管2相连通。冷凝器24也可以单独设计，可以串接在水箱26和水泵36之间，或者串接在水泵36和水冲泵4之间。水冲泵4的抽吸管3与冷凝器24的出汽管25通过真空管1相连通，冷凝器24的进汽管21通过一根斜向下的真空回流管27与冷凝液收集槽43相连，冷凝液收集槽43再与需要抽真空的设备相连通。冷凝液在从冷凝器24经真空回流管27向冷凝液收集槽43流动的过程中，与逆流而来的蒸汽发生热交换，这样等于加大了冷凝器24的热交换面积，延长了热交换时间，提高了冷凝的效率。这样在水泵36向水冲泵4供水用于抽真空的同时即完成了冷凝器24的冷凝循环和热交换。从水冲泵4喷出的水流以很大的动能流进旋转布水器11，旋转布水器11将较集中的水流均匀地布散在添料15上，从而不需要另外消耗能原自动完成了冷却塔14的上水和布水，同时旋转布水器11又将水流的动能转化为带动抽风叶片10转动的机械能，为冷却塔14提供冷却排风的动力而完成冷却。由于旋转布水器11的作用使水流动能被部分转化成空气的动能，使水箱26内的水因水流动能引起的水温升高减轻，从而减轻冷却塔14的冷却负荷。机组仅使用一台水泵36就为系统提供冷凝器24循环、水冲泵4抽真空循环、冷却塔14上水和布水及冷却排风、水箱26回水等全部动力供应。这样的设计方法使硬件减少，设备成本降的很低，能耗也大大降低，效率提高，司靠性提高，占地减小，操做方便，维修保养方便。

图1是本实用新型的低成本低能耗真空冷却机组的一实施例示意图。

图2是现有技术方案的一实施例示意图。

图3是中国实用新型专利91225457的实施例示意图。

图4是旋转布水器11的两种实施例示意图。

下面结合图1和图4进一步阐述本实用新型的结构原理。

按图1所示实施例，本实用新型的低成本底能耗真空冷却机组包括：水冲泵4、旋转布水器11、不带抽风电机42的冷却塔14、水箱26、过滤网20、冷凝器24、水泵36、支架9、轴承7、内部带有单向阀28和底部带有清渣阀30的U型汽液分离器29、水箱溢流排水管18、水箱排水阀33、检修截止阀34、带有一个门40和排污阀41的水泵机房38和控制部件31。按空间位置关系从上到下依次为水冲泵4、旋转布水器11、冷却塔14、水箱26、过滤网20、冷凝器24、水泵机房38、控制部件31和水泵36。旋转布水器11的原理结构有两种：第一种原理结构有三部分：分别为向上开口的竖直进水管6、水平固定于竖直进水管6中上部的抽风叶片10和位于竖直进水管6底端且与之相通水平固定的布水管12。布水管12水平固定，布水管12的数量在两段以上，并且关于进水管6的轴心线对称，相邻两个布水管12所成的角相等，布水管12的出水方向与水平面所成的角在0°～90°之间，最好在0°～15°，从任意一个布水管12喷出的水不能喷到别的布水管12上，并且每一个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕进水管的轴心线旋所围成的圆沿同一时针方向相切，所有出水点因水流的反作用力的合力不应产生使竖直进水管5向水平面上任意方向受力形变的分力，或者使这个分力尽可能小；旋转布水器11的另一种原理结构也有三部分：竖直进水管6和位于竖直进水管6中上部水平固定的抽风叶片10以及位于竖直进水管6内中下部部的螺旋板44，螺旋板44的两边与竖直进水管6的内壁焊接，螺旋板44的作用是将水流方向改变以产生使竖直进水管6带动抽风叶片10转动的机械能和将水流均匀布散在添料15上，出水方向与水平面所成的角在0°～90°之间，也最好在0°～15°，一个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕进水管的轴心线旋所围成的圆沿同一时针方向相切，所有出水点因水流的反作用力的合力不应产生使竖直进水管5向水平面上任意方向受力形变的分力，或者使这个分力尽可能小。布水管12和螺旋板44的作用都是用于使水流方向改变从而依靠水流的反作用力产生使旋转布水器11旋转的动力。两种旋转布水器11的作用相同，都是表现在三个方面：第一是为冷却塔14上水和布水，增加冷却水的散热面积，提高冷却效率；第二是将水流的动能的一部分转化成空气的动能为冷却塔14减轻因水流动能引起的额外冷却负荷；第三是用转化来的带动抽风叶片10转动的机械能为冷却塔14提供冷却抽风的动力。轴承7有两个，一个套在竖直进水管6的顶端并且在抽风叶片10的上方，另一个套在竖直进水管6的底端(带布水管12的旋转布水器11，另一个套在竖直进水管6的底端且在布水管12的上方)。支架9通过轴承7将旋转布水器11固定在冷却塔14的出风8内，支架9又将水冲泵4固定在冷却塔14的出风口8的上面；水冲泵4的出水管5的外径比旋转布水器11的竖直进水管6的内径小，水冲泵4的出水管5的一部分伸进旋转布水器11的竖直进水管6中，在用支架9将水冲泵4和旋转布水器11固定时，要将水冲泵4的出水管5和旋转布水器11的竖直进水管6及冷却塔14三者的轴心线重合。冷却塔14不带风机42，但带有添料15和其底部带有进风口19的风筒16，水箱26的侧壁的形壮尺寸与冷却塔14相同且连成一体上下相通，由冷却塔14流下的水可以直接进入水箱26，在冷却塔进风口19和过滤网20之间的水箱26侧壁上有一个水箱溢流17。过滤网20位于水箱26中上部并将水箱26隔成上下两部分，可以防止固体颗粒进入循环管路中。冷凝器24位于水箱26的底部并在过滤网20下面其底面和侧面分别与水箱26的底面和侧面成一体，冷凝器24的进水管22向上开口于水箱26内，冷凝器出水管32从水箱26的底板引出，冷凝器出水管32既是水泵36的进水通路，又是水箱26的排水排污通路；冷凝器出水管32与水泵36之间靠一个检修截止阀34相连接，以便于维修，冷凝器出水管32再通过一个水箱排水阀33与水箱溢流排水管18的底端相连，水箱溢流排水管18的顶端与水箱溢流口17相连。水泵36的出水管37向上通过供水管39与水冲泵4的进水管2相连通。水冲泵4的抽吸管3与冷凝器24的出汽管25向上通过真空管1相连通，冷凝器24的出汽管25向下与U型汽液分离器29的高水位管相连，冷凝器24的进汽管21与U型汽液分离器的低水位管相连，冷凝器24的进汽管21再通过一根斜向下的真空回流管27与冷凝液收集槽43相连，冷凝液收集槽43再与需要抽真空的设备相连通。单向阀28位于U型汽夜分离器29的低水位管的底部，流向是从高水位管进从低水位管出。在U型汽液分离器最底部有一个向下开口的汽夜分离器清渣阀30。支架9是用来将水冲泵4固定在冷却塔出风口8上，也用来通过轴承7将旋转布水器11固定在冷却塔出风口8内。控制部件31用于控制机组的起停。机组在刚投入使用时，可以通过真空回流管27对机组进行加水，加水量以超过冷凝器进水管22并保证在机组工作时空气不会进入冷凝器进水管22和水泵36为准，机组起动后，水从水箱26经过冷凝器24和水泵36进入到水冲泵4依次完成冷凝和抽真空并且从水冲泵4的出水口5喷出后以很大的动能流进旋转布水器11的竖直进水管6内，旋转布水器11将较集中的水流均匀地布散在添料15上，从而不需要另外消耗能源自动完成了冷却塔14的上水和布水，同时旋转布水器11又将水流的动能转化为带动抽风叶片10转动的机械能，为冷却塔14提供冷却排风的动力而完成冷却。这是与中国实用新型专利91225457中所述的旋转布水器11相比最大的优点。被水冲泵4抽吸的蒸汽在经过冷凝器24的冷凝室23时被部分冷凝成液态，从而使抽吸负荷减轻，提高真空指标，同时又能回收冷凝液。由于旋转布水器11的作用使水流动能被部分转化成空气的动能，使水箱26内的水因水流动能引起的水温升高减轻，从而减轻冷却负荷。水泵36为系统提供冷凝器24冷凝循环、水冲泵4抽真空循环、冷却塔14上水和布水及冷却排风、水箱26回水等的全部动力供应。冷凝器进汽管21在冷凝器24的顶部而冷凝器出汽管25在冷凝24的底部，U型汽液分离器29的高水位管同时与真空管1和冷凝器出汽管25相连，U型汽液分离器29的低水位管同时与真空回流管27和冷凝器出汽管25相通，U型汽液分离器29内又有一个单向阀28，这样在机组工作时，被抽吸蒸汽只能从冷凝器进汽21进入冷凝器24，从冷凝器出汽25进入水冲泵4，而冷凝液则从冷凝器出汽25经过U型汽液分离器29和真空回流管27流进冷凝液收集槽43，冷凝器24内始终不残留冷凝液，保持原有的冷凝面积，在真空回流管27内仍有被抽吸蒸汽与逆流而下的冷凝液发生热交换，冷凝器24作在下降式冷凝状态，效率比较高。

作为本实用新型的一种改进，可以将两种结构的旋转布水11作如下改进，将抽风叶片10和旋转布水器11的竖直进水管6分离，用皮带轮或齿轮等变速装置的主动轮与旋转布水器11的竖直进水管6同轴相连，用皮带轮或齿轮等变速装置的从动轮与抽风叶片10同轴相连，再用轴承将抽风叶片10固定在水冲泵4的出水管5或旋转布水器11的竖直进水管6上，抽风叶片10与旋转布水器11依靠皮带轮上的皮带或齿轮相互吻合来实现连动。通过这样的改进，使得抽风叶片10的转速得到很大的提高，使旋转布水器11的机械能转化效率得到提高，几乎可以使50％的水流动能转化成空气的动能，所以抽风叶片10的转速也会很高，空气的流速和流量会很高，从而抽风冷却的速度加快，冷却塔14的冷却能力和效率也会因此得到提高。

本实用新型的低成本低能耗真空冷却机组与现设备相比有以下几方面的优点：

1．硬件少，成本低，大约相当于传统方法的三分之一。

2．管路少，既减少投资又减小阻力，节省能源开支。

3．控制部件少，操作使用方便。

4．占地小，节省空间，节省基建投资。

5．效率高，能源利用率高和低阻力设计使能效比提高。

6．运行成本低，相同性能的本实用新型的真空冷却设备比传统设备的能耗低三分之二。

7．可靠性高，故障点少减少了因故障引起的损失的几率。

采用本实用新型的低成本低能耗真空冷却设备可以节约三分之二的一次性开支，节约四分之三的长期运行开支。

Claims (13)

1．一种真空冷却机组，其特征在于包括：水冲泵(4)、旋转布水器(11)、不带抽风电机(42)的冷却塔(14)、水箱(26)、过滤网(20)、冷凝器(24)、水泵(36)、带有排污阀(41)和门(40)的水泵机房(38)、U型汽液分离器(29)、水箱排水阀(33)、检修截止阀(34)、支架(9)、轴承(7)和控制部件(31)。

2．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的旋转布水器(11)包括向上开口的竖直进水管(6)、抽风叶片(10)和布水管(12)；抽风叶片(10)水平固定在竖直进水管(6)上，布水管(12)与竖直进水管(10)的底端水平固定并且内部相通；抽风叶片(10)水平固定在竖直进水管(6)的中上部并位于冷却塔(14)的出风口(8)内，布水管(12)水平固定在与其相通的竖直进水管(6)的下端，布水管(12)的数量在两段以上，布水管(12)的出水方向斜向下，与水平面所成的角在0°～90°之间，布水管(12)上每个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕旋转轴所围成的圆相切，且投影沿同一时针方向，并且各出水点因水流反作用力产生的扭力的合力不产生使竖直进水管(6)向水平任意方向弯曲形变的趋势和效果，即扭力的合力不应产生水平分量。

3．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的旋转布水器(11)包括向上开口的竖直进水管(6)、抽风叶片(10)和螺旋板(44)；竖直进水管(6)固定在冷却塔(14)的出风口(8)内，抽风叶片(10)水平固定在竖直进水管(6)上，螺旋板(44)固定在竖直进水管(6)内的中下部；螺旋板(44)上每个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕旋转轴所围成的圆相切，且投影沿同一时针方向，并且各出水点因水流反作用力产生的扭力的合力不产生使竖直进水管(6)向水平任意方向弯曲形变的趋势和效果，即扭力的合力不应产生水平分量。

4．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的冷却塔(14)包括冷却塔出风口(8)、填料(15)、风筒(16)和进风口(19)。

5．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的轴承(7)套在竖直进水管(6)上；对于带布水管(12)的旋转布水器(10)上的轴承(7)，一个套在竖直进水管(6)的顶端并且在抽风叶片(10)的上方，另一个套在抽风叶片(10)与布水管(12)之间，并且靠近竖直进水管(6)底端。

6．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的支架(9)，设置在冷却塔(14)的出风口(8)和水冲泵(4)之间以及轴承(7)和冷却塔(14)的出风口(8)的内壁之间。

7．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的冷凝器(24)，其底面和侧面分别与水箱(26)的底面和侧面成一体，其进水管(22)向上直接开口于水箱(26)内，其出水管(32)从水箱(26)底板引出，冷凝器出水管(32)同时也作为水箱(26)的排水排污通路使用。

8．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的水冲泵(4)的出水管(5)的外径小于旋转布水器(11)的竖直进水管(6)的内径，水冲泵(4)的出水管(5)的一部分伸进所述的竖直进水管(6)内；旋转布水器(11)的竖直进水管(6)和水冲泵(4)的出水管(5)及冷却塔风筒(16)三者的轴心线重合。

9．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的冷却塔风筒(16)与水箱(26)的侧壁的形状尺寸相同，两者连成一体，并且上下直接相通。

10．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的水泵(36)的进水管(35)与冷凝器(24)的出水管(32)相连，水泵(36)的出水管(37)与水冲泵(4)的进水管(2)相连；水冲泵(4)的抽吸管(3)与冷凝器(24)的出汽管(25)相连，冷凝器(24)的进汽口(21)与U型汽液分离器(29)的高水位管相连，而U型汽液分离器的低水位管通过一根斜向下的真空回流管(27)与一个冷凝液收集槽(43)相连，冷凝液收集槽(43)在与需要抽真空的设备相连通，冷凝液在真空回流管(27)中从冷凝器(24)流向冷凝液收集槽(43)。

11．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的水箱(26)内的中上部，冷却塔(14)的进风口(19)的下方，冷凝器(24)的上方，有一层防止固体颗粒进入循环管路的过滤网(20)，该过滤网(20)将水箱(26)分成上下两部分。

12．根据权利要求1所述的真空冷却机组，其特征在于所述的U型汽液分离器(29)的内部设置一个单向阀。

13．根据权利要求2或3所述的旋转布水器(11)，其特征在于所述的两种结构可以进行如下改进，将抽风叶片(10)和旋转布水器(11)的竖直进水管(6)分离，用皮带轮或齿轮等变速装置的主动轮与旋转布水器(11)的竖直进水管(6)同轴相连，用皮带轮或齿轮等变速装置的从动轮与抽风叶片(10)同轴相连，再用轴承将抽风叶片(10)固定在水冲泵(4)的出水管(5)或旋转布水器(11)的竖直进水管(6)上，抽风叶片(10)与旋转布水器(11)依靠皮带轮上的皮带或齿轮相互吻合来实现连动。

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