RU2716341C1 - Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation - Google Patents
Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716341C1 RU2716341C1 RU2019102731A RU2019102731A RU2716341C1 RU 2716341 C1 RU2716341 C1 RU 2716341C1 RU 2019102731 A RU2019102731 A RU 2019102731A RU 2019102731 A RU2019102731 A RU 2019102731A RU 2716341 C1 RU2716341 C1 RU 2716341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling air
- blades
- diffuser
- impeller
- circulation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F7/00—Ventilation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам повышения аэротермодинамической эффективности аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и устройствам для их реализации, то есть к АВО, применяемым для охлаждения природного газа компрессорных станций магистральных газопроводов и может использоваться в них, способствуя существенному увеличению их аэротермодинамической эффективности за счет исключения остаточной циркуляции охлаждающего воздуха за рабочим колесом вентилятора, и как результат - согласования скорости потока охлаждающего воздуха и положения ребер пучков труб теплообменных секций, способствуя повышению теплоотдачи и снижению потерь энергии на вихреобразование.The invention relates to methods for increasing the aerothermodynamic efficiency of air coolers (AVO) and devices for their implementation, that is, to the ABO used for cooling natural gas compressor stations of gas pipelines and can be used in them, contributing to a significant increase in their aerothermodynamic efficiency by eliminating residual circulation cooling air behind the impeller of the fan, and as a result - coordination of the flow rate of cooling air and put ribs of bundles of tubes of heat-exchange sections, contributing to an increase in heat transfer and a decrease in energy losses due to vortex formation.
АВО компрессорных станций магистральных газопроводов характеризуется низкой аэротермодинамической эффективностью, то есть большими затратами энергии на вращение рабочего колеса вентилятора в следствие высокого сопротивления пучков оребренных труб теплообменных секций, обусловленного в значительной степени остаточной циркуляцией охлаждающего воздуха.AVO of compressor stations of main gas pipelines is characterized by low aerothermodynamic efficiency, that is, high energy costs for rotation of the fan impeller due to the high resistance of the fin bundles of finned tubes of the heat exchange sections, which is largely due to the residual cooling air circulation.
Применяемые в АВО вентиляторы выполнены по аэродинамической схеме с одним рабочим колесом без спрямляющего аппарата. По этой причине поток охлаждающего воздуха за рабочим колесом имеет существенную остаточную закрученность, то есть циркуляцию. Циркуляционный поток, движущийся по спирали, поступает на вход в теплообменную секцию с большими разбросами углов рассогласования по отношению к ребрам пучков труб, что приводит к существенному увеличению сопротивления теплообменных секций, и как результат - к росту расхода энергии для перемещения охлаждающего воздуха, то есть - снижения энтальпии охлаждаемого газа. [1]The fans used in the ABO are made according to the aerodynamic scheme with one impeller without a straightener. For this reason, the flow of cooling air behind the impeller has a significant residual swirl, that is, circulation. The circulation flow moving in a spiral arrives at the entrance to the heat exchange section with large variations in the mismatch angles with respect to the edges of the tube bundles, which leads to a significant increase in the resistance of the heat exchange sections, and as a result to an increase in the energy consumption for moving cooling air, i.e. decrease enthalpy of the cooled gas. [1]
Характерной особенностью безвихревого циркуляционного движения, согласно уравнениям Гельмгольца и Бернулли, является снижение статического давления по мере уменьшения радиуса вихревой трубки. По этой причине в процессе работы вентилятора АВО, имеющего остаточную циркуляцию, статическое давление по оси его диффузора, а следовательно и в центре теплообменника, снижено по отношению к периферии. Недостаточность статического давления на входе в теплообменник приводит к тому, что охлаждающий воздух через каналы между поверхностями теплообмена поступает с недостаточной скоростью, формируя застойную зону. С увеличением углов установки лопаток рабочего колеса вентилятора увеличивается интенсивность вихревого движения, что приводит к возникновению режима обратных течений через теплообменник. Эффективность теплообменных секций падает из-за уменьшения поверхности фактического теплообмена, так как центральная область теплообменных секций фактически является застойной зоной. Кроме того, поток охлаждающего воздуха имеет высокую неравномерность поля скоростей, что не только снижает эффективность теплообмена, но и дополнительно приводит к росту гидравлического сопротивления при проходе охлаждающего воздуха через ребра пучков труб теплообменных секций. Остаточная циркуляция охлаждающего воздуха может достигать значительных величин, при этом поток набегает на оребренные трубы теплообменных секций под переменным большим углом рассогласования по отношению к ребрам. Так как ребра охлаждения на трубах теплообменных секций фактически формируют вертикальные щели-каналы, то для эффективного охлаждения необходимо, чтобы угол входа потока в межтрубное пространство как можно ближе совпадал с вертикальными щелями-каналами.According to the Helmholtz and Bernoulli equations, a characteristic feature of irrotational circulating motion is a decrease in static pressure as the radius of the vortex tube decreases. For this reason, during operation of the ABO fan, which has residual circulation, the static pressure along the axis of its diffuser, and therefore in the center of the heat exchanger, is reduced with respect to the periphery. The lack of static pressure at the inlet to the heat exchanger leads to the fact that the cooling air through the channels between the heat exchange surfaces enters at an insufficient speed, forming a stagnant zone. With an increase in the angles of installation of the blades of the impeller of the fan, the intensity of the vortex movement increases, which leads to the emergence of a reverse flow regime through the heat exchanger. The efficiency of the heat exchange sections decreases due to a decrease in the surface of the actual heat exchange, since the central region of the heat exchange sections is actually a stagnant zone. In addition, the flow of cooling air has a high non-uniformity of the velocity field, which not only reduces the heat transfer efficiency, but also additionally leads to an increase in hydraulic resistance when cooling air passes through the edges of the tube bundles of the heat exchange sections. The residual circulation of cooling air can reach significant values, while the flow runs on the finned tubes of the heat exchange sections under an alternating large angle of mismatch with respect to the ribs. Since the cooling fins on the tubes of the heat-exchange sections actually form vertical slots-channels, for effective cooling it is necessary that the angle of entry of the flow into the annulus coincides as close as possible with the vertical slots-channels.
Для существенного повышения аэротермодинамической эффективности АВО, то есть снижения энергозатрат на понижение энтальпии охлаждаемого газа необходимо устранить остаточное циркуляционное движение охлаждающего воздуха в диффузоре, обеспечив равномерную его поступательную скорость на входе в теплообменные секции. In order to significantly increase the aerothermodynamic efficiency of the air-cooling system, that is, to reduce the energy consumption for lowering the enthalpy of the cooled gas, it is necessary to eliminate the residual circulating movement of cooling air in the diffuser, ensuring its uniform translational speed at the inlet to the heat-exchange sections.
Известен способ повышения аэротермодинамической эффективности, реализуемый в устройстве предназначенном для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов [2]A known method of increasing aerothermodynamic efficiency, implemented in a device designed for cooling gas at compressor stations of gas pipelines [2]
Указанный АВО состоит из горизонтально расположенных секций коллекторного типа, собранных из оребренных биметаллических труб, которые обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого снизу осевыми вентиляторами с приводами от тихоходных электродвигателей. Теплообменные секции включают камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб. Однако, остаточное циркуляционное движение за осевым вентилятором способствует неравномерному распределению охлаждающего воздуха на входе в теплообменные секции, несогласованности вектора скорости с положением ребер биметаллических труб, и как результат - существенному перерасходу мощности электродвигателей при недостаточной теплоотдаче, то есть характеризуется недостаточной аэротермодинамической эффективностью.The specified ABO consists of horizontally arranged sections of the collector type, assembled from finned bimetallic pipes, which are blown by a stream of air pumped from below by axial fans driven by low-speed electric motors. Heat-exchange sections include chilled gas supply and exhaust chambers containing tube boards with holes in which the ends of finned tubes are sealed. However, the residual circulation movement behind the axial fan contributes to an uneven distribution of cooling air at the inlet to the heat exchange sections, inconsistency of the velocity vector with the position of the edges of the bimetallic pipes, and as a result, a significant overspending of the power of the electric motors with insufficient heat transfer, that is, is characterized by insufficient aerothermodynamic efficiency.
Наиболее близким по исполнению к предлагаемому способу повышения аэротермодинамической эффективности АВО путем изменения скорости охлаждающего воздуха, и тем самым частичного снижения неравномерности поступления охлаждающего воздуха на теплообменные поверхности, является способ повышения аэротермодинамической эффективности реализуемый в АВО состоящем из горизонтально расположенных теплообменных секций коллекторного типа, включающих камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб, осевого вентилятора, включающего в себя коллектор, корпус, рабочее колесо с лопатками и диффузор, центральной части которого установлен S-образный дефлектор, а в периферийной части теплообменной секции установлены два лопастных дефлектора. [3].The closest in execution to the proposed method to increase the aerothermodynamic efficiency of the air cooler by changing the speed of the cooling air, and thereby partially reduce the unevenness of the flow of cooling air to the heat exchange surfaces, is a method of increasing the aerothermodynamic efficiency implemented in the air cooler consisting of horizontally located collector-type heat-exchanging sections, including supply chambers and venting cooled gas containing tube boards with openings into which elany ends of the finned tubes, the axial flow fan, comprising a manifold body, impeller blades and the diffuser, the central part of which is mounted S-shaped deflector and a peripheral portion of the heat transfer section two deflector vane installed. [3].
Данный способ повышения аэротермодинамической эффективности АВО позволяет создать более равномерную подачу охлаждающего воздуха на входе в теплообменные секции, что увеличивает эффективность расхода воздуха для охлаждения газа за счет перераспределения охлаждающего воздуха по поверхности теплообменных секций и снижения сопротивления пучков оребренных труб.This method of increasing the aerothermodynamic efficiency of ABO allows you to create a more uniform supply of cooling air at the inlet to the heat exchange sections, which increases the efficiency of the air flow for cooling the gas by redistributing the cooling air over the surface of the heat exchange sections and reducing the resistance of the bundles of finned tubes.
Однако подача охлаждающего воздуха в центральную часть теплообменных секций с помощью S-образного дефлектора, состоящего из двух половин и формирующего два оппозитных центральносимеричных относительно оси диффузора воздухозаборных канала приводит к увеличению безвихревой циркуляции потока в центре диффузора, тем самым существенно увеличивая потери энергии охлаждающего воздуха при его поступлении на поворотные лопатки, что снижает эффективность S-образного дефлектора. Кроме того S-образный дефлектор обладает большим собственным сопротивлением, уменьшая проточное сечение диффузора. Лопастные дефлекторы, имеющие прямолинейные образующие, не устраняют существенную неравномерность угла входа на них охлаждающего воздуха, обусловленную его остаточной циркуляцией в периферийной части теплообменных секций. Таким образом, данный способ не позволяет устранить остаточную циркуляцию охлаждающего воздуха в диффузоре, способствуя только локальному улучшению течения воздуха в области входа на теплообменную поверхность, тем самым не позволяя существенно повысить аэротермодинамическую эффективность АВО.However, the supply of cooling air to the central part of the heat-exchange sections using an S-shaped deflector consisting of two halves and forming two opposite central-symmetric air intake channels with respect to the diffuser axis leads to an increase in the vortex-free circulation of the flow in the center of the diffuser, thereby substantially increasing the energy loss of the cooling air during entering the rotary blades, which reduces the efficiency of the S-shaped deflector. In addition, the S-shaped deflector has a large intrinsic resistance, reducing the flow section of the diffuser. Vane deflectors with straight-line generators do not eliminate the significant unevenness in the angle of entry of cooling air to them, due to its residual circulation in the peripheral part of the heat-exchange sections. Thus, this method does not allow to eliminate the residual cooling air circulation in the diffuser, contributing only to a local improvement in the air flow in the area of entry to the heat exchange surface, thereby not allowing to significantly increase the aerothermodynamic efficiency of the air cooler.
Задачей заявленного изобретения является повышение аэротермодинамической эффективности АВО.The objective of the claimed invention is to increase the aerothermodynamic efficiency of ABO.
Поставленная задача решается тем, что в способе повышения аэротермодинамической эффективности аппарата воздушного охлаждения, включающем в себя подачу охлаждающего воздуха через всасывающий коллектор в корпус вентилятора на лопатки его рабочего колеса, преобразование механической энергии вращения рабочего колеса в потенциальную энергию статического давления и кинетическую энергию поступательного и остаточного циркуляционного движения охлаждающего воздуха в диффузоре через дефлекторы, изменяющие поступательную и остаточную циркуляционную скорость его подачи на теплообменные секции, образованные пучками оребренных труб с перемещаемым по ним охлаждаемым газом, энтальпия которого снижается за счет теплоотдачи от газа воздуху, часть охлаждающего воздуха подают через всасывающий коллектор по периметру корпуса вентилятора с лопаток рабочего колеса на лопатки периферийного направляющего лопаточного аппарата на входе в диффузор, закручивают его в направлении, противоположном остаточному циркуляционному движению охлаждающего воздуха от вращения лопаток рабочего колеса в циркуляционное движение по периметру диффузора, смешивают в процессе движения в диффузоре до теплообменных секций с частью охлаждающего воздуха, имеющего остаточную циркуляцию по направлению вращения лопаток рабочего колеса и направляют смешенный поток с поступательной скоростью без остаточного циркуляционного движения на теплообменные секции.The problem is solved in that in a method for increasing the aerothermodynamic efficiency of an air-cooling apparatus, which includes supplying cooling air through a suction manifold to a fan casing on the blades of its impeller, converting the mechanical energy of rotation of the impeller into potential energy of static pressure and kinetic energy of translational and residual circulation movement of cooling air in the diffuser through deflectors that change the translational and residual circuits the ablation rate of its supply to heat exchange sections formed by bundles of finned tubes with cooled gas moving through them, the enthalpy of which decreases due to heat transfer from the gas to the air, part of the cooling air is supplied through the intake manifold along the perimeter of the fan casing from the impeller blades to the blades of the peripheral guide vane apparatus at the entrance to the diffuser, twist it in the opposite direction to the residual circulating movement of cooling air from the rotation of the blades about the wheels in the circulation movement along the perimeter of the diffuser, mix in the process of movement in the diffuser to the heat exchange sections with a part of the cooling air having a residual circulation in the direction of rotation of the impeller blades and direct the mixed flow at a translational speed without residual circulation movement to the heat exchange sections.
При безвихревой остаточной циркуляции охлаждающего воздуха за лопатками рабочего колеса вентилятора, количество охлаждаемого воздуха, подаваемого на лопатки периферийного направляющего лопаточного аппарата на входе в диффузор и закручиваемого в направлении, противоположном остаточному циркуляционному движению охлаждающего воздуха от вращения лопаток рабочего колеса, в циркуляционное движение по периметру диффузора, определяется соотношением: Qц=0,5Q.With irrotational residual cooling air circulation behind the blades of the fan impeller, the amount of cooled air supplied to the blades of the peripheral guide vanes at the inlet of the diffuser and swirl in the direction opposite to the residual circulating movement of cooling air from the rotation of the blades of the impeller into the circulation movement around the perimeter of the diffuser , is given by: Q i = 0,5Q.
При переменной остаточной циркуляции охлаждающего воздуха за лопатками рабочего колеса количество охлаждающего воздуха, подаваемого на лопатки периферийного направляющего лопаточного аппарата на входе в диффузор и закручиваемого в направлении, противоположном остаточному циркуляционному движению охлаждающего воздуха от вращения лопаток рабочего колеса, в циркуляционное движение по периметру диффузора определяется соотношением:With a variable residual cooling air circulation behind the impeller blades, the amount of cooling air supplied to the blades of the peripheral guide vanes at the inlet of the diffuser and swirl in the direction opposite to the residual circulating movement of cooling air from the rotation of the impeller blades, into the circulation movement around the perimeter of the diffuser is determined by the ratio :
где r1 определяется из интегрального равенства:where r 1 is determined from the integral equality:
Изобретение так же относится к аппарату воздушного охлаждения газа, в котором осуществляется способ, состоящему из горизонтально расположенных теплообменных секций коллекторного типа, включающих камеры подвода и отвода охлаждаемого газа, содержащие трубные доски с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб, осевого вентилятора, включающего в себя коллектор, корпус, рабочее колесо с лопатками и диффузора, в котором установлен дефлектор, отличающийся тем, что дефлектор расположен на входе в диффузор и выполнен в форме периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа для изменения направления циркуляционной скорости на выходе с лопаток на противоположное по отношению к ее направлению на входе в дефлектор.The invention also relates to an apparatus for air cooling of gas, in which a method is carried out, consisting of horizontally arranged collector-type heat-exchange sections, including chilled gas supply and exhaust chambers, containing tube boards with holes in which the ends of finned tubes are sealed, of an axial fan, including a collector, a housing, an impeller with blades and a diffuser, in which a deflector is installed, characterized in that the deflector is located at the entrance to the diffuser and is made in the form of a perifer ynogo guide blading active type for changing the direction of circulation velocity at the exit from the blades to the opposite with respect to its direction of inlet deflector.
При безвихревой остаточной циркуляции охлаждающего воздуха за лопатками рабочего колеса вентилятора, диаметр обечайки периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа, определяющий длину его лопаток, устанавливается соотношением:With irrotational residual cooling air circulation behind the blades of the fan impeller, the diameter of the shell of the peripheral guide vanes of the active type, which determines the length of its blades, is determined by the ratio:
При переменной остаточной циркуляции охлаждающего воздуха за лопатками рабочего колеса вентилятора, диаметр обечайки периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа, определяющий длину его лопаток, устанавливается интегральным равенством:With a variable residual cooling air circulation behind the blades of the fan impeller, the diameter of the shell of the peripheral guide vanes of the active type, which determines the length of its blades, is established by the integral equality:
Сущность предлагаемого изобретения заключается в преобразовании остаточной циркуляции охлаждающего воздуха в диффузоре в статическое давление за счет изменения вектора циркуляции охлаждающего воздуха в периферийный части диффузора на противоположное по отношению к направлению вращения лопаток рабочего колеса. В процессе движения двух осесиметричных потоков охлаждающего воздуха: одного - в центральной части по оси диффузора, остаточная циркуляция которого совпадает с направлением вращения рабочего колеса, и второго, представляющего собой переферийное кольцевое течение потока воздуха с циркуляцией, направленной против вращения лопаток рабочего колеса по винтовой линии в направлении к теплообменным секциям происходит смешение указанных потоков за счет дисперсии завихренности, и как результат - взаимное уменьшение циркуляций смешенного потока охлаждающего воздуха с возрастанием его статического давления за вычетом потерь на трение. При равенстве моментов количества движения по величине и противоположности по направлению у центрально и периферийного потоков охлаждающего воздуха достигается нулевая циркуляция смешенного потока в области теплообменных секций. Указанное способствует достижению максимально возможной равномерности и согласованности поступления охлаждающего воздуха на теплообменные секции, существенно повышая аэротермодинамическую эффективность АВО. Кроме того, исключение дефлекторов в центральной части диффузора увеличивает его проходное сечение, снижая внутреннее сопротивление, тем самым дополнительно повышая энергоэффективность АВО.The essence of the invention is to convert the residual cooling air circulation in the diffuser into static pressure by changing the cooling air circulation vector in the peripheral part of the diffuser to the opposite relative to the direction of rotation of the impeller blades. During the movement of two axisymmetric flows of cooling air: one in the central part along the axis of the diffuser, the residual circulation of which coincides with the direction of rotation of the impeller, and the second, which is a peripheral annular flow of air flow with circulation directed against the rotation of the impeller blades along a helical line in the direction of the heat exchange sections, these flows are mixed due to the dispersion of vorticity, and as a result, the mutual decrease in the circulation of the mixed flow as cooling air with an increase in its static pressure minus friction losses. If the moments of momentum are equal in magnitude and opposite in direction, the central and peripheral flows of cooling air achieve zero circulation of the mixed stream in the region of the heat-exchange sections. The aforementioned contributes to the achievement of the maximum possible uniformity and consistency of the flow of cooling air to the heat exchange sections, significantly increasing the aerothermodynamic efficiency of the ABO. In addition, the exclusion of deflectors in the central part of the diffuser increases its cross-section, reducing internal resistance, thereby further increasing the energy efficiency of the air cooler.
Таким образом, технический результат повышения аэротермодинамической эффективность АВО достигается за счет того, что изменяя циркуляцию части охлаждающего воздуха в направлении, противоположном вращению лопаток рабочего колеса, используют его момент количества движения, то есть кинетическую энергию вращения для преобразования энергии остаточной циркуляции охлаждающего воздуха в статическое давление, устраняя полностью остаточную циркуляцию по всей поверхности теплообменных секций, повышая тем самым экономическую эффективность как вентилятора, так и теплообменных секций АВО.Thus, the technical result of increasing the aerothermodynamic efficiency of the ABO is achieved due to the fact that by changing the circulation of part of the cooling air in the opposite direction to the rotation of the impeller blades, its angular momentum is used, that is, the kinetic energy of rotation to convert the energy of the residual circulation of cooling air to static pressure eliminating completely residual circulation over the entire surface of the heat exchange sections, thereby increasing the economic efficiency to Like a fan, and ABO heat exchange sections.
Техническими результатами использования предлагаемого изобретения являются:The technical results of the use of the invention are:
- устранение остаточной циркуляции воздуха в диффузоре с одновременным увеличением его статического давления;- elimination of residual air circulation in the diffuser with a simultaneous increase in its static pressure;
- повышение энергоэффективности вентилятора аппарата воздушного охлаждения за счет увеличения его статического КПД;- improving the energy efficiency of the fan of the air-cooling apparatus by increasing its static efficiency;
- снижение потерь энергии за счет устранения отрывного вихреобразования на входе в пучки оребренных труб теплообменных секций;- reduction of energy losses due to elimination of tear-off vortex formation at the entrance to the bundles of finned tubes of heat-exchange sections;
- повышение эффективности теплоотдачи за счет улучшения обтекания пучков оребренных труб теплообменных секций.- improving the heat transfer efficiency by improving the flow around the bundles of finned tubes of the heat exchange sections.
На фиг. 1 изображен АВО, реализующий предложенный способ повышения аэротермодинамической эффективности аппарата воздушного охлаждения.In FIG. 1 shows an ABO implementing the proposed method for increasing the aerothermodynamic efficiency of an air cooling apparatus.
На фиг. 2 представлено сечение А-А периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа.In FIG. 2 shows a section AA of an active type peripheral guide vane apparatus.
На фиг. 3 представлено сечение Б-Б лопатки периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа.In FIG. 3 shows a section BB of the blade of the peripheral guide vane apparatus of the active type.
АВО газа 1 состоит из горизонтально расположенных теплообменных секций коллекторного типа 2, включающих камеры подвода и отвода охлаждаемого газа 3, содержащие трубные доски 4 с отверстиями, в которые заделаны концы оребренных труб 5, осевого вентилятора 6, включающего в себя всасывающий коллектор 7, корпус 8, рабочее колесо 9 с лопатками 10 и диффузора 11, на входе в который установлен дефлектор 12, включающий в себя лопатки 13 и обечайку 14, образующие периферийный направляющий аппарат активного типа, сохраняющий численные значения скорости потока охлаждающего воздуха, проходящего через него, изменяя только направление циркуляционной скорости на выходе с лопаток на противоположное по отношению к направлению охлаждающего воздуха на входе в направляющий аппарат.AVO gas 1 consists of horizontally located collector-type heat exchange sections 2, including chilled gas inlet and
При вращении лопаток 10 рабочего колеса 9 вентилятора 6 охлаждающий воздух поступает через всасывающий коллектор 7, корпуса 8 вентилятора 6 на вход в диффузор 11, расслаивается на часть потока охлаждающего воздуха, движущегося в центральной части диффузора с остаточной циркуляцией, совпадающей по направлению с вращением рабочего колеса 9, и часть, обтекающую лопатки 13 периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа 12, взаимодействующую с ними и поворачивающуюся в направление, противоположенное вращению лопаток 10 рабочего колеса 9. Угол входа охлаждающего воздуха α1 на лопатки 13 периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа 12 согласован с направлением движения охлаждающего воздуха со скоростью С1, определяемой диаграммой циркуляционной скорости 
В процессе движения в диффузоре 11 к теплообменным секциям 2 вышеуказанные потоки, движущиеся по спирали Архимеда во взаимопротивоположные стороны, взаимодействуя друг с другом за счет дисперсии завихренности, то есть распространения энергии в соответствии с уравнениями Бернулли, Био-Савара, Гельмгольца преобразуют энергию циркуляционного движения охлаждающего воздуха в его внутреннюю потенциальную энергию. Таким образом, при условии равенства моментов количества циркуляционного движения взаимодействующих потоков, в силу противоположности их направлений, кинетическая энергия циркуляционного движения полностью преобразуется в потенциальную энергию, то есть в статическое давление. За счет энергии поступательного движения и статического давления охлаждающий воздух направляется на пучки оребренных труб 5 теплообменных секций 2 с минимальными потерями энергии на вихреобразование в связи с отсутствием остаточного циркуляционного движения охлаждающего воздуха и равномерным распределением его расходной скорости.In the process of movement in the
Охлаждаемый газ через камеры подвода и отвода 3, содержащие трубные доски 4 по оребренным трубам 5 АВО 1 поступает в зону теплообмена между охлаждающим воздухом и охлаждаемым газом теплообменных секций 2, что способствует снижению энтальпии охлаждаемого газа за счет передачи от него тепловой энергии охлаждающему воздуху. Плавное, безотрывное обтекание, обусловленное отсутствием поперечной циркуляции способствует повышению теплоотдачи между воздухом и газом при существенном снижении требуемой гидравлической мощности для подачи охлаждающего воздуха.Cooled gas through the inlet and
Таким образом, вышеуказанный способ, реализуемый в конкретной конструкции АВО 1, позволяет за счет эффекта энергетического взаимодействия осесиметричных потоков охлаждающего воздуха с разнонаправленной остаточной циркуляцией обеспечить равномерное поступательное движение смешанного охлаждающего водуха на пучки оребренных труб 5 теплообменных секций 2 без остаточной циркуляции, тем самым повысить аэротермодинамическую эффективность АВО за счет повышения эффективности теплоотдачи и снижения потерь на вихреобразование.Thus, the above method, implemented in a specific design of ABO 1, allows, due to the effect of energy interaction of axisymmetric flows of cooling air with multidirectional residual circulation, to ensure uniform translational movement of mixed cooling water to the bundles of finned tubes 5 of heat exchange sections 2 without residual circulation, thereby increasing aerothermodynamic ABO efficiency by increasing heat transfer efficiency and reducing vortex loss.
Абсолютное большинство вентиляторов АВО проектируется на базе принципа радиального равновесия воздушного потока в корпусе 8 вентилятора 6. В этом случае остаточная циркуляция охлаждающего воздуха в диффузоре 11 подчиняется закону ее постоянства, то есть, произведение окружной скорости охлаждающего потока Cu на текущий радиус r есть величина постоянная: Cu* r=const. При этом расходная скорость охлаждающего потока воздуха то есть скорость по оси диффузора 11 постоянна: Ca=const. Таким образом, для обеспечения полного преобразования кинетической энергии циркуляционного движения в статическое давление в результате взаимодействия осесиметричных потоков охлаждающего воздуха вращающихся в противоположенных направлениях, из условия сохранения момента количества движения получаем необходимость равенства объемов охлаждающего воздуха: Qц=0,5Q где Qц - объем охлаждающего воздуха, обтекающего лопатки 13 периферийного направляющего лопаточного аппарата 12, a Q - объем воздуха, поступающего от вентилятора 6 в диффузор 11.The vast majority of ABO fans is designed on the basis of the principle of radial equilibrium of the air flow in the
Для устройства, реализующего вышеуказанный способ, диаметр D1 обечайки 14 периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа 12, при котором обеспечивается полное преобразование кинетической энергии циркуляционного движения в статическое давление определяется по формуле:For a device that implements the above method, the diameter D 1 of the shell 14 of the peripheral guide vanes of the
где D2 - наружный диаметр диффузора 11 (дефлектора 12).where D 2 is the outer diameter of the diffuser 11 (deflector 12).
Для осевого вентилятора 6 в АВО 1 с изменяемой циркуляцией по радиусу лопаток 10 рабочего колеса 9. Расходная скорость Са будет переменной по радиусу в силу закона сохранения массы охлаждающего воздуха. Таким образом, исходя из закона сохранения момента количества движения необходимый объем охлаждающего воздуха, обтекающего лопатки 13 периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа 12 и диаметр D1 его обечайки 14 определяется из интегрального равенства:For
Для устройства, реализующего вышеуказанный способ, внутренний диаметр периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа D1, при котором обеспечивается полного преобразования энергии циркуляционного движения в статическое давление определяется по формуле:For a device that implements the above method, the inner diameter of the peripheral guide vanes of the active type D 1 , which ensures the complete conversion of the energy of the circulation motion into static pressure, is determined by the formula:
где D1 - диаметр обечайки 14 периферийного направляющего лопаточного аппарата 12.where D 1 is the diameter of the
Результаты испытаний АВО вышеуказанной конструкции с осевым вентилятором, выполненным по аэродинамической схеме ОВ-101, имеющим коэффициент статического давления ψ=0,08 и коэффициент подачи ϕ=0,12, а так же периферийным направляющим лопаточным аппаратом, выполненным по схеме НА-100 подтверждают снижение удельной энергоемкости на 25%, то есть до значения Е=1,27, по сравнению с АВО фирмы «Крезо-Луар» (Франция).The test results of the ABO of the above design with an axial fan made according to the aerodynamic design ОВ-101, having a static pressure coefficient ψ = 0.08 and a feed coefficient ϕ = 0.12, as well as a peripheral guide vane made according to the NA-100 scheme, confirm a decrease in specific energy consumption by 25%, that is, to a value of E = 1.27, compared with the ABO firm "Creusot-Loire" (France).
Данные результаты получены при испытании моделей АВО с учетом критериев подобия и статистического метода линейного планирования эксперимента при обеспечении геометрическими параметрами диффузора и периферийного направляющего лопаточного аппарата активного типа равенства моментов количества движения циркуляционных потоков.These results were obtained when testing ABO models taking into account the similarity criteria and the statistical method of linear design of the experiment, while ensuring the geometric parameters of the diffuser and the peripheral guide vanes of the active type of equality of the moments of momentum of circulation flows.
Таким образом, применение данного способа повышения аэротермодинамической эффективности АВО на базе предложенных технических решений, учитывающих специфику конструкции и условий их эксплуатации позволяет поднять на качественно новый уровень аэротермодинамической эффективности АВО, дополнительно способствуя снижению их габаритов и материалоемкости.Thus, the use of this method of increasing the aerothermodynamic efficiency of the ABO on the basis of the proposed technical solutions that take into account the specifics of the design and conditions of their operation allows to raise to a qualitatively new level of aerothermodynamic efficiency of the ABO, further contributing to the reduction of their dimensions and material consumption.
1. (Аэродинамика осевых вентиляторов, И.В. Брусиловский: «Машиносроение», 1986 г., С. - 68-82.)1. (Aerodynamics of axial fans, I.V. Brusilovsky: "Machine building", 1986, S. - 68-82.)
2. (Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения, В.Б. Кунтыш, А.Н. Бессонный и др. СПб.: Недра, 1996, с. 84-85).2. (Basics of calculation and design of air-cooled heat exchangers, V. B. Kuntysh, A. N. Bessonny, et al. St. Petersburg: Nedra, 1996, pp. 84-85).
3. Патент «Аппарат воздушного охлаждения газа» 2617668, аппарат воздушного охлаждения.3. Patent "Apparatus for air cooling of gas" 2617668, apparatus for air cooling.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102731A RU2716341C1 (en) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102731A RU2716341C1 (en) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2716341C1 true RU2716341C1 (en) | 2020-03-11 |
Family
ID=69898270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019102731A RU2716341C1 (en) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2716341C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209695U1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-03-18 | Акционерное Общество "Борисоглебский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Химического Машиностроения" (Ао Борхиммаш) | Air cooler type AVG (modernized) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1373994A1 (en) * | 1986-05-13 | 1988-02-15 | Предприятие "Уралтехэнерго" Производственного Объединения По Наладке,Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Two-jet heat-exchanging unit |
| US20010011007A1 (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-02 | Salman Akhtar | Column fan unit |
| KR20100111807A (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-18 | 주식회사 케이에이치이 | Air cooled a heat exchanger with improved heat transfer performance |
| RU2617668C1 (en) * | 2016-02-20 | 2017-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Югорск" | Gas air cooler |
-
2019
- 2019-01-31 RU RU2019102731A patent/RU2716341C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1373994A1 (en) * | 1986-05-13 | 1988-02-15 | Предприятие "Уралтехэнерго" Производственного Объединения По Наладке,Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Two-jet heat-exchanging unit |
| US20010011007A1 (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-02 | Salman Akhtar | Column fan unit |
| KR20100111807A (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-18 | 주식회사 케이에이치이 | Air cooled a heat exchanger with improved heat transfer performance |
| RU2617668C1 (en) * | 2016-02-20 | 2017-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Югорск" | Gas air cooler |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209695U1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-03-18 | Акционерное Общество "Борисоглебский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Химического Машиностроения" (Ао Борхиммаш) | Air cooler type AVG (modernized) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2621585C2 (en) | Cooling axial fan with axipetal guide blades of the stator | |
| TW202100927A (en) | Liquid-cooled heat dissipation device and vehicle | |
| Jaatinen et al. | Effect of vaneless diffuser width on the overall performance of a centrifugal compressor | |
| CN105240320A (en) | Air supplementation structure of centrifugal compressor and compressor | |
| CN110307183A (en) | A kind of two-way cooling down formula vertical water pump of pumping plant | |
| WO2023226379A1 (en) | Mixed flow fan and ducted air conditioner | |
| RU2716341C1 (en) | Method for increasing aerothermodynamic efficiency of air cooling device and device for its implementation | |
| CN109281850B (en) | Low-noise coaxial double-impeller cooling tower axial flow fan | |
| CN108757571B (en) | Design method of square box type bidirectional water inlet flow passage | |
| CN117450113A (en) | Axial flow fan and guiding device thereof | |
| RU2544895C1 (en) | Vortex power plant of gas compressor unit of compressor station | |
| JP2023134525A (en) | Two piece split scroll for centrifugal compressor | |
| WO2023226365A1 (en) | Mixed flow fan and air duct-type air conditioner | |
| CN208254004U (en) | A kind of liquid nitrogen circulating cooling vortex tube high-efficiency refrigerating system | |
| CN217421632U (en) | Mixed flow fan and ducted air conditioner | |
| GB2494873A (en) | Axial turbine with inlet and outlet volutes for bi-directional air flow | |
| RU2617668C1 (en) | Gas air cooler | |
| CN106677959B (en) | A kind of double-rotary-wheel water turbine used for cooling tower with Archimedian screw shape blade | |
| RU2705787C1 (en) | Air cooling device | |
| RU2301389C2 (en) | Device for convective heating or cooling of metal | |
| CN106677958B (en) | A kind of double-rotary-wheel water turbine used for cooling tower with logarithmic spiral shape blade | |
| CN111795489A (en) | Guide ring and cabinet air conditioner | |
| CN110762050A (en) | Centrifugal fan impeller | |
| RU2667828C2 (en) | Internal combustion engine | |
| CN217682441U (en) | Diversion diffusion structure and washing pump and washing electric appliance with same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210512 Effective date: 20210512 |