ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

При эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения (АВО) можно достичь существенной экономии электроэнергии на привод вентиляторов за счет использования естественной конвекции воздуха в пучках оребренных труб теплообменных секций.

Выполненные расчеты показывают, что эксплуатация АВО без каких-либо конструктивных изменений с отключенными вентиляторами в режиме свободной конвекции воздуха с обеспечением базовой тепловой нагрузки возможна лишь при очень низких температурах атмосферного воздуха ввиду малых коэффициентов теплоотдачи от оребренной поверхности труб. Значительно увеличить продолжительность эксплуатации АВО в течение года с отключенными вентилятор возможно при дополнительном оснащении стандартизированных горизонтальных аппаратов типа АВГ специальными вытяжными устройствами (рис.). Вытяжное устройство 5 представляет собой цилиндр, состыкованный с конфузором 4. Конфузор монтируется над теплообменными секциями аппарата 3. Под секциями размещен диффузор 2 с вентилятором 1. Вытяжное устройство, создавая дополнительную тягу воздуха, при определенной его температуре обеспечивает скорости воздуха, при которых устанавливается устойчивый турбулентный режим его движения, предопределяющий более интенсивный теплообмен, чем при работе АВО без вытяжного устройства в режиме естественной конвекции.

Разработана детальная методика теплоаэродинмического и технико-экономического расчетов вытяжного устройства с определением оптимальных высоты Н и диаметраdустройства, а также максимальной температуры наружного воздухаt₀, при которой возможно отключение вентилятора АВО и обеспечение номинальной теплопроизводительности аппарата. Методика оптимизации основывается на определении минимальных приведенных затрат, основными статьями которых являются расходы на сооружение шахты и электроэнергию, затрачиваемую на привод вентилятора. Чем выше шахта, тем больше экономия электроэнергии, но также растут дополнительные капитальные затраты и наоборот. Кроме того, с уменьшениемdснижается масса шахты, но возрастает ее аэродинамическое сопротивление .

Методика комплексно учитывает годовые климатические данные для района установки АВО, параметры охлаждаемого продукта, геометрию оребренных пучков теплообменных секций аппарата, аэродинамические сопротивления пучка, диффузора и конфузора, охлаждение воздуха в шахте, стоимости электроэнергии и изготовления устройства. Также учтено следующее условие: при расчетной летней температуре наружного воздуха, номинальной теплопроизводительности АВО и включенном вентиляторе самотяга вытяжного устройства должна быть не меньше ее собственного аэродинамического сопротивления.

Разработка выполнена применительно к АВО типа 1АВГ для охлаждения бензина с температурой на входе в аппарат 110 ⁰С, на выходе 50 ⁰С. В аппарате используется колесо осевого вентилятора типа ЦАГИ УК-2М, диаметр колеса - 2800 мм, частота вращения - 3,5 с ^-1. Активная длина труб теплообменных секцийl= 4 м. Компоновка биметаллических оребренных труб в пучке шестирядная шахматная по вершинам равностороннего треугольника. Поперечный фронтальный шаг разбивки трубs ₁ = 64мм, продольный шагs ₂ = 55мм. Коэффициент оребрения труб равен = 20,73. Площадь поверхности теплообмена по оребрениюf= 2324 м ². Номинальная расчетная тепловая нагрузка аппаратаq = 1575кВт.

В результате расчетов получено, что максимальная экономия по приведенным затратам, равная 56%, достигается при высоте шахты Н = 61 м и диаметреd =2,75 м. Соответствующая максимальная температура наружного воздуха, при которой можно отключать вентилятор с обеспечением номинальной тепловой нагрузки равна +15 ⁰С. Представляется, что технически установить на существующий АВО шахту такой высоты без переделки фундамента и опор аппарата проблематично. По нашим оценкам этого делать не потребуется, если ограничиться шахтой следующих габаритов: высота Н = 20 м; диаметрd = 3,5 м. При этом номинальное значение qпри отключенном вентиляторе будет обеспечено, еслиt₀0 ⁰С. Годовая экономия денежных средств составит 34%.

Конструктивно вытяжное устройство выполнено из четырех элементов: одного конфузора высотой 2 м и трех цилиндрических секций, установленных друг на друга каждая высотой 6 м и внутренним диаметром 3,5 м. Секция представляет собой каркас из стандартных уголков, обтянутый по внутренней стороне листовой оцинкованной сталью толщиной 1 мм. Конфузор изготовляется аналогично диффузору. Устойчивость устройства против ветровой нагрузки обеспечивается с помощью тросовых растяжек.

Рис. Схема АВО с вытяжным устройством.