壓縮機(jī)設(shè)備冷卻水空氣冷卻裝置的應(yīng)用

畢長健

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，哈爾濱 150000）

0 引言

傳統(tǒng)的空冷設(shè)備在電站機(jī)組中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是該系統(tǒng)占地面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工困難，適用于電站或石化等大型機(jī)組設(shè)備，不適合在某些換熱量小、水量低、冷卻靈活性要求高的冷卻系統(tǒng)中使用，因此我們設(shè)計研發(fā)了一種適用于冷卻要求更加靈活的小型空氣冷卻裝置。該空氣冷卻裝置是針對壓縮機(jī)設(shè)備的冷卻水進(jìn)行降溫散熱的專用設(shè)備。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、噪聲低、振動小、占地面積小等特點，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)、運行經(jīng)濟(jì)、性能可靠、安裝容易、操作簡單。

1 空氣冷卻裝置工作原理

該空氣冷卻裝置的工作原理為：通過冷卻器并聯(lián)，靈活地控制換熱面積，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)設(shè)備的冷卻水流通通路，從而使壓縮機(jī)設(shè)備的冷卻水溫度得到更穩(wěn)定的控制。壓縮機(jī)設(shè)備的冷卻水通過空氣冷卻裝置的臥式水泵加壓使冷卻水流入冷卻器，冷卻器外部由軸流風(fēng)機(jī)帶動空氣流通，使設(shè)備使用水通過冷卻器與流經(jīng)的空氣進(jìn)行換熱，將冷卻水的溫度降低，達(dá)到散熱冷卻的目的，從而達(dá)到設(shè)備使用水的出水溫度要求。該空氣冷卻裝置內(nèi)設(shè)有3臺換熱面積不同的冷卻器，換熱面積大小比例為3∶2∶1。3臺冷卻器以并聯(lián)的方式連接，每臺冷卻器的入口處均設(shè)有一個電動三通閥，可靈活地控制空氣冷卻裝置中3臺冷卻器的進(jìn)出水情況。由于壓縮機(jī)的設(shè)備使用水溫度會隨著當(dāng)時環(huán)境的不同、運行工況的不同而發(fā)生變化，然而設(shè)備使用水的溫度要控制在40℃以下，因此需要該空氣冷卻裝置的調(diào)節(jié)能力更加靈活、多變。當(dāng)壓縮機(jī)的設(shè)備使用水出水溫度較高時，3臺冷卻器同時進(jìn)水，所有軸流風(fēng)機(jī)同時運轉(zhuǎn)，此時該空氣冷卻裝置換熱能力最強(qiáng)，當(dāng)壓縮機(jī)的設(shè)備使用水出水溫度稍低于峰值時，通過電氣控制將軸流風(fēng)機(jī)關(guān)閉一部分，在換熱面積不變的情況下減小風(fēng)量，從而減小換熱量來控制設(shè)備使用水的降溫效果。以此類推可設(shè)置出多檔控制，可以更加靈活地控制壓縮機(jī)設(shè)備使用水的溫度，運行原理如圖1所示。

圖1 空氣冷卻裝置運行原理圖

表1為該裝置各個檔位說明。

通過變換風(fēng)量和換熱器的投入使用情況可靈活地控制換熱量，從而達(dá)到控制設(shè)備冷卻水水溫的目的。在此只介紹5檔，如果有特殊要求，還可只使3臺換熱器進(jìn)水，不開風(fēng)機(jī)增加檔位等。

表1 檔位一風(fēng)側(cè)水側(cè)進(jìn)出口溫度

表2 檔位二風(fēng)側(cè)水側(cè)進(jìn)出口溫度

表3 檔位三風(fēng)側(cè)水側(cè)進(jìn)出口溫度

表4 檔位四風(fēng)側(cè)水側(cè)進(jìn)出口溫度

表5 檔位五風(fēng)側(cè)水側(cè)進(jìn)出口溫度

2 空氣冷卻裝置結(jié)構(gòu)

該空氣冷卻裝置主要由軸流風(fēng)機(jī)、冷卻器、結(jié)構(gòu)框架、膨脹水箱、水管路等主要部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)特點為占地面積小、結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊。如圖2所示。

圖2 空氣冷卻裝置結(jié)構(gòu)圖

2.1 冷卻器

銅管配合鋁翅片的波紋設(shè)計以交錯方式排列。以此保證冷卻器具有更高的熱傳遞性能和更低的空氣阻力；φ16無縫銅管內(nèi)流通設(shè)備冷卻水，和空氣逆流換熱，將流經(jīng)冷卻器的設(shè)備冷卻水降溫。機(jī)組內(nèi)共設(shè)3個冷卻器，在風(fēng)側(cè)，3個冷卻器為并聯(lián)；在水側(cè)，3個冷卻器也為并聯(lián)，通過分配風(fēng)側(cè)和水側(cè)的介質(zhì)的通斷，可以更靈活地調(diào)節(jié)和控制設(shè)備冷卻水的出水溫度，使其達(dá)到壓縮機(jī)設(shè)備冷卻水的溫度要求。經(jīng)多年工作經(jīng)驗總結(jié)，該冷卻器在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面同時具有很高的可信度，而且由于換熱管采用了壁厚為1mm的紫銅管，因此該冷卻器的防腐性能也很出色。

2.2 框架

空氣冷卻裝置結(jié)構(gòu)框架由型鋼焊接制造而成，底座采用槽鋼［126×53×5.5焊接而成，連接框架部分采用槽鋼［100×48×5.3焊接而成，外形美觀，結(jié)構(gòu)堅固，外表面噴涂底漆面漆防腐能力強(qiáng)，保證機(jī)組的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，用來支撐管路、表冷器、風(fēng)機(jī)、膨脹水箱、軸流風(fēng)機(jī)等。支撐膨脹水箱位于機(jī)組最高處，為此設(shè)計了爬梯，便于膨脹水箱的檢測與維修。

2.3 膨脹水箱

膨脹水箱采用304不銹鋼板焊接制造，內(nèi)設(shè)浮球閥和液位浮子開關(guān)。當(dāng)設(shè)備冷卻水的溫度出現(xiàn)波動時，由于液體熱脹冷縮的作用，系統(tǒng)內(nèi)水的體積會有改變，膨脹水箱能夠使系統(tǒng)維持穩(wěn)定：在系統(tǒng)內(nèi)冷卻水的溫度上升，系統(tǒng)內(nèi)的水受熱膨脹時，可以容納設(shè)備冷卻水的體積增加量；而在系統(tǒng)內(nèi)冷卻水的溫度降低而使其體積收縮時，膨脹水箱可為系統(tǒng)補(bǔ)充設(shè)備使用水。在設(shè)備運行中膨脹水箱還同時作為空氣冷卻裝置水管路系統(tǒng)的定壓裝置。浮球閥和液位浮子根據(jù)膨脹水箱水位的高低變化作出相應(yīng)反應(yīng)，當(dāng)水位低于設(shè)定水位時，浮球閥門開啟，而液位浮子則發(fā)出信號，使連接浮球閥的供水管路上的補(bǔ)水泵開啟，對管路系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，確保系統(tǒng)滿水運行。膨脹水箱放置在空氣冷卻裝置頂部，設(shè)備水管路的最高點，水箱采用不銹鋼制作，容積為0.64 m3。膨脹水箱的運行重量約為1t。

2.4 水管路

水管路采用304不銹鋼管焊接而成，將空氣冷卻裝置內(nèi)表冷器、水泵、閥門等設(shè)備聯(lián)接起來。在表冷器水側(cè)入口處均設(shè)有電動三通閥，電動三通閥采用304不銹鋼制造。水管路的最終端進(jìn)出管口采用對焊法蘭連接，方便了該空氣冷卻裝置管路與壓縮機(jī)管路組合件的連接與安裝。

2.5 水 泵

該空氣冷卻裝置水泵采用ISW型單級單吸臥式離心泵。泵軸的絕對同心度及葉輪優(yōu)異的動靜平衡，保證平穩(wěn)運行、無振動。不同材質(zhì)的硬質(zhì)合金密封，保證了不同介質(zhì)輸送均無泄漏。兩個低噪音軸承支撐下的水泵，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，除電機(jī)微弱聲響基本無噪音。該空氣冷卻裝置的水管路系統(tǒng)中，為保證該裝置水系統(tǒng)的運行平穩(wěn)，該空氣冷卻裝置在設(shè)計過程中采用了兩臺水泵并聯(lián)設(shè)計，其中一臺水泵為該空氣冷卻裝置正常運行下使用，而另一臺此時為不工作狀態(tài)；當(dāng)正在運行的水泵出現(xiàn)故障停止工作時，電控系統(tǒng)則發(fā)出信號從而使另一臺水泵繼續(xù)工作，這樣可以在不影響裝置工作的前提下去對出現(xiàn)故障的那臺水泵進(jìn)行維修，保證了該空氣冷卻裝置能夠一直保持工作狀態(tài)，不會出現(xiàn)影響壓縮機(jī)工作效率的狀況。

3 結(jié)論

該空氣冷卻裝置在傳統(tǒng)空冷系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，通過對冷卻器和風(fēng)機(jī)等主要部件的結(jié)構(gòu)改裝及使用方法的改變，提高了空氣冷卻裝置的使用靈活性，降低了空冷設(shè)備的占地面積和施工難度，減小了由于設(shè)備體積龐大而造成的運輸困難。由于該空氣冷卻裝置可靈活的設(shè)置出多檔控制，在壓縮機(jī)設(shè)備使用水溫度不同的情況下，可由不同級別的換熱面積或風(fēng)量來控制換熱量，靈活的控制設(shè)備使用水的出水溫度。

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