Установка для подготовки сжатого воздуха

 

Изобретение предназначено для очистки сжатого воздуха от капельной влаги методом осушения с использованием холода окружающей среды. Установка скомпонована из отдельных модульных осушителей, смонтированных на общем основании и объединенных в батарею распредкамерами перетока с патрубками подачи и отвода воздуха и конденсатосборником. Каждый модульный осушитель включает подающий коллектор-влагоотделитель, собирающий коллектор-влагоотделитель и разделительный коллектор-влагоотделитель с системой теплообменных элементов типа "труба в трубе", посредством которой связаны между собой коллекторы модуля. Коллекторы-влагоотделители имеют цилиндрическую поверхность, причем коллектор имеет многокорпусное исполнение, при котором влажный и сухой отсеки этого коллектора выделены в отдельные корпуса. Корпуса коллекторов-влагоотделителей, выполненные взаимно пересекающимися, секционно объединены с образованием камер входа и камер выхода потоков влажного и сухого воздуха соответственно в коллекторах, а также камер ступенчатого осушения соответственно во влажном отсеке и сухом отсеке коллектора. Теплообменные элементы концами наружных труб подсоединены к коллектору и введены в камеру, а концами внутренних труб связывают коллектор с камерой. Трубы на концах, введенных в камеры отсека имеют секторные вырезы. В камерах установлены вертикальные радиаторы. Внутри камеры отсека перегородкой образован Г-образный канал, соединяющий отсеки через проемы. Технический результат - интенсификация процесса осушения и снижение эксплуатационных затрат за счет организации потоков влажного и сухого воздуха, снижение материалоемкости и габаритных характеристик, упрощение обслуживания и ремонтных работ. 6 ил.

Изобретение относится к системам обработки сжатого воздуха посредством его очистки от капельной влаги методом осушки с использованием холода окружающей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где применяется сжатый воздух в качестве источника энергии или рабочего агента.

Известно устройство для осушки сжатого воздуха, содержащее входной и выходной коллекторы - влагоотделители, к последнему из которых присоединены трубопроводы. Данное устройство снабжено дополнительным коллектором - влагоотделителем с системой трубопроводов, подсоединенных к входному коллектору, внутри которых расположены трубопроводы выходного коллектора, введенные в дополнительный коллектор (см. авт.свид. СССР N 694741, кл. F 24 F 3/14, 1979).

Достижению указанного ниже технического результата при использовании устройства препятствуют следующие недостатки: к внутренним трубам нет доступа, так как в устройстве они имеют многорядное по ширине расположение, и в случае выхода из строя одной из труб нужно отключать всю установку для ремонта.

Известен еще ряд устройств для осушки сжатого воздуха, выполненных в развитие указанного выше устройства с целью интенсификации процесса осушки (см. авт. свид. СССР N 885725, кл. F 24 F 3/14, 1981; авт.свид. СССР N 901745, кл. F 24 F 3/14, 1982; авт. свид. СССР N 943486, кл. F 24 F 3/14, 1982), описанный в обзорной информации ЦИНТИхимнефтемаш (см. серия ХМ-7 Холодильное машиностроение "Подготовка сжатого воздуха в промышленности", 1990).

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для осушки сжатого воздуха, содержащее входной коллектор - влагоотделитель, дополнительный коллектор - влагоотделитель и выходной коллектор - влагоотделитель, связанные системой трубопроводов, подсоединенных к входному коллектору, внутри которых расположены трубопроводы выходного коллектора, введенные в дополнительный коллектор. В этом дополнительном коллекторе установлена трубная решетка, разделяющая его полость на два отсека, первый по ходу потока из которых сообщен своей верхней частью со средней частью второго. Концы трубопроводов входного коллектора, расположенные в отсеках дополнительного коллектора выполнены с направленными вниз скосами (см. авт.свид. СССР N 901745, кл. F 24 F 3/14, 1982).

К числу недостатков прототипа относится потеря работоспособности в случае выхода из строя какой-либо внутренней трубы, доступ к которой из-за многорядного (по ширине) расположения труб возможен только при отключении всего устройства, представляющего собой трехпоточный теплообменный аппарат. В прототипе не представляется возможным регулирование его производительности в целях экономии при снижении потребности осушенного воздуха в различный момент времени. Конструкция дополнительного коллектора - влагоотделителя рассчитана на осаждение капель жидкости в процессе осушки под действием силы тяжести. Осаждение в гравитационном поле возможно при низкой скорости газа, которая достигается в осадительной камере большого объема. В прототипе такой камерой является камера влажного отсека дополнительного коллектора. А основной недостаток осадительной камеры - это ее громоздкость. В такой камере не исключена возможность вторичного уноса, так капли жидкости, стекающие по торцам скошенных концов труб, ударяются о выступающую под скосом часть каждой нижерасположенной трубы, разбрызгиваясь, отбрасываются к стенкам отсека. В этот момент возможно соединение капель с восходящим потоком газа. Во избежание попадания таких капель в сухой отсек конструкция устройства предусматривает установку еще одного влагоотделителя на трубопроводе отводного канала, соединяющего верхнюю часть влажного отсека со средней частью сухого отсека дополнительного коллектора, что дополнительно увеличивает габаритные характеристики устройства, описанного в прототипе.

Техническим результатом, изобретения является интенсификация процесса осушения и снижение эксплуатационных затрат за счет организации потоков влажного и сухого воздуха, снижение материалоемкости и габаритных характеристик, упрощение обслуживания и ремонтных работ.

Указанный технический результат достигается тем, что известная установка для подготовки сжатого воздуха, включающая модульный осушитель, который содержит подающий, разделительный и собирающий коллекторы - влагоотделители, связанные системой теплообменных элементов типа "труба в трубе", подсоединенных к подающему коллектору, введенных концами наружных и внутренних труб соответственно во влажный и сухой отсеки разделительного коллектора, первый из которых сообщен отводным каналом со вторым отсеком, связанным внутренними трубами с собирающим коллектором согласно изобретению скомпонована из отдельных, объединенных в батарею модульных осушителей, имеющих однорядное по ширине расположение труб, и оснащена распредкамерами с патрубками. Особенность заключается также и в том, что каждый модуль снабжен коллекторами колонного типа, корпуса которых взаимно пересекаются и при пересечении секционно объединены так, что образуют внутренние камеры. От пересечения корпусов подающего и собирающего коллекторов образованы камеры входа и выхода потока влажного и осушенного воздуха. Разделительный коллектор имеет многокорпусное исполнение, обусловленное функциональностью его отсеков. Корпуса колонн влажного и сухого отсеков аналогично предыдущим объединены при пересечении с образованием камер ступенчатого осушения в каждом отсеке. В камерах влажного отсека установлены вертикальные радиаторы, а трубы размещены так, что их концы, выполненные с секторными вырезами, разнесены в шахматном порядке отсека. Внутри сухого отсека размещен отводной канал Г - образной формы, через который влажный отсек сообщен с сухим отсеком разделительного коллектора.

Компоновка установки в заявляемом решении по модульному принципу из отдельных осушителей с однорядным по ширине расположением труб упрощает проверку отдельных составных частей каждого осушителя. При таком построении системы подготовки воздуха обеспечивается работоспособность всей установки без отключения ее на ремонт, так как появляется возможность заглушения одного или нескольких модулей, а также одной или нескольких труб в модуле. В этой связи возможно регулирование производительности установки при снижении потребности осушенного воздуха. Форма коллекторов в заявляемом решении круглого поперечного сечения принята, исходя из соображений снижения металлоемкости, так как стенки камер прямоугольного сечения, воспринимая давление сжатого газа, работает на изгиб. Взаимно пересекающиеся корпуса колонн коллекторов позволяют создать необходимый для осуществления процесса объем внутренней камеры, не увеличивая диаметр поперечного сечения. Образование камер ступенчатого осушения при пересечении корпусов разделительного коллектора многокорпусного исполнения позволяет решить задачу повышения степени осушения при прохождении потока из камеры в камеру при организации процесса как под действием силы тяжести во влажном отсеке, так и под действием силы инерции в канале Г-образной формы сухого отсека. В осадительных камерах заявляемого решения создан необходимый для гравитационного осаждения объем, однако за счет пересечения корпусов влажного отсека осадительные камеры его более компактны и решают проблему вторичного уноса. Стенки второй камеры являются отражателем, о который ударяется часть газообразного потока, капли отбрасываются к стенкам первой камеры или к поверхности вертикальных радиаторов и стекают на дно камеры.

Заявляемая совокупность признаков, отличающая решение от прототипа, направленная на достижение указанного выше технического результата не выявлена из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критериям патентоспособности изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 - вид сбоку со стороны распредкамер; на фиг. 3 - вид установки со стороны конденсатосборника; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1 (схема движения потоков воздуха в камерах влажного отсека разделительного коллектора).

Возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного результата обеспечивается следующим образом.

Установка для подготовки сжатого воздуха состоит из модульных осушителей 1, смонтированных на едином основании 2. Модульные осушители 1 объединены в батарею распредкамерами перетока с патрубками подачи и отвода воздуха 3,4 и конденсатосборником 5. Каждый осушительный модуль 1 включает подающий коллектор - влагоотделитель 7 и разделительный коллектор - влагоотделитель 8 с системой теплообменных элементов 9 типа "труба в трубе", посредством которой связаны между собой коллекторы модуля. Коллекторы - влагоотделители 6, 7 и 8 имеют цилиндрическую поверхность, причем коллектор 8 имеет многокорпусное исполнение, при котором его влажный и сухой отсеки 10, 11 выделены в отдельные корпуса. Корпуса коллекторов - влагоотделителей 6, 7 и 8, выполненные взаимно пересекающимися, секционно объединены с образованием камер 12, 13 входа и выхода потока соответственно в коллекторе 6 и коллекторе 7, а также камер ступенчатого осушения 14, 15 соответственно во влажном отсеке 10 и сухом отсеке 11 коллектора 8. Камеры 14 влажного отсека 10 концами наружных труб 16 теплообменных элементов 9 связаны с коллектором 6, а коллектор 7 концами внутренних труб 17 теплообменных элементов 9 связан с камерой сухого отсека 11 коллектора 8. Во влажном отсеке 10 концы труб 16, имеющие секторные вырезы 18, разнесены в шахматном порядке по камерам 14 отсека 10. Кроме того в камерах 14 отсека 10 установлены вертикальные радиаторы 19, а в камере 15 сухого отсека 11 перегородкой 20 образован Г - образный канал 21, соединяющий через проемы 22, 23 влажный и сухой отсеки 10, 11 коллектора 8.

Установка работает следующим образом. Сжатый воздух поступает в подающий коллектор 6 и по межтрубному пространству теплообменных элементов поступает в разделительный коллектор 8. При этом воздух охлаждается за счет обдува атмосферным воздухом наружных труб 16 и за счет теплообмена с потоком осушенного воздуха, проходящего по внутренним трубам 17 из камеры 15 коллектора 8 в собирающий коллектор 7. При охлаждении происходит конденсация влаги. Потоком сжатого воздуха сконденсированная влага в виде пленок или капель выносится в камеры 14 отсека 10, где при низкой скорости воздуха, потерявшего давление в большом объеме, происходит осаждение капель жидкости под действием силы тяжести. Осаждение происходит как на поверхности вертикальных радиаторов 19, по которым проходит холодный наружный (атмосферный) воздух, так и на стенках камер 14. Камеры 14 работают как гравитационные сепараторы с отражателями (вертикальные радиаторы и стенки второй камеры отсека 10 по отношению к первой), препятствующими вторичному уносу жидкости из камер 14 отсека 10. Благодаря тому, что трубы 16 размещены в шахматном порядке по камерам 14, имеют секторные вырезы 18 на концах для увеличения площади поперечного сечения на выходе влажного воздуха и закреплены так, что вырезы 18 направлены в одну сторону, восходящий воздушный поток не соединяется с конденсатом, стекающим вниз. Далее воздушный поток через проем 22 попадает в Г - образный канал 21 камеры 15 отсека 11. В канале 21 поток сталкивается с большой поверхностью (диаметр капли неизмеримо мал по отношению к внутреннему диаметру камеры 15) еще больше теряет скорость, отдавая от соударения влагу. Продвигаясь вниз по каналу 21 поток воздуха огибает перегородку 20, пройдя отверстие 23, по трубам 17 поступает в коллектор 7. Таким образом, в камере 15 под действием сил инерции, возникающих при изменении направления и скорости потока газа, оставшиеся капли жидкости отделяются, осаждаясь на перегородке 20 и стенках камеры 15, тем самым процесс осушки воздуха завершается. После прохождения отверстия 23, воздушный поток еще раз изменяет скорость и направление перед тем, как попасть к трубам 17, что дополнительно создает условия инерционной сепарации как бы во второй ступени камеры 15.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: - установка для подготовки сжатого воздуха предназначена для очистки от капельной влаги потока сжатого воздуха, используемого в качестве источника энергии или рабочего агента в различных отраслях промышленности; -подтверждена возможность осуществления изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы с помощью описанных в заявке средств; - при осуществлении заявленного изобретения обеспечивается достижение технического результата, состоящего в повышении степени осушения, снижении эксплуатационных затрат за счет организации потоков влажного и сухого воздуха, снижении материалоемкости и габаритных характеристик установки, ремонтопригодности и простоте обслуживания. Преимущество изобретения состоит также и в обеспечении возможности регулирования производительности установки при снижении потребности сжатого воздуха.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию изобретения "промышленная применимость".

Формула изобретения

Установка для подготовки сжатого воздуха, включающая модульный осушитель, содержащий подающий, разделительный и собирающий коллекторы-влагоотделители, связанные системой теплообменных элементов типа "труба в трубе", подсоединенных к подающему коллектору и введенных концами наружных и внутренних труб соответственно во влажный и сухой отсеки разделительного коллектора, первый из которых отводным каналом сообщен со вторым отсеком, связанным внутренними трубами с собирающим коллектором, отличающаяся тем, что она скомпонована из отдельных объединенных в батарею модульных осушителей, имеющих однорядное по ширине расположение труб, оснащена распредкамерами перетока с патрубками, в каждом ее модуле установлены коллекторы колонного типа, взаимно пересекающиеся корпуса которых секционно объединены с образованием камер входа, выхода потока в подающем и собирающем коллекторах соответственно, камер ступенчатого осушения во влажном и сухом отсеках разделяющего коллектора многокорпусного исполнения, причем в камерах влажного отсека установлены вертикальные радиаторы, а трубы размещены так, что их концы, имеющие секторные вырезы, шахматно разнесены по камерам отсека и развернуты вырезами под углом в сторону основания, при этом отводной канал Г-образной формы расположен внутри сухого отсека.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6