压缩机设备冷却水空气冷却装置的应用

毕长健

（哈尔滨空调股份有限公司，哈尔滨 150000）

0 引言

传统的空冷设备在电站机组中已经得到了广泛应用，但是该系统占地面积大、结构复杂、施工困难，适用于电站或石化等大型机组设备，不适合在某些换热量小、水量低、冷却灵活性要求高的冷却系统中使用，因此我们设计研发了一种适用于冷却要求更加灵活的小型空气冷却装置。该空气冷却装置是针对压缩机设备的冷却水进行降温散热的专用设备。该装置具有结构紧凑、效率高、噪声低、振动小、占地面积小等特点，产品适应性强、运行经济、性能可靠、安装容易、操作简单。

1 空气冷却装置工作原理

该空气冷却装置的工作原理为：通过冷却器并联，灵活地控制换热面积，调节压缩机设备的冷却水流通通路，从而使压缩机设备的冷却水温度得到更稳定的控制。压缩机设备的冷却水通过空气冷却装置的卧式水泵加压使冷却水流入冷却器，冷却器外部由轴流风机带动空气流通，使设备使用水通过冷却器与流经的空气进行换热，将冷却水的温度降低，达到散热冷却的目的，从而达到设备使用水的出水温度要求。该空气冷却装置内设有3台换热面积不同的冷却器，换热面积大小比例为3∶2∶1。3台冷却器以并联的方式连接，每台冷却器的入口处均设有一个电动三通阀，可灵活地控制空气冷却装置中3台冷却器的进出水情况。由于压缩机的设备使用水温度会随着当时环境的不同、运行工况的不同而发生变化，然而设备使用水的温度要控制在40℃以下，因此需要该空气冷却装置的调节能力更加灵活、多变。当压缩机的设备使用水出水温度较高时，3台冷却器同时进水，所有轴流风机同时运转，此时该空气冷却装置换热能力最强，当压缩机的设备使用水出水温度稍低于峰值时，通过电气控制将轴流风机关闭一部分，在换热面积不变的情况下减小风量，从而减小换热量来控制设备使用水的降温效果。以此类推可设置出多档控制，可以更加灵活地控制压缩机设备使用水的温度，运行原理如图1所示。

图1 空气冷却装置运行原理图

表1为该装置各个档位说明。

通过变换风量和换热器的投入使用情况可灵活地控制换热量，从而达到控制设备冷却水水温的目的。在此只介绍5档，如果有特殊要求，还可只使3台换热器进水，不开风机增加档位等。

表1 档位一风侧水侧进出口温度

表2 档位二风侧水侧进出口温度

表3 档位三风侧水侧进出口温度

表4 档位四风侧水侧进出口温度

表5 档位五风侧水侧进出口温度

2 空气冷却装置结构

该空气冷却装置主要由轴流风机、冷却器、结构框架、膨胀水箱、水管路等主要部分构成，结构特点为占地面积小、结构设计紧凑。如图2所示。

图2 空气冷却装置结构图

2.1 冷却器

铜管配合铝翅片的波纹设计以交错方式排列。以此保证冷却器具有更高的热传递性能和更低的空气阻力；φ16无缝铜管内流通设备冷却水，和空气逆流换热，将流经冷却器的设备冷却水降温。机组内共设3个冷却器，在风侧，3个冷却器为并联；在水侧，3个冷却器也为并联，通过分配风侧和水侧的介质的通断，可以更灵活地调节和控制设备冷却水的出水温度，使其达到压缩机设备冷却水的温度要求。经多年工作经验总结，该冷却器在结构强度方面同时具有很高的可信度，而且由于换热管采用了壁厚为1mm的紫铜管，因此该冷却器的防腐性能也很出色。

2.2 框架

空气冷却装置结构框架由型钢焊接制造而成，底座采用槽钢［126×53×5.5焊接而成，连接框架部分采用槽钢［100×48×5.3焊接而成，外形美观，结构坚固，外表面喷涂底漆面漆防腐能力强，保证机组的结构强度，用来支撑管路、表冷器、风机、膨胀水箱、轴流风机等。支撑膨胀水箱位于机组最高处，为此设计了爬梯，便于膨胀水箱的检测与维修。

2.3 膨胀水箱

膨胀水箱采用304不锈钢板焊接制造，内设浮球阀和液位浮子开关。当设备冷却水的温度出现波动时，由于液体热胀冷缩的作用，系统内水的体积会有改变，膨胀水箱能够使系统维持稳定：在系统内冷却水的温度上升，系统内的水受热膨胀时，可以容纳设备冷却水的体积增加量；而在系统内冷却水的温度降低而使其体积收缩时，膨胀水箱可为系统补充设备使用水。在设备运行中膨胀水箱还同时作为空气冷却装置水管路系统的定压装置。浮球阀和液位浮子根据膨胀水箱水位的高低变化作出相应反应，当水位低于设定水位时，浮球阀门开启，而液位浮子则发出信号，使连接浮球阀的供水管路上的补水泵开启，对管路系统进行补水，确保系统满水运行。膨胀水箱放置在空气冷却装置顶部，设备水管路的最高点，水箱采用不锈钢制作，容积为0.64 m3。膨胀水箱的运行重量约为1t。

2.4 水管路

水管路采用304不锈钢管焊接而成，将空气冷却装置内表冷器、水泵、阀门等设备联接起来。在表冷器水侧入口处均设有电动三通阀，电动三通阀采用304不锈钢制造。水管路的最终端进出管口采用对焊法兰连接，方便了该空气冷却装置管路与压缩机管路组合件的连接与安装。

2.5 水 泵

该空气冷却装置水泵采用ISW型单级单吸卧式离心泵。泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行、无振动。不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。两个低噪音轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响基本无噪音。该空气冷却装置的水管路系统中，为保证该装置水系统的运行平稳，该空气冷却装置在设计过程中采用了两台水泵并联设计，其中一台水泵为该空气冷却装置正常运行下使用，而另一台此时为不工作状态；当正在运行的水泵出现故障停止工作时，电控系统则发出信号从而使另一台水泵继续工作，这样可以在不影响装置工作的前提下去对出现故障的那台水泵进行维修，保证了该空气冷却装置能够一直保持工作状态，不会出现影响压缩机工作效率的状况。

3 结论

该空气冷却装置在传统空冷系统的工作原理基础上，通过对冷却器和风机等主要部件的结构改装及使用方法的改变，提高了空气冷却装置的使用灵活性，降低了空冷设备的占地面积和施工难度，减小了由于设备体积庞大而造成的运输困难。由于该空气冷却装置可灵活的设置出多档控制，在压缩机设备使用水温度不同的情况下，可由不同级别的换热面积或风量来控制换热量，灵活的控制设备使用水的出水温度。

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