引风式空冷器构架设计

符夏颖，郭绍强，洪春凤，杨伟龙，任 凯

(广州高澜节能技术股份有限公司，广东 广州 510663)

构架是用来支承和联接空气冷却器的冷却管束、风机、百叶窗、检修平台等主要部件钢结构件，同时还起到导流空气流通的作用，引风式空冷器大多安装于钢结构件的上面，而空冷器构架可能立于地面的混凝土基础上，也有可能立于不同标高的钢框架上，但由于空冷器构架的高度较低，载荷集中，规格和种类繁多，特别是空冷器与构架的安装和配合要求较高。所以空冷器的构架都不与基础钢框架进行整体设计，而是把空冷器总体作为独立的机电设备，立于基础平台上。空气冷却器作为一种独立的机电设备，其构架的设计需要规范化和标准化。

1 引风式空冷器的构成

空气冷却器又称空冷式散热器、简称空冷器。按照散热器的类型，可分为鼓风式空冷器和引风式空冷器。引风式空冷器主要由散热器(换热管束+风机)、构架、检修平台和梯子等五个主要部件组成，引风式空冷器由于其散热器是采用引风设计，其风室、风机已设计于换热管束顶部，因此其构架的设计相应比较简单。如图1示。

图1 引风式散热器构架结构图

1.1 散热器

散热器是传热的基本部件，它由换热管束、冷却风机构成的一个整体，被冷却的介质在翅片管内通过时，它的热量被管外冷却风机驱动的空气所带走。散热器分鼓风式、引风式两种，散热器的冷却风机一般采用轴流风机。

1.2 构架

构架由钢结构件组成，它支承散热器、检修平台、梯子，并使空气按一定的方向流动。

1.3 检修平台、梯子

检修平台、梯子依托构架来进行支撑，它的作用是为空冷器的安装、操作各检修提供方便。

2 引风式空冷器的特点

引风式空冷器是指空气先穿过散热管束再由风机叶片引出。它的优点是：风机和风筒置于管束之上，对管束有屏蔽作用，能减少雨、雪、冰雹的直接影响。同时，气流穿过管束分布比较均匀，操作稳定性好(图2示)。

图2 引风式空冷器

3 构架设计的一般要求

3.1 构架设计的基本要求

空冷器构架包括立柱、支承梁、斜支撑、拉杆、平台支架、平台、防护栏杆和检修楼梯。

构架的尺寸应与管束和风机的尺寸相配，同一类型、同一长度的管束才能放在同一构架上，不同长度的管束一般不组成同一台空冷器。不同宽度的管束可放在同一构架上，若管束不能占满整个构架时，应对空缺部分加设密封件予以覆盖。构架的各零部件包括立柱、横梁、纵梁、斜支撑等，其中心轴线是构架的受力承载线。构架设计时各轴线应与自身的惯性轴相重合，尽量避免偏心载荷。

构架立柱沿管事长度方向的总跨距(两端立柱中心线的距离)要比构架的长度小300 mm以上，这主要是为了便于空冷器管束进、出水口配管的安装。构架立柱另一方向的宽度跨距，为该构架配套管束宽度之和。

构架的设计，要考虑在运输许可的条件下，尽可能在制造厂预制成部件，成件整体发货，最大限度地减少现场组装。凡需现场组装的零部件都需采用螺栓固定。

3.2 风室的设计要求

对鼓风式散热器由于其风机、风室是设计于管束底部，风室的设计对高度有一定的要求，根据空冷器标准的规定，风室的高度应保证风机的扩散角不超过45°并应与风机直径相匹配(图3示)。

图3 风室扩散角

3.3 强度与刚度的要求

为了保证空冷器高效、平稳安全运行。空冷器构架必须有足够的强度和刚度，使它能够承受管束和百叶窗、平台的全部重量、管线的全部或部分载荷、风机的静载荷及动载荷、风载荷和地震作用等。

3.4 密封

空冷器的传热是靠空气在翅片管间的流动完成的。为了有效地利用空气，必须防止空气泄漏。为此应做到二点，一是构架的风室焊接应采用全焊结构或整板折弯，风室与纵梁、横梁的连接面使用海绵条密封；二是管束与纵梁、横梁连接面使用海绵条密封。

4 构架的型式

构架的型式代号用5组字符串表示，如图4示，构架的型式参数及代号见(表1)。

图4 构架代号说明

表1 构架型式参数及代号

鼓风式水平构架、引风式水平构架其高度根据风机风量计算确定，构架的规格以长×宽(m)、公称尺寸表示。构架的立柱分布在沿管束长度方向尺寸≤9 m时，可设计2根立柱，在该尺寸大于9 m设置3根以上立柱。此外为了避免梁在载荷作用下挠度过大，支撑管事的横梁多采用桁架梁结构。

5 构架载荷计算与分析

构架在进行设计前要对进行载荷计算、内力分析、强度核算。由于其过程比较复杂，在此无法进行一一描述，详细可见《空气冷却器》第七章第3～5节[1]。

6 构架的选型

(1)构架主要受力件是立柱、纵梁、横梁、斜支撑，其材料的选用应满足以下要求：

1)构架材料宜优先选用Q235碳素结构钢，也可选用Q345、Q390等低合金结构钢。

2)材料的化学成分和机械性能应符合GB/T700-2006“碳素结构钢”的各项规定，对低合金钢须符合GB/1591-2008“低合金高强度结构钢”的各项规定。

3)由于沸腾钢脱氧脱不尽，杂质含量不能保证，脆性大，对拉、弯杆件的危害性也很大，不得作为空冷器构架承重结构材料。

4)主要焊接结构件不得使用Q235-A级钢材，在高寒地区，主要受力件如：立柱、纵梁、横梁要使用Q235-D级或更高级的低合金结构钢。

(2)构架的立柱、纵梁、横梁可选用HW型H型钢，其规格根据散热器、百叶窗等组件的重量确定，为了提高材料的使用率，一般立柱、纵梁、横梁使用同一规格的钢材，常用的规格125×125、175×175、200×200。

(3)构架的斜支撑、平台支架、拉杆可使用HW型H钢或工字钢。拉杆可选用角钢，规格须根据构架的强度分析确定。

(4)构架的平台、栏杆可选用扁豆形花纹板和碳素钢管设计。

7 构架的设计

7.1 立柱的设计

图5 立柱与纵梁、斜支撑连接示意图

立柱是构架的主要受力支撑，柱脚与基础连接，顶部与纵梁、横梁连接，中部与斜支撑的拉杆连接，柱脚底部与地基可使用地脚螺栓连接固定或在基础上浇注加强钢板焊接固定，柱脚的钢板厚度应不小于20 mm。为便于安装，柱脚与基础一般采用钢板焊接的设计方式。立柱与纵梁连接见图5，立柱柱脚截面见图6。

图6 立柱柱脚截面图

立柱顶部与纵梁连接，顶部焊接钢板，钢板厚度与柱脚钢板厚度一致，钢板宽度应比纵梁宽度单侧大10 mm以上，与纵梁连接的横梁可置于上面，使横梁的载荷可分布到立柱上，如图7示。

图7 立柱顶部与纵梁、横梁连接

立柱顶部、中部、底部焊接连接拉杆、斜支撑的连接板，连接板的焊接位置应保持与立柱的受力中心一致，连接板厚度应大于立柱翼板的厚度,见图6。

7.2 纵梁、横梁的设计

图8 纵梁长度示意图

图9 横梁与斜支撑、拉杆示意图

纵梁是指与散热器长度同向的梁，纵梁下面与立柱、斜支撑连接上面与散热器连接，由于平台是使用纵梁作为支撑，因此纵梁的设计应结合平台的宽度及散热器的总长度确定，见图8。

横梁是指与散热器宽度同向的梁，横梁置于立柱上与纵梁连接，横梁下面与斜支撑连接，见图9。

7.3 斜支撑、拉杆的设计

斜支撑是连接立柱与纵梁、横梁的受力支撑件，拉杆则是连接斜支撑与立柱的连接件，斜支撑与立柱、纵梁、横梁连接的面板厚度应大于立柱、纵梁、横梁的翼板厚度，见图10。

图10 斜支撑与横梁、纵梁连接示图

7.4 检修平台、栏杆、梯子的设计

检修平台、栏杆、梯子主要作用是为空冷器在安装、维护时提供方便及安全防护，平台利用纵梁作为支撑连接，平台的宽度应不小于800 mm，平台内侧距散热器的距离应小于100 mm，见图示8尺寸C处。

栏杆设计的平台的两侧，对在平台上行走提供安全防护，栏杆的高度应不小于1200 mm，见图示8尺寸B处，栏杆可使用低压流体输送用焊接钢管。

梯子分笼式钢直梯和钢斜梯子二种，土建条件许可，一般采用钢斜梯更佳，钢斜梯与水平面的倾角应优选30～35°，受条件限制时最大角度应不超过45°，钢直梯与钢斜梯的踏点载荷应不小于1kN。

8 构架的表面处理方式

构架的表面处理根据使用要求环境确定，一般对表面进行热浸锌处理，然后喷涂环氧防锈底漆+氟碳面漆处理。氟碳面漆的耐候性、耐热性、耐低温性，较强，适合各种恶劣的使用环境。

9 结论

对立柱、纵梁、横梁选用同一规格的材料有利于提高原材料的使用率，有效降低产品成本，按照上述结构方式设计，对不同规格的散热器只须调整相应立柱的高度、纵梁、横梁的长度即可快速完成新构架设计，进一步对构架的设计进行规范化、标准化有利于提高产品的设计效率与产品的质量，为企业创造更大的效益。