Вихровий повітроохолодник з безперервним видаленням інею

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано на распределительных холодильниках, холодильниках мясной и плодоперерабатывающей промышленности. Прототипом является вихревой воздухоохладитель с устройством для удаления инея с внутренней поверхности труб [1 ]. Вихревой воздухоохладитель представляет собой теплообменник в виде трубы, снаружи которой устроены желоба или рубашка, внутри которых кипит холодильный агент. На входе в трубу установлен специальный осевой вентилятор, закручивающий поток воздуха. Закрученный поток воздуха движется внутри трубы и охлаждается. При охлаждении влажного воздуха в камерах холодильников при отрицательных температурах из него выпадает на холодную внутреннюю поверхность трубы влага в виде кристаллов инея. Осевший на внутренней поверхности трубы иней ухудшает теплопередачу, что влечёт за собой дополнительные энергетические затраты. Для удаления инея с внутренней поверхности трубы внутри её смонтировано устройство, содержащее полый приводной вал с продольным пазом по всей длине, внутри которого установлен винт с гайкой, связанный шпонкой со свободно размещенной на валу втулкой, и жёстко укреплённый на ней щёткодержатель с элементом для крепления щёток. Каждый щёткодержатель содержит жёстко прикреплённый к втулке стержень с осью, расположенный параллельно оси приводного вала, на которой шарнирно закреплена свободно поворачивающаяся пластина с пружиной, одним концом прикрепленной к оси в верхней части пластины, а другим - к стержню. На оси имеется гайка, фиксирующая свободно поворачивающуюся на нем планку, подпружиненную пружиной, один конец которой закреплён на планке, а другой на оси, укреплённой на пластине. Элемент для крепления щёток содержит обойму, прижимную ось, фиксирующую планку, гайку. К втулке через 120° прикреплены планки с роликами, которые центрируют её на валу. Недостатком вихревого воздухоохладителя с непрерывным удалением инея является то, что при сравнительно большой его длине полый вал очистного устройства прогибается, что затрудняет его работу, и кроме того на каждом теплообменнике необходимо устанавливать свой осевой вентилятор. Кроме того, на небольшой длине трубы неэкономично используется завихрение воздуха, которое значительно интенсифицирует теплообмен по сравнению с прямоточным движением воздуха в трубе. Поэтому с энергетической точки зрения вихревое движение воздуха в более длинных труба х для теплообмена более выгодно. Далее, в зависимости от условий эксплуатации возникает потребность изменять характеристики вихря (начальный угол введения потока воздуха в тр убу), что при завихрении потока воздуха лопастями осевого вентилятора обходится значительно дороже, чем специальными завихрителями. Следует также отметить, что механизм очистки является довольно сложным. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования "Вихревого воздухоо хладителя с непрерывным удалением инея" путём снижения капитальных и энергетических затрат и упрощения конструкции. Поставленная задача решается тем, что в "Вихревом воздухоохладителе с непрерывным удаленном инея", содержащем вихревые теплообменники, завихрители, вентилятор, привод очистных механизмов инея, размещенный внутри вихревого теплообменника полый приводной вал с продольным пазом по всей его длине, внутри которого установлен неподвижный винт с гайкой, связанный шпонкой со свободно размещенной на валу втулкой, и укреплённой на последний щёткодержатель со щётками, согласно изобретению воздухоохладитель оснащается специальным завихрителем с отношением его диаметра к диаметру сердечника равным D/d£10 и с углами установки закручивающи х лопастей на входе потока воздуха a=0¸70° и на выходе потока воздуха b=20¸70°, позволяющим производить эффективное завихрение потока воздуха на длине трубы равной L/D£60, где L. - длина трубы; D - диаметр трубы; d диаметр сердечника завихрителя. Для удобства сборки очистного устройства инея приводной вал и винт выполнены из отдельных частей, а для уменьшения прогиба и обеспечения работоспособности очистного устройства вн утри трубы установлена промежуточная опора. Для предотвращения вращения винта и рассоединения его во время работы, последний крайними концами квадратного сечения установлен в опорах с квадратными отверстиями, причём одна из опор является съемной. Соединение валов осуществляется шлицевой муфтой, а соединение винтов винтовой муфтой. С целью интенсификации теплообмена как со сторонывоздуха , так и со стороны холодильного агента, при работе воздухоохладителей в промышленных камерах и с учетом возможных вариантов тепловлажностных режимов (относи-тельная влажность, температура и скорость воздуха) теплообменная поверхность выбрана со следующими характеристиками: коэффициент оребрения g = p ×D n×l = 1 ¸ 10, где n - количество желобов; l =20¸150 мм - ширина желоба; D=50¸800 мм - диаметр трубы; l1=3¸40 мм высота желоба; d=1¸8 мм - толщина стенки трубы; d1=1¸5 мм - толщина стенки желоба. Для упрощения конструкции очистного устройства инея, последнее выполнено в виде сжатой пружины одним концом укреплённой на втулке, а на втором снабжённой щёткодержателем со щёткой. Для обслуживания механизма очистки и промежуточных опор посредине вихревых теплообменников имеются смотровые люки с крышками. При сходе гайки с винта механизма очистки инея, и снова для её зацепления с винтом, при изменении направления вращения вала, на обоих концах винта установлены сжимающиеся пружины, которые создают осевое усилие и способствуют нормальной работе механизма. На фиг. 1 и фиг. 1"а" показан общий вид воздухоо хладителя и сечения по А-А. На фиг. 2"а" завихритель, на фиг.2"б" - развёртка сердечника с лопастями. На фиг. 3 и фиг. 3"а" показан механизм очистки инея с внутренней поверхности трубы ви хревого теплообменника вихревого воздухоо хладителя и сечения по В-В. Вихревой воздухоохладитель включает раму 1, приводную звёздочку 2, вал 3, завихритель 4, крышки люков 5, промежуточную опору 6, теплообменник 7, объединяющий воздуховод 8, центробежный вентилятор 9 с электродвигателем 10, установочную раму 11, опоры 12, очистные механизмы 13, привод очистных механизмов 14, винты 15, трубы 16, желоба 17, завихряющие лопасти 18, сердечник завихрителя 19, наружную обечайку завихрителя 20. В свою очередь механизм очистки инея размещённый внутри трубы 16, включает полый вал 3 с продольным пазом 21 по всей его длине, внутри которого установлен неподвижный винт 15 с гайкой 22, связанной шпонкой 23 со свободно размещённой на валу 3 втулкой 24. К втулке 24 приварены цилиндрические стержни 25, на которые насажены пружины 26. На другом конце пружины установлен щёткодержатель 27 со щёткой 28. К втулке 24 через 120° прикреплены планки 29 с роликами 30, которые центрируют её на валу 3. Ме ханизм имеет три подшипника 31, четыре пружины 32. две опоры с квадратными отверстиями 33, винтовую муфту 34, шлицевое соединение двух частей вала 35, промежуточный подшипник скольжения 36. установленный на промежуточной опоре 6, две гайки 37, втулки для подшипников 38 и 39. Вихревой воздухоохладитель работает следующим образом. Воздух из холодильной камеры через завихрители 4 и вихревые теплообменники 7 засасывается центробежным вентилятором 9. При прохождении потока воздуха через завихритель, последний закручивается и в виде вихря движется внутри тр убы ви хревого теплообменника. Вихревое движение способствует увеличению коэффициента теплоотдачи от воздуха к поверхности трубы более чем в два раза по сравнению с прямолинейным потоком, при одинаковых энергозатратах на привод центробежного вентилятора. На наружной поверхности трубы 16 наварены желоба 17, внутри которых циркулирует холодильный агент, охлаждающий воздух. Пройдя вихревые теплообменники, холодный воздух через объединяющий воздухо вод 8 засасывается центробежным вентилятором 9 и выбрасывается в камеру. Вентилятор приводится в действие электродвигателем 10. Воздухоо хладитель установлен на раме 11. Вихревые теплообменники 7 установлены друг над другом на опорах 12. Внутри каждого вихревого теплообменника установлено очистное устройство инея 13 с внутренней поверхности трубы. Очистное устройство инея приводится во вращение от привода 14 посредством цепной передачи и звёздочек 2. Звёздочки 2, насаженные на полый вал 3, приводят его во вращение вокруг неподвижного винта 15, установленного на раме 1. Посредине трубы вихревого теплообменника имеется люк 5 с крышкой для обслуживания промежуточной опоры 6 и механизма очистки. Завихритель для воздуха выполнен из обечайки 20. сердечника 19 и закручивающи х лопастей 18. Левая часть (см. фиг. 2"а") сердечника выполнена в виде усечённого конуса, а обечайка имеет плавный коллектор, что все вместе способствует уменьшению сопротивления потоку воздуха при входе его в завихритель. При прохождении закрученного теплого и влажного потока воздуха через трубу 16 на её внутренней поверхности, в результате охлаждения, выпадает влага в виде инея (при температуре ниже нуля градусов), который значительно уменьшает коэффициент теплопередачи, а следовательно, и тепловой поток. При достаточно длительном промежутке времени иней значительно уменьшает тепловой поток и воздухоохладитель становится неработоспособным. Для восстановления работы существующи х оребрённых воздухоохладителей необходимо производить оттайку, что связано с нарушением режима охлаждения и трудовыми затратами. В вихревом, предлагаемом, воздухоохладителе удаление инея осуществляется с помощью механизма очистки. Иней с внутренней поверхности трубы снимается щётками 28, размещёнными в щёткодержателе 27. В свою очередь щёткодержатель 27 установлен внутри сжатой пружины 26. Второй конец сжатой пружины установлен на стержень 25. Сжатая пружина всегда обеспечивает надежный контакт щётки 28 с внутренней поверхностью трубы. Стержень 25 приварен к втулке 24. Вращательное и осевое перемещение щёткам передается от втулки 24, которая вращается вместе с полым валом 3 и движется в осевом направлении в результате её жёсткой связи через шпонку 23 с гайкой 22, сопряженной с винтом 15. Шпонка 23 перемещается в осевом направлении по профрезерованному (по всей длине) продольному пазу 21 вала 3. Изменение направления вращения (реверс) изменяет направление осевого перемещения гайки 22, а следовательно втулки 24 и щеток 28. Для ликвидации трения между втулкой и полым валом 3, а также её перекосов к ней приварены через 120° планки 29 с роликами 30, которые центрируют её на валу и значительно уменьшают усилия для перемещения. Жёсткая связь планок 29 с роликами 30 и втулкой 24 и связь втулки посредством шпонки 23 с гайкой 22 препятствует трению гайки 22 о внутреннюю стенку на середине полого вала (максимальный прогиб винта), что также уменьшает сопротивление движению механизма очистки инея. На внутренней поверхности трубы 16 могут быть неровности и выступы в виде нарушения соосности при сварке труб в стык, наплывы и капли металла после сварки, которые создают значительные препятствия движению щёток. В этом случае наличие такого гибкого элемента как сжатая пружина 26 позволяет щёткам 28 пройти через все препятствия в результате возможного сжатия и изгибания пружины. При использовании вихревых теплообменников большой длины полый вал и винт будут иметь значительный прогиб, что затрудняет его эксплуатацию. По этой причине вихревой теплообменник снабжён промежуточной опорой 6 с подшипником скольжения 36. Соединение полых валов выполнено в виде шлицевого соединения 35 (возможна и другая конструкция соединения). Винты 15 соединяются винтовой муфтой 34. Для предотвращения проворачивания винтов и их рассоединения. их противоположные концы имеют квадратное сечение и входят в квадратные отверстия опор 33. Винты фиксируются в опорах гайками 37. При несрабатывании реверса (на чертежах не показан) в крайних положениях щёток в трубе и предотвращения поломки механизма очистки на определённой длине винта отсутствует резьба, что позволяет гайке сойти с резьбы и больше не перемещаться в осевом направлении, вращаясь при этом. В этом случае гайка производит сжатие пружины 32, испытывая осевое усилие. При изменении направления вращения пружина своим усилием способствует зацеплению гайки с винтом и работа механизма очистки восстанавливается. Привод полого вала осуществляется звездочкой 2, которая на шпонке установлена на втулке подшипника 38, а втулка жестко связана с полым валом. Второй конец полого вала установлен на втулке 39. С учетом условий, требуемых холодильной технологией, использование тех или иных холодильных агентов (рассол, аммиак, фреоны), условий прочности, диктуемых правилами техники безопасности, металлов, используемых для изготовления (сталь обыкновенная и нержавеющая, алюминиевые сплавы, медь и др.), также условий теплопередачи геометрические параметры вихревых теплообменников могут претерпевать значительные изменения. Основные характеристики вихревых теплообменников приведены на фиг. 1, сечение А-А, а завихрителей - на фиг.2"а'' и 2"б". При использовании вихревых воздухоохладителей с устройством для удаления инея с внутренней поверхности трубы значительно улучшаются условия работы холодильных камер, так как отпадает необходимость в проведении оттаек, сокращается цикл термической обработки пищевых продуктов и снижается стоимость воздухоо хладителя по сравнению с серийными ребристо-трубными воздухоохладителями. Источники информации 1. Войтко А.М. Устройство для удаления инея с внутренней поверхности трубы. А.с. № 1473461, СССР. 39877 39877 Фиг. 2Б Фиг. 1 Фиг. 2А Фиг. 1А 39877 Фиг. 3 Фиг 3А