水平引风式空气冷却器用环境调节装置的制作方法

本发明涉及高压喷射雾化及传热技术领域，具体说是一种水平引风式空气冷却器用环境调节装置。

背景技术：

循环冷却系统在工业领域中是不可缺少的，以空气作为冷却介质的空冷系统，以其优秀的节能环保表现，多年来在国内外获得广泛应用，其工作原理是冷空气横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷凝或冷却。空气冷却器是空冷系统的核心设备，可分为鼓风式、引风式和自然风式三种。其布置结构常见的有水平式、斜顶式、立式等。斜顶鼓风式空冷器常用于电站汽轮机蒸汽冷凝，水平引风式空冷器常用于石油化工、煤化工、油气加工生产中的生产介质的冷却。

空气冷却器的设计，要依据当地气候条件，设备运行需求，选定设计温度，从而确定所需的换热面积。空气冷却器设备对环境温度较为敏感，若温度超出设计温度，设备冷却能力将有所下降，严重时会影响到工艺产品质量，带来安全隐患。有时，为了保障生产安全，不得不在高温时段减小运行负荷，降低产能来应对高温。所以，有效解决气候变化对空气冷却器的影响是至关重要的。

针对这样的问题，相关技术人员开展了不同技术层面的研究分析。如申请公布号为cn101614487的发明专利公开的“一种空冷凝汽器尖峰冷却装置”，该技术方案包括风机、表面式散热器、冷却水管道、喷嘴等。主要是采用以增加水冷却的方式，在夏季高温时段，辅助冷却蒸汽。其方案主要是增加换热设备，投入成本较高，对原有设备改动较大。为解决夏天较短时间内的换热效果，更多考虑采用辅助性质的系统来满足要求。

如授权公告号cn201652683u的实用新型专利公开的“一种电站直接空冷系统x形雾化增湿降温装置”，该技术方案针对电站空冷系统斜顶鼓风式空冷器而设计，主要由分水罐、供水支管，喷嘴，金属软管等组成，在“a”型钢架内顶部，以下落的方式由上向下喷水，以增加空气湿度。该布置方式采用低压水，以高度落差来增加液滴在空气中的停留时间，但未考虑液滴大小，以及雾化覆盖面积，液滴在空气中容易无法完全蒸发，而直接下落到地面上。

如授权公告号cn208487710u的实用新型专利公开的“一种结合导流板的空冷凝汽器喷雾增湿降温系统”，该技术方案也是针对电站空冷系统斜顶鼓风式空冷器设计的，由水箱、多级离心泵、调节阀、导流板等组成。主要采用导流板将风机出口处空气进行导流，并将水喷射到导流板上方，以增加空气湿度，从而降温。其缺陷与上文提到的雾化增湿降温装置基本一致。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水平引风式空气冷却器用环境调节装置，可在夏季高温时段，通过将冷却液高压微细雾化，改善空气冷却器空气侧环境，使空气冷却器换热能力提升，保障其安全运行，从而满足冷却系统工艺要求。其具有水利用率高、冷却效率高、成本低等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该水平引风式空气冷却器用环境调节装置包括供水组件（1）、管路组件（2）、监测控制系统（4）；

供水组件（1）包括带有液位计（15）的水箱（14），水箱（14）的前端设有一级过滤器（12）、第一电动阀（13）以及一级安全阀（11），水箱（14）的后端设有二级安全阀（16）以及第二电动阀（17）；

管路组件（2）包括通过软管和二级过滤器（26）相连的若干组高压泵管路，各组管路的包括高压泵（25）、设置在高压泵（25）前端的第四电动阀（27）、设置在高压泵（25）后端的第三电动阀（22）和排空阀（23）以及由第三电动阀（22）控制的若干设置在管路末端的高压雾化喷嘴（21），其技术要点是：

监测控制系统（3）包括环境温度传感器（32）、湿度传感器（31）、风速传感器（33）、风向传感器（34）、翅片温度传感器（35）、用于储存控制数据的硬盘、用于处理各传感器传入数据以及发送控制信号的cpu。

本发明还提供了上述装置的控制方法，其技术要点是，包括以下步骤：

步骤1，在实验室环境下模拟冷却翅片的工作环境；

步骤2，分别测定由湿度/风速的标准曲线，以及湿度/风速的模拟曲线；

步骤3，从模拟曲线中提取与标准曲线相似度>90%的参数值，并作为数据集；

步骤4，将步骤3的数据集作为数据库存储在监测控制系统（3）的硬盘中，实时比对环境参数与数据库中的参数值，以控制管路组件（2）的电动阀。

本发明的有益效果：整体技术方案上，本发明可实时监测影响冷却强度的各环境参数，并做出最优的反馈控制，以最低能耗达到最佳的冷却效果。

具体而言：传感器包括用于监测环境的温度和湿度传感器、风速传感器、风向传感器。

其中，温、湿度传感器可综合判断当前环境中的热量传导（散发）速度，例如在5~10℃环境中，湿度越高，热传导效果越好。则此时，可适当降低水雾喷射量。

风速、风向传感器可综合判断环境风对水雾，则用于判断环境风对水雾喷射位置与喷射范围的影响，以冷却转轴竖直设置的空冷设备为例，其风机散热翅片通常并排设置，此时位于最外侧喷嘴的水雾落点会在环境风的影响下无法全部喷射到翅片上，导致这部分冷却水被浪费。通过上述传感器的综合判断，则此时可通过自动控制相应电磁阀，关闭该喷嘴，避免了水资源的无端消耗。

此外，传感器还包括实时监测管路压力的气路压力传感器、水路压力传感器；监测被冷却翅片的温度传感器。管路内的压力传感器实时反馈管内压力，用于实时调节喷嘴处的气水比例，从而以最低的消耗达到最佳的冷却效果。而翅片上的温度传感器，则可实时监测冷却效果以及判断是否需要启动水雾冷却系统。

综上所述，本发明的控制系统可结合上述传感器的反馈信号，依托大数据自动判断环境条件、管路条件，进而自动控制水路组件、气路组件等组件，最终实现以最低能耗达到最佳冷却效果的目的。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明其中一种实施例的结构示意图。

图3为图2的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1~3，通过具体实施例详细说明本发明的具体内容。该水平引风式空气冷却器用环境调节装置包括供水组件1、管路组件2、监测控制系统4。

供水组件1包括带有液位计15的水箱14，水箱14的前端设有一级过滤器12、第一电动阀13以及一级安全阀11，水箱14的后端设有二级安全阀16以及第二电动阀17。

将水源通过电动阀与水箱连通，水箱为泵组供水，水箱出口处设置二级过滤器、压力表、连接软管等。软管连接高压泵组。泵组根据需要可设置多台高压泵（本实施例以四台为例），用于不同气候条件下，可阶梯式供水。

供水组件通过软管连接至管路组件，管路固定于焊接在管路支架34，为了不改变原有结构，而将管路支架34通过焊接或螺栓固定顶在原有的冷却翅片32的钢结构33上。各支管路分布在空冷风机31的冷却翅片32不同区域下方，支管间距离及喷嘴间距的确定，需要依据喷嘴的喷射角度、距离、面积等参数，确保满足雾化射流能够均布覆盖全部翅片入口环境之中。泵组中多台泵分别连通于控制各区域管路的主管上，并在管路高压水入口端头配有电动阀。

管路组件2包括通过软管和二级过滤器26相连的若干组高压泵管路，各组管路的包括高压泵25、设置在高压泵25前端的第四电动阀27、设置在高压泵25后端的第三电动阀22和排空阀23以及由第三电动阀22控制的若干设置在管路末端的高压雾化喷嘴21。高压泵组设置底盘上，并通过高压软管与供水组件相连，通过压力表实时监测管内水压。

监测控制系统3包括环境温度传感器32、湿度传感器31、风速传感器33、风向传感器34、翅片温度传感器35（或风机转速传感器，可直接或间接获得负载的实际工作状态）、用于储存控制数据的硬盘、用于处理各传感器传入数据以及发送控制信号的cpu。cpu可调节系统的运行参数，并集中控制高压泵的工作状态或输出功率，控制管路系统内的电动阀。

监测控制系统对空气环境温湿度进行实时监测，并结合空冷器运行参数判定是否需要开启环境调节装置。当环境温度高于空冷器设计温度或空冷系统有需要时，开启该装置。根据检测数据计算出用水量，从而控制泵组开启负责不同区域的高压泵及不同支路的电动阀。在执行末端喷嘴处将产生微细颗粒的雾化射流，颗粒直径一般平均为50μm以下。监测控制系统能够根据环境的变化及空冷器运行参数，自动判断泵的运行数量及阀动作，待环境调节满足需求后，监测控制系统可判定是否停止设备运转及关闭阀。管路上还设有排水口，可在较长时间不需要使用时，将介质排空。

控制数据的采集

翅片主要基于空气流通以提高散热效果，但同时，风力过大时，也可能影响水雾的落点，致使其综合冷却效果难以界定，如果此时持续通入冷却水，势必会浪费部分水资源。为此，采用了以下方法进行标准化测定，并根据该测定结果生成标准化曲线，实现在不同风力条件下的最优冷却方案。

在实验阶段，通过模拟不同季节、布设高度，负载设备满载条件下采集包括翅片温度、温度、湿度、风速、风向等参数在内的环境参数。季节的影响因素主要包括温度和湿度，由于湿度会影响空气的导热系数，因此实验以湿度作为主要影响因素。不同的布设高度会产生风向和风速（风力）的变化，其中又以风速为主要影响因素。

采用带有加热装置并可旋转的单组翅片，以标准化参数的方式模拟翅片的实际工作条件。

翅片尺寸的选择：高压喷嘴采用与（实际使用时的）相同喷射距离能够刚好覆盖整个翅片组。

加热装置的设置：应保证加热装置的加热功率大于散热翅片的散热效率，并可设定温度阈值t0。用以模拟负载的发热。

喷嘴喷射量的设置：喷淋水雾的翅片从温度阈值能够呈线性下降。（忽略最佳气水比）同时，喷嘴的扇形喷射区域应当刚好覆盖翅片组，且喷嘴应当位于翅片中心线的正上方，从而排除风向对散热效果的影响。

湿度f(w)对照曲线：开启加热装置，待翅片温度到达阈值t0后关闭（温度将至t0以下，加热装置不在开启），关闭风机条件下（无风条件下），以1%为增量，在湿度w可调的环境下，测定翅片温度由温度阈值t0自然冷却至室温t1的时间t0，并生成对照曲线f0(w)。

湿度/风速f(w/v)对照曲线：开启加热装置，待翅片温度到达阈值t0后关闭（温度将至t0以下，加热装置不在开启），以0.5m/s为增量，逐级增加风机风速v，匹配不同的湿度w条件（以1%为增量），测定翅片温度由温度阈值t0自然冷却至室温t1的时间t1，并生成对照曲线f1(w，v)。

湿度/风速f(w/v)模拟曲线：开启加热装置，待翅片温度到达阈值t0后保持恒温（温度将至t0以下，加热装置随即开启），开启雾化喷嘴的同时，以0.5m/s为增量，逐级增加风机风速v，匹配不同的湿度w条件（以1%为增量），测定翅片温度由温度阈值t0冷却至设定温度t2的时间t2，并生成模拟曲线f2(w，v)。

结果筛选，将f1(w，v)与f2(w，v)进行拟合，提取其中相似度>90%值，相似度高代表喷洒水雾对冷却效果影响不大，将所提取的数据建立控制数据集。如果环境的湿度、风力值落入该数据集时，则无需使用水雾进行冷却。

应用实施例

在夏季高温时段，环境温度高于空气冷却器设计温度或换热性能无法满足生产需要时，可启动该环境调节装置。该装置将高压水引入空气冷却器下方空气入口处，喷嘴均匀布置，其射流方向与空气流动方向相反。温度、湿度传感器布置于空气冷却器附近环境中，可实时检测环境条件，控制系统可根据检测数据自行判断是否需要启动该装置。

具体使用方法：

步骤1，开启一级安全阀11和第一电动阀13，对水箱14补水，液位计15显示水位满足使用条件时停止补水。

步骤2，连接高压泵的进水软管和出水软管，开启二级安全阀16和第二电动阀17，并通过监测控制系统开启相应管路的电动阀。

步骤3，启动高压泵，由监测控制系统控制高压泵的转速及电动阀调节用量，以获得最少用水量及最佳雾化效果。

附图标记说明：

1供水组件

11一级安全阀

12一级过滤器

13第一电动阀

14水箱

15液位计

16二级安全阀

17第二电动阀

2管路组件

21高压雾化喷嘴

22第三电动阀

23排空阀

24单向阀

25高压泵

26二级过滤器

27第四电动阀

3支架组件

31空冷风机

32冷却翅片

33钢结构

34管路支架

4监测控制系统

41环境温度传感器

42湿度传感器

43风速传感器

44风向传感器

45翅片温度传感器。