引風式空冷器構架設計

符夏穎，郭紹強，洪春鳳，楊偉龍，任 凱

(廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司，廣東 廣州 510663)

構架是用來支承和聯(lián)接空氣冷卻器的冷卻管束、風機、百葉窗、檢修平臺等主要部件鋼結構件，同時還起到導流空氣流通的作用，引風式空冷器大多安裝于鋼結構件的上面，而空冷器構架可能立于地面的混凝土基礎上，也有可能立于不同標高的鋼框架上，但由于空冷器構架的高度較低，載荷集中，規(guī)格和種類繁多，特別是空冷器與構架的安裝和配合要求較高。所以空冷器的構架都不與基礎鋼框架進行整體設計，而是把空冷器總體作為獨立的機電設備，立于基礎平臺上?？諝饫鋮s器作為一種獨立的機電設備，其構架的設計需要規(guī)范化和標準化。

1 引風式空冷器的構成

空氣冷卻器又稱空冷式散熱器、簡稱空冷器。按照散熱器的類型，可分為鼓風式空冷器和引風式空冷器。引風式空冷器主要由散熱器(換熱管束+風機)、構架、檢修平臺和梯子等五個主要部件組成，引風式空冷器由于其散熱器是采用引風設計，其風室、風機已設計于換熱管束頂部，因此其構架的設計相應比較簡單。如圖1示。

圖1 引風式散熱器構架結構圖

1.1 散熱器

散熱器是傳熱的基本部件，它由換熱管束、冷卻風機構成的一個整體，被冷卻的介質在翅片管內通過時，它的熱量被管外冷卻風機驅動的空氣所帶走。散熱器分鼓風式、引風式兩種，散熱器的冷卻風機一般采用軸流風機。

1.2 構架

構架由鋼結構件組成，它支承散熱器、檢修平臺、梯子，并使空氣按一定的方向流動。

1.3 檢修平臺、梯子

檢修平臺、梯子依托構架來進行支撐，它的作用是為空冷器的安裝、操作各檢修提供方便。

2 引風式空冷器的特點

引風式空冷器是指空氣先穿過散熱管束再由風機葉片引出。它的優(yōu)點是：風機和風筒置于管束之上，對管束有屏蔽作用，能減少雨、雪、冰雹的直接影響。同時，氣流穿過管束分布比較均勻，操作穩(wěn)定性好(圖2示)。

圖2 引風式空冷器

3 構架設計的一般要求

3.1 構架設計的基本要求

空冷器構架包括立柱、支承梁、斜支撐、拉桿、平臺支架、平臺、防護欄桿和檢修樓梯。

構架的尺寸應與管束和風機的尺寸相配，同一類型、同一長度的管束才能放在同一構架上，不同長度的管束一般不組成同一臺空冷器。不同寬度的管束可放在同一構架上，若管束不能占滿整個構架時，應對空缺部分加設密封件予以覆蓋。構架的各零部件包括立柱、橫梁、縱梁、斜支撐等，其中心軸線是構架的受力承載線。構架設計時各軸線應與自身的慣性軸相重合，盡量避免偏心載荷。

構架立柱沿管事長度方向的總跨距(兩端立柱中心線的距離)要比構架的長度小300 mm以上，這主要是為了便于空冷器管束進、出水口配管的安裝。構架立柱另一方向的寬度跨距，為該構架配套管束寬度之和。

構架的設計，要考慮在運輸許可的條件下，盡可能在制造廠預制成部件，成件整體發(fā)貨，最大限度地減少現(xiàn)場組裝。凡需現(xiàn)場組裝的零部件都需采用螺栓固定。

3.2 風室的設計要求

對鼓風式散熱器由于其風機、風室是設計于管束底部，風室的設計對高度有一定的要求，根據(jù)空冷器標準的規(guī)定，風室的高度應保證風機的擴散角不超過45°并應與風機直徑相匹配(圖3示)。

圖3 風室擴散角

3.3 強度與剛度的要求

為了保證空冷器高效、平穩(wěn)安全運行?？绽淦鳂嫾鼙仨氂凶銐虻膹姸群蛣偠?，使它能夠承受管束和百葉窗、平臺的全部重量、管線的全部或部分載荷、風機的靜載荷及動載荷、風載荷和地震作用等。

3.4 密封

空冷器的傳熱是靠空氣在翅片管間的流動完成的。為了有效地利用空氣，必須防止空氣泄漏。為此應做到二點，一是構架的風室焊接應采用全焊結構或整板折彎，風室與縱梁、橫梁的連接面使用海綿條密封；二是管束與縱梁、橫梁連接面使用海綿條密封。

4 構架的型式

構架的型式代號用5組字符串表示，如圖4示，構架的型式參數(shù)及代號見(表1)。

圖4 構架代號說明

表1 構架型式參數(shù)及代號

鼓風式水平構架、引風式水平構架其高度根據(jù)風機風量計算確定，構架的規(guī)格以長×寬(m)、公稱尺寸表示。構架的立柱分布在沿管束長度方向尺寸≤9 m時，可設計2根立柱，在該尺寸大于9 m設置3根以上立柱。此外為了避免梁在載荷作用下?lián)隙冗^大，支撐管事的橫梁多采用桁架梁結構。

5 構架載荷計算與分析

構架在進行設計前要對進行載荷計算、內力分析、強度核算。由于其過程比較復雜，在此無法進行一一描述，詳細可見《空氣冷卻器》第七章第3～5節(jié)[1]。

6 構架的選型

(1)構架主要受力件是立柱、縱梁、橫梁、斜支撐，其材料的選用應滿足以下要求：

1)構架材料宜優(yōu)先選用Q235碳素結構鋼，也可選用Q345、Q390等低合金結構鋼。

2)材料的化學成分和機械性能應符合GB/T700-2006“碳素結構鋼”的各項規(guī)定，對低合金鋼須符合GB/1591-2008“低合金高強度結構鋼”的各項規(guī)定。

3)由于沸騰鋼脫氧脫不盡，雜質含量不能保證，脆性大，對拉、彎桿件的危害性也很大，不得作為空冷器構架承重結構材料。

4)主要焊接結構件不得使用Q235-A級鋼材，在高寒地區(qū)，主要受力件如：立柱、縱梁、橫梁要使用Q235-D級或更高級的低合金結構鋼。

(2)構架的立柱、縱梁、橫梁可選用HW型H型鋼，其規(guī)格根據(jù)散熱器、百葉窗等組件的重量確定，為了提高材料的使用率，一般立柱、縱梁、橫梁使用同一規(guī)格的鋼材，常用的規(guī)格125×125、175×175、200×200。

(3)構架的斜支撐、平臺支架、拉桿可使用HW型H鋼或工字鋼。拉桿可選用角鋼，規(guī)格須根據(jù)構架的強度分析確定。

(4)構架的平臺、欄桿可選用扁豆形花紋板和碳素鋼管設計。

7 構架的設計

7.1 立柱的設計

圖5 立柱與縱梁、斜支撐連接示意圖

立柱是構架的主要受力支撐，柱腳與基礎連接，頂部與縱梁、橫梁連接，中部與斜支撐的拉桿連接，柱腳底部與地基可使用地腳螺栓連接固定或在基礎上澆注加強鋼板焊接固定，柱腳的鋼板厚度應不小于20 mm。為便于安裝，柱腳與基礎一般采用鋼板焊接的設計方式。立柱與縱梁連接見圖5，立柱柱腳截面見圖6。

圖6 立柱柱腳截面圖

立柱頂部與縱梁連接，頂部焊接鋼板，鋼板厚度與柱腳鋼板厚度一致，鋼板寬度應比縱梁寬度單側大10 mm以上，與縱梁連接的橫梁可置于上面，使橫梁的載荷可分布到立柱上，如圖7示。

圖7 立柱頂部與縱梁、橫梁連接

立柱頂部、中部、底部焊接連接拉桿、斜支撐的連接板，連接板的焊接位置應保持與立柱的受力中心一致，連接板厚度應大于立柱翼板的厚度,見圖6。

7.2 縱梁、橫梁的設計

圖8 縱梁長度示意圖

圖9 橫梁與斜支撐、拉桿示意圖

縱梁是指與散熱器長度同向的梁，縱梁下面與立柱、斜支撐連接上面與散熱器連接，由于平臺是使用縱梁作為支撐，因此縱梁的設計應結合平臺的寬度及散熱器的總長度確定，見圖8。

橫梁是指與散熱器寬度同向的梁，橫梁置于立柱上與縱梁連接，橫梁下面與斜支撐連接，見圖9。

7.3 斜支撐、拉桿的設計

斜支撐是連接立柱與縱梁、橫梁的受力支撐件，拉桿則是連接斜支撐與立柱的連接件，斜支撐與立柱、縱梁、橫梁連接的面板厚度應大于立柱、縱梁、橫梁的翼板厚度，見圖10。

圖10 斜支撐與橫梁、縱梁連接示圖

7.4 檢修平臺、欄桿、梯子的設計

檢修平臺、欄桿、梯子主要作用是為空冷器在安裝、維護時提供方便及安全防護，平臺利用縱梁作為支撐連接，平臺的寬度應不小于800 mm，平臺內側距散熱器的距離應小于100 mm，見圖示8尺寸C處。

欄桿設計的平臺的兩側，對在平臺上行走提供安全防護，欄桿的高度應不小于1200 mm，見圖示8尺寸B處，欄桿可使用低壓流體輸送用焊接鋼管。

梯子分籠式鋼直梯和鋼斜梯子二種，土建條件許可，一般采用鋼斜梯更佳，鋼斜梯與水平面的傾角應優(yōu)選30～35°，受條件限制時最大角度應不超過45°，鋼直梯與鋼斜梯的踏點載荷應不小于1kN。

8 構架的表面處理方式

構架的表面處理根據(jù)使用要求環(huán)境確定，一般對表面進行熱浸鋅處理，然后噴涂環(huán)氧防銹底漆+氟碳面漆處理。氟碳面漆的耐候性、耐熱性、耐低溫性，較強，適合各種惡劣的使用環(huán)境。

9 結論

對立柱、縱梁、橫梁選用同一規(guī)格的材料有利于提高原材料的使用率，有效降低產品成本，按照上述結構方式設計，對不同規(guī)格的散熱器只須調整相應立柱的高度、縱梁、橫梁的長度即可快速完成新構架設計，進一步對構架的設計進行規(guī)范化、標準化有利于提高產品的設計效率與產品的質量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。