ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены экспериментальные результаты и выводы по изучению влияния изменения частоты вращения вентилятора на эффективность воздушного охлаждения. Было подготовлено экспериментальное устройство и объяснен принцип его работы. При анализе результатов эксперимента было установлено, что эффективность охлаждения повышается до 20% при изменении частоты вращения вентилятора в диапазоне 1500-3800 об/мин. Однако, было обнаружено, что повышение эффективности охлаждения является нелинейным при постоянном увеличении частоты вращения вентилятора.

ABSTRACT

This article presents experimental results and conclusions on the study of the effect of changing the fan frequency on the efficiency of air cooling. An experimental device was prepared and the principle of its operation was explained. When analyzing the results of the experiment, it was found that the cooling efficiency increases by up to 20% when the fan frequency changes in the range of 1500-3800 rpm. However, it was found that the increase in cooling efficiency is nonlinear with a constant increase in fan frequency.

Ключевые слова: Воздушное охлаждение, бензиновая фракция, частота вращения вентилятора, эффективность охлаждения.

Keywords: Air cooling, gasoline fraction, fan speed, cooling efficiency.

Введение

На сегодняшний день аппараты воздушного охлаждения являются одной из основных вспомогательных устройств, и они широко применяются для охлаждения сырья и готовой продукции на предприятиях химической, пищевой и нефтегазохимической промышленности, нефтегазопереработки. В некоторых случаях они также используется для нагрева воздушного потока в зависимости от условий использования. Процесс воздушного охлаждения является основным методом охлаждения жидкостей и газов, особенно конденсации паров. Поэтому охлаждающие устройства с использованием воздуха также называют хладагентами-конденсаторами. Поскольку такие устройства используют воздух в качестве охлаждающего агента, они имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими устройствами с водяным охлаждением [1-4].

Одной из актуальных проблем, стоящих перед химической отраслью, являются создание эффективного аппарата охлаждения продуктов и сырья на нефтегазоперерабатывающих предприятиях и устранение недостатков существующих аппаратов. В охлаждающих аппаратах, применяемых на нефтегазоперерабатывающих предприятиях, процесс охлаждения осуществляется с помощью хладагента. Для создания температуры охлаждающий агент требует дополнительных затрат, в то время как аппарат воздушного охлаждения использует атмосферный воздух как охлаждающий агент [3,5,7].

Основные преимущества воздушного охлаждения: низкая стоимость, простота использования и энергоэффективность. Одним из важнейших недостатков использования аппарата воздушного охлаждения является низкая эффективность охлаждения. Исходя из этого, повышения эффективности воздушного охлаждения с изменением конструктивных параметров аппарата является важнейшей задачей [6,8-9].

Один из основных конструктивных параметров аппарата воздушного охлаждения (АВО) которые влияет на эффективность процесса является частота вращения вентилятора [2,5].

Влияние конструктивных параметров на производительность устройства упоминается во многих источниках [4-6,8-9]. Но в частном случае степень их влияния требует проведения отдельных экспериментов и проведения расчетов. С учетом этого нами была собрана экспериментальная установка и проведены практические исследования в лабораторных условиях с целью изучения влияния частоты вращения вентилятора на эффективность охлаждения.

Методы и исследования

При выполнении НИР (Научно-Исследовательская Работа) использовались методы сбора и изучения теоретических данных из литературы и научных разработок, планирования экспериментов, измерения и сравнения технологических параметров, обработки и анализа результатов на компьютере.

Для исследования было подготовлено экспериментальное устройство аппарата воздушного охлаждения. Экспериментальная установка имеет возможность изменять частоту вращения вентилятора 1500-3800 об/мин с помощью ступенчатой шкивы.

В ходе экспериментов было изучено влияние изменения частоты вращения вентилятора на процесс охлаждения. На рис.1 представлена конструктивная схема экспериментального аппарата воздушного охлаждения.

Экспериментальное устройство с воздушным охлаждением работает следующим образом: насос центробежного типа 1 используется для подачи сырья и охлаждения в секцию 4. Объемный расход сырья регулируется вентилем 2. Для измерения температуры на входе и выходе из секции установлены термометры 3 и 5. Поток воздуха передается через вентиляторное устройство. Вентиляторное устройство состоит из вала 10 и прикрепленного к нему винта 7 и электродвигателя 8. Вращательное движение от электродвигателя к вентилятору передается через ременную передачу 9. Для изменения частоты вращения вентилятора установлены ступенчатые шкивы. При высокой температуре наружного воздуха форсунки 6 распыляют воду для увлажнения и охлаждения воздуха.

Рисунок 1. Конструктивная схема экспериментального аппарата воздушного охлаждения:

1 – насос; 2 – вентил, 3 – термометр-1 (вход); 4 – секция; 5 – термометр-2 (выход); 6 – форсунка; 7 –винт ,8 – электродвигатель; 9 – ременная передача; 10 – вал

Перед проведением эксперимента были выбраны постоянные значения для некоторых параметров процесса, исходя из возможности нашего аппарата. Есть много факторов, влияющих на процесс воздушного охлаждения. Чтобы точно достичь цели эксперимента, необходимо привести их к условной норме и значению. Выбрано несколько значений частоты вращения вентилятора, который, исходя из конструктивных возможностей экспериментального установки. Соответственно, частота вращения вентилятора была выбрана на значениях минимум 1500 об/мин, максимум 3800 об/мин и в среднем 2500 об/мин. Каждый эксперимент проводился с изменением именно этих значений.

Исходя из возможностей экспериментального устройства, дополнительные параметры и значения были следующими:

• объемный расход бензиновой фракции в среднем 7 л/мин;

• максимальная температура на входе в секцию охлаждения 120°С;
• начальная температура воздуха 25°С;
• мощность вентилятора варьируется в пределах 0,6 - 1,5 кВт при использовании ременной передачи.
• диаметр вентилятора 0,28 м;
• расстояние между секцией охлаждения и вентилятором 26 м.

Для опытов в процессе воздушного охлаждения использовалась бензиновая фракция.

Результаты и обсуждения

Эксперименты проводились в трёх этапах и фиксировались выявленные показатели. В ходе эксперимента наблюдалось изменение эффективности охлаждения путем изменения частоты вращения вентилятора на трех различных значениях. Для каждого этапа были выбраны разные частота вращения n=1500 об/мин, n=2500 об/мин, n=3800 об/мин.

Известно [1,3], что эффективность охлаждения определяется отношением разницы между начальной и конечной температурами бензиновой фракции к начальной температуре:

 или

Здесь ∆T – разность температур, T', T'' – начальная и конечная температуры бензиновой фракции.

Следовательно, величина эффективности охлаждения прямо пропорциональна величине разницы температур.

Результаты экспериментов по разность температуры при различных частотах вращения приведены в таблице.

Таблица 1.

Результаты экспериментов по разность температуры при различных частотах вращения

По результатам эксперимента эффективность охлаждения увеличилась на 19,5 % при изменении частоты вращения с 1500 до 2500 об/мин и на 6,1 % при изменении частоты вращения с 2500 до 3800 об/мин. На основе таблицы сформирован график (рис. 2).

Рисунок 2. Зависимость изменения частоты вращения вентилятора от разности температуры

Из рис.2 видно, что разность температуры также увеличивается относительно с увеличением частоты вращения вентилятора. Видно изменение частоты вращения вентилятора с 1500 до 2500 об/мин более эффективно, чем изменение с 2500 до 3800 об/мин. Это означает что, эффективность охлаждения более эффективно с 1500 до 2500 об/мин частотой.

Если объяснить это с научной точки зрения, то за счет увеличения частоты вращения вентилятора количество передаваемого воздуха увеличивается, то есть объемный расход воздушного потока за короткий промежуток времени значительно увеличивается. Известно, что мгновенная скорость воздуха также увеличивается пропорционально увеличению объемного расхода. Если проанализировать это состояние, превышение скорости воздушного потока над нормой сокращает время теплообмена. В результате количество тепла на единицу объема (∆Q/∆V) уменьшается относительно. Кроме того, увеличение частоты вращения вызывает увеличение аэродинамического сопротивления, что приводит к чрезмерному потреблению энергии вентилятором. Поэтому необходимо найти оптимальный вариант конструктивных параметров, с помощью которого можно добиться высокой эффективности в процессе охлаждения. Учитывая это, можно сказать, что оптимальное значение частоты вращения вентилятора для проведенных экспериментов составляет в пределах 2500-3000 об/мин.

Как известно, скорость воздушного потока является важным фактором, влияющим на процесс охлаждения. Поток воздуха принудительно приводится в движению с помощью вентилятора. Затем, изменяя частоту вращения вентилятора, создается возможность изменять и его скорость. Следовательно, влияние скорости воздушного потока на эффективность процесса охлаждения также можно рассматривать как изученное.

Выводы

В результате исследования влияния изменения частоты вращения вентилятора на эффективность охлаждения в устройствах с воздушным охлаждением были сделаны следующие выводы:

• изготовлено экспериментальное устройство и определены предельные значения частоты вращения вентилятора в диапазоне 1500÷3800 об/мин.
• постоянное увеличение частоты вращения вентилятора не приводит к линейному увеличению эффективности охлаждения.
• в экспериментах эффективность охлаждения увеличилась на 19,5% при изменении частоты вращения с 1500 до 2500 об/мин и на 6,1% при изменении частоты вращения с 2500 до 3800 об/мин.
• определив оптимальное значение скорости вращения вентилятора для проведенных экспериментов, можно повысить эффективность охлаждения и снизить потребление энергии в диапазоне 2500-3000 об / мин.

Список литературы:

1. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справочник А.Н. Бессонный, Г.А. Дрейцер В.Б. Кунтыщ и др. -С.-Пб.: Недра, 1996 - 512с.
2. Крюков Н.П. Аппараты воздушного охлаждения. М.: Химия, 1983. 168 с.
3. Леонтьев А.П., Беев Э.А. Расчет аппаратов воздушного охлаждения, ТюмГУ,2000. -74с
4. Марголин Г.А. Методика теплового и аэродинамического расчета аппаратов воздушного охлаждения / Г.А.  Марголин, В.Е.  Вайсман.  – М.: ВНИИНефтемаш,1982. – 45с.
5. Аппараты воздушного охлаждения горизонтальные (АВГ и 2АВГ). Руководство по эксплуатации АВГ-РЭ-2001. – Борисоглебск : ОАО «Борхиммаш», 2001.
6. Xurmamatov, A.M., & Mo‘Minov, J.A. (2021). Benzin fraksiyasini havo yordamida sovitish jarayonining tadqiqot natijalari. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1 (9), 619-624.
7. ГОСТ Р 51364-99 (ИСО 6758-80) Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 2000. – 30 с.
8. Кунтыш Б.В. Основные способы совершенствования аппаратов воздушного охлаждения / Б.В. Кунтыш, А.Н. Бессонный, А.А. Бриль // Химическое и нефтехимическое машиностроение. – 1997. – № 4. – С. 41-44.
9. Муминов, Ж. А. "Углеводород хом ашёсини хаво ёрдамида совитиш жараёнларининг асосий курсаткичлари." Кимё ва озик-овкат махсулотларининг сифати ва хавфсизлигини таъминлашда инновацион технологиялар (2021): 314-315.