符夏穎，郭紹強，洪春鳳，楊偉龍，任 凱

(廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510663)

構(gòu)架是用來支承和聯(lián)接空氣冷卻器的冷卻管束、風(fēng)機、百葉窗、檢修平臺等主要部件鋼結(jié)構(gòu)件，同時還起到導(dǎo)流空氣流通的作用，引風(fēng)式空冷器大多安裝于鋼結(jié)構(gòu)件的上面，而空冷器構(gòu)架可能立于地面的混凝土基礎(chǔ)上，也有可能立于不同標(biāo)高的鋼框架上，但由于空冷器構(gòu)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(gòu)架的安裝和配合要求較高。所以空冷器的構(gòu)架都不與基礎(chǔ)鋼框架進(jìn)行整體設(shè)計，而是把空冷器總體作為獨立的機電設(shè)備，立于基礎(chǔ)平臺上。空氣冷卻器作為一種獨立的機電設(shè)備，其構(gòu)架的設(shè)計需要規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

1 引風(fēng)式空冷器的構(gòu)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(fēng)式空冷器和引風(fēng)式空冷器。引風(fēng)式空冷器主要由散熱器(換熱管束+風(fēng)機)、構(gòu)架、檢修平臺和梯子等五個主要部件組成，引風(fēng)式空冷器由于其散熱器是采用引風(fēng)設(shè)計，其風(fēng)室、風(fēng)機已設(shè)計于換熱管束頂部，因此其構(gòu)架的設(shè)計相應(yīng)比較簡單。如圖1示。

圖1 引風(fēng)式散熱器構(gòu)架結(jié)構(gòu)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(fēng)機構(gòu)成的一個整體，被冷卻的介質(zhì)在翅片管內(nèi)通過時，它的熱量被管外冷卻風(fēng)機驅(qū)動的空氣所帶走。散熱器分鼓風(fēng)式、引風(fēng)式兩種，散熱器的冷卻風(fēng)機一般采用軸流風(fēng)機。

1.2 構(gòu)架

構(gòu)架由鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)架來進(jìn)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(fēng)式空冷器的特點

引風(fēng)式空冷器是指空氣先穿過散熱管束再由風(fēng)機葉片引出。它的優(yōu)點是：風(fēng)機和風(fēng)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(fēng)式空冷器

3 構(gòu)架設(shè)計的一般要求

3.1 構(gòu)架設(shè)計的基本要求

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

構(gòu)架的尺寸應(yīng)與管束和風(fēng)機的尺寸相配，同一類型、同一長度的管束才能放在同一構(gòu)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(gòu)架上，若管束不能占滿整個構(gòu)架時，應(yīng)對空缺部分加設(shè)密封件予以覆蓋。構(gòu)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(gòu)架的受力承載線。構(gòu)架設(shè)計時各軸線應(yīng)與自身的慣性軸相重合，盡量避免偏心載荷。

構(gòu)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(gòu)架的長度小300 mm以上，這主要是為了便于空冷器管束進(jìn)、出水口配管的安裝。構(gòu)架立柱另一方向的寬度跨距，為該構(gòu)架配套管束寬度之和。

構(gòu)架的設(shè)計，要考慮在運輸許可的條件下，盡可能在制造廠預(yù)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(fēng)室的設(shè)計要求

對鼓風(fēng)式散熱器由于其風(fēng)機、風(fēng)室是設(shè)計于管束底部，風(fēng)室的設(shè)計對高度有一定的要求，根據(jù)空冷器標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，風(fēng)室的高度應(yīng)保證風(fēng)機的擴散角不超過45°并應(yīng)與風(fēng)機直徑相匹配(圖3示)。

圖3 風(fēng)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?gòu)架必須有足夠的強度和剛度，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(fēng)機的靜載荷及動載荷、風(fēng)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(yīng)做到二點，一是構(gòu)架的風(fēng)室焊接應(yīng)采用全焊結(jié)構(gòu)或整板折彎，風(fēng)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(gòu)架的型式

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

圖4 構(gòu)架代號說明

表1 構(gòu)架型式參數(shù)及代號

鼓風(fēng)式水平構(gòu)架、引風(fēng)式水平構(gòu)架其高度根據(jù)風(fēng)機風(fēng)量計算確定，構(gòu)架的規(guī)格以長×寬(m)、公稱尺寸表示。構(gòu)架的立柱分布在沿管束長度方向尺寸≤9 m時，可設(shè)計2根立柱，在該尺寸大于9 m設(shè)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(jié)構(gòu)。

5 構(gòu)架載荷計算與分析

構(gòu)架在進(jìn)行設(shè)計前要對進(jìn)行載荷計算、內(nèi)力分析、強度核算。由于其過程比較復(fù)雜，在此無法進(jìn)行一一描述，詳細(xì)可見《空氣冷卻器》第七章第3～5節(jié)[1]。

6 構(gòu)架的選型

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

1)構(gòu)架材料宜優(yōu)先選用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，也可選用Q345、Q390等低合金結(jié)構(gòu)鋼。

2)材料的化學(xué)成分和機械性能應(yīng)符合GB/T700-2006“碳素結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼”的各項規(guī)定。

3)由于沸騰鋼脫氧脫不盡，雜質(zhì)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(gòu)架承重結(jié)構(gòu)材料。

4)主要焊接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼。

(2)構(gòu)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(gòu)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(gòu)架的強度分析確定。

(4)構(gòu)架的平臺、欄桿可選用扁豆形花紋板和碳素鋼管設(shè)計。

7 構(gòu)架的設(shè)計

7.1 立柱的設(shè)計

圖5 立柱與縱梁、斜支撐連接示意圖

立柱是構(gòu)架的主要受力支撐，柱腳與基礎(chǔ)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(chǔ)上澆注加強鋼板焊接固定，柱腳的鋼板厚度應(yīng)不小于20 mm。為便于安裝，柱腳與基礎(chǔ)一般采用鋼板焊接的設(shè)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(yīng)比縱梁寬度單側(cè)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(yīng)保持與立柱的受力中心一致，連接板厚度應(yīng)大于立柱翼板的厚度,見圖6。

7.2 縱梁、橫梁的設(shè)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(shè)計應(yīng)結(jié)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(shè)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(yīng)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(shè)計

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

欄桿設(shè)計的平臺的兩側(cè)，對在平臺上行走提供安全防護(hù)，欄桿的高度應(yīng)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(yīng)優(yōu)選30～35°，受條件限制時最大角度應(yīng)不超過45°，鋼直梯與鋼斜梯的踏點載荷應(yīng)不小于1kN。

8 構(gòu)架的表面處理方式

構(gòu)架的表面處理根據(jù)使用要求環(huán)境確定，一般對表面進(jìn)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(jié)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(chǎn)品成本，按照上述結(jié)構(gòu)方式設(shè)計，對不同規(guī)格的散熱器只須調(diào)整相應(yīng)立柱的高度、縱梁、橫梁的長度即可快速完成新構(gòu)架設(shè)計，進(jìn)一步對構(gòu)架的設(shè)計進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計效率與產(chǎn)品的質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。