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渦管制冷在防爆正壓柜中的應(yīng)用

  1 渦管制冷工作原理

  

  渦管工作原理圖

  如上圖所示,具有一定壓力的壓縮空氣進(jìn)入渦流管噴嘴后膨脹并加速,當(dāng)加速后的氣流從切線方向射入一個(gè)圓柱型的渦流發(fā)生器,形成自由渦流。自由渦流的旋轉(zhuǎn)角速度愈靠近中心愈大,由于角速度不同,在自由渦流的層與層之間就產(chǎn)生了摩擦,中心部分的氣流就速度最大,摩擦結(jié)果是將能量傳遞給外層角速度較低的氣流,中心層部分的氣流失去動(dòng)能,動(dòng)能低,速度降低,溫度降低,通過渦流管中心的孔板從一端引出,得到制冷需要的冷氣流。而外層部分的氣流獲得動(dòng)量,動(dòng)能增加,同時(shí)又與渦流管壁摩擦,將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能,從渦流管的另一端通過控制閥被引出,形成熱氣流。

  簡單點(diǎn)說就是旋轉(zhuǎn)的氣流沿渦流管壁進(jìn)入內(nèi)部,熱管內(nèi)氣流經(jīng)渦流交換后產(chǎn)生能量的分離,氣流被分割成兩股氣流,一股是熱氣流,另一股是冷氣流。在熱管的終端,一部分壓縮空氣通過調(diào)節(jié)閥以熱空氣的方式瀉出,剩余的壓縮空氣以較低速度進(jìn)入熱管旋轉(zhuǎn)氣流的中心返回,這股冷氣流通過發(fā)生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出。

  1.1 渦管介紹

  

  渦管制冷是由噴嘴、渦流室、分離孔板、管子和控制閥組成。渦流室居中,將管子 分為冷、熱兩端。噴嘴沿著渦流室切向布置,即引導(dǎo)高壓氣流氣流切線方向進(jìn)入渦流室,

  孔板在渦流室與冷管子之間,熱端管子出口處安裝了控制閥。輸入一定壓力的壓縮空氣,通過渦流管內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換,一端產(chǎn)生冷空氣(在7Bar,25℃干燥空氣時(shí),最低冷氣溫度可達(dá)-45℃),一端產(chǎn)生熱空氣(最高溫度可達(dá)110℃)。熱氣端裝有一個(gè)小型的可調(diào)節(jié)閥門,有手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕,這樣就可以手動(dòng)調(diào)節(jié)冷氣流的溫度和氣流量,通過調(diào)節(jié)熱氣端的閥來得到滿意的冷氣參數(shù)。

  1.2渦管分類

  渦管是通過一個(gè)內(nèi)部可以更換的發(fā)生器來控制所需要的溫度和流量。發(fā)生器主要有兩大類:一種是控制冷氣溫度的發(fā)生器,一種是控制冷氣流量的發(fā)生器。

  1.3渦管制冷特點(diǎn)

  1.產(chǎn)生的冷氣最低可達(dá)零下45℃,并且沒有運(yùn)動(dòng)的部件;

  2.結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)簡單;

  3.流量速率從1到100SCFM(28到4248SLPM);

  4.制冷量最大可以達(dá)到60000Btu/hr(1512Kcal/hr);

  5.采用高強(qiáng)度的不銹鋼材質(zhì)制造,抗腐蝕,抗氧化,抗高溫;

  6.不用電、不用任何化學(xué)物質(zhì)、沒電火花產(chǎn)生;

  7.體積小、重量輕、防沖撞;

  8.啟動(dòng)快,并可通過閥門快速調(diào)節(jié)。

  1.4渦管常用氣體

  常用氣體可以是空氣、二氧化碳、氮?dú)獾?。高壓氣體為常溫時(shí),冷氣流的溫度可以達(dá)到-10℃~-45℃,熱氣流的溫度可達(dá)到100℃~130℃。

  2 渦管制冷在防爆正壓柜中的應(yīng)用

  在防爆場合有些設(shè)備需要使用大功率變頻器或使用發(fā)熱量較大的電器元件,由于防爆柜無法解決發(fā)熱量大的問題,這時(shí)可以采用渦管制冷,既能解決電器元件發(fā)熱大的問題,又能解決防爆的問題。

  

  如上圖所示,正壓柜由正壓腔和控制腔兩部分組成,上半部分為正壓腔,正壓腔為密封結(jié)構(gòu),用于安裝非防爆的各類儀表及電器元件;控制腔內(nèi)包括防爆控制箱、壓力控制系統(tǒng),渦管安裝在控制腔內(nèi),見上圖所示。

  由于正壓腔內(nèi)的變頻器工作時(shí)發(fā)出大量的熱量,從而導(dǎo)致正壓腔內(nèi)溫度過高,一般電器元件的工作環(huán)境溫度在0℃~40℃之間,因此渦管制冷主要是給正壓腔內(nèi)輸送冷氣,達(dá)到冷卻降溫的作用,最終給正壓腔內(nèi)的電器元件提供合適的工作環(huán)境。

  

  上圖所示為渦管冷氣出口端,如果正壓柜比較大,通常會(huì)在該出口端連接一段軟管,把冷氣流引到變頻器的風(fēng)道入口。

  

  上圖為正壓腔內(nèi)的溫控表,主要用于檢測正壓腔內(nèi)溫度及控制渦管制冷的啟停。溫控標(biāo)的紅色數(shù)字是正壓柜內(nèi)的當(dāng)前溫度,綠色數(shù)字為設(shè)定溫度(默認(rèn)為36℃),上圖為調(diào)試時(shí)正壓腔內(nèi)溫度從37℃降至27℃。正常情況下正壓腔內(nèi)的溫度上限是40℃,當(dāng)測量的溫度大于或等于40℃時(shí),渦管立即制冷工作;當(dāng)測量的溫度低于36℃時(shí),渦管立刻停止工作。

  防爆正壓柜通過防爆控制箱內(nèi)的智能控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)將潔凈安全的壓縮空氣引入正壓柜,使正壓腔內(nèi)形成微正壓,阻止外界危險(xiǎn)氣體、粉塵的進(jìn)入,達(dá)到防爆的目的。防爆正壓柜具有智能集中控制、參數(shù)顯示和設(shè)置、自動(dòng)換氣、延時(shí)自動(dòng)供電、失壓補(bǔ)氣、故障報(bào)警及自動(dòng)切斷電源等功能。

  3 結(jié)論

  渦管制冷能夠滿足防爆場合的降溫要求。目前南陽一通防爆電氣有限公司的一批組合式空調(diào)箱的防爆正壓柜正是利用上述原理來處理,能夠?yàn)樽冾l器等電器元件冷卻降溫,目前所有防爆正壓柜都調(diào)試完成,均正在使用。上述照片來自該現(xiàn)場。

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