Вентиляторная градирня
Полезная модель предназначена для охлаждения оборотной воды тепловых электростанций и промышленных предприятий. Максимальная эффективность охлаждения воды достигается ограничением минимального размера промежутка между трубопроводом и краем нижней поверхности каплеуловителя, а также диаметра входного отверстия водоразбрызгивающих сопел, что обеспечивает наиболее полное использование поверхностей каплеуловителя и оросителя. Для наиболее распространенных труб с круглым поперечным сечением этот промежуток равен внешнему диаметру трубы, а диаметр входного отверстия сопла не меньше внутреннего диаметра трубок конденсаторов турбин. Оснащение вентилятора градирни блоком с механизмом изменения угла разворота лопастей и/или электроприводом с функцией регулятора частоты их вращения позволяет адаптировать режим работы градирни к внешним условиям и экономить электроэнергию на привод вентилятора 1 н.п.ф. 1 з.п.ф. 1 фиг.
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может использоваться для охлаждения оборотной воды тепловых электростанций и промышленных предприятий.
Известны вентиляторные градирни с высокой эффективностью охлаждения поступающей из конденсаторов турбин воды (См, например, Патенты РФ 
2180085, опубл 27.02.2002 г. и 2334930, опубл. 27.09 2008 г.), содержащие установленный на водосборном резервуаре корпус с воздуховходными окнами в нижней его части, размещенные в корпусе каплеуловитель, водораспределительную систему с водоразбрызгивающими соплами, ороситель и вентилятор, соединенный с воздуховодным проемом. Водосборник снабжен патрубком отвода воды потребителю. Сравнительно высокая эффективность охлаждения воды в этих градирнях достигается, в основном, за счет увеличения пройденного пути ее капель и струй, благодаря обеспечению турбулентности воздушного потока в первом устройстве, и протяженности трубопровода водораспределительной системы с трубами квадратного поперечного сечения во втором. Известна, также, сложная конструкция водоразбрызгивающих сопел (Патент РФ 2197332, опубл. 27.01.2003 г.), позволяющая исключить их забивание привнесенными с водой примесями.
Однако, несмотря на значительные усложнения и дополнения, производительность этих установок недостаточна.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели и принятой за прототип является вентиляторная градирня (Патент РФ 2330228, опубл 27.07.2008 г.), содержащая установленный на водосборном бассейне корпус с воздуховходными окнами в его нижней части, в котором последовательно сверху вниз расположены каплеуловитель, трубопровод подключенной к конденсатору турбин водораспределительной системы, снабженный водоразбрызгивающими соплами с факелом распыла направленным вниз в сторону расположенного над бассейном оросителя. Наверху корпуса установлен вентилятор с диффузором. Высокая эффективность охлаждения воды в этой градирне обеспечивается рациональностью заполнения двухсекционными параллельными трубопроводами водораспределительной системы пространства прямоугольного корпуса, распределения водоразбрызгивающих сопел, формы блоков оросителя и входного отверстия диффузора вентилятора, соответствующих прямоугольности корпуса, а также соотношения расстояния между трубопроводами и шириной блока оросителя.
Недостатком прототипа является не достаточно полное использование поверхностей каплеуловителя и оросителя, пространства между ними, а также повышенный расход электроэнергии на привод вентилятора.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является максимизация эффективности работы устройства в сочетании со снижением расхода электроэнергии.
Поставленная задача решается достижением технического результата при реализации полезной модели, заключающегося в оптимизации взаимного расположения узлов и их размеров, а также режима работы устройства.
Данный технический результат достигается тем, что в вентиляторной градирне, содержащей установленный на водосборном бассейне корпус с воздуховходными окнами в нижней части и расположенные в корпусе последовательно сверху вниз каплеуловитель, трубопровод подключенной к выходу конденсатора турбин водораспределительной системы, снабженный водоразбрызгивающими соплами с факелом распыла, направленным вниз в сторону размещенного над бассейном оросителя, а также установленный наверху корпуса вентилятор с диффузором, ближайшие к поверхности каплеуловителя края труб трубопровода водораспределительной системы расположены от этой поверхности на расстоянии равном продольному размеру аэродинамической тени, образующейся при их обтекании паровоздушной смесью, а диаметр входного диаметра сопла выполнен не меньше внутреннего диаметра трубок конденсатора. Вентилятор оснащен блоком с механизмом изменения угла разворота лопастей и/или электроприводом с функцией регулятора частоты их вращения. При использовании труб трубопровода водораспределительной системы с наиболее привычным и распространенным круглым поперечным сечением расстояние от центра этого сечения до нижнего края поверхности каплеуловителя составляет полтора наружного диаметра трубы.
Общеизвестно, что при движении тела в потоке жидкости или газа за задней частью поверхности тела возникает разряжение. Обтекающий тело наружный поток интенсивно перемешивается с газом, находящимся в застойной зоне за задней частью поверхности, увлекая и отсасывая часть газа из застойной зоны. Т.к. новые порции в эту зону не поступают, в ней возникает разрежение. Область такого разрежения называется аэродинамической тенью. Продольный размер аэродинамической тени определяется миделевым сечением - наибольшим по площади сечением тела плоскостью, перпендикулярной направлению движения, а минимален этот размер у тел, миделевое сечение которых расположено спереди по ходу движения. Расположение трубопровода около поверхности каплеулавливателя на расстоянии равном продольному размеру аэродинамической тени является компромиссом между целесообразностью минимизации этого расстояния с целью повышения эффективности охлаждения воды вследствие увеличения времени нахождения и пройденного пути капель в пространстве между оросителем и каплеулавливателем и максимальным использованием поверхности каплеулавливателя. Целесообразно это для труб с любой формой поперечного сечения. Проведенный расчет аэродинамической тени при поперечном обтекании трубы круглого сечения совпал с результатом экспериментального наблюдения аэродинамической тени шара, описанного в качестве лабораторной работы (см. П.Н.Солянин, М.Н.Сургайло, В.В.Чмовж; «Экспериментальная аэродинамика», Учебное пособие по лабораторному практикуму, Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского, «Харьковский авиационный институт», 2007 г., стр 61-67). Аэродинамическая тень для тел шарообразной формы в достаточно широком диапазоне значений числа Рейнольдса, т.е. как для ламинарного, так и для турбулентного течений постепенно сужается и распространяется от центра шара примерно на величину в полтора раза больше его диаметра. Поэтому наиболее используемые трубы с круглым поперечным сечением предпочтительно устанавливать под нижним краем поверхности каплеуловителя на расстоянии равном продольному размеру аэродинамической тени шара.
Выбор диаметра входного отверстия каждого водоразбрызгивающего сопла трубопровода обусловлен тем, что в водосборный бассейн через воздуховходные окна с потоком наружного воздуха вносятся посторонние предметы. Из бассейна в оборотных системах водоснабжения эти примеси вместе с водой всасываются насосами, проходят через трубки конденсаторов турбин и, попадая в трубопровод водораспределительной системы градирни, куда поступает теплая вода из конденсатора, засоряют входные отверстия водоразбрызгивающих сопел. В предлагаемом устройстве соотношение диаметра входного отверстия сопла и внутреннего диаметра трубок конденсатора турбин исключает проникновение посторонних предметов способных перекрыть отверстия сопел и их засорение, что обеспечивает равномерное распределение воды, выходящей из сопел по поверхности оросителя и наилучшее использование его поверхности.
Оснащение вентилятора механизмом изменения разворота его лопастей и/или электроприводом с регулировкой частоты вращения позволяет при необходимости равномерно распределять воздух по сечению градирни и регулировать отвод тепловой энергии при постоянных значениях расхода и температуры воды, поступающей в градирню. Например, в зимних условиях уменьшить частоту вращения лопастей, что приведет к уменьшению расхода воздуха, и, соответственно, отвода теплоты и экономии электроэнергии на привод вентилятора.
На фигуре схематично представлен продольный разрез вентиляторной градирни с трубами круглого поперечного сечения. Она содержит корпус 1 с воздуховходными окнами 2. Корпус 1 установлен на водосборном бассейне 3. Внутри корпуса 1 последовательно сверху вниз расположены каплеуловитель 4, трубопровод 5, подключенной к конденсатору турбин водораспределительной системы и ороситель 6. Трубы трубопровода 5 снабжены обращенными вниз в сторону оросителя 6 водоразбрызгивающими соплами 7, имеют, как наиболее распространенные и привычно изготавливаемые в поперечном сечении, круглую форму с диаметром d и расположены под каплеуловителем 4 так, что просвет между нижним краем поверхности каплеуловителя 4 и трубами равен диаметру трубы. Иными словами расстояние между центром круглого поперечного сечения труб трубопровода 5 до нижнего края каплеуловителя 4 составляет полтора наружного диаметра трубы - 1,5d. Величина диаметров входных отверстий водоразбрызгивающих сопел 7 не меньше внутреннего диаметра трубок конденсатора турбин. Наверху корпуса 1 установлен вентилятор 8 с диффузором 9. Вентилятор 8 оснащен блоком 10 с механизмом изменения угла разворота лопастей и/или электроприводом с функцией регулятора частоты их вращения.
Устройство работает следующим образом. Вода, подлежащая охлаждению, поступает из конденсатора турбин в трубопровод 5 водораспределительной системы и через сопла 7 благодаря достаточно большому диаметру отверстий в них, эффективно разбрызгивается в сторону оросителя 6. В пространстве между каплеуловителем 4 и оросителем 6, а также в оросителе 6 оросителе 6 происходит охлаждение капель воды потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором 8 через воздуховходные окна 2. Охлажденные капли воды с оросителя 6 стекают в бассейн 3. Кроме того, подогретый, насыщенный парами и капельками воды и прошедший сквозь ороситель 6, а также пространство над ним, воздух, обтекая трубы трубопровода 5, поступает в каплеуловитель 4, на поверхности которого вследствие торможения и изменения направления движения потока, сепарируются частицы воды, увлекаемые воздухом, благодаря вентилятору 8. В области аэродинамической тени труб количество этого воздуха мало, но в связи с тем, что каплеуловитель 4 расположен на расстоянии большем, чем продольный размер разрежения, используется вся поверхность каплеуловителя 4 Сепарация воды и осушка прогоняемого вентилятором 8 выбрасываемого через диффузор 9 в атмосферу воздуха осуществляется более эффективно. Блок 10 включается в случае необходимости уменьшения отвода теплоты или регулирования направления движения воздуха через градирню.
1. Вентиляторная градирня, содержащая установленный на водосборном бассейне корпус с воздуховходными окнами в нижней части и расположенные в корпусе последовательно сверху вниз каплеуловитель, трубопровод подключенной к выходу конденсатора турбин водораспределительной системы, снабженный водоразбрызгивающими соплами с факелом распыла, направленным вниз в сторону размещенного над бассейном оросителя, а также установленный на верху корпуса вентилятор с диффузором, отличающаяся тем, что ближайшие к поверхности каплеуловителя края труб трубопровода водораспределительной системы расположены от этой поверхности на расстоянии, равном продольному размеру аэродинамической тени, образующейся при их обтекании паровоздушной смесью, диаметр входного отверстия каждого сопла выполнен не меньше внутреннего диаметра трубок конденсатора, а вентилятор оснащен блоком с механизмом изменения угла разворота лопастей и/или электроприводом с функцией регулятора частоты их вращения.
2. Вентиляторная градирня по п.1, отличающаяся тем, что при использовании труб трубопровода водораспределительной системы с круглым поперечным сечением расстояние между центром этого сечения до нижнего края поверхности каплеуловителя составляет полтора наружного диаметра трубы.
