НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННОГО АППАРАТА
HEAD PIECE FOR HEAT AND MASS EXCHANGER

Изобретение относится к теплоэнергетике и другим отраслям промышленности, применяющим на своих предприятиях оборотное водоснабжение и охлаждение воды в башенных и вентиляторных градирнях.
Широко используются в испарительных градирнях блочные оросители капельного и пленочного типа, выполненные из деревянных реек, а также из плоских или волнистых асбоцементных листовых щитов толщиной до 7 мм (см., например, Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций. Ленинград: Энергия, 1972).
Оросители данного типа отличает большая материалоемкость, высокое гидравлическое сопротивление потоку охлаждающего воздуха, низкая удельная поверхность контакта фаз и невысокая эксплуатационная надежность вследствие ограниченной водостойкости деревянных оросителей и расслаивания асбоцементных оросителей при размораживании. Кроме того, использование асбеста нецелесообразно с точки зрения его вредного влияния на окружающую среду.
Известны также оросители из полимерных материалов, например оросительные устройства, выполненные в виде блока пластмассовых труб (см. РФ №2141616, кл. F28F 25/00, 20.11.1999 и №2141617, кл. F28F 25/08, 20.11.1999).
Данные оросители являются более эффективными и водостойкими. Однако и эти оросители имеют сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление и, кроме того, недостатком этих оросителей является сложность сборки блока в процессе его изготовления.
Известна насадка для тепломассообменного аппарата, содержащая объемные элементы, выполненные из неметаллических нитей, размещенных с образованием между ними ячеек, причем элементы в поперечном сечении имеют треугольный профиль, отличающаяся тем, что она выполнена соединением нитей экструзией с площадью проходного сечения каждой ячейки, составляющей 0,05-0,5 площади профиля (см. патент РФ №2044993, кл. F28F 25/08, 27.09.1995).
Данное техническое решение позволяет исключить образование сквозных, вертикальных проемов. Однако остроконечность вершин треугольника и прямолинейность его сторон приводит при сборке блоков оросителей к полному сопряжению (слиянию) указанных вершин и сторон соседних элементов, что снижает эффективность водяного орошения в градирне.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насадка для тепломассообменного аппарата, содержащая собранные в блок длинномерные полые элементы с решетчатой стенкой и поперечным сечением в виде правильной лепестковой фигуры, причем вершины лепестков и впадины между ними закруглены (см. патент РФ №2143659, кл. F28F 25/08, 27.12.1999).
Данное техническое решение исключает остроконечность вершин треугольника и прямолинейность его сторон, что позволяет исключить при сборке блоков оросителей полное сопряжение вершин и сторон соседних элементов. Однако недостатком этих оросителей является сложность сборки блока в процессе его изготовления, поскольку при сборке требуется строго определенная ориентация с последующей фиксацией положения отдельных элементов относительно друг друга.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание элементов, которые при сборке блока не требуют строго определенного их положения относительно друг друга при сборке элементов в блок насадки для тепломассообменного аппарата, при увеличении площади контакта охлаждаемой жидкой среды с хладагентом, например воздухом.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в упрощении технологии сборки блоков насадки и повышении эффективности водяного орошения в градирне.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что насадка для тепломассообменного аппарата содержит собранные в блок длинномерные полые элементы с решетчатой стенкой и поперечным сечением в виде правильной лепестковой фигуры, причем вершины лепестков и впадины между ними закруглены, при этом в поперечном сечении элементы выполнены в виде пятилепестковой фигуры, внешний контур поперечного сечения которой образован окружностью с пятью впадинами, полученными обжатием цилиндрической заготовки, образованной пересекающимися волокнами из термопластичной пластмассы, при этом максимальная ширина впадин в поперечном сечении каждого элемента меньше максимальной ширины лепестков, наружный контур лепестков образован наружными дугами окружности, которые по краям сопряжены посредством дуг окружности и прямой с образующими между наружными дугами впадины дугами окружности, а внутренний диаметр элемента, образованный дугами окружности, образующими впадины, составляет от 0,25 до 0,4 от наружного диаметра элемента, образованного наружными дугами окружности.
Предпочтительно радиус дуг окружности, образующих впадины, в 4-6 раз меньше радиуса образующих контур лепестков наружных дуг окружности.
Предпочтительно радиус дуг окружности, посредством которых наружные дуги окружности сопряжены с дугами окружности, образующими впадины, в 5-7 раз меньше радиуса образующих контур лепестков наружных дуг окружности.
Анализ предшествующего уровня техники показал, что можно добиться существенного упрощения процесса сборки блока элементов насадки при повышении эффективности работы собранного блока насадки в составе оросителя градирни путем оптимизации поперечного сечения элементов, из которых собирают блоки насадки.
3
Проведенные исследования показали, что выполнение элементов в виде пятилепестковой фигуры, внешний контур поперечного сечения которой образован окружностью с пятью впадинами, полученными обжатием цилиндрической заготовки, образованной пересекающимися волокнами из термопластичной пластмассы, позволяет ограничить контакт между соседними в блоке элементами только вдоль продольной линии, а принимая во внимание решетчатую структуру стенки элемента, реальный контакт между соседними элементами будет точечным. Однако важно, чтобы при сборке блока не образовывались глухие места для потоков воды и воздуха. Этого удалось добиться оптимизацией контура элементов в поперечном их сечении, а именно путем выполнения элементов с максимальной шириной впадин в поперечном сечении каждого элемента меньше максимальной ширины лепестков, а также за счет того, что наружный контур лепестков образован наружными дугами окружности, которые по краям сопряжены посредством дуг окружности и прямой с образующими между наружными дугами впадины дугами окружности, а внутренний диаметр элемента, образованный дугами окружности, образующими впадины, составляет от 0,25 до 0,4 от наружного диаметра элемента, образованного наружными дугами окружности. В результате удалось добиться уменьшения гидравлического сопротивления блока при увеличении площади контакта охлаждаемой воды и охлаждающего ее воздуха. В ходе испытаний был собран блок элементов высотой 1 м, в который вошло 80 описанных выше элементов. В ходе испытаний была получена величина коэффициента сопротивления сухого блока оросителя, составляющая 18,1 1/м при относительном весе блока 37 кг/м и показателе степени, характеризующем зависимость величины коэффициента массоотдачи от скорости воздуха, составляющем 0,3.
Наилучшие показатели были получены при выполнении радиуса дуг окружности, образующих впадины, в 4-6 раз меньше радиуса образующих контур лепестков наружных дуг окружности и при радиусе дуг окружности, посредством которых наружные дуги окружности сопряжены с дугами окружности, образующими впадины, в 5-7 раз меньше радиуса образующих контур лепестков наружных дуг окружности.
На фиг.1 показано аксонометрическое изображение элемента с решетчатой оболочкой и профилем в виде правильной пятилепестковой фигуры, на фиг.2 показано поперечное сечение элемента, и на фиг.3 показаны элементы, собранные в блок.
Насадка для тепломассообменного аппарата содержит собранные в блок длинномерные полые элементы 1 с решетчатой стенкой и поперечным сечением в виде правильной лепестковой фигуры, причем вершины лепестков 2 и впадины между ними закруглены. В поперечном сечении элементы выполнены в виде пятилепестковой фигуры, внешний контур поперечного сечения которой образован окружностью с пятью впадинами 3, полученными обжатием цилиндрической заготовки (не показана на чертеже), образованной пересекающимися волокнами из термопластичной пластмассы. Максимальная ширина h впадин 3 в поперечном сечении каждого элемента 1 меньше максимальной ширины Н лепестков 2. Наружный контур лепестков 2 образован наружными дугами 4 окружности, которые по краям сопряжены посредством дуг 5 окружности и прямой 6 с образующими между наружными дугами 4 впадины 3 дугами окружности 7. Внутренний диаметр d элемента 1, образованный дугами окружности 7, образующими впадины 3, составляет от 0,25 до 0,4 от наружного диаметра D элемента 1, образованного наружными дугами 4 окружности.
Предпочтительно радиус r дуг окружности 7, образующих впадины 3, в 4-6 раз меньше радиуса R образующих контур лепестков 2 наружных дуг окружности 4.
1
Предпочтительно радиус дуг r окружности 5, посредством которых наружные дуги окружности 4 сопряжены с дугами окружности 7, образующими впадины 3, в 5-7 раз меньше радиуса R образующих контур лепестков 2 наружных дуг окружности 4.
Насадка работает следующим образом. Водяные брызги из водораспределительной системы падают на блок сверху. Отражаясь от закругленных лепестков 2 и впадин 3 между лепестками 2 элементов блока, капли и струи охлаждаемой воды дробятся и, изменяя угол падения, попадают на закругленные выпуклые лепестки 2 и вогнутые впадины соседних элементов и вновь дробятся, изменяя угол падения, и так далее. Многократное отражение от образующих решетчатую структуру элементов волокон с изменением угла падения и дробления капель и струй охлаждаемой воды с образованием водяных брызг приводит к формированию мелкодисперсной структуры водяного орошения в оросителе градирни и, как следствие, к эффективному охлаждению воды.
Настоящее изобретение может быть использовано в теплоэнергетике, металлургии, нефтепереработке, нефтехимии, агропромышленном комплексе и других отраслях промышленности, применяющих на своих предприятиях оборотное водоснабжение и охлаждение воды в башенных и вентиляторных градирнях, при этом в градирне насадка может быть расположена как вертикально, так и наклонно или горизонтально.