ЭЖЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
EJECTION DEVICE FOR COOLING OF RECIRCULATING WATER

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах оборотного водоснабжения технологического оборудования, охлаждаемого водой, например компрессорных станций, промышленных холодильников, конденсаторов и т.д.
Известно эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды системы охлаждения производственного оборудования, содержащее корпус с вертикальным и горизонтальным эжекционными каналами, снабженными форсунками и шахтой выброса воздуха, снабженной в верхней ее части каплеуловителями, приемный бак, соединенный магистралями, в которые включен насос, с системой охлаждения производственного оборудования, форсункой вертикального эжекционного канала и форсункой горизонтального эжекционного канала, при этом в нижней части корпуса выполнена магистраль для слива воды из корпуса в приемный бак (RU 15930 U1).
Недостатком данного эжекционного устройства является то, что горячая вода поступает от системы охлаждения производственного оборудования непосредственно в шахту выброса, где смешивается с водой, охлажденной в эжекционных каналах; в результате температура охлажденной воды, поступающей в систему охлаждения производственного оборудования, существенно повышается; кроме того, горячая вода, поступающая в шахту выброса воздуха, обуславливает образование паро-воздушно-капельной пробки в верхней части указанной шахты, значительно затрудняющей процесс эжекции в эжекционных каналах, что существенно снижает эффективность устройства (удельный теплосъем - отношение тепловой энергии, снимаемой с охлаждаемого оборудования, к площади устройства для охлаждения оборотной воды).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды системы охлаждения производственного оборудования, содержащее корпус с вертикальным и горизонтальным эжекционными каналами, снабженными форсунками и шахтой выброса воздуха, снабженной в верхней ее части каплеуловителями, приемный бак, соединенный магистралями, в которые включен насос, с системой охлаждения производственного оборудования, форсункой вертикального эжекционного канала и форсункой горизонтального эжекционного канала, при этом в нижней части корпуса выполнена магистраль для слива воды из корпуса в приемный бак, устройство снабжено дополнительной эжекционной камерой с одной или более форсунками внутри нее, с каплеуловителем в верхней ее части и одним или более воздухоприемными окнами в нижней ее части, при этом форсунки, размещенные в дополнительной эжекционной камере, соединены магистралью с системой охлаждения производственного оборудования, в нижней части дополнительной эжекционной камеры выполнена магистраль для слива воды из нее в приемный бак, при этом в приемном баке выполнена перегородка с отверстием в нижней части, отделяющая зону слива в приемный бак воды из корпуса от зоны слива в него из дополнительной эжекционной камеры; воздухоприемные окна дополнительной эжекционной камеры могут быть снабжены элементами принудительной подачи воздуха (RU2349851 С1).
Существенными недостатками приведенного выше эжекционного устройства для охлаждения оборотной воды (прототип) является отсутствие автоматического регулирования температуры охлаждающей воды, подаваемой на производственное оборудование и обеспечение оптимального режима работы насосов и элементов принудительной подачи воздуха, что приводит к увеличению расхода электрической энергии на собственные нужды. Не используется потенциальная энергия значительных объемов турбулентных потоков нагретого воздуха, удаляемого из эжекционного устройства в атмосферу.
3
Например, для охлаждения оборотной воды в количестве 1 м/ч (1000 кг/ч) с температурой на входе 45°С до температуры на выходе 25°С согласно уравнению теплового баланса потребуется следующее количество воздуха:
<mrow><mi>B</mi><mi>в</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>G</mi><mi>в</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>i</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>i</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mn>1</mn><mi>в</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1000</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>45,1</mn><mo>−</mo><mn>25,1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>7,88</mn><mo>−</mo><mn>4,73</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>6349,2</mn><mtext> </mtext><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo>,</mo></mrow>
в
где G=1000 кг/ч - расход оборотной воды на охлаждение;
1
i=45,1 ккал/кг - теплосодержание воды на входе в эжекционное устройство (при температуре 45°С);
2
i=25,1 ккал/кг - теплосодержание воды на выходе из эжекционного устройства (при температуре 25°С);
3
3
i=7,88 ккал/м - теплосодержание воздуха на выходе из эжекционного устройства (при температуре 25°С);
2в
3
i=4,73 ккал/м - теплосодержание воздуха на входе в эжекционное устройство (при температуре наружного воздуха 15°С).
Задачей заявляемого технического решения является создание эжекционного устройства для охлаждения оборотной воды, в котором отсутствуют приведенные выше недостатки.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для охлаждения оборотной воды производственного оборудования содержит корпус с вертикальным и горизонтальным эжекционными каналами; эжекционный канал снабжен форсункой, а эжекционный канал снабжен форсункой. Шахта выброса воздуха снабжена в верхней ее части каплеуловителями, представляющими собой в конкретном примере набор параллельных наклонных пластин. Приемный бак соединен магистралью через насос с системой охлаждения производственного оборудования: приемный бак соединен через магистраль с насосами, при этом насос магистралью соединен с форсункой вертикального эжекционного канала, а насос магистралью соединен с форсункой горизонтального эжекционного канала; в нижней части корпуса выполнена магистраль для слива воды из корпуса в приемный бак. Устройство снабжено дополнительной эжекционной камерой с двумя (в данном примере) форсунками внутри ее и каплеуловителем, расположенным в верхней части камеры; воздухоприемные окна размещены в нижней части камеры, при этом форсунки соединены магистралью с системой охлаждения производственного оборудования; в нижней части дополнительной эжекционной камеры выполнена магистраль для слива воды из нее в приемный бак; в приемном баке выполнена перегородка с отверстием в нижней его части, отделяющая зону слива воды из дополнительной эжекционной камеры от зоны слива в приемный бак воды из корпуса; воздухоприемные окна дополнительной эжекционной камеры снабжены элементами принудительной подачи воздуха, при этом в приемном баке установлен датчик температуры, соединенный соответственно электрическими цепями с преобразователями частоты оборотов электродвигателей насосов подачи воды на охлаждение технологического оборудования и с преобразователями частоты оборотов электродвигателей элементов принудительной подачи воздуха, причем на корпусе эжекционного устройства за каплеуловителями размещен роторный ветродвигатель.
На чертеже приведена принципиальная схема устройства для охлаждения оборотной воды.
Эжекционное устройство для охлаждения оборотной воды системы 1 охлаждения производственного оборудования содержит корпус 2 с вертикальным 3 и горизонтальным 4 эжекционными каналами; эжекционный канал 3 снабжен форсункой 5, а эжекционный канал 4 снабжен форсункой 6. Шахта 7 выброса воздуха снабжена в верхней ее части каплеуловителями 8, представляющими собой в конкретном примере набор параллельных наклонных пластин. Приемный бак 9 соединен магистралью 10 через насос 11 с системой охлаждения производственного оборудования: приемный бак 9 соединен через магистраль 13 с насосами 14,15, при этом насос 14 магистралью 13 соединен с форсункой 5 вертикального эжекционного канала 3, а насос 15 магистралью 32 соединен с форсункой 6 горизонтального эжекционного канала 4; в нижней части корпуса 2 выполнена магистраль 16 для слива воды из корпуса 2 в приемный бак 9. Устройство снабжено дополнительной эжекционной камерой 17 с двумя (в данном примере) форсунками 18, 19 внутри ее; каплеуловитель 20 расположен в верхней части камеры 17 и выполнен так же, как каплеуловитель 8; воздухоприемные окна 21, 22, 23 размещены в нижней части камеры 17, при этом форсунки 18, 19 соединены магистралью 24 с системой 1 охлаждения производственного оборудования; в нижней части дополнительной эжекционной камеры 17 выполнена магистраль 25 для слива воды из нее в приемный бак 9; в приемном баке 9 выполнена перегородка 26 с отверстием 27 в нижней его части, отделяющая зону 28 слива воды из дополнительной эжекционной камеры от зоны 29 слива в приемный бак воды из корпуса 2; воздухоприемные окна 21, 22, 23 дополнительной эжекционной камеры 17 снабжены элементами 30, 33, 34 принудительной подачи воздуха, при этом в приемном баке 9 в зоне 28 установлен датчик температуры 35, соединенный соответственно электрическими цепями 36 с преобразователями частоты оборотов электродвигателей насосов 14, 15 подачи воды на охлаждение технологического оборудования и с преобразователями частоты оборотов электродвигателей элементов принудительной подачи воздуха 30, 33, 34, а на корпусе 2 эжекционного устройства за каплеуловителями 8, 20 размещен роторный ветродвигатель 37.
Устройство для охлаждения оборотной воды работает следующим образом.
Вода, нагретая системой 1 охлаждения производственного оборудования, по магистрали 24 поступает на форсунки 18, 19, размещенные в дополнительной эжекционной камере 17. При распылении горячей воды за счет эффекта эжекции через воздухоприемные окна 21, 22, 23 в камеру 17 поступает холодный воздух, который, смешавшись с мелкодисперсными водяными каплями, охлаждает воду и через каплеуловитель 20 выходит за пределы устройства. Охлажденная вода из нижней части камеры 17 по магистрали 25 сливается в зону 28 приемного бака 9.
При оптимальной температуре охлажденной воды она через отверстие 27 в нижней части перегородки 26 приемного бака 9 перетекает из зоны 28 в зону 29, откуда через магистраль 10 насосом 11 по магистрали 12 попадает в систему 1 охлаждения производственного оборудования.
При температуре охлажденной воды выше оптимальной, которая может меняться от тепловой нагрузки производственного оборудования и температуры наружного воздуха, датчик температуры 35, установленный в приемном баке 9 в зоне 28, по электрическим цепям 36 подает сигнал на преобразователи частоты оборотов электродвигателей насосов 14, 15 и на преобразователи частоты оборотов электродвигателей элементов 30, 33, 34 принудительной подачи воздуха, что обеспечивает автоматический режим и экономичную их работу.
При этом охлажденная вода по магистрали 13 насосами 14, 15 подается на форсунки 5 вертикального эжекционного канала 3 и форсунки 6 горизонтального эжекционного канала 4. При распылении воды за счет эффекта эжекции через воздуховодные окна в корпус 2 засасывается холодный воздух, который, смешиваясь с мелкодисперсной водяной каплей, охлаждает воду. Охлажденная вода из нижней части корпуса 2 по магистрали 16 сливается в зону 29 приемного бака 9, откуда через магистраль 10 насосом 11 по магистрали 12 подается в систему 1 охлаждения производственного оборудования. Нагретый воздух после каплеуловителей 8, 20 поступает в роторный ветродвигатель 37, размещенный на корпусе эжекционного устройства 2, в котором потенциальная энергия турбулентного потока используется для получения электрической энергии.
В качестве устройства для преобразования потенциальной энергии турбулентного потока теплого воздуха в электрическую энергию может быть использован роторный ветродвигатель, выполненный по патенту RU 2210000.
Сопоставительный анализ изобретения и прототипа позволяет сделать вывод, что новым является то, что в приемном баке установлен датчик температуры, соединенный соответственно электрическими цепями с преобразователями частоты оборотов электродвигателей насосов подачи воды на охлаждение оборудования и преобразователями частоты оборотов электродвигателей элементов принудительной подачи воздуха, при этом корпусе эжекционного устройства за каплеуловителями размещен роторный ветродвигатель.
В устройстве для охлаждения оборотной воды заявителем не выявлены известные технические решения, идентичные совокупности признаков заявленного устройства, что определяет, по мнению заявителя, соответствие критерию «новизна».
Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «изобретательный уровень».
Изобретение позволяет в автоматическом режиме обеспечить оптимальную температуру охлаждающей воды, подаваемой на технологическое оборудование, в зависимости от тепловой нагрузки технологического оборудования и изменений температуры наружного воздуха, за счет применения датчика температуры, установленного в приемном баке, соединенного соответственно с преобразователями частоты оборотов электродвигателей насосов подачи охлаждаемой воды и преобразователями частоты оборотов электродвигателей элементов принудительной подачи воздуха, а также возможности использования потенциальной энергии турбулентных потоков теплого воздуха, удаляемого из эжекционного устройства, в роторном ветродвигателе для получения электрической энергии.