Башенная градирня
CHIMNEY-TYPE COOLING TOWER

Изобретение относится к теплообменным устройствам охлаждения воды в системах промышленного оборотного водоснабжения для отвода избыточного тепла при различных технологических процессах, связанных с его выделением.
Известна градирня (RU 2355968, F28C 1/00, 14.11.2007), которая содержит башню с установленными в ней последовательно сверху вниз водоуловителем, водораспределителем с разбрызгивателями и оросителем, при этом в башне, в нижней ее части, выполнены воздуховпускные окна и бассейн. В окнах эксцентрично установлены на вертикальных осях с возможностью поворота под действием ветра или ручного привода заслонки, причем часть заслонок с большей площадью расположены в открытом положении внутри башни. В окнах выполнены упоры для фиксирования заслонок в закрытом положении, при этом каждая заслонка установлена с возможностью открытия от входящего потока воздуха в градирню и герметичного закрытия от выходящего из градирни потока воздуха. В каждом воздуховпусном окне установлены рядом две группы заслонок, соединенных кинематически друг с другом посредством тяг с возможностью одновременного поворота заслонок каждой группы и возможностью их фиксации в промежуточном открытом и закрытом положениях. Каждая заслонка выполнена в виде многослойной прямоугольной панели.
Данная градирня предназначена только для охлаждения воды, поступающей в градирню, что определяет ее узкие функциональные возможности.
Известна башенная градирня с нисходящим потоком охлаждаемой жидкости, выбранная в качестве прототипа (RU 2579303, F28C 1/00, 10.04.2016), содержащая корпус, образующий внутреннее пространство башенной градирни, в котором последовательно сверху вниз установлены водоуловитель, водораспределитель с коллектором и напорный трубопровод нагретой воды, в нижней части корпуса башенной градирни расположена зона регулированного воздушного поступления, содержащая воздуховпускные окна с установленными в них поворотными заслонками, под корпусом башенной градирни расположен водосборный бассейн с отводящим трубопроводом охлажденной воды, причем она дополнительно снабжена одним или более устройством для диспергирования жидкости, заземленными ионизирующими сетками с коронирующими электродами, вакуумным насосом и вакуумопроводом, при этом водораспределитель выполнен в виде одного или нескольких участков коллекторов, расположенных горизонтально, на которых размещены одно или более устройств для диспергирования жидкости таким образом, что их сопла ориентированы вниз с возможностью создания нисходящего потока, вакуумный насос расположен на выносной площадке корпуса градирни и связан с одним или несколькими устройствами для диспергирования жидкости вакуумопроводом, заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами расположены горизонтально под водоуловителем и служат для создания «электрического ветра». При наличии двух и более устройств для диспергирования жидкости, коллекторы, на которых они расположены, установлены на разных горизонтах. При наличии двух и более устройства для диспергирования жидкости, они расположены со смещением по вертикальным осям друг относительно друга. Заземленные ионизирующие сетки с коронирующими электродами выполнены с полимерным водостойким покрытием.
Основным недостатком башенной градирни с нисходящим потоком охлаждаемой жидкости является то, что она предназначена для выполнения одной функции - охлаждения воды.
Перед автором стояла задача расширения функционального диапазона башенной градирни за счет преобразования кинетической энергии воды в электрическую.
Технический результат достигается тем, что в башенной градирне, содержащей корпус, в верхней части которого установлены заземленные ионизирующие сетки, покрытые полимерным водостойким покрытием, с коронирующими электродами, соединенными с источником высокого напряжения и под которыми жестко закреплен водораспределительный коллектор, соединенный с напорным трубопроводом нагретой воды и с помощью вакуумопровода - с вакуумным насосом, жестко закрепленным на внешней поверхности корпуса, водораспределительный коллектор снабжен соплами, ориентированными вниз, в нижней части корпуса расположена зона регулированного воздушного поступления, содержащая воздуховпускные окна с установленными в них поворотными заслонками, под корпусом башенной градирни расположен водосборный бассейн с отводящим трубопроводом охлажденной воды, над корпусом с помощью вертикальных стоек жестко закреплен конусообразный экран, по кромке основания которого жестко закреплен винтообразный желоб, нижний конец которого присоединен к водоприемной воронке вертикальной трубы, которая снабжена сливным отливом, сообщающимся с водосборным бассейном, внутри трубы установлен пластиковый рукав из полимерного материала, закрепленный с помощью раструба, узкая часть раструба насажена на рукав, а широкая часть оперта на внутреннюю поверхность воронки, которая покрыта гидроизолирующим материалом, внутри пластикового рукава установлен жестко прикрепленный к внутренней поверхности вертикальной трубы электрогенерирующий блок, выполненный в виде статора вертикального асинхронного двигателя, в пазах магнитопровода статора уложена электрическая обмотка с выходными зажимами, к которым подключена нагрузка, в расточке статора расположен полый цилиндр, на внешней боковой поверхности которого жестко закреплена цилиндрическая периодическая структура из полос радиально намагниченного винила чередующейся полярности, полый цилиндр и магнитопровод разделены дополнительным элементом из композиционного антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и электрической обмоткой, на внутренней поверхности полого цилиндра жестко закреплены напорные лопасти, торцы статора закрыты кольцеобразными крышками с отверстиями.
Заявляемая башенная градирня поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид башенной градирни, на фиг. 2 показано расположение электрогенерирующего блока в вертикальной трубе, а на фиг. 3 - продольный разрез электрогенерирующего блока.
Башенная градирня содержит корпус 1 (фиг. 1), в верхней части располагаются заземленные ионизирующие сетки 2, покрытые полимерным водостойким покрытием, например, полиэтиленом, полипропиленом и полиизобутиленом, с коронирующими электродами 3, соединенными с источником высокого напряжения 4 и под которыми жестко закреплен водораспределительный коллектор 5, соединенный с напорным трубопроводом нагретой воды 6 и с вакуумным насосом 7, жестко закрепленным на внешней поверхности корпуса 1. Водораспределительный коллектор 5 соединен с вакуумным насосом 7 с помощью вакуумопровода 8. Водораспределительный коллектор 5 снабжен соплами 9, ориентированными вниз. В нижней части корпуса 1 расположена зона регулированного воздушного поступления 10, содержащая воздуховпускные окна 11 с установленными в них поворотными заслонками 12. Под корпусом 1 башенной градирни расположен водосборный бассейн 13 с отводящим трубопроводом охлажденной воды 14. Над корпусом 1 с помощью вертикальных стоек 15 жестко закреплен конусообразный экран 16, по кромке основания которого жестко закреплен винтообразный желоб 17, нижний конец которого присоединен к водоприемной воронке 18 вертикальной трубы 19, которая снабжена сливным отливом 20, сообщающимся с водосборным бассейном 13. Внутри трубы 19 (фиг. 2) установлен пластиковый рукав 21 из полимерного материала, закрепленный с помощью раструба 22, узкая часть раструба 22 насажена на пластиковый рукав 21, а широкая часть оперта на внутреннюю поверхность водоприемной воронки 18, которая покрыта гидроизолирующим материалом. Внутри пластикового рукава 21 установлен жестко прикрепленный к внутренней поверхности вертикальной трубы 19 электрогенерирующий блок 23, выполненный в виде статора 24 (фиг. 3) вертикального асинхронного двигателя. В пазах 25 статора 24 уложена электрическая обмотка 26, выполненная по схеме петлевой двухфазной или трехфазной обмотки, волновой двухфазной или трехфазной обмотки (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия. 1974. С. 403-431), с выходными зажимами 27, к которым подключена нагрузка (на чертеже не показана). В качестве нагрузки может использоваться осветительная сеть башенной градирни. В расточке статора 24 расположен полый цилиндр 28, на внешней боковой поверхности которого жестко закреплена цилиндрическая периодическая структура 29 из полос радиально намагниченного винила чередующейся полярности. Полый цилиндр 28 и статор 24 разделены дополнительным элементом 30 из композиционного антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое со статором 24 и электрической обмоткой 26. Композиционный антифрикционный неэлектропроводящий материал, включает компоненты, например фтортермопласт (тефлон, фторопласт), обеспечивающие коэффициент трения: между соприкасающимися поверхностями неподвижного статора 24 и вращающегося полого цилиндра 28 при сухом ходе 0,14-0,15 и не более 0,01-0,02 при наличии воды.
На внутренней поверхности полого цилиндра жестко закреплены напорные лопасти, торцы статора 24 закрыты кольцеобразными крышками с отверстиями 32. Стрелками показано направление движения воды.
Башенная градирня работает следующим образом. Подлежащая охлаждению вода по напорному трубопроводу нагретой воды 6 (фиг. 1) поступает на водораспределительный коллектор 5 одновременно с этим начинает работать вакуумный насос 7. В результате подлежащая охлаждению вода проходит через сопла 9 и превращается в мелкодисперсные факелы, направленные вниз. Навстречу мелкодисперсной охлаждаемой воде поступает воздушный поток из зоны регулированного воздушного регулирования 10. Величина этого воздушного потока регулируется с помощью угла поворота поворотных заслонок 12 в воздухвпускных окнах 11. Динамический ветровой напор, гравитационная составляющая разницы удельных весов воздуха и «электрический ветер», образуемый заземленными ионизирующими сетками 2 с коронирующими электродами 3, подсоединенных к источнику высокого напряжения 4 создают оптимальное истечение воздуха снизу вверх в корпусе градирни 1 и обеспечивают максимально возможный гидроаэротермический процесс. Заземленные ионизирующие сетки 2 с коронирующими электродами 3, выполнены с полимерным водостойким покрытием.
Заземленные ионизирующие сетки 2 с коронирующими электродами 3 также служат для укрупнения дисперсной водяной пыли ионизирующим полем в капли. Что уменьшает потери охлаждаемой оборотной воды.
В процессе работы градирни происходит постоянное пополнение водосборного бассейна 13 охлажденной водой. Откачка из водосборного бассейна 13 осуществляется через отводящий трубопровод 14.
Воздушный поток, поступающий снизу вверх, одновременно с охлаждением мелкодисперсной охлаждаемой воды насыщается парами воды и при встрече с внутренней поверхностью конусообразного экрана 16 конденсируется на ней. Капли этого конденсата, образуют поток, который стекает в винтообразный желоб 17, к нему добавляется поток, обусловленный внешними атмосферными осадками. Эти потоки попадают в пластиковый рукав 21 (фиг. 2) вертикальной трубы 19. Двигаясь по пластиковому рукаву 21 водный поток в электрогенерирующем блоке 23 воздействует на напорные лопасти 31 (фиг. 3). В результате, полый цилиндр 28, несущий цилиндрическую периодическую структуру 29 из полос радиально намагниченного винила чередующейся полярности, начинает вращаться. Магнитное поле, созданное цилиндрической периодической структурой 29, пересекает проводники электрической обмотки 26, и в последней индуцируется электродвижущая сила. В результате ее действия по цепи, состоящей из электрической обмотки 26 и нагрузки, начинает протекать электрический ток.
Как можно заметить, заявляемой башенной градирни свойственна дополнительная функция - преобразование кинетической энергии воды в электрическую.