ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ

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.