ОРОСИТЕЛЬ ГРАДИРНИ
COOLING TOWER SPRINKLER

Изобретение относится к области оборотного водоснабжения, а именно к конструктивным элементам градирен и других аппаратов для тепломассообмена между жидкими и газообразными средами.
В испарительных градирнях широко распространены оросители капельного и пленочного типа, выполненные из деревянных реек, а также из плоских или волнистых асбоцементных листовых щитов толщиной до 7 мм (см., например, книгу Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций, Л.: Энергия, 1972).
Оросителей данного типа отличают 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 вредно с точки зрения его отрицательного влияния на окружающую среду.
Известны также оросители из полимерных материалов, например оросительные устройства, выполненные в виде блока пластмассовых труб (см., например, РФ № 2141616, кл. F28F 25/00, 20.11.1999 и № 2141617, кл. F28F 25/08, 20.11.1999 г.).
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.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ороситель градирни, состоящий из собранных в пакеты вертикально установленных листов с параллельными гофрами, зафиксированных относительно друг друга с помощью дистанционирующих втулок и пропущенных через них стягивающих крепежных элементов с образованием между листами зигзагообразного прохода, при этом гофры в поперечном сечении выполнены в виде ломаной линии с образованием граненного гофрированного листа (см. патент RU № 2122696, Кл. F28F 25/02, 27.11.1998).
Описанное выше выполнение блока оросителя градирни позволило повысить надежность работы в зимнее время за счет уменьшения намерзания льда и перераспределения охлаждающей воды от периферии к центру. Однако это привело к неравномерному распределению контактирующих потоков воды и охлаждающего воздуха по сечению оросителя и, как следствие, к повышению аэродинамического сопротивления и снижению интенсивности тепломассообмена.
Задачей изобретения является упрощение конструкции оросителя, снижение материалоемкости и более равномерное распределение потоков воды по сечению градирни.
Техническим результатом, достигаемым от использования изобретения, является повышение интенсивности тепломассообмена при повышении надежности работы оросителя градирни.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ороситель градирни состоит из собранных в пакеты вертикально установленных листов с параллельными гофрами, зафиксированных относительно друг друга с помощью дистанционирующих втулок и пропущенных через них стягивающих крепежных элементов с образованием между листами зигзагообразного прохода, при этом гофры в поперечном сечении выполнены в виде ломаной линии с образованием граненного гофрированного листа, при этом отрезки ломаной линии, образующие в поперечном сечении гофры листов, выполнены равной длины и наклонены друг к другу под углом 60°, отрезки ломаной линии, образующие впадину и вершину гофр, параллельны друг другу, отрезки ломаной линии, образующие вершину гофр одного листа, лежат в одной плоскости с отрезками ломаной линии, образующими впадину гофр смежного листа, при этом максимальное расстояние между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов, составляет 0,87 от длины отрезков, образующих гофры листов, а минимальное расстояние между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов, составляет 0,5 максимального расстояния между параллельными отрезками смежных листов, образующих гофры.
На каждой грани могут быть выполнены выступы и впадины, расположенные чередующимися между собой рядами, выступы и впадины в смежных рядах расположены под противоположными к вертикали углами, при этом каждый выступ или впадина расположены под углом к вертикали от 30 до 45°, высота каждого выступа и глубина каждой впадины составляет от 0,05 до 0,2 от ширины грани, длина каждого выступа или каждой впадины составляет от 0,25 до 0,8 от ширины грани, а на каждой грани в каждом ряду выполнено по меньшей мере три параллельных друг другу выступа или впадины.
Образованные в плоскости листа гофры могут быть выполнены вертикально или под острым углом к вертикали.
В ходе исследования работы оросителей, собранных из вертикальных гофрированных листов, было выявлено, что конструкцию оросителя можно упростить за счет выполнения оросителя из однотипных гофрированных листов, которые при транспортировке занимают мало места, за счет из плотной укладки друг на друга. При сборке оросителя не требуется специальная раскладка листов. Из гофрированных листов легко и быстро собираются на месте монтажа градирни пакеты вертикально установленных листов, жестко зафиксированных относительно друг друга на строго определенном расстоянии с помощью дистанционирующих втулок. Выполнение оросителя с однотипными образованными зигзагообразными проходами между листами вертикальными или наклоненными под острым углом к вертикали каналами, образованными гофрами, выполненными в виде ломаной линии с образованием граненного гофрированного листа и отрезками ломаной линии, образующими в поперечном сечении гофры листов, выполненные равной длины и наклоненные друг к другу под углом 60°, причем отрезки ломаной линии, образующие впадину и вершину гофр, параллельны друг другу, отрезки ломаной линии, образующие вершину гофр одного листа, лежат в одной плоскости с отрезками ломаной линии, образующими впадину гофр смежного листа, при этом максимальное расстояние между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов, составляет 0,87 от длины отрезков, образующих гофры листов, а минимальное расстояние между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов составляет 0,5 максимального расстояния между параллельными отрезками смежных листов, образующих гофры, позволяет, с одной стороны, снизить аэродинамическое сопротивление, а, с другой стороны, создать из тонких листов жесткую конструкцию оросителя, обеспечивая при этом высокую эффективность тепломассообмена. Для дальнейшей интенсификации теплообмена на гранях, образующих гофры листов, выполнены ряды выступов и впадин. Набегающий снизу поток охлаждающего воздуха обтекает выполненные в виде расположенных под углом ребер выступы. В результате взаимодействия с выступами поток воздуха завихряется. Падающие сверху капли воды, попадая в завихренный поток воздуха, отбрасываются на стенки канала и стекают по ним в виде пленки, что позволяет добиться высокой эффективности теплообмена.
В ходе проведенного исследования выявлено также влияние конструктивных особенностей выполнения выступов и впадин на эффективность работы оросителя. Было установлено, что наиболее целесообразно выполнение каждого выступа и впадины под углом к вертикали от 30 до 45°. Выполнение выступов и впадин под углом к вертикале менее 30° не позволяет организовать такую закрутку потока, чтобы все капли воды осаждались на стенках каналов в верхней части зигзагообразного прохода между листами. Все это приводило к снижению эффективности теплообмена и необходимости увеличения габаритов оросителя. Выполнение выступов и впадин под углом к вертикале более 45° позволяет организовать закрутку потока, при которой все капли воды осаждаются в верхней части вертикальных каналов. Однако излишне эффективная закрутка потока воздуха в канале приводила к росту аэродинамического сопротивления и, как следствие, к снижению эффективности теплообмена между охлаждаемой водой и охлаждающим воздухом. Аналогичная зависимость на величину закрутки была выявлена при выполнении выступов и впадин высотой и длиной меньше или больше указанных ниже соотношений размеров. Таким образом, наиболее оптимальный результат между эффективностью теплообмена и аэродинамическим сопротивлением был достигнут при высоте каждого выступа и глубине каждой впадины, составляющей от 0,05 до 0,2 от ширины грани и длине каждого выступа или каждой впадины, составляющей от 0,25 до 0,8 от ширины грани. Выполнение в каждом ряду менее трех выступов и впадин не позволяет организовать закрутку, которая предотвращает проскок через вертикальные каналы капель воды, поэтому на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, три параллельных друг другу выступа или впадины.
На фиг.1 представлен вид сбоку на гофрированный лист оросителя с вертикально выполненными гофрами. На фиг.2 представлен вариант выполнения с гофрами, выполненными под острым углом к вертикали. На фиг.3 представлен увеличено фрагмент вида сверху на собранный из гофрированных листов пакет листов оросителя градирни с вертикальными гофрами.
l
Ороситель градирни состоит из собранных в пакеты вертикально установленных листов 1 с параллельными гофрами, зафиксированных относительно друг друга с помощью дистанционирующих втулок 2 и пропущенных через них стягивающих крепежных элементов 3 с образованием между листами зигзагообразного прохода 4. Гофры в поперечном сечении выполнены в виде ломаной линии с образованием граненного гофрированного листа. Отрезки ломаной линии, образующие в поперечном сечении гофры листов, выполнены равной длины и наклонены друг к другу под углом α, равным 60°, отрезки ломаной линии, образующие вершину 5 и впадину 6 гофр, параллельны друг другу, причем отрезки ломаной линии, образующие вершину 5 гофр одного листа, лежат в одной плоскости с отрезками ломаной линии, образующими впадину 6 гофр смежного листа. Максимальное расстояние L между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов, составляет 0,87 от длины L отрезков, образующих гофры листов, а минимальное расстояние l между параллельными друг другу отрезками линий, образующих гофры смежных листов, составляет 0,5 максимального расстояния L между параллельными отрезками смежных листов, образующих гофры.
Образованные в плоскости листа 1 гофры могут быть выполнены вертикально или под острым углом β к вертикали.
Выступы 7 и впадины 8 на гранях гофр расположены чередующимися между собой рядами. Выступы 7 и впадины 8 в смежных рядах расположены под противоположными к вертикали углами γ, при этом каждый выступ 7 или впадина 8 расположены под углом γ к вертикали от 30 до 45°. Высота каждого выступа 3 и глубина каждой впадины 4 составляет от 0,05 до 0,2 от ширины грани, длина каждого выступа 3 или каждой впадины 4 составляет от 0,25 до 0,8 от ширины грани, а на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере три параллельных друг другу выступа 7 или впадины 8.
Ороситель градирни работает следующим образом.
Охлаждающий воздух поступает из нижней части градирни за счет естественной тяги в башенных градирнях и принудительного движения в вентиляторных градирнях. Охлаждаемую воду сверху от оросителя равномерно разбрызгивают по площади, образованной пакетами гофрированных листов 1 оросителя. В оросителе тепломассообмен между движущимися в противотоке каплями воды и воздуха происходит на поверхности каналов после контакта капель воды со стенками каналов на волнистой поверхности пленки воды, образованной стекающими каплями воды при обтекании выступов 7 и впадин 8 листов 1, причем в результате взаимодействия с выступами 7 и впадинами 8 поток воздуха завихряется. Жидкость в результате взаимодействия с завихренным потоком воздуха и стенками гофр осаждается на стенках, образованных зигзагообразными проходами 4 каналов, и движется по стенкам каналов в виде пленки.
Данное изобретение позволяет решить задачу создания оросителя градирни, удобного для монтажа и транспортировки при одновременных упрощении и удешевлении монтажных и ремонтных работ в градирнях и может быть использовано в устройствах для охлаждения воды в водооборотных системах промышленных предприятий при непосредственном контакте охлаждаемой воды и охлаждающего ее воздуха.