ГРАДИРНЯ С ВОЗДУХОРЕГУЛИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ
COOLING TOWER WITH AIR CONTROL DEVICES

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для повышения теплового КПД башенных испарительных градирен.
Испарительные градирни предназначены для охлаждения оборотной воды при работе тепловых машин. Для этого теплая оборотная вода разбрызгивается внутри вытяжной башни и охлаждается в результате испарения и теплообмена с потоком наружного воздуха, поступающего внутрь вытяжной башни через воздуховходные окна, расположенные в ее основании. Интенсивность потока наружного воздуха и равномерность его распределения по площади орошения, от которых зависит тепловой КПД градирни, можно регулировать, но основным фактором, определяющим эффективность охлаждения оборотной воды, является температура наружного воздуха, поэтому работа испарительной градирни делится на зимний и летний период.
В зимний период при низких температурах воздуха главным регулируемым параметром является интенсивность потока наружного воздуха, поступающего в вытяжную башню.
Известна градирня с устройством для регулирования интенсивности потока наружного воздуха, поступающего в вытяжную башню (патент РФ №2204774, МПК Е04Н 5/12). Потокорегулирущее устройство выполнено в виде секции поворотных створок с горизонтальной осью вращения, установленных в воздуховходных окнах вытяжной башни. В зимний период работы испарительной градирни интенсивность воздушного потока, поступающего в вытяжную башню, регулируется углом наклона створок по отношению к горизонту, создавая различное воздушное сопротивление потоку наружного воздуха.
Недостатком градирни с таким устройством является низкий тепловой КПД в летний период при высоких температурах наружного воздуха, обусловленный неравномерностью распределения потока наружного воздуха, поступающего через воздуховходные окна внутрь вытяжной башни. При высоких температурах наружного воздуха, для обеспечения максимальной интенсивности потока, створки регулирующего устройства полностью открываются, т.е. угол их наклона к горизонту составляет ноль градусов. Поступающий в воздуховходные окна наружный воздух является радиально направленным горизонтальным воздушным потоком, поэтому внутри вытяжной башни над воздуховходными окнами есть области, в которые поток наружного воздуха не попадает, что снижает тепловой КПД градирни.
Известна градирня, в которой предлагается устройство для уменьшения неравномерности распределения потока наружного воздуха путем разбиения его на слои и изменения вертикальной составляющей скорости потока в слоях (патент РФ №2103625, МПК F28C 1/02). С этой целью напротив воздуховходных окон с внутренней стороны устанавливаются направляющие пластины друг над другом под определенным углом к горизонту, при этом угол наклона пластин к горизонту меняется от 0 для нижних до 90 градусов для верхних пластин. Каждая направляющая пластина, в зависимости от угла наклона, отклоняет входящий поток наружного воздуха по вертикали, уменьшая тем самым неравномерность распределения потока наружного воздуха.
Недостатком градирни с таким устройством является низкий тепловой КПД в летний период при высоких температурах наружного воздуха. Это объясняется тем, что при высоких температурах наружного воздуха интенсивность потока, поступающего внутрь вытяжной башни, должна быть максимальной, а в данном устройстве направляющие пластины, расположенные друг над другом под углом к горизонту, в особенности верхние, установленные под углом, близким или равным 90 градусов, создают большое воздушное сопротивление.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является башенная испарительная градирня, в которой тепловой КПД градирни повышается за счет изменения горизонтального направления входящего потока наружного воздуха и его турбулизации (патент РФ №2196947, МПК F28C 1/00). Градирня содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании. Снаружи вытяжной башни у воздуховходных окон находятся поворотные воздухонаправляющие щиты с вертикальной осью вращения, устанавливаемые под определенным углом к радиусу основания вытяжной башни. На поверхности воздухонаплавляющих щитов создается шероховатость с различной высотой и густотой.
Градирня работает следующи образом. В результате разбрызгивания оборотной воды внутри вытяжной башни в ней образуется вертикальный воздушный поток, при этом через воздуховходные окна в башню поступает поток наружного воздуха. С помощью воздухонаправляющих щитов с вертикальной осью вращения поток наружного воздуха направляется под определенным углом к радиусу основания башни и турбулизируется шероховатой поверхностью воздухонаправляющих щитов. Отклонение воздушного потока по горизонтали от радиального увеличивает длину его пробега и уменьшает неравномерность распределения, а турбулизация потока увеличивает интенсивность теплообмена оборотной воды и входящего потока наружного воздуха.
Недостатком испарительной градирни является низкий тепловой КПД, обусловленный неравномерностью распределения поступающего потока наружного воздуха. Это объясняется тем, что при отклонении входящего потока по горизонтали, он остается горизонтально направленным, поэтому над воздуховходными окнами сущестуют зоны, куда наружный воздух не попадает.
Задачей изобретения является повышение теплового КПД испарительной градирни как в летний, так и в зимний период работы градирни.
Техническим результатом изобретения является повышение теплового КПД градирни за счет увеличения равномерности распределения поступающего в вытяжную башню потока наружного воздуха в летний период работы градирни и повышения эффективности регулирования его интенсивности в зимний период.
Технический результат достигается тем, что в испарительную градирню, содержащую вытяжную башню, в основании которой находятся воздуховходные окна с поворотными потокорегулирующими щитами с горизонтальной осью вращения, и расположенные у воздуховходных окон воздухонаправляющие щиты с вертикальной осью вращения, вводятся поворотные воздухонаправляющие щиты с горизонтальной осью вращения, установленные под углом к горизонту внутри вытяжной башни у основания воздуховходных окон, при этом поворотные потокорегулирующие щиты с горизонтальной осью вращения и воздухонаправляющие щиты с вертикальной осью вращения выполняются в виде единой конструкции, установленной во всех воздуховходных окнах, состоящей из трех, расположенных в центре, щитов с горизонтальной осью вращения и двух, расположенных по краям, щитов с вертикальной осью вращения.
Введение поворотных воздухонаправляющих щитов с горизонтальной осью вращения, установленных под углом к горизонту внутри вытяжной башни у основания воздуховходных окон придает входящему потоку наружного воздуха вертикальную составляющую скорости, что увеличивает равномерность его распределения, особенно в летний период работы градирни при максимальной интенсивности потока наружного воздуха.
Выполнение поворотных потокорегулирующих щитов с горизонтальной осью вращения и воздухонаправляющих щитов с вертикальной осью вращения в виде единой конструкции дает возможность более эффективно регулировать интенсивность и равномерность распределения воздушного потока в зимнее время в результате совместного использования поворотных щитов с горизонтальной и вертикальной осью вращения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема испарительной градирни, а на фиг.2 представлена единая конструкция поворотных потокорегулирующих щитов с горизонтальной осью вращения и потоконаправляющих щитов с вертикальной осью вращения.
Испарительная градирня содержит вытяжную башню 1, в основании которой находятся воздуховходные окна 2, в каждом из которых установелена единая конструкция поворотных щитов, представленная на фиг.2 (а - вид спереди, б - вид сверху, в - вид сбоку). В ее состав входят три потокорегулирущих щита 3 с горизонтальной осью вращения, расположенных в середине конструкции, и два воздухонаправляющих щита 4 с вертикальной осью вращения, расположенных по бокам. На их поверхности создается шероховатость с различными высотой и густотой выступов.
С внутренней стороны вытяжной башни 1 у основания воздуховходных окон под углом к горизонту установлены поворотные воздухонаправляющие щиты 5 с горизонтальной осью вращения. Их положение представлено на фиг.1 и фиг.2 в - вид сбоку. В зависимости от скорости воздушного потока угол наклона щитов 5 к горизонту может меняться.
Испарительная градирня работает следующим образом. В результате разбрызгивания оборотной воды внутри вытяжной башни 1 в ней образуется вертикальный воздушный поток, при этом во воздуховходные окна 2 поступает поток наружного воздуха. С помощью воздухонаправляющих щитов 4 с вертикальной осью вращения поток наружного воздуха направляется под определенным углом к радиусу основания башни 1 и турбулизируется шероховатой поверхностью. С помощью воздухонаправляющих щитов 5 с горизонтальной осью вращения входящему воздушному потоку придается вертикальная составляющая скорости.
В летний период работы градирни при высоких температурах наружного воздуха потокорегулирующие щиты 3 приводятся в горизонтальное положение, обеспечивая максимальный приток наружного воздуха в градирню, а воздухонаправляющие щиты 4 и 5 с вертикальной и горизонтальной осью вращения устанавливаются в определенное положение в зависимости от гидравлической нагрузки и внешних метеорологических условий.
В зимний период в результате совместной работы поворотных щитов 3 и 4 осуществляется регулирование интенсивности потока и равномерности его распределения.
Был построен макет испарительной градирни башенного типа, в воздуховходных окнах которой была установлена конструкция с поворотными потокорегулирующими щитами с горизотальной осью вращения и воздухонаправляющими щитами с вертикальной осью вращения, а с внутренней стороны башни у основания воздуховходных окон были установлены под углом к горизонту воздухонаправляющие щиты с горизонтальной осью вращения. Эксперименты показали, что с помощью предлагаемых устройств повышается тепловой коэффициент градирни.