БЛОК ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ
WATER COOLING TOWER SPRINKLER FILTER UNIT

Изобретение относится к области оборотного водоснабжения, а именно к конструктивным элементам градирен и других аппаратов для тепломассообмена между жидкими и газообразными средами.
Известны блочные оросители из полимерных материалов, например оросительные устройства, выполненные в виде блока пластмассовых горизонтально расположенных труб (см., например, патент RU №2141616, кл. F28F 25/00, 20.11.1999 и №2141617, кл. F28F 25/08, 20.11.1999 г.).
Данные оросители являются эффективными и водостойкими. Однако эти оросители имеют сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление и, кроме того, недостатком этих оросителей является сложность сборки блока в процессе его изготовления.
Известен блок оросителя градирни, содержащий вертикальные цилиндрические гофрированные трубы из термопластичного материала, причем в каналах между трубами заподлицо с их торцами размещены гильзы из того же материала (см. авторское свидетельство SU 1359634, кл. F28F 25/08, 15.12.1987).
Недостатками такого оросителя являются невысокая надежность соединения гильз и труб, недостаточная жесткость конструкции, сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление и невысокая эффективность тепломассообмена.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является блок оросителя градирни, содержащий выполненные из полимерного материала, расположенные параллельно друг другу и скрепленные между собой трубы и гильзы, при этом гильзы размещены по одной с каждого из торцевых сечений труб и скрепленных с ними посредством сплавления торцов гильз и труб заподлицо (см. патент на полезную модель RU №28766, кл. F28F 25/08, 10.04.2003).
Описанное выше выполнение блока оросителя градирни позволило повысить жесткость конструкции и упростить сборку блока оросителя. Однако эффективность теплообмена недостаточно высока, что связано с невысокой турбулизацией потока охлаждающего воздуха.
Задачей изобретения является упрощение конструкции оросителя, снижение материалоемкости и более равномерное распределение потоков воды по сечению блока оросителя 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 блок оросителя градирни содержит выполненные из полимерного материала, расположенные параллельно друг другу и скрепленные между собой трубы и гильзы, при этом гильзы размещены по одной с каждого из торцевых сечений труб и скреплены с трубами посредством сплавления торцов гильз и труб заподлицо, причем трубы и гильзы расположены вертикально или под наклоном к вертикали, а в поперечном сечении оросителя относительно друг друга трубы и гильзы расположены в шахматном порядке, в поперечном сечении трубы и гильзы имеют форму прямоугольника или квадрата, а грани труб выполнены с поперечными выпуклыми V-образными гофрами, расположенными перпендикулярно или под углом к вертикали, расстояние между гофрами составляет от 0,15 до 0,20 от ширины грани квадратной в поперечном сечении трубы или ширины меньшей грани прямоугольной в поперечном сечении трубы, ширина гофров составляет от 0,50 до 0,60 от расстояния между гофрами, а высота гофров составляет от 0,40 до 0,70 от расстояния между гофрами, при этом грани смежных труб и гильз выполнены сопрягаемыми по форме с одинаковыми поперечными размерами.
Грани гильз могут быть выполнены с поперечными выпуклыми V-образными гофрами, сопряженными с гофрами труб.
Грани труб в месте сопряжения с гильзами могут быть снабжены гранями с плоской поверхностью, сопряженной с выполненными плоскими гранями гильз.
На гранях труб могут быть выполнены сквозные отверстия.
В ходе исследования работы оросителей, собранных из гофрированных труб, было выявлено, что конструкцию оросителя можно упростить за счет выполнения оросителя из однотипных гофрированных труб с прямоугольным поперечным сечением, которые при транспортировке занимают мало места за счет плотной укладки друг на друга и практически полностью перекрывают поперечное сечение градирни. При сборке блока оросителя не требуется специальная подгонка труб друг к другу. Блок оросителя легко и быстро собирается на месте монтажа градирни. Выполнение оросителя с однотипными вертикальными или наклонными к вертикали каналами, имеющими в поперечном сечении форму прямоугольника, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление и создать из тонкостенных труб жесткую конструкцию блока оросителя, обеспечивая при этом высокую эффективность тепломассообмена. Именно для этого трубы выполнены с поперечными выпуклыми V-образными гофрами, расположенными перпендикулярно или под углом к вертикали. Набегающий снизу поток охлаждающего воздуха обтекает гофры, и в результате взаимодействия с гофрами поток воздуха завихряется. Падающие сверху капли воды, попадая в завихренный поток воздуха, отбрасываются на стенки канала и стекают по ним в виде пленки, что и позволяет добиться высокой эффективности теплообмена.
В ходе проведенного исследования выявлено влияние конструктивных особенностей выполнения гофров на эффективность работы оросителя. Было установлено, что наиболее целесообразно выполнение гофров расположенными перпендикулярно или под углом к вертикали при расстоянии между гофрами от 0,15 до 0,20 от ширины грани квадратной в поперечном сечении трубы или ширины меньшей грани прямоугольной в поперечном сечении трубы, ширине гофров от 0,50 до 0,60 от расстояния между гофрами и высоте гофров от 0,40 до 0,70 от расстояния между гофрами, при этом грани смежных труб и гильз выполнены сопрягаемыми по форме с одинаковыми поперечными размерами. При работе оросителя важно, чтобы все капли воды осаждались на стенках каналов в верхней части каналов. Были даже случаи проскока капель воды через вертикальные каналы. Все это приводило к снижению эффективности теплообмена и необходимости увеличения габаритов оросителя. Выполнение выступов перпендикулярно или под углом к вертикали позволяет организовать потоки воздуха, которые направлены в направлении стенок труб, что и вызывает осаждение практически всех капель воды в верхней части образованных трубами и гильзами вертикальных или наклоненных к вертикали каналов, причем выполнение наклоненных к вертикали каналов более предпочтительно. Однако излишне эффективное завихрение потока воздуха в каналах может привести к формированию по существу поперечных потоков воздуха, что ведет к росту аэродинамического сопротивления и, как следствие, к снижению эффективности теплообмена между охлаждаемой водой и охлаждающим воздухом, в связи с чем превышение указанных выше диапазонов размеров в части высоты и ширины гофров, а также уменьшение расстояния между ними, нецелесообразно. В то же время было установлено, что уменьшение размеров гофров меньше указанных выше величин делает завихрение потока воздуха мало эффективным и энергии вихрей не хватает для отклонения движения капель воды в направлении стенок, образованных трубами каналов. Тот же эффект наблюдается при увеличении расстояния между гофрами выше предельно допустимой величины. Кроме того, при этом уменьшается жесткость конструкции оросителя, что также нежелательно.
На фиг.1 представлен общий вид на блок оросителя. На фиг.2 представлен вид сбоку на передний ряд труб и гильз, из которых собран блок оросителя. На фиг.3 представлен общий вид блока из труб снабженных гранями с плоской поверхностью. На фиг.4 представлен вид сбоку на передний ряд труб, снабженных гранями с плоской поверхностью и сопряженных с ними гильз, из которых собран блок оросителя.
Блок оросителя градирни содержит выполненные из полимерного материала, расположенные параллельно друг другу и скрепленные между собой трубы 1 и гильзы 2, при этом гильзы 2 размещены по одной с каждого из торцевых сечений труб 1 и скреплены с трубами 1 посредством сплавления торцов гильз 2 и труб 1 заподлицо. Трубы 1 и гильзы 2 расположены вертикально или под наклоном к вертикали, а в поперечном сечении оросителя относительно друг друга трубы 1 и гильзы 2 расположены в шахматном порядке. В поперечном сечении трубы 1 и гильзы 2 имеют форму прямоугольника или квадрата, а грани труб выполнены с поперечными выпуклыми V-образными гофрами 3, расположенными перпендикулярно или под углом к вертикали. Расстояние L между гофрами 3 составляет от 0,15 до 0,20 от ширины В грани квадратной в поперечном сечении трубы 1 или ширины В меньшей грани прямоугольной в поперечном сечении трубы 1. Ширина b гофров 3 составляет от 0,50 до 0,60 от расстояния L между гофрами 3, а высота h гофров 3 составляет от 0,40 до 0,70 от расстояния L между гофрами 3, при этом грани смежных труб 1 и гильз 2 выполнены сопрягаемыми друг с другом.
Возможны два варианта выполнения труб 1 и сопряженных с ними гильз 2. Грани гильз 2 могут быть выполнены с поперечными выпуклыми V-образными гофрами, сопряженными с гофрами 3 труб 1 либо грани труб 1 в месте сопряжения с гильзами 2 могут быть снабжены гранями 4 с плоской поверхностью, сопряженной с выполненными плоскими гранями гильз 2.
На гранях труб 1 могут быть выполнены сквозные отверстия 5.
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 блока оросителя равномерно разбрызгивают по площади, образованной трубами 1 и гильзами 2 блока оросителя. В оросителе тепломассообмен происходит между движущимися в противотоке каплями воды и воздуха, а также на поверхности каналов, образованных гофрированными трубами 1 и гильзами 2, после контакта капель воды со стенками каналов и образования на поверхности каналов пленки воды, образованной стекающими каплями воды при обтекании поверхности труб 1. Основная масса воздуха движется в центральной части каналов, образованных трубами 1 и гильзами 2 блока оросителя градирни, а жидкость в результате взаимодействия с завихренным потоком воздуха осаждается на стенках каналов, образованных трубами 1 и гильзами 2, и движется по стенкам каналов в виде пленки.
Данное изобретение позволяет решить задачу создания блока 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.