ЭЖЕКЦИОННАЯ ГРАДИРНЯ

Предлагаемая полезная модель относится к испарительным охладителям и может быть использована на промышленных объектах, для охлаждения технологической воды в системах оборотного водоснабжения тепловыделяющего оборудования, например, компрессоров, кондиционеров, печей.
Известна эжекционная градирня (Патент RU №2166163, МПК F28C 1/00), корпус которой выполнен в виде вертикального короба с воздуховходными окнами, выполненными вдоль его верхней кромки. Градирня содержит водораспределительный коллектор и водоструйные форсунки-эжекторы, которые создают наклонные от вертикали факелы жидкости. Форсунки соединены с водораспределительным коллектором. Корпус верхней части разделен наклонной перегородкой, которая вместе со стенкой корпуса образует эжекционный канал с одной стороны, а с другой - воздухоотводящий канал, по которому воздух выходит из корпуса, поднимаясь вверх через каплеуловитель. В днище корпуса выполнены отверстия для стока воды.
Достоинством рассмотренной выше градирни является то, что ее конструкция позволяет организовать принудительную циркуляцию воздуха без использования внешних вентиляторов. Воздух засасывается в корпус за счет разности давлений, причем теоретически, изменение расхода воды должно сопровождаться пропорциональным изменением расхода воздуха. Для увеличения эффективности в корпусе создан эжекционный канал, в котором капли разбиваются о стенки, для увеличения поверхности контакта с воздухом.
Недостатком рассматриваемой градирни является незначительные удельные расходы воздуха (малые коэффициенты эжекции) из-за большого сопротивления газового тракта движению капельно-воздушного потока, что объясняется вертикальным расположением форсунок сверху вниз и расположением каплеуловителя в верхней части корпуса. Такая конструкция вынуждает воздушный поток делать поворот почти на 180°, что приводит к неудовлетворительному теплосъему.
Известна эжекционная градирня (Патент RU №2155307, МПК F28C 3/06) которая, как и рассмотренная выше, содержит корпус, выполненный в виде вертикального короба с воздуховходными окнами, вдоль его верхней кромки. Градирня содержит водораспределительный коллектор и водоструйные форсунки-эжекторы, которые создают вертикальные факелы жидкости. Форсунки соединены с водораспределительным коллектором. Корпус верхней части разделен наклонной перегородкой, которая вместе со стенкой корпуса образует эжекционный канал с одной стороны, а с другой - воздухоотводящий канал, по которому воздух выходит из корпуса, поднимаясь вверх через каплеуловитель. В днище корпуса выполнены отверстия для стока воды. Для увеличения поверхности контакта воды и воздуха, для увеличения турбулентности в эжекторном канале перпендикулярно к оси факела форсунок установлен контактный тепло-массообменный элемент в виде решетки, а под решеткой на стенке корпуса размещены две вспомогательные форсунки, оси выходных отверстий которых ориентированы под углом к горизонту, а также две ударные сетки, плоскости которых ориентированы перпендикулярно осям выходных отверстий вспомогательных форсунок.
Недостатком градирни является ее конструктивная сложность, обусловленная установкой в эжекторном канале устройства для повторного дробления капель. Это устройство значительно увеличивает сопротивление движению капельно-воздушного потока, которое даже без этого устройства велико, из-за того, что воздушный поток вынужден делать поворот почти на 180°. В результате устройство характеризуется малым коэффициентом эжекции.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является эжекционная градирня, защищенная патентом RU №68667 (МПК F28C 1/00).
Известная градирня содержит корпус, вытянутый в горизонтальном направлении, в днище которого выполнено отверстие для слива воды, каплеуловитель, воздуховходное окно, патрубки с водоструйными форсунками, проходящими через воздуховходное окно, и соединенные с водораспределительным коллектором. В известном устройстве расположение каплеуловителя практически параллельно направлению движения водяных струй. По сравнению с рассмотренными выше градирнями воздушный поток поворачивается на меньший угол и оказывает меньшее аэродинамическое сопротивление.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент эжекции, обусловленный значительным аэродинамическим сопротивлением, возникающим в корпусе, из-за изменения направления движения воздушного потока от воздуховходного окна к каплеуловителю. Другим существенным его недостатком являются большие размеры градирни как в длину, так и в высоту.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание эжекционной градирни с малым аэродинамическим сопротивлением и с меньшими, чем у известного устройства размерами.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая эжекционная градирня, так же, как и известная, содержит корпус, вытянутый в горизонтальном направлении, в днище которого выполнено отверстие для слива воды, каплеуловитель, воздуховходное окно, патрубки с форсунками проходящими через воздуховходное окно и соединенные с водораспределительным коллектором. Но, в отличие от известной, в предлагаемой градирне корпус имеет расширяющуюся в направлении от воздуховходного окна форму за счет выполнения наклонной части нижней стенки, которая переходит в горизонтальное днище, под углом к которому, напротив воздуховходного окна, установлен многослойный сетчатый каплеуловитель, выполненный в виде совокупности сквозных полых объемных элементов, а форсунки установлены таким образом, что оси симметрии факелов разбрызгивания имеют направление, параллельное биссектрисе угла схождения стенок корпуса.
Достигаемый технический результат - увеличение термического коэффициента полезного действия.
Технический результат достигается за счет обеспечения устройством малого аэродинамического сопротивления равномерно распределенного по плоскости, за счет чего увеличивается коэффициент эжекции.
Совокупность существенных признаков, сформулированная в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует эжекционную градирню, в которой верхняя часть корпуса имеет наклон в сторону каплеуловителя под углом, не превышающим 30° к линии горизонта.
Наклон верхней стенки можно использовать для уменьшения длины градирни, если это продиктовано требованиями окружающего градирню пространства.
Совокупность существенных признаков, сформулированная в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует эжекционную градирню, в которой размеры корпуса выбирают из условий: D/A≥1,2; С/А≥1,8, где:
D - расстояние от верхней стенки корпуса до нижней в плоскости, проходящей через соединение ее с каплеуловителем и параллельной плоскости воздуховходного окна; А - высота воздуховходного окна; С - длина каплеуловителя.
Минимальные значения параметров, приведенные в данных соотношениях позволяют получить высокий коэффициент эжекции, равный 0,7-0,8.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг 1 приведена конструкция градирни.
Эжекционная градирня (фиг.1) содержит вытянутый вдоль горизонтальной линии корпус, расширяющийся за счет выполнения наклонной части нижней стенки 1 корпуса, которая переходит в горизонтальное днище 2 с отверстием для удаления воды 3. Расширение корпуса обеспечивает разрежение воздуха в нем, которое способствует увеличению его расхода и, соответственно увеличению коэффициента эжекции. Под углом к днищу 2, напротив воздуховходного окна 4, через которое проходят патрубки 5 с форсунками 6 и соединенные с водораспределительным коллектором 7, расположен многослойный сетчатый каплеуловитель 8, например, ПР-50 фирмы «Техэкопром» или фирмы «Техводполимер». Каждый полый объемный элемент, входящий в состав сетки, практически оказывает сравнительно небольшое аэродинамическое сопротивление проходящему через него потоку. Форсунки в корпусе направлены таким образом, что оси симметрии эжекторных факелов разбрызгивания имеют направление параллельное биссектрисе угла схождения стенок корпуса. Такое направление обеспечивает наиболее равномерное распределение потоков воды и воздуха. Для обеспечения эффективной работы градирни с высоким коэффициентом эжекции соотношение размеров корпуса должно удовлетворять определенным условиям: D/A≥1,2; С/А≥1,8, где: D - расстояние от верхней стенки корпуса до нижней в плоскости, проходящей через соединение ее с каплеуловителем и параллельной плоскости воздуховходного окна; А - высота воздуховходного окна; С - длина каплеуловителя. Указанные соотношения установлены эмпирическим путем. Минимальные значения параметров, приведенные в данных соотношениях позволяют получить высокий коэффициент эжекции, равный 0,7-0,8. Увеличению соотношений выше приведенных величин часто мешают внешние условия, ограничивающие размеры используемых градирен. Изменяя угол наклона каплеуловителя можно изменять высоту градирни - для уменьшения высоты следует увеличить угол наклона, а для уменьшения его длины, но с получением высокого коэффициента эжекции, можно воспользоваться выполнением верхней стенки 9 корпуса наклонной, но не более чем на 30° к линии горизонта. Эти данные получены эмпирическим путем.
При работе градирни на коллектор под давлением подается охлаждаемая вода, которая распыляется форсунками в корпус в виде факелов, обеспечивая эжекцию необходимого для охлаждения воды расхода воздуха. Из-за того, что оси симметрии всех факелов имеют направление параллельное биссектрисе угла схождения стенок корпуса, мелкодисперсные капли в факелах достаточно равномерно распределяются в корпусе в поперечных плоскостях, обеспечивая наиболее равномерное распределение скорости потоков воздуха. В процессе контакта мелкодисперсных капель в факелах разбрызгивания с потоком воздуха, эжектируемым из атмосферы, происходит процесс интенсивного тепломассообмена, сопровождающийся частичным испарением воды и охлаждением ее оставшейся части, определяемым температурой воздуха и парциальным давлением воды в воздухе. При попадании воздушно-капельного потока в многослойный сетчатый каплеуловитель происходит дополнительное дробление капель стенками сетки и отекание воды по ним. В данном случае каплеуловитель выполняет дополнительную функцию оросителя. В результате увеличивается время нахождения воды в зоне тепломассообмена, охлажденная вода попадает на днище корпуса, откуда она сливается для дальнейшей обработки.
Описание конструкции и работы градирни доказывает достижение технического результата - повышение коэффициента эжекции за счет уменьшения аэродинамического сопротивления, и, как следствие этого, увеличение термического КПД, который достигает величины 0,45. Это значение превышает величину термического КПД (0,4) наиболее эффективных компактных градирен, к которым относятся градирни вентиляторного типа.