СИСТЕМА ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Система оборотного водоснабжения
Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к системам оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Известна система оборотного водоснабжения (см. патент №2128316 МКИ F28С 1/108, 1999, Бюл. №9), содержащая теплообменники, подключаемые прямо и обратной магистралями воды к бассейну-смесителю, снабженному охладителем, подключенным к прямой магистрали соединительным трубопроводом с регулятором расхода и эжектором, камера смешивания которого подключена к обратной магистрали воды с регулятором давления, а сопловая часть эжектора на внутренней поверхности имеет винтообразные канавки, связанные с кольцевой канавкой, подключенной к сборнику загрязнений.
Недостатком данной системы оборотного водоснабжения является неэффективная работа охладителя, особенно при высоких температурах атмосферного воздуха, когда температурная разность между охлаждаемой водой и атмосферным воздухом незначительна и передача тепла в окружающую среду от корпуса охладителя имеет минимальное значение.
Известна система оборотного водоснабжения (см. патент РФ №2197691 МПК F28С 1/108, опубл. 27.01.2003), содержащая теплообменники, подключаемые прямо и обратной магистралями воды к бассейну-смесителю, снабженному охладителем, подключенным к прямой магистрали соединительным трубопроводом с регулятором расхода и эжектором, камера смешивания которого подключена к обратной магистрали воды с регулятором давления, а сопловая часть эжектора на внутренней поверхности имеет винтообразные канавки, связанные с кольцевой канавкой, подключенной к сборнику загрязнений, при этом охладитель включает вертикальный корпус, боковые стенки которого и установленные в нем секционные перегородки выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке.
Недостатком данной системы является снижение эффективности работы охладителя при длительной эксплуатации, что обусловлено процессом налипания загрязнений в виде твердых частиц, например, ржавчины и окалины, на внутренние поверхности диффузоров, а это приводит не только к изменению гидравлического режима перемещения охлажденной жидкости в охладителе, но и ухудшению процесса тепломассообмена из-за резкого возрастания термического сопротивления загрязнений.
Технической задачей полезной модели является поддержание эффективной работы системы оборотного водоснабжения при длительной эксплуатации в условиях накопления загрязнений при движении охлаждаемой воды в охладителе, что достигается путем вибрационного стряхивания налипающих на внутренние поверхности диффузоров и конфузоров твердых частиц, например, ржавчины и окалины.
Технический результат достигается тем, что система оборотного водоснабжения, содержащая теплообменники, подключаемые прямой и обратной магистралями воды к бассейну - смесителю, снабженному охладителем, подключенным к прямой магистрали соединительным трубопроводом с регулятором расхода и эжектором, камера смешивания которого подключена к обратной магистрали воды с регулятором давления, а сопловая часть эжектора на внутренней поверхности имеет винтообразные канавки, связанные с кольцевой канавкой, подключенной к сборнику загрязнений, при этом охладитель включает вертикальный корпус, боковые стенки которого и установленные в нем секционные перегородки выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке, причем перегородки диффузоров и конфузоров выполнены из биметалла, при этом внутренний металл диффузоров имеет коэффициент теплопроводности в 2,5 - 3 раза выше, чем коэффициент теплопроводности внутреннего материала конфузоров.
На фиг.1 схематически изображена система оборотного водоснабжения, а на фиг.2 _ общий вид корпуса охладителя с диффузорами и конфузорами из биметалла.
Система оборотного водоснабжения (фиг.1) состоит из теплообменников 1, подключенных прямой напорной 2 и обратной 3 магистралями к водосборному бассейну - смесителю 4 с охладителем 5, над которым установлен ороситель 6. Прямая магистраль 2 с термореле 7 через задвижку 8, регулятор расхода 9 соединительным трубопроводом 10 с установленным эжектором 11 соединена с оросителем 6. Камера смешивания 12 эжектора 11 всасывающим трубопроводом 13 через регулятор 14 соединена с обратной магистралью воды 3, на которой перед бассейном - смесителем 4 установлен регулятор давления 15. На прямой магистрали 2 установлен насос 16 с регулятором давления 17, при этом на пропуск максимального расхода воды на охладитель 5 при максимальной его подаче на теплообменники 1 обеспечивается оптимальной всасывающей способностью эжектора 11, которая регулируется регулятором давления 15. Вдоль сопловой части 18 от меньшего сечения к большему выполнены канавки 19, соединенные в большем сечении сопловой части 18 эжектора 11 с кольцевой канавкой 20, которая подключена к сборнику загрязнений 21 в своей нижней части.
Охладитель 5 (фиг.1 и фиг.2) включает корпус, боковые стенки 22 которого и установленные в нем секционные перегородки 23 выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции 24 диффузоры 25 и конфузоры 26, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Перегородки 23 каждой секции 24 диффузоров 25 и конфузоров 26 выполнены из биметалла, при этом внутренняя поверхность диффузоров 25 выполнена из материала 27 с коэффициентом теплопроводности в 2,5 - 3 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала 28 внутренней поверхности конфузоров 26.
Система оборотного водоснабжения работает следующим образом.
Оборотная вода после теплообменников 1 поступает по обратной магистрали в водосборный бассейн - смеситель 4, в котором находится ранее охлажденная в охладителе 5 вода. Если температура атмосферного воздуха ниже расчетной, то в водосборном бассейне - смесителе 4 вода, подаваемая в теплообменники 1, имеет температуру ниже, чем это необходимо. В это время задвижка 8 закрыта и вода в ороситель 6 не подается. Горячая вода из обратной магистрали 3 перемешивается с холодной водой в водосборном бассейне - смесителе 4 и повышает его температуру.
При температуре атмосферного воздуха, не обеспечивающей охлаждение оборотной воды то в водосборном бассейне - смесителе 4 до максимально заданной температуры охлажденной воды, регистрируемой термореле 7 и подаваемой в теплообменники, осуществляется подача команды термореле 7 на открытие задвижки 8 и охлажденная вода, смешанная в эжекторе 11 с горячей водой, из обратной магистрали 3 подается по соединительному трубопроводу 10 на ороситель 6 и далее на охладитель 5 для более глубокого охлаждения.
Форсунки оросителя 6 в охладителе 5 расположены таким образом, что каждая форсунка подает воду только в одну из секций 24. В результате обеспечивается равномерная эпюра скоростей водяного потока в поперечном сечении корпуса охладителя 5, поддерживаемая за счет «живого» сечения выходных отверстий форсунок оросителя 6. Распыляемый поток воды с оптимальной эпюрой скоростей, обеспечивающей рациональный контакт воды с зигзагообразными перегородками 23, поступает в секции 24 и, проходя последовательно участки диффузоров 25 и конфузоров 26, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению теплообмена, а также к распределению в секциях 24 давления движущегося потока воды. Это выравнивает гидравлическое сопротивление воды в секциях 24 и приводит к равномерному омыванию водой всего объема охладителя 5, что в конечном итоге и обеспечивает эффективную работу охладителя 5 даже при незначительном перепаде температур между атмосферным воздухом и охлаждаемой водой.
Увеличение скорости охлаждаемой воды в диффузорах 25 за счет уменьшения проходного сечения по мере движения потока приводит к возрастанию теплоты трения пограничного слоя о внутреннюю поверхность диффузоров 25, выполненных из материала 27, что приводит к увеличению температурного градиента (см., например, Лариков Н.Н. Теплотехника - М.: Строительство, 1975-369 с.). Последующий переход движущегося потока охлаждаемой воды по конфузорам 26 секций 24 приводит к уменьшению его скорости и, соответственно, теплоты трения о внутреннюю поверхность конфузоров 26, выполненных из материала 28, что приводит к резкому уменьшению температурного градиента. В результате в секциях 24 на внутренних поверхностях диффузоров 25 и конфузоров 26, выполненных, соответственно, из материалов 27 и 28, имеющих коэффициенты теплопроводности в 2,5 - 3 раза отличающиеся друг от друга (например, при выполнении перегородки 23 из биметалла с материалом 27 из алюминия с коэффициентом теплопроводности и материалом 28 из латуни с коэффициентом теплопроводности  стр.379 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. -М.: Высшая школа, 1975 - 496 с., ил.) наблюдаются термовибрации, которые постоянно стряхивают твердые частицы с поверхностей перегородок 23 секций 24, не допуская их налипания (см., например, Дмитриев В.П. Биметаллы. - Пермь: Наука, 1991 - 487 с., ил.). Все это приводит к поддержанию постоянства теплообмена в секциях 24 при длительной эксплуатации охладителя 5.
Известно, что вода, имеющая повышенную температуру, интенсифицирует процесс образования окалины и ржавчины, то есть загрязнений сопутствующих систем оборотного водоснабжения. В результате наблюдается увеличение гидравлического сопротивления трубопроводов, возрастает частота закупорки (засорения) насадок оросителя 6 и как следствие этого эффективность работы системы оборотного водоснабжения и возрастают энергозатраты на насосную установку. Поэтому горячая вода с загрязнениями (окалина, ржавчина и т.д.), перемешанная в камере смешивания 12, поступает в сопловую часть 18 эжектора 11 и, перемещаясь по винтообразным канавкам 19, закручивается. Твердые частицы сталкиваются в канавках 19, перемещаются в кольцевую канавку 20 и далее в сборник загрязнений 21, откуда удаляются вручную или автоматически (не показано). Очищенный от загрязнений поток воды поступает в ороситель 6 и далее в охладитель 5 для более глубокого охлаждения. Оптимальная всасывающая способность эжектора 11 поддерживается регулятором давления 15. Очищенная в эжекторе 11 и охлажденная в охладителе 5 вода смешивается в водосборном бассейне - смесителе 4 с горячей водой, поступающей из теплообменников 1 В процессе смешивания постепенно понижается температура воды до расчетного минимального значения, после чего термореле 7 дает сигнал на закрытие задвижки 8.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что поддержание эффективной работы системы оборотного водоснабжения при длительной эксплуатации достигается устранением возможности налипания твердых загрязнений на внутренние поверхности секционных перегородок усовершенствованием конструктивного выполнения охладителя путем выполнения диффузоров и конфузоров из биметалла таким образом, что внутренняя поверхность диффузоров выполнена из материала с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала внутренней поверхности конфузоров.