НАПРАВЛЯЮЩАЯ ПОТОКА ВОЗДУХА ДЛЯ КОНДЕНСАТОРА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
AIR FLOW GUIDE FOR CONDENSER WITH AIR COOLING

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к области теплообменных башен, а более конкретно относится к области башен, в которых применяются трубы и змеевики для обеспечения отдачи тепла текучей среде, содержащейся в трубах и змеевиках, например, таких как теплообменная конденсационная башня с воздушным охлаждением.
Уровень техники
В промышленности известно большое число различных теплообменных башен. Одним типом такой башни является конденсационная башня с воздушным охлаждением. Данная башня обычно представляет собой большую коробчатую конструкцию с открытой нижней фермой. Открытая нижняя ферма может быть закрыта с двух боковых сторон. На открытой нижней ферме установлена платформа с массивом вентиляторов, которые подают воздух вверх таким образом, что воздух затягивается через открытые боковые стороны башни и направляется вентиляторами вверх. Над вентиляторами на башне установлен массив конденсационных змеевиков. В некоторых вариантах в верхней части башни в продольном направлении проходят магистральные трубы подачи пара и подают пар вниз в наклонные идущие вниз конденсационные змеевики. В некоторых вариантах вода нагревается в котле для получения пара, который затем направляется в участок высокого давления турбины для совершения работы (за счет преобразования энергии пара). Затем пар на участке низкого давления турбины конденсируется при помощи конденсатора, в результате чего образуется вакуум, за счет которого пар протягивается через турбину. В нижней части проходящих вниз наклонных конденсационных змеевиков расположен массив дренажных магистральных труб, в которые поступает конденсированная текучая среда и через которые она выходит из башни. Массив конденсационных змеевиков обычно располагают над вентиляторами. Воздух выходит через открытую верхнюю часть башни мимо магистральных труб подачи пара.
Поскольку конденсационные змеевики имеют более высокую температуру, чем окружающий воздух, поступающий в башню, по мере прохождения воздуха через змеевики он нагревается и поднимается вверх. Это создает естественную тягу, которая обеспечивает поступление воздуха через боковые стороны башни под змеевиками и его подъем через змеевики. Однако в некоторых приложениях, как правило, оказывалось, что естественная тяга не обеспечивала требуемого уровня производительности. Поэтому во многих случаях под змеевиками дополнительно устанавливают платформу с вентиляторами для обеспечения большего количества воздуха в потоке.
Было установлено, что эти системы очень хорошо походят для конденсации пара. Однако всегда желательным является уменьшение затрат энергии на привод вентиляторов для снижения общих энергетических затрат на функционирование системы при заданной теплопередаче и производительности башенной конденсационной системы. Также желательным является повышение характеристик башни, по меньшей мере, при периодическом воздействии на нее ветра под разными углами.
Раскрытие изобретения
В некоторых вариантах осуществления изобретения разработана система конденсационной башни и способ, обеспечивающий эффективную конденсацию пара, или другой эффективный способ передачи тепла текучей среде.
Одним из аспектов настоящего изобретения является разработка конденсационной башенной системы с воздушным охлаждением, содержащей ферму, на которой устанавливается платформа с вентиляторами; группу паровых магистральных трубопроводов, проходящих в продольном направлении над платформой с вентиляторами; группу конденсационных змеевиков, проходящих вниз под углом к паровым трубопроводам над платформой с вентиляторами; группу дренажных труб, расположенных в нижней части конденсационных змеевиков над платформой с вентиляторами, по меньшей мере, одну по существу непористую боковую стенку, расположенную, по меньшей мере, на одной боковой стороне башни и проходящую от высоты по существу расположения паровых трубопроводов вниз до высоты по существу расположения платформы с вентиляторами; и выступающую вниз и наружу по существу непористую продолговатую верхнюю направляющую потока воздуха, идущую вниз и наружу от боковой стенки.
Еще один аспект конденсационной башенной системы с воздушным охлаждением содержит средство установки платформы с вентиляторами; группу паровых трубопроводов, проходящих в продольном направлении над платформой с вентиляторами; конденсационное средство, проходящее вниз под углом к паровым трубопроводам над платформой с вентиляторами; группу дренажных труб, расположенных в нижней части конденсационного средства над платформой с вентиляторами, по меньшей мере, одну по существу непористую боковую стенку, расположенную, по меньшей мере, на одной боковой стороне башни и проходящую от высоты по существу расположения паровых трубопроводов вниз до высоты по существу расположения платформы с вентиляторами; и выступающее вниз и наружу по существу непористое продолговатое верхнее средство направления потока воздуха, идущее вниз и наружу от боковой стенки.
Еще одним аспектом настоящего изобретения в некоторых вариантах его осуществления является способ направления воздуха в конденсационную башенную систему с воздушным охлаждением, включающий в себя установку платформы с вентиляторами на ферму; подачу пара в группу паровых трубопроводов, проходящих в продольном направлении над платформой с вентиляторами; конденсацию пара при помощи группы конденсационных змеевиков, проходящих вниз под углом к паровым трубопроводам над платформой с вентиляторами; сбор конденсата при помощи группы дренажных труб, расположенных в нижней части конденсационных змеевиков над платформой с вентиляторами; установку, по меньшей мере, одной по существу непористой боковой стенки, расположенной, по меньшей мере, на одной боковой стороне башни и проходящей от высоты по существу расположения паровых трубопроводов вниз до высоты по существу расположения платформы с вентиляторами; и направление воздуха при помощи выступающей вниз и наружу по существу непористой продолговатой верхней направляющей потока воздуха, идущей вниз и наружу от боковой стенки.
Согласно другому аспекту некоторых вариантов осуществления изобретения конденсационная башенная система с воздушным охлаждением содержит ферму, на которой устанавливается платформа с вентиляторами, имеющими вентиляторные кожухи, конденсационный змеевик, расположенный над платформой с вентиляторами, по меньшей мере, одну по существу непористую боковую стенку, расположенную, по меньшей мере, на одной боковой стороне башни и образующую воздухоприемное отверстие под боковой стенкой, и выступающую вниз и наружу по существу непористую продолговатую верхнюю направляющую потока воздуха, идущую вниз и наружу от боковой стенки.
Таким образом, дано достаточно общее описание ряда вариантов осуществления изобретения для более ясного понимания их подробного описания и для прояснения вклада настоящего изобретения в уровень техники. Безусловно, также имеются дополнительные варианты осуществления изобретения, описание которых приводится ниже, и которые образуют предмет прилагаемой формулы изобретения.
В связи с этим перед проведением подробного описания, по меньшей мере, одного варианта осуществления изобретения следует пояснить, что изобретение не ограничивается в способах его применения подробностями конструкции и компоновочными схемами элементов, приведенными в нижеследующем описании или проиллюстрированными на чертежах. Изобретение может быть осуществлено в виде отличном от описанного, а также использоваться и выполняться различными способами. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология, используемая в данном документе и в реферате, предназначена для описания и не должна рассматриваться как накладывающая ограничения.
По существу, специалистам в данной области техники понятно, что концепция, на которой базируется данное изобретение, может быть легко использована в качестве основы для разработки других конструкций, способов или систем для осуществления нескольких целей настоящего изобретения. В связи с этим важно учитывать, что формула изобретения включает в себя подобные эквивалентные конструкции в той мере, в которой они не выходят за рамки существа и объема настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематический полупрозрачный общий вид конденсационной башни с воздушным охлаждением согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Фиг.2 - первый вариант осуществления конденсационной башни с воздушным охлаждением.
Фиг.3 - вид сбоку Фиг.1 по стрелке A, на котором показан второй вариант осуществления конденсационной башни с воздушным охлаждением.
Фиг.4 - вид сбоку Фиг.1 по стрелке A, на котором показан третий вариант осуществления конденсационной башни с воздушным охлаждением.
Фиг.5 - вид сбоку Фиг.1 по стрелке A, на котором показан четвертый вариант осуществления конденсационной башни с воздушным охлаждением.
Осуществление изобретения
В некоторых вариантах осуществления изобретения разработана система конденсационной башни и способ, обеспечивающий эффективную конденсацию пара, или другой эффективный способ передачи тепла текучей среде. Далее приводится описание некоторых примеров настоящего изобретения со ссылками на фигуры чертежей, на которых аналогичные элементы обозначаются аналогичными цифрами.
На Фиг.1 приведен общий вид башенной конструкции согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, который также проиллюстрирован на Фиг.2. На Фиг.3, 4 и 5 показаны варианты, которые являются вторым, третьим и четвертым вариантами осуществления изобретения соответственно. Они не имеют точного соответствия варианту осуществления изобретения, показанному на Фиг.1, но при этом считается, что, прочтя описание, специалист в данной области техники полностью поймет способ модификации варианта осуществления изобретения с Фиг.1 для приведения его в соответствие второму, третьему и четвертому вариантам осуществления изобретения с Фиг.3, 4 и 5 соответственно.
На Фиг.1 показана конденсационная башня 10 с воздушным охлаждением. Башня включает основание 12, которое установлено на земле, и нижнюю ферму 14, на которой установлена вентиляторная платформа 16. Нижняя ферма 14 показана просто в виде опор по углам башни. Однако специалистам в данной области техники понятно, что подобная ферма 14 обычно представляет собой внутреннюю решетчатую конструкцию, имеющую вертикальные и горизонтальные элементы, соединенные друг с другом и образующие открытую ферму. Все четыре стороны фермы могут быть открытыми под вентиляторной платформой 16, либо в некоторых вариантах две противоположные стороны могут иметь закрытые стенки. Проиллюстрированные в данном документе варианты осуществления изобретения будут описаны в предположении наличия у них двух закрытых торцевых стенок, обозначенных 18 и 19, и двух открытых боковых стенок, обозначенных 20 и 21. Однако следует понимать, что в различных вариантах осуществления изобретения может иметься любое число открытых или закрытых боковых стенок под вентиляторной платформой 16.
Вентиляторная платформа 16 является несущей конструкцией, на которую обычно устанавливается группа отдельных вентиляторов 24 (лопасти условно не показаны), каждый из которых имеет собственный вентиляторный кожух 26. Вентиляторные кожухи могут иметь цилиндрическую внутреннюю стенку, окружающую вентилятор или в некоторой степени конический профиль, как это известно в данной области техники. Вентиляторы 24 подают воздух вверх мимо массива расположенных под углом конденсационных трубчатых змеевиков 28. Змеевики 28 представляют собой продолговатые спирали, по существу образующие плоскую листообразную конструкцию, через которую может проходить воздух. В змеевики 28 заходит пар из группы паровых трубопроводов 30. Паровые трубопроводы подходят к змеевикам 28 и пар/вода вертикально падает вниз через змеевики 28 и охлаждается за счет теплообмена с окружающим воздухом снаружи змеевиков 28. Пар конденсируется в воду, которая собирается в нижние дренажные трубопроводы 32 и выводится из башни.
Верхняя каркасная конструкция 40 обычно выполняется для создания общей конструкционной опоры в зоне, в которой расположены подающие трубопроводы 30, конденсационные змеевики 28 и водяные трубопроводы 32. Элементы змеевиков и трубопроводов встроены в верхнюю конструкцию. Каркасная конструкция 40 просто является каркасом для корпуса. Корпус может проходить примерно до нижней части парового трубопровода или выступать не небольшое расстояние над паровым трубопроводом. Верхний каркас 40 обычно закрыт с четырех сторон сплошными или по существу непористыми боковыми стенками или крышками 42. Следует понимать, что на Фиг.1 многие сплошные элементы, такие как боковые стенки, показаны прозрачными для возможности отображения внутренней части башни 10.
Признаком данного предпочтительного варианта изобретения является наличие двух направляющих 50 воздухоприемных отверстий, по одному с каждого противоположного бокового участка башни. Направляющие 50 воздухоприемных отверстий в некоторых вариантах помогают направлять поток воздуха в углы, образованные нижними торцами боковых стенок 42 для обеспечения эффективного поворота воздуха по существу в области по стрелке A Фиг.2. Сплошные боковые стенки или крышки 42 в основном идут сверху от зоны почти на высоте расположения паровых трубопроводов 30 или зоны, перекрывающей эту высоту, и проходят вниз обычно примерно до высоты расположения вентиляторной платформы 16. Вентиляторная платформа 16 привязана к плоскости, в которой кожухи вентиляторов крепятся к башне. Эта плоскость является плоскостью, обычно расположенной над верхней кромкой кожухов.
Каждая направляющая 50 воздухоприемных отверстий представляет собой расположенный под углом сплошной или по существу непористый лист, выступающий вниз и наружу от башни по существу в виде навеса. Выступающий вниз и наружу участок направляющей воздушного потока или навеса 50 может изготавливаться из любого подходящего материала, такого как, например, листовой металл, фанера или другой древесный листовой материал, древесно-стружечная плита, армированный волокном пластик или брезент. Воздушная направляющая или навес 50 показана установленной своим нижнем торцом на горизонтальную опорную стойку 52. В одном примере группа опорных стоек 52 может быть установлена на одинаковых расстояниях по длине воздушной направляющей 50 так же, как, например, это делается для навесов. Хотя в данном варианте осуществления изобретения показаны данные нижние стоки 52, возможны другие варианты осуществления воздушных направляющих, в которых направляющая может представлять собой простую консоль, выступающую наружу под углом 50°C, или воздушная направляющая 50 и ее опоры могут иметь сплошное или полое треугольное поперечное сечение. В продемонстрированном примере нижний край навеса 50 по существу находится по вертикали на высоте нижнего края вентиляторной платформы 16.
Относительные высоты и положения дополнительно показаны на Фиг.2. Например, на Фиг.2 показана ферма 14, которая образует открытые нижние боковые стороны башни. Также показана вентиляторная платформа 16, паровые трубопроводы 30, комплекты 28 конденсационных труб и дренажные водяные трубопроводы 32. Воздушные направляющие или навесы 50 показаны выступающими наружу от верхних боковых стенок 40 и 42 с опорными стойками 52. Конфигурация, показанная на Фиг.2, может обеспечить значительные преимущества по сравнению с идентичной конфигурацией, в которой отсутствуют воздушные направляющие 50. Т.е. при отсутствии воздушных направляющих 50 (и их соответствующих опор 52) показатели воздушного потока башни в некоторых случаях являются не такими хорошими, как при наличии воздушных направляющих 50. Преимущество воздушных направляющих в некоторых случаях проявляется в большей степени при наличии бокового ветра. Так, установка воздушных направляющих в некоторых случаях обеспечивает получение тех же показателей для башни при использовании меньшего количества энергии на привод вентиляторов, чем потребовалось бы для идентичной башни без воздушных направляющих.
На Фиг.3 показан вариант осуществления изобретения, являющийся изменением Фиг.2. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.3, воздушные направляющие 50 и 52 такие же, что и на Фиг.2, и остальная конструкция башни является такой же за одним отличием. В варианте осуществления изобретения Фиг.3 имеется вторая пара воздушных направляющих 60, имеющих свою собственную башенную опору 62. В данном варианте осуществления изобретения воздушные направляющие 60 имеют конструкцию, по существу идентичную конструкции воздушных направляющих 50, но установлены на меньшей высоте. В связи с этим, хотя это и не показано на фигуре, следует отметить, что другой вариант осуществления изобретения может включать только воздушные направляющие 60 и в нем могут отсутствовать воздушные направляющие 50. Вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг.3, в некоторых случаях обеспечивает более высокие характеристики, чем башня, у которой нет воздушных направляющих 50 и 60.
На Фиг.4 показан вариант осуществления изобретения, который является измененным вариантом показанного на Фиг.3. В данном варианте осуществления изобретения вместо воздушных направляющих 60 и опор 62, которые отходят наружу от вертикальной плоскости боковых стенок башни, в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.4, воздушные направляющие 70 находятся в плоскости внешней стенки башни. На Фиг.4 показаны воздушные направляющие 70 в сочетании с воздушными направляющими 50. Воздушные направляющие 70 могут ориентироваться за счет крепления к существующему внутреннему каркасу или за счет выполнения дополнительного внутреннего каркаса 74, который показан схематически. Показанные горизонтальные стойки 72 могут обеспечиваться дополнительными продольными элементами, которые уже имеются в конструкции, или соответствующими дополнительными стойками или продольными элементами. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.3, верхний встроенный угол воздушных направляющих 60 находится в плоскости внешней стенки башни, а в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.4, нижний внешний угол воздушных направляющих 70 находится в плоскости внешней стенки башни.
На Фиг.5 показан вариант осуществления изобретения, который является еще одним изменением варианта, показанного на Фиг.3. В данном варианте осуществления изобретения имеются верхние внешние воздушные направляющие 50 и два комплекта дополнительных воздушных направляющих 80 и 90. Воздушные направляющие 80 находятся внутри относительно плоскости боковой стороны башни и в горизонтальном направлении расположены во многом аналогично воздушным направляющим 70, но в этом примере они находятся на большей высоте от земли. Дополнительные воздушные направляющие 90 больше заходят внутрь и находятся ниже, чем воздушные направляющие 80. Воздушные направляющие 80 и 90, поскольку они находятся внутри башни, могут опираться на существующие горизонтальные и вертикальные элементы каркаса, являющегося по существу несущим элементом башни, или могут опираться на индивидуально установленные вертикальные элементы и/или горизонтальные элементы. Кроме того, в связи с этим на Фиг.5 исключительно в качестве примера показаны горизонтальные стойки 82 и 92.
В некоторых конкретных вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, применяются различные воздушные направляющие. Воздушные направляющие 50, 60, 70, 80 и 90 по существу установлены таким образом, что их верхняя поверхность расположена под углом так, что они имеют размер 20 футов в горизонтальном направлении и 8 футов в вертикальном направлении. Таким образом, они находятся под углом предпочтительно от около 38 до 40°C к горизонту. Хотя такой угол и является предпочтительным в показанном примере, следует понимать, что в зависимости от широкого диапазона атмосферных и системных условий в конкретных случаях предпочтительными могут оказаться другие углы.
Вышепроиллюстрированные варианты осуществления изобретения предлагают примеры, в которых различные воздушные направляющие, ориентированные под углом, расположены снаружи или внутри башенной конструкции и по существу в районе высоты расположения вентиляторной платформы или ниже вентиляторной платформы. Хотя приведены конкретные примеры вариантов воздушных направляющих, следует понимать, что другие варианты расположения воздушных направляющих могут находиться в пределах объема изобретения и, что, например, в тех случаях, где показана нижняя внутренняя воздушная направляющая в сочетании с внешней воздушной направляющей, другие варианты осуществления изобретения могут включать только нижние внутренние воздушные направляющие без верхних внешних воздушных направляющих. Таким образом, приведенные примеры следует рассматривать только в качестве примеров.
В различных вариантах осуществления изобретения, описанных выше, проиллюстрированный вариант осуществления изобретения имеет воздушные направляющие с двух или четырех сторон, а остальные две стороны являются сплошными стенками, выполненными по всей высоте стороны. Однако в других вариантах осуществления изобретения могут иметься три или четыре открытые стороны, и воздушные направляющие могут устанавливаться или не устанавливаться на других открытых сторонах. Например, многие конденсаторы с воздушным охлаждением имеют четыре открытые стороны, и в некоторых вариантах осуществления воздушные направляющие устанавливаются на всех сторонах так, что фигуры чертежей являются справедливыми для их любой стороны. Кроме того, хотя в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения воздушные направляющие расположены с двух сторон башни, установка воздушной направляющей только с одной стороны также может быть предпочтительной в некоторых вариантах.
Многие признаки и преимущества изобретения очевидны из подробного описания и, следовательно, целью прилагаемой формулы изобретения является покрытие всех подобных признаков и преимуществ изобретения, которые находятся в рамках сущности и объема изобретения. Кроме того, поскольку специалисты в данной области техники могут без труда предложить различные модификации и изменения, изобретение не ограничивается точными проиллюстрированными и описанными конструкцией и принципами функционирования, и соответственно все подходящие модификации и эквиваленты могут считаться находящимися в пределах объема изобретения.