ЛИСТ ОРОСИТЕЛЯ ШЕВРОННОЙ СТРУКТУРЫ И БЛОК ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ (ВАРИАНТЫ)
PLATE OF SPRINKLER OF HERRING-BONE STRUCTURE AND SPRINKLER UNIT OF COOLING TOWER (VERSIONS)

Изобретение относится к области оборотного водоснабжения, а именно к конструктивным элементам градирен и других аппаратов для тепломассообмена между жидкими и газообразными средами, в частности к элементам оросителей и водоуловителей градирен.
Известен блок оросителя градирни, состоящий из вертикальных гофрированных листов с гранеными гофрами, которые при скреплении между собой образуют вертикальные трубообразные каналы (патент РФ №2300067, МКИ F28F 25/08, 27.05.2007).
Известны также оросители из полимерных материалов, например оросительные устройства, выполненные в виде блока пластмассовых труб (см. например, патент РФ №2141616, МКИ F28F 25/00, 20.11 1999; патент РФ №2141617, МКИ F28F 25/08, 20.11.1999).
Общим недостатком этих конструкций является их высокое аэродинамическое сопротивление и неравномерность охлаждения воды по площади градирни, вследствие замкнутости трубчатых каналов оросителей.
Известны конструкции листов оросителя градирни, содержащие гофры в виде непрерывной волны, расположенные под углом к кромке листа (патент Великобритании №1177124, F28C 3/00, 1970; патент США №4668443, НКИ 261-1123, 1987; патент РФ №2001375, МКИ F28F 25/08, 1993).
Общим недостатком этих конструкций листов оросителя, как показывает практика эксплуатации, является возникновение и устойчивое существование струйного течения жидкости во впадинах гофр, что снижает интенсивность тепломассообмена.
Известны конструкции листов оросителя градирни, содержащие гофры синусоидальной формы, расположенные по высоте листа в виде двух или более участков, наклоненные в одну сторону от вертикали (патент РФ №2222758, МКИ F28F 25/08, 27.01.2004; патент РФ №2257521, МКИ F28F 25/08, 27.07.2005).
Наличие изломанного гофра, причем с наклоном в одну сторону от вертикали, уменьшает время прохождения воды по высоте листа оросителя и тем самым снижается эффективность тепломассообмена.
Известны конструкции листа оросителя, содержащий гофры синусоидальной формы, расположенные под противоположными углами наклона к кромке листа (патент РФ №2109242, МКИ F28F 25/08, 20.04.1998; патент РФ №2306519, МКИ F28F 25/08, 20.09.2007).
Основной недостаток данных листов оросителя заключается в значительной длине наклонных участков, что инициирует появление струйного течения воды во впадинах гофр.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является лист оросителя градирни, содержащий гофры синусоидальной формы, расположенные по высоте листа в виде двух и более участков с противоположными углами наклона к горизонтали, причем с уменьшением значений этих углов на участках снизу вверх при сохранении высоты и ширины гофров, углы в вершинах и впадинах уменьшаются (патент РФ №2217676, МКИ F28F 25/08, 27.11.2003). Данное изобретение принято за прототип.
Описанное выше выполнение листа оросителя имеет определенные недостатки, а именно, уменьшение проходного сечения каналов и резкие перегибы коротких каналов по высоте листа, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления оросителя. Уменьшение углов наклона относительно горизонтали коротких каналов приводит к их значительному удлинению, что провоцирует появление струйного течения, что также приводит к снижению эффективности тепломассообмена.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности охлаждения воды в оросителе градирни путем увеличения удельной межфазной поверхности, а соответственно, и времени контакта фаз.
Для достижения этого технического результата лист оросителя шевронной структуры, изготовленный из полимерного материала, например ПВХ, содержит гофры в виде непрерывной волны, при этом каждый гофр выполнен в виде зигзагообразной последовательности одинаковых по длине и сечению коротких каналов, ориентированных друг к другу под одинаковым углом не менее 90° и не более 180°, а отношение высоты гофра к длине ребра короткого канала по зигзагообразной направляющей составляет не менее 2, 5.
Известны оросительные устройства, выполненные в виде блоков вертикальных или под наклоном к вертикали пластмассовых труб различной формы в поперечном сечении (Гладков В.А., Кучеренко Д.И. Оборотное водоснабжение. (Системы водяного охлаждения). - М: Стройиздат, 1980; патент РФ №2309356, МКИ F28F 25/08, 27.10.2007; патент РФ №2317502, МКИ F28F 25/08, 20.02.2008).
Недостатком такого типа блоков оросителей являются незначительная удельная межфазная поверхность и короткое время контакта фаз и, как следствие, невысокая эффективность тепломассообмена.
Известны блоки оросителей, составленные из листов с прямолинейными гофрами, имеющими в поперечном сечении вид непрерывной волны и расположенные вдоль вертикальной кромки (патент РФ №2300067, МКИ F28F 25/08, 27.05.2007) или под углом к ней (патент РФ №2043600, МКИ F28F 25/08, 10.09.1995; патент РФ №2133427,МКИ F28F 25/08, 20.07.1999).
Известен ороситель градирни, состоящий из блоков, собранных в пакеты из вертикально установленных гофрированных листов с расположенными под углом к кромкам листа параллельными гофрами, при этом каждый гофрированный лист содержит две группы параллельных гофров, сходящихся в середине листа, при этом гофры левой половины листа наклонены вправо от вертикали, гофры правой половины листа наклонены влево от вертикали, а собранные в пакет гофрированные листы образуют в поперечном сечении ромбообразные каналы(патент РФ №2306519, МКИ F28F 25/08, 20.09.2007).
Основной недостаток оросителя заключается в значительной длине каналов, что инициирует появление струйного течения воды во впадинах гофр.
Более эффективными, с точки зрения тепломассообмена, являются блоки оросителей, в которых гофры соседних листов расположены под углом друг к другу (патент РФ №2008607, МКИ F28F 25/08, 28.02.1994; патент РФ №2122696, МКИ F28F 25/08, 27.11.1998; патент РФ №2132032,МКИ F28F 25/08, 20.06.1999; патент РФ №2145699, МКИ F28F 25/08, 20.02.2000).
Из вышерассмотренной совокупности последней группы аналогов наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ороситель градирни, содержащий листы с гофрами в виде непрерывной волны, которые контактируют друг с другом по гребням гофр с образованием каналов по высоте оросителя, при этом гофры выполнены под углом к кромкам листов, а гофры соседних листов могут быть ориентированы в одинаковом направлении и под углом друг к другу (патент РФ №2132032,МКИ F28F 25/08, 20.06.1999).
Общим недостатком такого типа блоков оросителей является существование струйного течения жидкости во впадинах гофр, что снижает интенсивность тепломассообмена, так как основу блока оросителя составляют гофрированные листы, образующие в собранном блоке каналы различной формы, но все с прямолинейной направляющей.
Задачей изобретения является повышение эффективности тепломассообмена и жесткости блока оросителя.
Согласно первому варианту выполнения блока технический результат достигается тем, что в блоке оросителя, содержащем чередующиеся вертикальные плоские и гофрированные листы оросителя шевронной структуры, изготовленные из полимерного материала, например ПВХ, и соединенные между собой при помощи соединительных трубок, блок содержит множество листов оросителя шевронной структуры, при этом каждый гофрированный лист шевронной структуры по зигзагообразным линиям ребер контактирует с плоскими листами с образованием идентичных зигзагообразных каналов по высоте блока оросителя и соединен с одним из плоских листов жесткой связью, например сваркой.
Согласно второму варианту выполнения технический результат достигается тем, что в блоке оросителя четные гофрированные листы оросителя шевронной структуры повернуты вокруг горизонтальной оси на 180° относительно нечетных гофрированных листов оросителя шевронной структуры.
Согласно третьему варианту выполнения технический результат достигается тем, что в блоке оросителя листы установлены таким образом, что имеют точечный контакт между собой в точках схождения зигзагообразных ребер и по каждому зигзагообразному ребру и при этом образуют сквозные в вертикальном и горизонтальном направлениях перекрестные зигзагообразные каналы, а соединительные трубки установлены в местах точечного контакта по зигзагообразным ребрам гофрированных листов оросителя шевронной структуры.
Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид листа оросителя шевронной структуры, на фиг.2 - общий вид блока оросителя по первому варианту исполнения, на фиг.3 - общий вид блока оросителя по второму варианту исполнения, на фиг.4 - общий вид блока оросителя по третьему варианту выполнения.
На фиг.1 - 4 цифрами обозначены следующие позиции: 1 - лист оросителя шевронной структуры, 2 - зигзагообразный гофр, 3 - короткий канал, 4 - плоский лист, 5 - зигзагообразный канал, 6 - зигзагообразные ребра листа, 7 - соединительные трубки.
Лист 1 (фиг.1) оросителя шевронной структуры представляет собой объемную структуру и содержит гофры 2 в виде непрерывной волны от одного края листа до другого. Каждый гофр 2 выполнен в виде зигзагообразной последовательности одинаковых по длине и сечению коротких каналов 3, ориентированных друг к другу под одинаковыми углами. Такое взаимное угловое положение коротких каналов 3 и определяет название структуры листа оросителя - шевронная структура. Листы 1 собираются в вертикальном положении в блок с образованием множества зигзагообразных каналов. С использованием листа 1 оросителя шевронной структуры возможно выполнение ряда вариантов блока оросителя градирни.
Блок оросителя по первому варианту выполнения содержит множество вертикально установленных и чередующихся листов 1 шевронной структуры и плоских листов 4 с образованием идентичных зигзагообразных каналов 5 по высоте блока оросителя (фиг.2).
Блок оросителя по второму варианту выполнения также содержит множество вертикально установленных и чередующихся листов 1 шевронной структуры и плоских листов 4 с образованием идентичных зигзагообразных каналов 5 по высоте блока оросителя, но четные гофрированные листы оросителя шевронной структуры повернуты вокруг горизонтальной оси на 180° относительно нечетных гофрированных листов оросителя шевронной структуры (фиг.3).
В первом и втором вариантах выполнения блоков каждый гофрированный лист 1 оросителя шевронной структуры соединен с одним из контактирующих с ним плоским листом 4 жесткой связью, например сваркой, по всем зигзагообразным ребрам 6. Весь комплект гофрированных листов 1 и плоских листов 4, входящих в блок, стягивается между собой соединительными трубками 7.
Блок оросителя по третьему варианту выполнения содержит только листы 1 шевронной структуры, которые повернуты относительно друг друга на 180° и установлены таким образом, что имеют точечный контакт между собой в точках схождения зигзагообразных ребер 6 и по каждому зигзагообразному ребру 6 и при этом образуют сквозные в вертикальном и горизонтальном направлениях перекрестные зигзагообразные каналы 5, а соединительные трубки 7 установлены в местах точечного контакта по зигзагообразным ребрам гофрированных листов оросителя шевронной структуры (фиг.4).
Блок оросителя, составленный из листов 1 шевронной структуры, работает следующим образом. Охлаждаемая вода, равномерно распределенная по поверхности листов 1 блока оросителя градирни, стекает вертикально под действием силы тяжести по стенкам зигзагообразных гофров 2. Благодаря наличию коротких каналов 3, постоянно меняющих свое направление, значительно удлиняется расстояние для прохождения воды, и изменяется вектор направления движения охлаждающего воздуха, что приводит к дополнительной турбулизации стекающей пленки воды по зигзагообразным каналам 5, что в конечном итоге увеличивает эффективность тепломассообмена. Блок, выполненный по третьему варианту, благодаря наличию перекрестных зигзагообразных каналов 5 позволяет получить более равномерное распределение охлаждаемой воды по всей площади листов 1. Вводимые ограничения по углу схождения коротких каналов и соотношению высоты гофра к длине ребра короткого канала по зигзагообразной направляющей снижают аэродинамическое сопротивление блоков оросителя. Плоские листы 4, используемые для первого и второго вариантов выполнения блока оросителя, обеспечивают дополнительную жесткость блоков.
Таким образом, применение изобретения позволяет улучшить важные технологические и эксплуатационные параметры оросителя: во-первых, повысить степень охлаждения воды, во-вторых, уменьшить аэродинамическое сопротивление и, в-третьих, повысить жесткость конструкции, а значит и ее долговечность.