АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГРАДИРНЯ
AERODYNAMIC COOLING TOWER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в испарительных градирнях башенного типа для повышения их тепловой эффективности, а также для утилизации низкопотенциальной энергии оборотной воды.
Башенные испарительные градирни используются для охлаждения оборотной воды при работе мощных тепловых машин. Для этого теплая оборотная вода разбрызгивается внутри вытяжной башни в виде меких капль и охлаждается с помощью наружного воздуха, поступающего в башню через входные окна в ее основании. Эффективность охлаждения воды определяется величиной развитой контактной поверхности воды, временем и интенсивностью ее взаимодействия с потоком наружного воздуха, поступающего в вытяжную башню.
Разбрызгивание оборотной воды на мелкие капли создает развитую контактную поверхность, но время ее взаимодейстия с поступающим в башню наружным воздухом определяется временем падения капель. Чтобы увеличить время взаимодействия, внутри башен размещается ороситель, выполненный в виде плоскостей, на которые капли падают и стекают тонкими водными пленками.
Эффектвность охлаждения также зависит от поступающего в вытяжную башню потока наружного воздуха.
Известна башенная испарительная градирня, в которой для повышения интенсивности охлаждения оборотной воды поступающий в башню воздушный поток закручивается и турбулизируется (патент РФ №2196947, МПК F28C 1/00, E04H 5/12). Для этого у входных окон башни устанавливают воздухонаправляющие щиты, на поверхности которых для усиления турбулизации потока создают шероховатость с помощью выступов.
Недостатком данной установки является низкий тепловой КПД, поскольку с помощью воздухонаправляющих щитов нельзя создать турбулизацию воздуха требуемого масштаба во всем объеме башни.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является аэродинамическая градирня с ветровым колесом (патент РФ № 2314474, МПК:F28C 1/00). Установка содержит вытяжную башню, у входных окон которой установлны воздухонаправляющие щиты. Внутри башни находится ветровое колесо, соединенное с генератором. Лопасти ветрового колеса расположены напротив входных окон вытяжной башни.
Установка работает следующим образом. Теплая оборотная вода разбрызгиватся внутри вытяжной башни в виде мелких капель, падая и испаряясь, капли охлаждаются, отдавая тепло находящемуся внутри башни воздуху. Теплый воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец башни, при этом во входные окна башни поступает поток наружного воздуха. Воздухонаправляющие щиты придают воздушному потоку тангенциальную составляющую скорости за счет их углового расположения относительно входных окон. Поток наружного воздуха, попадая внутрь башни через входные окна, ударяется в лопатки ветрового колеса, в результатате чего ветровое колесо начинает вращаться, что приводит к увеличению интенсивности турбулизации находящегося в вытяжной башне воздуха за счет вращающихся лопастей ветрового колеса. Генератор, соединенный с ветровым колесом, также начинает вращаться, что позволяет получать дполнительную электроэнергию за счет использования низкопотенциальной энергии оборотной воды.
Недостатком данной установки является низкий тепловой КПД, что объясняется малым временем взаимодействия развитой поверхности охлаждаемой воды с наружным воздухом, которое определяется временем падения капель воды внутри вытяжной башни.
Задачей изобретения является повышение теплового КПД аэродинамических градирен башенного типа.
Техническим результатом изобретения является увеличение времени взаимодействия поверхности воды с наружным воздухом и его турбулизация.
Технический результат достигается тем, что в аэродинамическую градирню, содержащую вытяжную башню с воздухонаправляющими щитами у входных окон и расположенное в башне ветровое колесо, соединенное с генератором, введен ороситель с наклонными плоскостями, образующий с ветровым колесом единую конструкцию, при этом наклонные плоскости оросителя выполнены в виде пленки, что позволяет уменьшить вес конструкции.
Введение подвижного оросителя позволяет увеличить время взаимодействия поверхности теплой оборотной воды с наружным воздухом, поступающим в башю через входные окна, а также увеличить турбулизацию находящегося внутри башни воздуха за счет вращающихся лопастей ветрового колеса и наклонных плоскостей оросителя, что снижает температуру оборотной воды.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема аэродинамической градирни, а на фиг.2 представлен пример выполнения конструкции оросителя, совмещенного с ветровым колесом.
Аэродинамическая градирня содержит вытяжную башню 1, в основании которой имеются входные окна 2. Около них под углом к радиусу основания башни 1 расположены воздухонаправляющие щиты 3. Внутри башни у ее основания находится конструкция 4, совмещающая ороситель, выполненный с наклонными плоскостями 5, и ветровое колесо, лопасти 6 которого расположены и вращаются в области входных окон 2.
Ось конструкции 4 соединена с генератором 7, с помощью которого можно вырабатывать электричество.
Конструкция 4 является единой системой, совмещающей ороситель и ветровое колесо. Она выполнена в виде двух колец, верхнего 8 и нижнего 9, соединенных вертикальными стойками 10, к которым прикреплены лопатки 5 ветрового колеса. Кольца 8 и 9 с помощью радиальных стержней, верхних 11 и нижних 12, соединены с вертикально расположенной втулкой 13, установленной в центре колец 8 и 9. Количество верхних 11 и нижних 12 радиальных стержней одинаково и они сдвинуты относительно друг друга на постоянный угол. Каждый верхний стержень 11 и сдвинутый на постоянный угол нижний стержень 12 образуют пару, к которой крепится пленка, например, полиэтиленовая, образующая наклонную плоскость. Угол сдвига радиальных стержней подбирают таким образом, чтобы плоскости, образованные пленкой, составляли угол с вертикалью 40-60 градусов.
Аэродинамическая градирня работает следующим образом.
Теплая оборотная вода разбрызгивается в виде мелких капель внутри башни 1. Капли воды попадают на наклонные плоскости 5 оросителя и стекают с них тонкой водной пленкой, отдавая тепло находящемуся в башне воздуху. Теплый воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом во входные окна 2 в башню 1 поступает поток наружного воздуха. Воздухонаправляющиеся щиты 3 придают входящему воздушному потоку тангенциальную составляющую скорости за счет их углового расположения по отношению к входным окнам. Заходя внутрь башни 1 через входные окна 2, поток наружного воздуха ударяется в лопасти 6 ветрового колеса, и начинает вращать конструкцию 4. Вращающиеся лопасти 6 ветрового колеса и наклонные плоскости 5 оросителя турбулизируют находящийся в башни воздух, усиливая, таким образом, процесс охлаждения оборотной воды.
Вращение конструкции 4 приводит к вращению связанного с ней генератора 7, с помощью которого вырабатывается электроэнергия.
Был построен макет аэродинамической градирни башенного типа, у входных окон которой располагались воздухонапрвляющие щиты. Внутри башни находилась конструкция, совмещающая ороситель с ветровым колесом. Были проведены эксперименты по визуализации воздушных потоков наружного воздуха, поступающего в вытяжную башню. Эксперименты показали, что при наличии воздухонаправляющих щитов лопасти ветрового колеса и наклонные плоскости оросителя производят интенсивную турбулизацию воздушного потока, поступающего в башню. Увеличение времени взаимодействия поверхности оборотной воды и потока наружного воздуха за счет введения подвижных наклонных плоскостей оросителя и турбулизация входящего воздушного потока повышают тепловую эффективность градирни.
Кроме того, с помощью генератора, соединенного с осью единой конструкции, совмещающей ороситель и ветровое колесо, можно получать дополнительно электроэнергию за счет использования низкопотенциального тепла оборотной воды.