Результат интеллектуальной деятельности: ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ

Изобретение относится к контактным охладителям, в частности к градирням.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является вентиляторная градирня по патенту РФ №2455603, С02В 1/10, содержащая корпус, разбрызгивающее устройство, бак для сбора жидкости и вентилятор (прототип).

Недостатком градирни является сравнительно невысокая эффективность из-за невысокой степени распыла жидкости форсунками и неэкономичность из-за перерасхода воды за счет отсутствия пластинчатого оросителя и каплеуловителя.

Технический результат - повышение производительности работы градирни.

Это достигается тем, что в вентиляторной градирне, содержащей корпус, разбрызгивающее устройство, бак для сбора жидкости и вентилятор, корпус состоит из двух частей - верхней части, включающей ороситель и каплеотделитель, между которыми расположен коллектор разбрызгивающего устройства с цельнофакельными форсунками, и нижней части, в которой расположен бак-водосборник для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем вентилятором, причем корпус изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали, а в баке-водосборнике имеется диффузор, который представляет собой часть корпуса и соединен с вентилятором, выполненным с пластиковым рабочим колесом и многоскоростным электродвигателем, позволяющим в процессе работы, в зависимости от погодных условий, изменять производительность градирни за счет изменения расхода воздуха, а ороситель содержит сложенные слоями параллельно друг другу трубчатые элементы из термопластичного материала с решетчатой стенкой, причем по торцам трубчатые элементы сварены между собой, трубчатые элементы выполнены с треугольным поперечным сечением, и между каждым слоем трубчатых элементов поперек трубчатых элементов вдоль каждого их торца проложена полоса из термопластичного материала, сваренная с трубчатыми элементами в местах их соприкосновения с полосой, причем в процессе сварки оплавляют торцевые участки трубчатых элементов и проложенных между ними полос и формируют в процессе оплавления монолитные торцевые стенки блока, причем полости каждого из трубчатых элементов и межтрубное пространство заполнены полыми полимерными шарами, причем диаметр шаров на 5÷10% больше максимального размера ячейки решетчатой стенки трубчатых элементов, а корпус центробежной форсунки состоит из двух соосных, связанных между собой цилиндрических втулок: втулки большего диаметра и втулки меньшего диаметра, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее, причем внешняя поверхность шнека представляет собой винтовую канавку, а внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека, который выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.

На фиг.1 изображена схема пленочной вентиляторной градирни, на фиг.2 - вид сбоку на вентиляторную градирню, на фиг.3 - блок оросителя, на фиг.4 - система оборотного водоснабжения, на фиг.5 - схема форсунки, установленной на коллекторе разбрызгивающего устройства.

Вентиляторная градирня (фиг.1 и 2) пленочного типа представляет из себя испарительную градирню открытого типа и при весьма умеренном энергопотреблении обеспечивает приготовление воды, используемой в целях охлаждения с температурой на 5°C ниже температуры наружного воздуха по сухому термометру. Градирня состоит из двух частей: верхней части, состоящей из корпуса 2, в нижней части которого находится ороситель 6, в верхней - каплеотделитель 7, а между ними расположены форсунки 8, установленные на коллекторе разбрызгивающего устройства.

В нижней части градирни, на основании 1 расположен бак-водосборник 4 для сбора охлаждаемой воды с установленным на нем вентилятором 3.

Корпус изготовлен из тонколистовой нержавеющей стали, что обеспечивает надежную многолетнюю эксплуатацию градирни, небольшой вес и, как следствие, возможность установки градирни на крышах производственных зданий. В конструкции бака 4 предусмотрен диффузор, который представляет собой часть корпуса и соединен с вентилятором, а также сливной патрубок 5.

Коллектор разбрызгивающего устройства расположен в верхней части корпуса 2 и представляет собой систему параллельно соединенных труб с отверстиями, на которых в шахматном порядке закреплены центробежные форсунки 8.

Центробежная форсунка (фиг.5) состоит из корпуса, состоящего из двух соосных, связанных между собой цилиндрических втулок: втулки 31 большего диаметра и втулки 30 меньшего диаметра. Внутри втулки 4 меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек 1, жестко связанный с ее внутренней поверхностью, например запрессованный в нее. Внешняя поверхность шнека 27 представляет собой винтовую канавку с правой (или левой) нарезкой. При этом между внутренней поверхностью втулки 30 меньшего диаметра и внешней поверхностью шнека 27 образована винтовая внешняя полость 29 шнека 27.

Внутри шнека 27 выполнено отверстие 28 с левой (или правой) винтовой нарезкой.

При этом направление винтовой нарезки отверстия 28, выполненного внутри шнека 27, может быть противоположно направлению внешней винтовой канавки шнека.

Во втулке 31 большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер 33, жестко закрепленный в ней, например посредством резьбового соединения, через герметизирующую прокладку 32. Внутри штуцера 33 соосно выполнено цилиндрическое отверстие 34, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор 35, который соединен с цилиндрической камерой 36, образованной внутренней поверхностью втулки 30 меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека 27.

Ороситель 6 и каплеотделитель 7 изготавливаются из пластика ПВХ (поливинилхлорид) с добавкой, обеспечивающей высокопрочный, химически стойкий пластик, не поддерживающий горения и сохраняющий свои эксплуатационные свойства при температуре наружного воздуха от -60°С до +55°С.

Ороситель 6 (фиг.3), используемый в градирне, представляет собой сложенные слоями параллельно друг другу трубчатые элементы 9 из термопластичного материала с решетчатой стенкой. По торцам 10 трубчатые элементы 9 сварены между собой, выполнены с треугольным поперечным сечением, и между каждым слоем трубчатых элементов 9 поперек трубчатых элементов 9 вдоль каждого их торцов 10 проложена полоса 11 из термопластичного материала, сваренная с трубчатыми элементами 9 в местах их соприкосновения с полосой 11, причем в процессе сварки оплавляют торцевые участки трубчатых элементов 9 и проложенных между ними полос 11 и формируют в процессе оплавления монолитные торцевые стенки блока. Полости каждого из трубчатых элементов 9 и межтрубное пространство заполнены полыми полимерными шарами 12, причем диаметр шаров на 5÷10% больше максимального размера ячейки решетчатой стенки трубчатых элементов 9.

Кроме того, в блоке насадки в поперечном сечении все трубчатые элементы 9 могут иметь одинаковое поперечное сечение и могут быть выполнены в форме равностороннего или равнобедренного треугольника. Трубчатые элементы 9 в слоях могут быть уложены таким образом, что в поперечном сечении трубчатые элементы 9 расположены один под другим, или трубчатые элементы 9 в слоях могут быть уложены таким образом, что в поперечном сечении в соседних слоях трубчатые элементы 9 одного слоя расположены между трубчатыми элементами 9 соседнего слоя.

При использовании блока насадки в качестве оросителя воду, подлежащую охлаждению в градирне, разбрызгивают на ороситель, а затем она стекает по поверхности трубчатых элементов 9 и охлаждается встречным потоком воздуха, при этом в процессе эксплуатации жесткая конструкция блоков позволяет сохранять исходную конфигурацию собранного блока, что позволяет повысить эффективность процесса тепломассообмена в градирне. При использовании блока насадки в качестве водоуловителя капли воды, которые уносятся вместе с воздушным потоком, при проходе несколько слоев трубчатых элементов 9 оседают на поверхности последних, собираются в большие капли и стекают обратно в бассейн градирни. Таким образом предотвращается потеря воды с капельным уносом.

Система оборотного водоснабжения (фиг.4) с градирнями (градирней), имеющими раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, включает в себя корпус 4 градирни (возможен вариант с несколькими параллельно соединенными градирнями - на чертеже не показано), в нижней части которой расположены, по крайней мере, два бака для сбора воды: бак 18 и бак 26 с системой подпитки 19 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 18 и 26 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.

Бак 18 соединен с насосом 21, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 23. На участке между насосом 21 и потребителем 23 установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 24 и вентиля 25. После нагрева воды в потребителе 23 она снова поступает через вентиль 14 по трубопроводу 20 во второй бак 26, из которого нагретая вода насосом 13 через фильтр 22 и вентиль 17 подается по трубопроводу в коллектор с форсунками 8, размещенными в верхней части корпуса градирни.

Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу, и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 22 и вентилем 17 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 22, состоящая из манометра 16 и вентиля 15.

Градирня вентиляторная работает следующим образом.

Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками, размещенными в коллекторе 8, и в виде пленки стекает в бак 4 через сложную систему каналов оросителя 6 навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентилятором 3. Эффективный каплеотделитель 7 позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м³/(час·м²) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню.

Система оборотного водоснабжения работает следующим образом.

Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками в коллекторе 8 и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентиляторами (на чертеже не показано). Эффективный каплеотделитель позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м³/(час·м²) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню.

Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирен в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности градирни определяется характером потребителя. В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя, заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни, применяется схема, приведенная на чертеже. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей 23, отстаивается в накопительных (емкостях) баках 18 и 26, объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки. Из нее насос 13 (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивает воду на испарительные градирни 4. Из градирни охлажденная вода поступает в аналогичную ванну (бак). Основная отличительная черта такой схемы - гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (баками). Может использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями. Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирен в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирен могут работать в режиме просто "Вкл/Выкл". Кроме этого, каждая такая градирня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий. Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку градирни полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении либо расположенные под землей.

Центробежная форсунка для распыливания жидкостей работает следующим образом.

Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 34 штуцера 33 в диффузор 35, а из него в камеру 36, из которой под давлением поступает одновременно по двум направлениям: во-первых, в винтовую внешнюю полость шнека 27, образуя внешний вращающийся поток жидкости, и во-вторых, в отверстие 28 с винтовой нарезкой, образуя внутренний вращающийся поток жидкости.

На выходе из форсунки встречаются два вращающихся потока жидкости, причем один поток, например внутренний, совершает вращение в сторону, противоположную внешнему потоку, идущему по шнеку 27, либо может совершать попутное (одинаковое) вращение, если направление винтовых канавок совпадает. При взаимодействии вращающихся потоков на выходе из форсунки происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет их соударения в попутных или противоположно вращающихся потоках жидкости (внешнего и внутреннего). При этом суммарный мелкодисперсный вращающийся поток на выходе может иметь направление вращения, которое определяется гидравлическим сопротивлением соответственно внешней или внутренней винтовых полостей и канавок шнека 1, а может быть стационарным, в случае противоположного направления вращения потоков и равенства их приведенных массовых скоростей.

Шнек 27 форсунки может быть выполнен из твердых материалов: карбида вольфрама, рубина, сапфира.

При среднем давлении подаваемой через цилиндрическое отверстие 34 жидкости под давлением 6…9 МПа обеспечивается распыление от 400 до 1000 кг/ч жидкости. Форсунка проста в изготовлении и обслуживании.

В зимнее время эксплуатация градирен может усложняться из-за обмерзания их конструкций, особенно это относится к градирням, расположенным в суровых климатических условиях. Обмерзание градирен может привести к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося на нем льда. Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок, необходимо обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по площади оросителя и не допускать понижения плотности орошения на отдельных участках.