Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГРАДИРЕН

Изобретение относится к контактным охладителям, в частности к градирням, и может быть использовано на тепловых электрических станциях для охлаждения оборотной воды.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является решение по патенту РФ №2493521, С02В 1/10 от 04.07.72 г., включающее систему оборотного водоснабжения с применением градирен, соединенных между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды (прототип).

Недостатком известного способа 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 способе оборотного водоснабжения с применением градирен, заключающемся в том, что соединяют между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды несколько градирен, градирни соединяют так, чтобы функционировали раздельно гидравлические контуры приготовления и потребления воды, при этом в нижней части корпуса градирен располагают, по крайней мере, два бака для сбора воды, которые соединяют между собой компенсационной трубой, обеспечивая гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединяют с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретую воду насосом через фильтр и вентиль подают по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем устанавливают систему контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящую из манометра и вентиля, каждую из форсунок выполняют из корпуса, который выполнен полым, с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости к центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса, посредством, по крайней мере, трех спиц, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника, выполнено дроссельное отверстие, при этом к втулке, жестко связанной с корпусом форсунки, в ее нижней части, соосно прикрепляют внешний диффузор, а к нижнему основанию усеченного конуса - распылитель, жестко прикрепленный к центральному сердечнику, в его нижней части, на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки и соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор, таким образом, что выходные сечения внешнего и внутреннего диффузоров лежат в одной плоскости.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предложенного способа - система оборотного водоснабжения с градирнями, имеющими раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, на фиг. 2, 3 - схемы вариантов форсунки.

Система оборотного водоснабжения с градирнями, имеющими раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды (фиг. 1) включает в себя корпус 1 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 2 и бак 12 с системой подпитки 3 воды, затрачиваемой на испарение. Баки 2 и 12 (емкости) соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления.

Бак 2 соединен с насосом 6, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 8. На участке между насосом 6 и потребителем 8 установлена система контроля гидравлического сопротивления системы, состоящая из манометра 9 и вентиля 10. После нагрева воды в потребителе 8 она снова поступает через вентиль 11 по трубопроводу 4 во второй бак 12, из которого нагретая вода насосом 13 через фильтр 7 и вентиль 17 подается по трубопроводу 14 в коллектор 5 с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни.

Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу, и цикл тепломассообменного процесса повторяется. На участке между фильтром 7 и вентилем 17 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра 7, состоящая из манометра 16 и вентиля 15.

Форсунка для распыливания жидкостей расположена на коллекторе 5.

Центробежная вихревая форсунка (фиг. 2) включает в свой состав корпус 18, который выполнен в виде подводящего штуцера с отверстием 25 для подвода жидкости из магистрали, и соосно соединенной с ним цилиндрической гильзой 19 с внешней резьбой 20.

Соосно корпусу 18, в его нижней части подсоединено посредством гильзы 21 с внутренней резьбой сопло 22, выполненное в виде центробежного завихрителя 23 потока жидкости в виде глухой цилиндрической вставки 29 с, по крайней мере тремя, тангенциальными вводами 30 в виде цилиндрических отверстий. Гильза 21 является частью сопла 22 и установлена коаксиально и соосно по отношению к центробежному завихрителю 23.

В торцевой поверхности центробежного завихрителя 23 выполнены последовательно соединенные, соосные между собой и корпусом 18 осевые коническое 27 и цилиндрическое 28 дроссельные отверстия.

Центробежный завихритель 23 установлен в цилиндрической камере 26 корпуса с образованием кольцевой цилиндрической камеры 24 для подвода жидкости к тангенциальным вводам 30 центробежного завихрителя 23 и соединен с тремя камерами, установленными последовательно и соосно ему: конической 31, цилиндрической 32, диффузорной выходной камерой 33, причем камеры установлены таким образом, что выход одной камеры является входом для другой. Тангенциальные вводы 30 выполнены в виде каналов, тангенциально расположенных к внутренней поверхности вставки 29.

Центробежная вихревая форсунка работает следующим образом.

В полости вставки 29, выполняющей функцию центробежного завихрителя 23 жидкости, происходит формирование вихря, который закручивает струю жидкости, истекающую из цилиндрического 28 дроссельного отверстия.

Закрученный поток жидкости в полости вставки 29 образуется за счет смешения струй, истекающих из тангенциально направленных каналов 30.

На выходе из полости вставки 29 формируется поток жидкости, характеризующийся постоянной тангенциальной скоростью. При этом угловая скорость закрученного потока жидкости в канале сопла 22 распылителя определяет величину угла распыла генерируемого газокапельного потока.

Величина тангенциальной скорости в полости вставки 29 зависит от соотношения общей площади поперечного сечения тангенциальных каналов 30 и площади сечения осевого цилиндрического 28 дроссельного отверстия. Сформированный в центробежном завихрителе 23 закрученный поток жидкости поступает во входное отверстие конической камеры 31. При прохождении участков 32 и 33 формируется ускоренный поток жидкости. Интенсивное образование кавитационных пузырьков в закрученном потоке жидкости происходит в диффузорной выходной камере 33.

Система оборотного водоснабжения с применением градирен работает следующим образом.

Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 5 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/(ч⋅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. Самый простой гидравлический контур отдельной градирни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на фиг. 1. Вода из градирни 1 поступает в бак 2, откуда циркуляционным насосом 6 подается потребителю 8 и далее в градирню 1. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей 8, отстаивается в накопительных (емкостях) баках 2 и 12, объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки. Из нее насос 13 (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные градирни 1. 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.

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.

Возможен вариант выполнения форсунки (фиг. 3) разбрызгивающего устройства.

Форсунка содержит цилиндрический полый корпус 34 с каналом 36 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 35 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 37, верхняя цилиндрическая ступень 39 которой соединена посредством резьбового соединения с, соосным с ней, центральным сердечником 40, имеющим центральное отверстие 42 и установленным с кольцевым зазором 43 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 37.

Кольцевой зазор 43 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 38, выполненными в двухступенчатой втулке 37, соединяющими его с кольцевой полостью 41, образованной внутренней поверхностью втулки 35 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 39, причем кольцевая полость 41 связана с каналом 36 корпуса 34 для подвода жидкости.

К центральному сердечнику 40, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 44, соосного центральному отверстию 42 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 40, а к нижнему основанию усеченного конуса 44, посредством, по крайней мере, трех спиц 46, прикреплен рассекатель 45, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 44.

На внешней боковой поверхности усеченного конуса 44 имеются винтовые канавки (на чертеже не показано), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.

В рассекателе 45, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 44, посредством, по крайней мере, трех спиц 46, и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 43, осесимметрично центральному отверстию 42 центрального сердечника 40, выполнено дроссельное отверстие 47.

Возможен вариант, когда к втулке 35, жестко связанной с корпусом 34, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 48, а к нижнему основанию усеченного конуса 44 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 40, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 44 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 49, таким образом, что выходные сечения внешнего 48 и внутреннего 49 диффузоров лежат в одной плоскости.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 34 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 41 через радиальные каналы 38, затем в кольцевой зазор 43 между соплом и центральным сердечником 40. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 44.

Второе направление, по которому поступает жидкость, - через канал 36 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 42 центрального сердечника 40, а затем через полость усеченного конуса 44 поступает на рассекатель 45, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 43, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Способ оборотного водоснабжения с применением градирен осуществляют следующим образом.

Эффект охлаждения в градирне достигают за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками 5 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/(ч⋅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 8, отстаивается в накопительных (емкостях) баках 2 и 12, объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки. Из нее насос 13 (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные градирни 1. Из градирни охлажденная вода поступает в аналогичную ванну (бак). Основная отличительная черта такой схемы - гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления.