Результат интеллектуальной деятельности: БЛОК ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ

Изобретение относится к области оборотного водоснабжения, а именно к конструктивным элементам градирен и других аппаратов для тепломассообмена между жидкими и газообразными средами.

В испарительных градирнях широко распространены блочные оросители капельного и пленочного типа, выполненные из деревянных реек, а также из плоских или волнистых асбоцементных листовых щитов толщиной до 7 мм (см., например, книгу Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций, Ленинград, Энергия, 1972).

Оросители данного типа отличает большая материалоемкость, высокое гидравлическое сопротивление потоку охлаждающего воздуха, низкая удельная поверхность контакта фаз и невысокая эксплуатационная надежность вследствие ограниченной водостойкости деревянных оросителей и расслаивания асбоцементных оросителей при размораживании. Кроме того, использование асбеста нецелесообразно с точки зрения его вредного влияния на окружающую среду.

Известны также оросители из полимерных материалов, например оросительные устройства, выполненные в виде блока пластмассовых труб (см., например, РФ № 2141616, кл. F28F 25/00, 20.11.1999 и № 2141617, кл. F28F 25/08, 20.11.1999 г.).

Данные оросители являются более эффективными и водостойкими. Однако и эти оросители имеют сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление, и, кроме того, недостатком этих оросителей является сложность сборки блока в процессе его изготовления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является блок оросителя градирни, содержащий скрепленные между собой вертикальные гофрированные листы с гранеными гофрами, причем при скреплении гофрированных листов между гофрами образованы трубообразные каналы, а на поверхности граней гофров, обращенной внутрь трубообразных каналов, выполнены выступы и впадины (см. патент US № 5124087, кл. В01F 3/04, 23.06.1992).

Описанное выше выполнение блока оросителя градирни позволило повысить надежность работы в зимнее время за счет уменьшения намерзания льда за счет перераспределения охлаждающей воды от периферии к центру. Однако это привело к неравномерному распределению контактирующих потоков воды и охлаждающего воздуха по сечению оросителя и, как следствие, к повышению аэродинамического сопротивления и снижению интенсивности тепломассообмена.

Задачей изобретения является упрощение конструкции оросителя, снижение материалоемкости и более равномерное распределение потоков воды по сечению градирни.

Техническим результатом, достигаемым от использования изобретения, является повышение интенсивности тепломассообмена при повышении надежности работы оросителя градирни.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что блок оросителя градирни содержит скрепленные между собой вертикальные гофрированные листы с гранеными гофрами, причем при скреплении гофрированных листов между гофрами образованы трубообразные каналы, а на поверхности граней гофров выполнены выступы и впадины, при этом грани гофров в каждом листе расположены по вертикали, поперечное сечение трубообразных каналов образовано в виде правильных шестиугольников, выступы и впадины на гранях гофров расположены чередующимися между собой рядами, выступы и впадины в смежных рядах расположены под противоположными к вертикали углами, при этом каждый выступ или впадина расположены под углом к вертикали от 30° до 45°, высота каждого выступа и глубина каждой впадины составляет от 0,05 до 0,2 ширины грани, длина каждого выступа или каждой впадины составляет от 0,25 до 0,8 ширины грани, а на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, три параллельных друг другу выступа или впадины.

В ходе исследования работы оросителей, собранных из вертикальных гофрированных листов, было выявлено, что конструкцию оросителя можно упростить за счет выполнения оросителя из однотипных гофрированных листов, которые при транспортировке занимают мало места, за счет из плотной укладки друг на друга. При сборке блока оросителя не требуется специальная раскладка листов. Блок оросителя легко и быстро собирается на месте монтажа градирни. Выполнение оросителя с однотипными вертикальными каналами, имеющими в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, позволяет с одной стороны снизить аэродинамическое сопротивление и создать из тонких листов жесткую конструкцию оросителя, обеспечивая при этом высокую эффективность тепломассообмена. Именно для этого каналы выполнены с рядами выступов и впадин. Набегающий снизу поток охлаждающего воздуха обтекает выполненные в виде расположенных под углом ребер выступы. В результате взаимодействия с выступами поток воздуха закручивается. Падающие сверху капли воды, попадая в закрученный поток воздуха, отбрасываются на стенки канала и стекают по ним в виде пленки, что и позволяет добиться высокой эффективности теплообмена.

В ходе проведенного исследования выявлено влияние конструктивных особенностей выполнения выступов и впадин на эффективность работы оросителя. Было установлено, что наиболее целесообразно выполнение каждого выступа и впадины под углом к вертикали от 30° до 45°. Выполнение выступов и впадин под углом к вертикале менее 30° не позволяет организовать такую закрутку потока, чтобы все капли воды осаждались на стенках каналов в верхней части шестиугольных каналов. Были даже случаи проскока капель воды через вертикальные каналы. Все это приводило к снижению эффективности теплообмена и необходимости увеличения габаритов оросителя. Выполнение выступов и впадин под углом к вертикале более 45° позволяет организовать закрутку потока, при которой все капли воды осаждаются в верхней части вертикальных каналов. Однако излишне эффективная закрутка потока воздуха в канале приводила к росту аэродинамического сопротивления и, как следствие, к снижению эффективности теплообмена между охлаждаемой водой и охлаждающим воздухом. Аналогичная зависимость на величину закрутки была выявлена при выполнении выступов и впадин высотой и длиной меньше или больше указанных ниже соотношений размеров. Таким образом наиболее оптимальный результат между эффективностью теплообмена и аэродинамическим сопротивлением был достигнут при высоте каждого выступа и глубине каждой впадины, составляющей от 0,05 до 0,2 ширины грани, и длине каждого выступа или каждой впадины, составляющей от 0,25 до 0,8 ширины грани. Выполнение в каждом ряду менее 3-х выступов и впадин не позволяет организовать закрутку, которая предотвращает проскок через вертикальные каналы капель воды, поэтому на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, 3 параллельных друг другу выступа или впадины.

На фиг.1 представлен вид сбоку на гофрированный лист оросителя. На фиг.2 представлен вид сверху на собранный из гофрированных листов блок оросителя градирни, на фиг.3 - общий вид гофрированного листа блока (фото).

Блок оросителя градирни содержит скрепленные между собой вертикальные гофрированные листы 1 с граненными гофрами. При скреплении гофрированных листов 1, например с помощью стяжных стержней 2 между гофрами образованы трубообразные каналы. На поверхности граней гофров, обращенной наружу и внутрь трубообразных каналов, выполнены выступы 3 и впадины 4. Грани гофров в каждом листе 1 расположены по вертикали. Поперечное сечение трубообразных каналов образовано в виде правильных шестиугольников. Выступы 3 и впадины 4 на гранях гофров расположены чередующимися между собой рядами. Выступы 3 и впадины 4 в смежных рядах расположены под противоположными к вертикали углами α, при этом каждый выступ 3 или впадина 4 расположены под углом α к вертикали от 30° до 45°. Высота каждого выступа 3 и глубина каждой впадины 4 составляет от 0,05 до 0,2 ширины грани, длина каждого выступа 3 или каждой впадины 4 составляет от 0,25 до 0,8 ширины грани, а на каждой грани в каждом ряду выполнено, по меньшей мере, 3 параллельных друг другу выступа 3 или впадины 4.

Ороситель градирни работает следующим образом.

Охлаждающий воздух поступает из нижней части градирни за счет естественной тяги в башенных градирнях и принудительного движения в вентиляторных градирнях. Охлаждаемую воду сверху от оросителя равномерно разбрызгивают по площади, образованной блоками гофрированных листов 1 оросителя. В оросителе тепломассообмен между движущимися в противотоке каплями воды и воздуха происходит на поверхности каналов после контакта капель воды со стенками каналов на волнистой поверхности пленки воды, образованной стекающими каплями воды при обтекании выступов и впадин листов 1, причем в результате взаимодействия с выступами 3 и впадинами 4 поток воздуха закручивается. Основная масса воздуха движется в центральной части каналов градирни, а жидкость, в результате взаимодействия с закрученным потоком воздуха и стенками каналов, осаждается на стенках каналов и движется по стенкам каналов в виде пленки.

Данное изобретение позволяет решить задачу создания оросителя градирни, удобного для монтажа и транспортировки при одновременных упрощении и удешевлении монтажных и ремонтных работ в градирнях, и может быть использовано в устройствах для охлаждения воды в водооборотных системах промышленных предприятий при непосредственном контакте охлаждаемой воды и охлаждающего ее воздуха.