ЛИСТ ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ Российский патент 1995 года по МПК F28F25/08 

Изобретение относится к тепло-массообмену, в частности к конструктивным элементам тепло-массообменных аппаратов, например градирен, и может быть использовано в аппаратах для охлаждения воды в водооборотных циклах промышленных предприятий при непосредственном контактировании сред.

Известны листы оросителя градирни с прямолинейными гофрами, имеющими в поперечном сечении вид непрерывной волны и расположенными вдоль кромки листа [1] или под углом к ней [2]
Недостатком известных оросителей градирен, собранных из таких элементов, является возникновение струйного течения жидкости во впадинах гофр, что снижает интенсивность тепло-массообмена жидкости с воздухом.

Также известен лист оросителя градирни, выполненный с гофрами в виде непрерывной волны, расположенными под углом к кромке листа и содержащими выпукло-вогнутые элементы на скатах гофр. Выпукло-вогнутые элементы представляют собой выпуклые или вдавленные канавки, выполненные на скатах гофр и не доходящие до вершин и впадин гофр [3]
Недостаток известного листа оросителя градирни заключается в том, что выпукло-вогнутые элементы, не доходящие до впадин гофр, вдоль которых происходит преимущественное течение жидкости и воздуха, оказывают несущественное турбулизирующее воздействие на эти потоки, а, следовательно, не обеспечивают в достаточной степени высокую интенсивность тепло-массообмена.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является известный лист оросителя градирни, выполненный с гофрами в виде непрерывной волны, расположенными под углом к кромке листа и содержащими выпукло-вогнутые элементы на скатах гофр. Лист снабжен дополнительными выпуклыми и вогнутыми элементами, размещенными на вершинах и впадинах гофр эквидистантными рядами, направленными поперек гофр, причем ряды элементов во впадинах и на вершинах гофр сдвинуты относительно одни других и образуют с элементами на скатах непрерывную волну. Дополнительные элементы выполнены вогнутыми на вершинах и выпуклыми во впадинах гофр, при этом вогнутая и выпуклая части элементов на скатах гофр примыкают соответственно к вогнутым и выпуклым дополнительным элементам [4]
Как показала практика эксплуатации созданного листа оросителя в натурных условиях, в начальный период (несколько суток) работы градирни, когда листы "не приработались", т.е. плохо смачиваемы, наблюдалось преимущественно капельное течение по ним воды, переходящее в струйное, особенно во впадинах гофр. Таким же недостатком является струйный режим течения воды в момент запусков градирни после всевозможных остановов.

Целью изобретения является повышение интенсивности тепло-массообмена за счет создания смерчеобразных вихревых течений жидкости, которые способствуют интенсивному перемешиванию ее с воздухом на вершинах гофр, и за счет полного исключения струйного течения жидкости и турбулизации ее в виде пленки с воздухом во впадинах гофр.

Применение изобретения позволяет достигнуть более глубокого охлаждения оборотной воды в градирнях благодаря высоким температурным градиентам процесса и, в конечном итоге, достигнуть увеличения выхода готовой продукции основного производства.

Это достигается тем, что у листа оросителя градирни, выполненного с гофрами в виде непрерывной волны, расположенными под углом к кромке листа и содержащими выпукло-вогнутые элементы на скатах гофр, выпуклые элементы, размещенные вдоль впадин гофр, и вогнутые элементы, размещенные вдоль вершин гофр, выпуклые и вогнутые элементы выполнены в виде сферических лунок и расположены с шагом, превышающим шаг расположения выпукло-вогнутых элементов, причем лунки выполнены с размерами, уменьшающимися в направлении одной из кромок листа.

Целесообразно располагать сферические лунки группами, в каждой из которых они выполнены с одинаковыми размерами. В группах лунки могут размещаться взаимно-перпендикулярными рядами или параллельными рядами с одинаковым шагом, но в смежных рядах лунки могут быть смещены на полшага.

Отличие изобретения заключается в том, что выпуклые и вогнутые элементы, размещенные вдоль впадин и вершин гофр, выполнены в виде сферических лунок и расположены с шагом, превышающим шаг расположения выпукло-вогнутых элементов, причем лунки выполнены с размерами, уменьшающимися в направлении одной из кромок листа. При этом лунки могут располагаться группами, в каждой из которых они выполнены с одинаковыми размерами. В группах лунки могут размещаться взаимно перпендикулярными рядами или параллельными рядами с одинаковым шагом, но в смежных рядах лунки могут быть смещены на полшага.

Выполнение лунок на выступах гофр сферическими, т.е. хорошо обтекаемой формы, способствует возникновению в обтекающей среде смерчеобразных вихревых потоков, направленных нормально к плоскости, в которой расположены лунки. Эти потоки сносятся в направлении течения обтекающей среды, вовлекая в этот процесс все большее количество жидкости в связи с увеличением длины пути каждого вихря. Обтекающая среда получает таким образом сильное возмущение во всем объеме в окрестности лунок. Контактирующий с такой средой воздух качественно перемешивается, что сказывается на возрастании интенсивности процессов обмена.

Выполнение сферических лунок во впадинах выпуклыми приводит при обтекании их к явлению отрыва пограничного слоя в кормовой части лунок и к появлению зон завихрения, дорожек Кармана, в значительной степени турбулизирующих поток жидкости и способствующих разрушению струйного течения жидкости во впадинах и превращению его в пленочный режим, характеризующийся более высокими коэффициентами тепломассообмена. Этот процесс турбулизирует также поток воздуха и способствует повышению интенсивности процессов обмена.

Для обеспечения равномерности интенсивности тепло-массообмена по поверхности листа оросителя и одинаковой плотности орошения листа лунки выполнены с одинаковым шагом.

Расположение лунок с шагом, превышающим шаг выпукло-вогнутых элементов, способствует подготовке потока жидкости перед натеканием на лунки, а именно выпукло-вогнутые элементы предварительно турбулизируют жидкость, придают ей пленочное волновое течение и выравнивают плотность орошения по поверхности листа.

Движущая сила процесса испарительного охлаждения разность относительной влажности паровоздушной смеси на выходе из оросителя и на входе в него, уменьшается в направлении движения этой смеси. Для поддержания одинаково высокой интенсивности процесса охлаждения жидкости характерный размер лунки (ее диаметр) уменьшают в том же направлении. Это стимулирует процессы зарождения и развития смерчеобразных вихрей в лунках, расположенных на выступах гофр. С уменьшением диаметра лунок уменьшают и их глубину практически в прямой зависимости. Уменьшение же размеров лунок в том же направлении во впадинах гофр приводит к увеличению поперечного сечения канала, образованного впадинами гофр и способствует эвакуации через каждое горизонтальное сечение оросителя возрастающего объема паровоздушной смеси.

Из технологических соображений целесообразно располагать сферические лунки группами, в каждой из которых они имеют одинаковые размеры.

При недостаточной гидравлической нагрузке для получения одинаково высокой интенсивности тепло-массообмена целесообразно выполнение лунок взаимно перпендикулярными рядами или параллельными рядами с одинаковым шагом и со смещением лунок на полшага в смежных рядах. И тот и другой вид расположения лунок обеспечивают наиболее высокую интенсивность обменных процессов при поперечном обтекании.

На фиг. 1 и 2 изображен фрагмент листа в плане, поясняющий расположение групп сферических лунок; на фиг. 3 расположение лунок в несколько рядов.

Лист 1 оросителя градирни содержит наклонные гофры трапецеидального профиля, имеющие вершины 2 и впадины 3 одного и того же профиля. Во впадинах и на вершинах гофр предусмотрены группы соответственно выпуклых и вогнутых сферических лунок 4 с одинаковым шагом между лунками. На скатах 5 гофр выполнены выпукло-вогнутые элементы 6 в виде канавок криволинейного профиля.

Элемент оросителя блок представляет собой собранные и скрепленные в вертикальном положении друг с другом листы, при этом листы оросителя собирают таким образом, что более крупные лунки расположены ближе к основанию блока.

Лист оросителя градирни работает следующим образом.

Охлаждаемую воду распределяют по поверхности листа 1 оросителя. Попадая на листы 1, вода под действием силы тяжести растекается по гофрированной поверхности листа. Струйки воды, протекая поперек канавок 6 на скатах 5 гофр, получают волновое течение, способствующее растеканию воды в виде пленок по поверхности листа 1 и подготавливающее этим самым поток жидкости для встречи с лунками 4. Часть жидкости, продолжая протекать через канавки 6, постоянно переходит к пленочному режиму течения. Другая часть, попадая в виде пленки на вершины 2 гофр и встречая сферические лунки 4, получает смерчеобразное вихревое течение, которое сносится в сторону движения основной массы жидкости, в результате чего последняя хорошо перемешивается как внутри себя, так и с контактирующим воздухом, что обеспечивает высокие характеристики тепло-массообмена. И наконец та часть жидкости, которая течет в виде пленки по впадинам 3 гофр встречает на своем пути выпуклые сферические лунки 4, которые при их обтекании создают завихрения в своей кормовой части. Пленка жидкости получается достаточно турбулизированной, как и воздух, находящийся в непосредственном контакте с ней, отчего возрастает интенсивность тепло-массообмена.

Эти три составляющих фактора обеспечивают в целом высокую интенсивность обменных процессов между жидкостью и воздухом, гарантирующую увеличение глубины охлаждения оборотной воды в химических производствах.

Использование: в аппаратах для охлаждения воды в водооборотных циклах промышленных предприятий при непосредственном контактировании сред. Сущность изобретения: лист 1 оросителя градирни выполнен с гофрами в виде непрерывной волны, расположенными под углом к кромке листа 1 и содержащими выпукло-вогнутые элементы 6 на скатах гофр, а также выпуклые элементы, размещенные вдоль впадин гофр, и вогнутые элементы, размещенные вдоль вершин гофр. Выпуклые и вогнутые элементы, размещенные вдоль впадин и вершин гофр, выполнены в виде сферических лунок 4 и расположены с шагом, превышающим шаг расположения выпукло-вогнутых элементов 6, причем лунки выполнены с размерами, уменьшающимися в направлении одной из кромок листа 1. Лунки 4 могут располагаться группами, в каждой из которых выполнены с одинаковыми размерами. В группах лунки 4 могут размещаться взаимно перпендикулярными рядами или параллельными рядами с одинаковым шагом, но в смежных рядах лунки могут быть смещены на полшага. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЛИСТ ОРОСИТЕЛЯ ГРАДИРНИ, выполненный с гофрами в виде непрерывной волны, расположенными под углом к кромке листа и содержащими выпукло-вогнутые элементы на скатах гофр, выпуклые элементы, размещенные вдоль впадин гофр, и вогнутые элементы, размещенные вдоль вершин гофр, отличающийся тем, что выпуклые и вогнутые элементы, размещенные вдоль впадин и вершин гофр, выполнены в виде сферических лунок и расположены с шагом, превышающим шаг расположения выпукло-вогнутых элементов, причем лунки выполнены размерами, уменьшающимися в направлении одной из кромок листа. 2. Лист по п. 1, отличающийся тем, что лунки расположены группами, в каждой из которых они выполнены с одинаковыми размерами. 3. Лист по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что лунки в группах размещены взаимно перпендикулярными рядами. 4. Лист по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что лунки в группах размещены параллельными рядами с одинаковым шагом, причем лунки в смежных рядах смещены на полшага.