ВЕНТИЛЯТОРНАЯ ГРАДИРНЯ Российский патент 2007 года по МПК F28C1/00 

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, а именно к аппаратам для охлаждения воды в системе оборотного водоснабжения.

Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами и водосборным бассейном в нижней части, водоуловитель и вытяжное устройство с вентилятором в верхней части, водораспределитель с форсунками, струи которых направлены вверх и совпадают по направлению с основным потоком воздуха в корпусе, устройство, расположенное под водораспределителем выше воздуховходных окон [1].

Недостаток известной градирни в том, что она является брызгальной, в ее корпусе отсутствуют оросители, поэтому характеризуется сравнительно низкой охлаждающей способностью в периоды года с положительной температурой воздуха, поступающего из окружающей среды в градирню.

Известна вентиляторная брызгальная градирня, приведенная в описании способа охлаждения жидкости в градирне [2], конструкция которой включает водораспределитель с форсунками с эжекторами, распыляющими воду так, что векторы движения капель не совпадают по направлению с вектором восходящего вверх потока воздуха.

Недостаток этой градирни в том, что она является брызгальной, не имеет встроенных в корпус оросителей и характеризуется низкой охлаждающей способностью при положительной температуре поступающего в градирню охлаждающего воздуха.

Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус с водосборным бассейном и с воздуховодным проемом, выполненным на боковой поверхности корпуса; вентилятор в цилиндрической обечайке, присоединенной к воздуховодному проему; воздухоотражатель, установленный напротив вентилятора под углом к оси вентилятора и с возможностью изменения этого угла; верхнего и нижнего яруса оросителя, установленного между ярусами оросителя водораспределителя с разбрызгивателями с форсунками, факелы распыла которых направлены на верхний ярус оросителя [3]. Градирня характеризуется высокой охлаждающей способностью. Недостаток градирни в том, что в зимнее время при отрицательной температуре поступающего в градирню воздуха оросители обеспечивают интенсивный теплообмен, следствием которого является обледенение оросителей и возможное их разрушение.

Известна вентиляторная градирня [4], принятая за прототип, состоящая из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя, каплеуловителя над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее , нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, расположенные под нижним ярусом и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее , магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним вентилями, водосборного бассейна в нижней части корпуса.

Первый недостаток этой градирни в том, что сопла разбрызгивателей верхнего водораспределителя направлены на верхний ярус оросителя в сторону водосборного бассейна. В вентиляторной градирне при таком режиме разбрызгивания не устанавливается пленочный режим теплообмена в верхнем ярусе оросителя и снижается интенсивность охлаждения при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню.

Второй недостаток в том, что сопла разбрызгивателей нижнего распределителя направлены на нижний ярус оросителя, то есть вверх, что приводит к обледенению оросителя при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню даже при отключении подачи воды через верхний водораспределитель.

Техническая задача изобретения заключается в обеспечении высокой эффективности охлаждения воды при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню и в снижении затрат электроэнергии на охлаждение воды при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.

Задача решена в конструкции вентиляторной градирни, которая состоит из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя; каплеуловителя над верхним ярусом оросителя; верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя; нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, расположенные под нижним ярусом и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее ; магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним запорно-регулирующими вентилями; водосборного бассейна в нижней части корпуса; при этом верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителя, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну.

Новизна предложенной градирни в сравнении с градирней-прототипом состоит в том, что верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителей, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну.

Эти новые отличительные конструктивные признаки обеспечивают высокую эффективность охлаждения воды при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню, и снижение затрат электроэнергии за счет отключения вентилятора при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.

Для интенсификации процесса охлаждения воды угол между направлением осей сопел и вектором ускорения свободного падения капель воды определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг:

где α_С - угол между направлением оси сопла и вектором ускорения свободного падения;

α_Ф - угол раскрытия факела воды.

Предложенное расположение водораспределителей и направление осей их сопел можно эффективно использовать как при расположении вентилятора в верхней части корпуса градирни, так и в нижней части боковой стенки, так как вектор потока поступающего в градирню воздуха имеет горизонтальную составляющую.

При расположении, по меньшей мере, одного вентилятора в цилиндрической обечайке в нижней части боковой стенки, у противоположной стенки установлен воздухоотражатель под углом к горизонтальной плоскости, не превышающим π/4, что обеспечивает дополнительное охлаждение воды за счет медленного стекания капель по воздухоотражателю в бассейн при отключенном вентиляторе при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.

В одном из вариантов градирни воздухоотражатель закреплен на валу, расположенном параллельно боковым стенкам с возможностью вращения во втулках, закрепленных в стенках градирни, в боковой стенке напротив вентилятора встроена воздуховодная обечайка, при этом воздуховодная обечайка и обечайка вентилятора имеют наклонный срез под углом, равным углу между воздухоотражателем в крайних его положениях и горизонтальной плоскостью.

Такая конструкция воздуховодной обечайки обеспечивает поступление воздуха через вентилятор при положительной температуре воздуха при закрытой воздухоотражателем обечайке напротив вентилятора. При отрицательной температуре воздуха и отключенном электродвигателе вентилятора воздухоотражатель ставится в положение, при котором он закрывает срез обечайки вентилятора, и воздух свободно поступает через обечайку напротив вентилятора. Так экономится электроэнергия при отрицательной температуре поступающего в градирню воздуха.

На фиг.1 показана градирня с вентилятором, установленным в обечайке в нижней части боковой стенки корпуса; на фиг.2 - градирня с вентиляторами с обечайками, имеющими срез, закрываемыми поворачиваемым воздухоотражателем в его крайних положениях; на фиг.3 - сечение А-А градирни, показанной на фиг.2; на фиг.4 - градирня с вентилятором, установленным в верхней части корпуса; на фиг.5 - разбрызгиватель водораспределителя с соплом, ось которого параллельна оси градирни; на фиг.6 - разбрызгиватель нижнего водораспределителя, ось которого направлена под углом к вектору ускорения свободного падения.

Вентиляторная градирня состоит из корпуса 1 (фиг.1, 2) с размещенным в нем верхним 2 и нижним 3 ярусами оросителя 4, каплеуловителя 5 над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя 6 с разбрызгивателями 7, имеющими сопла 8 (фиг.5), создающие факел брызг 9, направленный на верхний ярус 2 оросителя 4, нижнего водораспределителя 10, расположенного под нижним ярусом 3 оросителя 4, с разбрызгивателями, имеющими сопла, обеспечивающие раскрытие факела 9 брызг на угол менее , магистрали 11, подводящей нагретую воду к верхнему 6 и нижнему 10 водораспределителям с верхним 12 и нижним 13 запорно-регулирующими вентилями, водосборного бассейна 14 в нижней части корпуса; оси сопел 8 разбрызгивателей 7 нижнего водораспределителя 10 направлены к водосборному бассейну 14, при этом угол между направлением осей сопел 8 и вектором ускорения свободного падения капель воды (фиг.6) определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг:

где α_С - угол между направлением оси сопла 8 и вектором ускорения свободного падения;

α_Ф - угол раскрытия факела брызг.

Вентилятор 15 (фиг.1, 2), приводимый электродвигателем 16, установлен в обечайке 17 в нижней части боковой стенки 18 корпуса 1, а у противоположной стенки установлен воздухоотражатель 19 под углом β к горизонтальной плоскости, не превышающим π/4.

В варианте градирни (фиг.2, 3) воздухоотражатель 19 закреплен на валу 20, который подвижно установлен во втулках 21, встроенных в стенки 22 градирни. При этом в стенке 23, противоположной стенке 18, встроена воздуховодная обечайка 24, имеющая срез 25. Обечайка 17 также имеет срез 26. Каждый из срезов обечаек выполнен под углом, не превышающим π/4 так, что при положении воздухоотражателя 19 на срезе 25 обечайки 24 при выключенном электродвигателе 16, воздухоотражатель открывает обечайку 17, допуская свободный приток воздуха в градирню.

В варианте исполнения градирни (фиг.4) вентилятор расположен в верхней части корпуса над каплеуловителем 5.

Вода, подлежащая охлаждению при открытых вентилях 12 и 13, поступает по подводящей магистрали 11 к нижнему 10 и верхнему 6 водораспределителям в разбрызгиватели 7, и распыляется на капли соплами 8 (фиг.1-4).

Вода, распыляемая соплами разбрызгивателей нижнего водораспределителя, направленными к поверхности воды в бассейне 14, взаимодействует с потоком воздуха, поступающего снизу, отдавая ему тепловую энергию. Часть укрупненных капель падает на поверхность воздухоотражателя и в бассейн. Мелкие частицы воды, увлекаемые воздухом, попадают на поверхность элементов нижнего яруса оросителя, образуют на них водяную пленку, охлаждаются и стекают с оросителя в бассейн. На верхнем ярусе оросителя, где происходит капельно-пленочный режим теплообмена, охлаждается вода, поступающая через сопла разбрызгивателей верхнего водораспределителя. Наличие оросителей обеспечивает высокую эффективность охлаждения воды при положительной температуре поступающего в градирню воздуха.

При отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню, закрывается вентиль 12, вода поступает только через нижний водораспределитель 10, распыляется с помощью сопел на капли, которые падают вниз, взаимодействуя с потоком холодного воздуха и отдавая ему тепловую энергию. Часть капель падает на воздухоотражатель и стены корпуса и, охлаждаясь, стекает в бассейн. Холодный воздух, интенсивно нагреваясь до положительной температуры, поднимается вверх, создавая интенсивную тягу при выключенном электродвигателе вентилятора, что обеспечивает экономию электрической энергии.

Источники информации

1. Патент RU 2183005 от 10.04.2001.

2. Патент RU 2228501 от 16.05.2002.

3. Патент RU 2180085 от 04.04.2001.

4. Патент RU 2153137 от 29.06.1998.

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, а именно к аппаратам для охлаждения воды в системе оборотного водоснабжения. Вентиляторная градирня состоит из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя, каплеуловителя над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя, расположенного под нижним ярусом нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее , магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним запорно-регулирующими вентилями, водосборного бассейна в нижней части корпуса. Верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителя, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну. Угол между направлением осей сопел нижнего водораспределителя и вектором ускорения свободного падения определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг: где α_С - угол между направлением оси сопла и вектором ускорения свободного падения; α_Ф - угол раскрытия факела брызг. По меньшей мере, один вентилятор установлен в обечайке в нижней части боковой стенки корпуса, а у противоположной стенки установлен воздухоотражатель под углом к горизонтальной плоскости, не превышающим π/4. Воздухоотражатель установлен на валу, расположенном параллельно боковым стенкам с возможностью вращения во втулках, закрепленных в стенках градирни, воздуховодная обечайка встроена в боковую стенку напротив вентилятора, при этом воздуховодная обечайка и обечайка вентилятора имеют наклонный срез под углом, равным углу между воздухоотражателем в крайних его положениях и горизонтальной плоскостью. Вентилятор расположен в верхней части корпуса над каплеуловителем. Конструкция градирни обеспечивает высокую эффективность охлаждения воды при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню, и экономию электроэнергии при отрицательной температуре воздуха. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Вентиляторная градирня, состоящая из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя, каплеуловителя над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя, расположенного под нижним ярусом нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее , магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним запорно-регулирующими вентилями, водосборного бассейна в нижней части корпуса, отличающаяся тем, что верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителя, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну.2. Вентиляторная градирня по п.1, отличающаяся тем, что угол между направлением осей сопел нижнего водораспределителя и вектором ускорения свободного падения определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг

где α_С - угол между направлением оси сопла и вектором ускорения свободного падения;

α_Ф - угол раскрытия факела брызг.