ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛОГО ВОЗДУХА В АТМОСФЕРУ Российский патент 2007 года по МПК F28C1/00 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к охлаждению воздухом оборотных теплоносителей, и может быть использовано на атомных электростанциях, проектируемых для работы в маловодных районах.

Известна башенная градирня, содержащая дефлектор, выполненный в виде аксиально установленных колец (см. Авторское свидетельство СССР №257521 от 08.07.1968 г., кл. F28C 1/00).

Анализ показывает, что при малых скоростях ветра около 3-4 м/с дефлектор будет влиять положительно на работу градирни, но при скорости ветра больше 4 м/с дефлектор бесполезен и вреден, так как будет создаваться дополнительная турбулизация ветрового потока со сбросом вихрей в башню градирни.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является вентиляционная система для отвода теплого воздуха в атмосферу, содержащая трубу с дефлектором, имеющая радиально установленные на торце трубы элементы для крепления корпуса дефлектора и зонт-колпак (см. Авторское свидетельство СССР №596704 от 24.06.1976 г., кл. Е04Н 12/28).

Конструкция крепежных элементов дефлектора предназначена только для установки его на трубах, и этот крепеж не может быть использован для установки дефлектора на трубах большого диаметра, например градирнях, размеры которых могут составлять по высоте и диаметру 150-200 метров.

Задачей данного изобретения является повышение надежности работы вентиляционной системы для отвода теплого воздуха в атмосферу при различной скорости ветра путем установки на устье трубы повышенного диаметра новых крепежных элементов для корпуса дефлектора.

Поставленная задача достигается тем, что в известной вентиляционной системе для отвода теплого воздуха в атмосферу, содержащей трубу с дефлектором, имеющей радиально установленные на торце трубы элементы для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака, новым является то, что элементы для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака выполнены в виде балочно-консольной фермы, нижний пояс которой шарнирно установлен на торце трубы, зонт-колпак расположен на верхних поясах ферм, консольные части ферм выступают наружу и служат для крепления корпуса дефлектора, при этом каждая ферма снабжена Т-образным раскосом, два противоположных конца которого закреплены соответственно к нижнему поясу фермы и к внутренней стенке трубы, а третий конец - к шарниру фермы.

Кроме этого к нижним поясам ферм могут быть подвешены перегородки.

Кроме этого концы ферм внутри трубы могут быть соединены между собой посредством планшайбы.

Кроме этого к планшайбе может быть подвешен патрубок, а боковые края перегородок зафиксированы к боковой стенке патрубка с возможностью продольного перемещения.

Кроме этого зонт-колпак может быть выполнен вогнутым внутрь трубы и сообщен с патрубком.

Выполнение элементов для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака в виде балочно-консольной фермы обусловлено большими линейными размерами трубы в пределах 150-200 метров как по высоте, так и в диаметральном направлении, поэтому только фермы могут обеспечить прочность и жесткость конструкции при одновременной экономии материала. Снабжение ферм Т-образными раскосами с шарнирами обеспечивает жесткость конструкции и предотвращает образование температурных напряжений.

Подвешенные перегородки к фермам образуют секторы, необходимые для создания индивидуальных тяговых участков, исключающие поперечный переток внутри трубы и сохраняющие работоспособность трубы в случае нарушения работы одного из теплообменников или частичного разрушения оболочки трубы от воздействия падающих предметов.

Соединение концов ферм внутри трубы при помощи планшайбы повышает жесткость конструкции, а наличие патрубка подвешенного к планшайбе обеспечивает сохранение положения перегородок. Выполнение зонта-колпака вогнутым внутрь трубы и сообщения с патрубком исключает задувание ветра внутрь трубы и обеспечивает организованный отвод атмосферных осадков в ливневую систему.

Изобретение поясняется чертежами где:

на фиг.1 показан общий вид вентиляционной системы;

на фиг.2 дан вид сверху;

на фиг.3 показано поле скоростей при обтекании трубы потоком воздуха с различной степенью турбулизации.

Вентиляционная система для отвода теплого воздуха в атмосферу состоит из установленной на фундаменте 1 обечайки 2, на которой смонтирована кольцеобразная платформа 3, причем между боковой стенкой обечайки 2 и наружной кромкой кольцеобразной платформы 3 образована кольцевая щель 4. Под щелью 4 образован тороидальный объем, представляющий собой кольцевой коллектор 5, ограниченный фундаментом 1, обечайкой 2 и кольцеобразной платформой 3, внутри кольцевого коллектора 5 размещен теплообменник 6, под которым образована полость 7, перекрываемая шиберами 8. Над теплообменниками 6 в районе отверстия кольцеобразной платформы 3 находится верхний выравнивающий объем 9. Над объемом 9 организованы индивидуальные воздушные тяговые участки 10, выполненные в трубе 11 в виде секторов, ограниченных перегородками 12. Сама труба 11 охватывает вертикальные колонны 13 и закреплена к ним внутренней стенкой, имеющей горизонтальные связи облегченного типа. На верху устья трубы 11 на радиально смонтированных на торце трубы 11 элементах крепления установлен дефлектор. Элементы крепления представляют собой балочно-консольные фермы 14 коромыслового типа, опирающиеся нижним поясом на торец трубы 11 посредством вертикальных колонн 13 через цилиндрический шарнир 15. К нижнему поясу фермы 14 подвешены на серьгах 16 вертикальные перегородки 12, между верхней кромкой перегородок 12 и нижним поясом фермы 14 образован верхний выравнивающий объем 17. На верхнем поясе ферм 14 расположен зонт-колпак 18 дефлектора, выполненный вогнутым внутрь трубы 11, а на выступающих консольно за наружный контур трубы 11 концах ферм 14 смонтирован корпус 19 дефлектора, причем нижними поясами ферм 14 и зонтом-колпаком 18 образованы выпускные окна 20. Между выпускными окнами 20 и корпусом 19 дефлектора образован кольцевой объем 21, имеющий кольцевые выходные сечения: нижнее 22 и верхнее 23.

Каждая ферма дополнительно опирается на Т-образный раскос 24, два противоположных конца которого шарнирно соединены соответственно с внутренней стенкой трубы 11 посредством колонны 13 и с нижним поясом фермы 14 при помощи скользящего башмака 25. Третий конец раскоса 24 присоединен к шарниру 15, на который оперт нижний пояс фермы 14. Концы ферм 14 внутри трубы 11 соединены между собой посредством планшайбы 26, в которой предусмотрено наличие теплового зазора. Внутри планшайбы 26 имеется отверстие 27, к кромке которого подвешен патрубок 28. На боковой стенке патрубка 28 имеются продольные пазы 29, в которых расположены с возможностью скользящей посадки боковые края перегородок 12 для снятия температурных напряжений. В нижней части патрубок 28 соединен посредством амортизаторов с фиксирующими радиальными балками 30, которые в свою очередь шарнирно укреплены к колонне 13 стенки трубы 11. Нижний торец патрубка 28 соединен с потерней 31, которая сообщена с отводным лотком 32 ливневой системы. В патрубке 28 размещены: ливневая канализация 33 для сбора атмосферных осадков с поверхности зонта-колпака 18, поверхность которого сообщена с патрубком 28, лифтовая шахта 34 - с лифтовой кабиной (подъемником) 35, лифтовым приводом 36 на верхнем торце трубы 11, силовые короба 37 и сигнальные кабели 38.

Работает вентиляционная система отвода теплого воздуха в атмосферу следующим образом. В условиях штиля или слабого ветра вентиляционная система работает за счет движущего напора циркуляции, создаваемого разностью температур между окружающим воздухом и температурой воздуха в трубе 11 и разностью высот входа и выхода, то есть как обычная вентиляционная труба с естественной циркуляцией. За счет подъема столба горячего воздуха во входной части создается разряжение и воздух, поступая через кольцевую щель 4, попадает в кольцевой коллектор 5, затем воздух попадает в полость 7, далее в теплообменник 6, в верхний выравнивающий объем 9, где выравнивается давление воздуха по всему сечению, и поступает в индивидуальные тяговые участки 10. Горячий воздух после индивидуальных тяговых участков 10 попадает в верхний выравнивающий объем 17, где давление воздуха выравнивается по сечению и поступает к выпускным окнам 20, где через кольцевой объем 21, через нижние 22 и верхние 23 кольцевые сечения сбрасывается в окружающую среду.

При наличии ветра в 5-10 м/с вентиляционная система, в основном, работает за счет тяги естественной циркуляции без искажений и динамических воздействий на вентиляционную систему. При скорости ветра более 10 м/с вносится заметный вклад в положительную тягу работы дефлектора.

Вентиляционная система при наличии ветра работает следующим образом: теплообменник 6 нагревает воздух и создает в трубе 11 движущий напор естественной циркуляции; ветер воздействует на трубу 11 (см. фиг.3) в режимах А-В-С и промежуточных состояниях, причем условия на входе в вентиляционную систему не совпадают с условиями на выходе из нее. На входе воздух в любом из режимов попадает в кольцевую щель 4, дросселируется, частично выравнивая давление по периметру, и попадает в кольцевой коллектор 5, где за счет перетока воздуха по коллектору 5 выравнивается давление по периметру, далее воздух поступает в полость 7 через шиберы 8 и к тепловым трубкам теплообменника 6, где нагревается, проходит через нижний выравнивающий объем 9, выравнивается давление и воздух поступает в секторы 10. В секторах 10 - индивидуальные тяговые участки, образованные перегородками 12, создается основной тяговый напор естественной циркуляции, где горячий воздух поднимается в верхний выравнивающий объем 17 и поступает к выпускным окнам 20, далее направляется в кольцевой объем 21 и выходит в окружающую среду через кольцевые сечения кольцевого объема 21, верхнее 23 и нижнее 22. За счет ветра, воздействующего на элементы дефлектора, создается положительный движущий напор, который суммируется с тепловым движущим напором, помимо этого исключаются: задувание в ствол трубы 11 ветра и перекрытие сечения, а также прекращение движения поперечных перетоков по всему воздушному тракту вентиляционной системы.

На фиг.3 показана зависимость относительной скорости обтекания потоком воздуха цилиндра от угла обтекания и степени турбулизации потока, где:

А - поле относительных скоростей для цилиндра при степени турбулизации потока m=0, при этом ход относительных скоростей симметричен углам обтекания: при углах 0, 180 и 360 гр. относительная скорость равна 0, при угле 90 гр. относительная скорость равна -2, при угле 270 гр. относительная скорость равна +2, то есть на образующих цилиндра максимальная скорость и минимальное давление.

В - поле относительных скоростей для цилиндра при степени турбулизации m=0,5, при этом ход относительных скоростей теряет симметричность по углам обтекания: при углах обтекания относительная скорость проходит через 0, 15, 170 и 352 гр., максимальное значение при угле 90 гр. -3,4, при 210 и 330 гр. +1,0 и при 270 гр. +0,45.

С - поле относительных скоростей потока воздуха, обтекающего цилиндр при степени турбулизации m=1,0 - полная турбулизация потока, при этом ход относительных скоростей потока обтекающего цилиндр по сторонам теряет симметричность и увеличивается более чем в два раза величины относительных скоростей. Так в лобовой части потока затормаживается до 1,0, при 20, 160, 230 и 310 гр. относительная скорость проходит через 0, при 90 гр. достигает максимальной -4,8, при 180 и 345 гр. достигает +1,2 и при 270 гр. -1,0. В районе воздухозабора в приземном слое скорости ветрового потока и коэффициенты турбулизации отличаются от аналогичных параметров в выходном участке вентиляционной системы, то есть условия выхода и входа охлаждающего воздуха вентиляционной системы могут быть различны. Поэтому использование отдельных элементов в вентиляционной системе не даст для стабильного проектного отвода тепла от энергоустановок. Положительные проектные результаты будут достигнуты только в том случае, когда будут использованы совместно: кольцевой коллектор 5 с кольцевой щелью 4, теплообменник 6 с шиберами 8, тяговый участок 10 воздуховода, зонт-колпак 18, выпускные окна 20, экранированные корпусом 19 дефлектора. В других комплектующих вариантах вентиляционная система работать проектно не будет.

Конструкция вентиляционной системы, представленная на фиг.1, рассчитана на относительно большие отводимые мощности от 500 до 3000 МВт. Поэтому при конструировании радиальных пролетов балочно-консольных ферм 14 были учтены неравномерности прогрева по высоте и периметру трубы 11 элементов конструкций, и в местах сопряжения конструкций были поставлены цилиндрические шарниры. При повышении температуры балочно-консольные фермы 14 увеличивают свои линейные размеры. Концы ферм 14, расположенные внутри трубы 11, сближаются одни к другим, но поскольку между планшайбой 26 и концами ферм 14 имеется тепловой зазор, защемление ферм не происходит. Нижний пояс ферм 14 скользит по шарнирно закрепленному башмаку 25 Т-образного раскоса 24. Верхняя часть колонны 13 со стенкой трубы 11 изменяют свои линейные размеры и соответственно изменяется расстояние между двумя близлежащими шарнирами Т-образного раскоса 24. При этом башмак 25 скользит по нижнему поясу фермы 14 к центру трубы 11, снижая тем самым термические и механические нагрузки и поддерживая нижний пояс фермы 14 в горизонтальной плоскости. Фиксирующие в нижней части патрубок 28 радиальные балки 30 также удлиняются к центру трубы 11, но посредством амортизаторов компенсируется тепловое расширение, предотвращая перекос. Перегородки 12 нагреваются от теплого воздуха, удлиняются и расширяются, но остаются в своем ориентированном положении за счет продольных пазов 29 в патрубке 28. Вентиляционная система для отвода теплого воздуха в атмосферу выполнена таким образом, что она защищает теплообменник 6 не только от ветра и атмосферных осадков, но и от техногенных воздействий: ударных волн, которые воспринимаются обечайкой 2, трубой 11 и корпусом 19 дефлектора как сильный вихревой порыв ветра; летящих и падающих предметов которые могут разрушить отдельные элементы теплообменника 6. В случае частичного разрушения трубы 11 или тяговых участков 10 может привести к частичному снижению отводимой мощности, но в аварийных условиях вентиляционная система временно может быть оставлена в работе.

Технико-экономический эффект состоит в том, что повышается надежность работы вентиляционной системы для отвода теплого воздуха в атмосферу при ветре и атмосферных осадках и обеспечивается защищенность конструкции от падающих предметов.

Вентиляционная система относится к области энергетики, а именно к охлаждению воздухом оборотных теплоносителей, и может быть использована на атомных электростанциях, проектируемых для работы в маловодных районах. Система содержит трубу с дефлектором, имеющей радиально установленные на торце трубы элементы для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака. Эти элементы крепления выполнены в виде балочно-консольной фермы, нижний пояс которой при помощи цилиндрического шарнира установлен на торце трубы, зонт-колпак расположен на верхних поясах ферм, консольные части ферм выступают наружу и служат для крепления к ним корпуса дефлектора, при этом каждая ферма снабжена Т-образным раскосом, два противоположных конца которого закреплены соответственно к нижнему поясу фермы и к внутренней стенке трубы, а третий конец - к цилиндрическому шарниру. К поясам ферм могут быть подвешены перегородки для создания индивидуальных воздушных тяговых участков. Концы ферм внутри трубы могут быть соединены между собой посредством планшайбы, к которой может быть подвешен патрубок для фиксации боковых краев перегородок. Технический результат - повышение надежности работы вентиляционной системы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вентиляционная система для отвода теплого воздуха в атмосферу, содержащая трубу с дефлектором, имеющая радиально установленные на торце трубы элементы для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака, отличающаяся тем, что элементы для крепления корпуса дефлектора и зонта-колпака выполнены в виде балочно-консольной фермы, нижний пояс которой шарнирно установлен на торце трубы, зонт-колпак расположен на верхних поясах ферм, консольные части ферм выступают наружу и служат для крепления корпуса дефлектора, при этом каждая ферма снабжена Т-образным раскосом, два противоположных конца которого закреплены соответственно к нижнему поясу фермы и к внутренней стенке трубы, а третий конец к шарниру фермы.2. Вентиляционная система по п.1, отличающаяся тем, что к нижним поясам ферм подвешены перегородки.3. Вентиляционная система по п.1, отличающаяся тем, что концы ферм внутри трубы соединены между собой посредством планшайбы.4. Вентиляционная система по п.3, отличающаяся тем, что к планшайбе подвешен вогнутый патрубок, а боковые края перегородок зафиксированы к боковой стенке патрубка с возможностью продольного перемещения.5. Вентиляционная система по п.1, отличающаяся тем, что зонт-колпак выполнен вогнутым внутрь трубы и сообщен с патрубком.