КОНДЕНСАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F28B1/06 

Изобретение относится к конденсационной установке.

Конденсационные установки в течение долгого времени применяются в области энергетики в широком масштабе для охлаждения турбин или промышленных испарителей. Коэффициент полезного действия энергетической установки в значительной мере зависит от производительности конденсационной установки. Местные климатические условия и связанные с ними скорости и направления ветра оказывают существенное влияние на производительности конденсации. Часто применяющиеся конструкции конденсационных установок содержат ветровые стенки, которые окружают совокупность теплообменных элементов для предотвращения непосредственной рециркуляции нагретого охлаждающего воздуха. Ветровые стенки располагаются, как правило, вертикально или частично даже под углом, с наклоном наружу, в зависимости от того, как это предписано в конструкторской документации.

Было установлено, что набегающие сбоку воздушные потоки, которые подвергаются сжатию под вентиляторами, при высоких скоростях воздушного потока приводят к местному падению давления под вентиляторами. За счет указанного разрежения вентиляторы не могут транспортировать необходимое количество охлаждающего воздуха, вследствие чего снижается производительность конденсации. Как следствие поступающий пар не может быстро и в достаточной степени конденсироваться. В результате подключенная к паровому контуру турбина при определенных условиях должна работать с меньшей производительностью.

Эта проблема, известная долгое время, решается, например, посредством того, что в объеме всасывания под вентиляторами монтируются заграждения, так называемые ветровые крестовые связи. Ветровые крестовые связи (ветровые крестовины) делят объем всасывания под вентиляторами на отдельные области. При этом следует учитывать, что вентиляторы частично смонтированы на высоте до 50 м. Ветровые крестовины оборудованы обычно до высоты примерно 30% этого свободного пространства, так что набегающий сбоку воздушный поток не может беспрепятственно проходить под вентиляторами, а напротив, при попадании на ветровые крестовины отклоняется наверх и подводится к вентиляторам. Хотя ветровые крестовины ведут к повышению КПД или к снижению потерь давления краевых вентиляторов, обтекание краевых вентиляторов часто не является удовлетворительным.

В основе изобретения лежит задача снижения негативного воздействия набегающих сбоку воздушных потоков на расположенную на несущей конструкции конденсационную установку.

Задача решается по существу за счет того, что ветровая стенка расположена наклонно в направлении ветрового потока, и соответственно, ее нижняя кромка сильнее выступает наружу, чем ее верхняя кромка. Модельные расчеты подтверждают уменьшение вызываемых ветром дополнительных потерь давления на уровне по меньшей мере 10%, независимо от того, расположена или нет дополнительная ветровая крестовина под вентиляторами. Преимущества, в частности, проявляются у вентиляторов, расположенных по краям конденсационной установки, при этом потери давления снижаются примерно на 20%.

Ветровая стенка сможет полностью или только на части своей высоты выполняться наклонной. Целесообразный угол наклона по отношению к вертикали составляет от 5 до 35°, в частности от 15 до 30°. Угол наклона не должен быть однако слишком большим, чтобы не приводить к существенному сужению поперечного сечения, так как это мешает беспрепятственному протеканию нагретого охлаждающего воздуха вверх, и ведет к снижению КПД. Например, ветровая стенка высотой около 10 м на своей верхней кромке может быть смещена на 1-3 м в направлении теплообменных элементов. За счет этого поперечное сечение снижется незначительно. Если в распоряжении имеется достаточное конструктивное пространство, то в принципе нижняя кромка ветровой стенки тоже может смещаться наружу. За счет этого дополнительно увеличивается наклон, но без снижения выходного поперечного сечения. При ветровой стенке высотой примерно 10 м, возможно максимальное смещение вбок, например, на 3 м+3 м=6 м.

Дополнительно или при необходимости ветровая стенка в направлении теплообменных элементов может быть выполнена вогнутой. При этом также значительная часть набегающего сбоку воздушного потока отклоняется вверх, так что падение давления под краевыми вентиляторами является незначительным. Так как объемный поток отклоненного вверх воздушного потока возрастает, создается дополнительный барьер из холодного воздуха, предпочтительно противодействующий рециркуляции нагретого воздуха. Также на стороне конденсационной установки, противоположной набегающему воздушному потоку, наклон ветровых стенок обеспечивает преимущества с точки зрения рециркуляции нагретого воздуха, поскольку нагретый воздух обтекает ветровую стенку по краям не вертикально, а в соответствии с наклоном ветровой стенки. За счет этого путь потока рециркулирующего нагретого воздуха удлиняется.

Дополнительно может быть предусмотрено, что ветровые стенки, по меньшей мере в области высоты, соседствующей с их нижней кромкой, имеют горизонтально проходящее профилирование. Обычно ветровые стенки изготавливаются из трапециевидных профилей, у которых профилирование проходит в направлении высоты, то есть снизу вверх. Такое ориентирование профилирования оказывает положительное воздействие на характеристики потока, а именно тем, что воздушный поток отводится вверх и вниз. Однако как раз отклонение вниз является нежелательным. Поэтому в области высоты, соседствующей с нижней кромкой, предусмотрено горизонтальное профилирование, выполняющее роль аэрогидродинамического барьера. Верхняя область высоты ветровой стенки, напротив, может иметь проходящее вертикально профилирование для снижения течения воздушного потока вниз.

Далее изобретение поясняется со ссылкой на чертежи, изображающие примеры реализации, на которых показано:

Фиг.1 - относящаяся к уровню техники расчетная модель для конденсационной установки с набегающим сбоку воздушным потоком и вертикально проходящей ветровой стенкой.

Фиг.2 - первый вариант выполнения конденсационной установки с наклонной ветровой стенкой.

Фиг.3 - другой вариант выполнения конденсационной установки с вогнутой ветровой стенкой.

На фиг.1 показаны результаты модельных расчетов конденсационной установки 1, которая относится к уровню техники. На конденсационную установку в модельном расчете сбоку набегает воздушный поток (ветер) W. Теплообменные элементы детально не показаны. Только относящиеся к теплообменным элементам распределительные линии 2 пара видны на поперечном сечении. Под распределительными линиями 2 пара расположены выпуклые теплообменные элементы. Изображенные лишь схематично вентиляторы 3 засасывают охлаждающий воздух снизу, при этом нагретый охлаждающий воздух через распределительные линии 2 пара проходит вверх. Четко видно, что не все вентиляторы равномерно обтекаются воздухом. В частности видно, что краевой вентилятор 4 транспортирует меньше воздуха, чем расположенные в центральной области вентиляторы 3. Это вызвано тем, что набегающий сбоку воздушный поток W ударяется о прямую ветровую стенку 5 и отклоняется частично вверх, то есть через конденсационную установку 1, но и частично вниз в объем всасывания под вентиляторами 3, 4. За счет заграждения 6 для потока и за счет ветровой крестовины 7 направление течения воздушного потока W может быть изменено, по меньшей мере частично так, чтобы воздушный поток поступал к вентиляторам. Это обеспечивается на краевых вентиляторах 4 только до некоторой степени. Под вентилятором 4 в области, обозначенной как ΔР, имеется меньшее давление, чем под другими вентиляторами 3. Это означает, что краевой вентилятор 4 может транспортировать меньше охлаждающего воздуха, за счет чего снижается КПД конденсационной установки 1.

Для решения этой проблемы предложено, что ветровые стенки распложены наклонно, как это, например, показано на фиг.2 и 3. На фиг.2 в очень упрощенном виде показана краевая область конденсационной установки 8, у которой на несущей конструкции 9 распложены крышеобразно множество рядов теплообменных элементов, причем для упрощения из них показаны только краевые теплообменные элементы 10 внешнего ряда. Под теплообменными элементами 10 распложен вентилятор 11, который засасывает охлаждающий воздух К снизу и в соответствии с отдельной стрелкой направляет к теплообменным элементам 10, где охлаждающий воздух К нагревается и выходит вверх в направлении стрелки WL. Одновременно из расположенной в области конька теплообменных элементов 10 распределительной линии 12 для пара в направлении стрелки D в теплообменные элементы 10 поступает пар, где осуществляется его конденсация.

Существенным в таком варианте реализации конденсационной установки является выполнение ветровой стенки 13, которая в примере по фиг.2 выполнена наклонной по отношению к вертикали V. Ветровая стенка 13 проходит по высоте примерно до верхней кромки распределительной линии 12 пара. Нижняя кромка 14 ветровой стенки 13 смещена наружу дальше, чем верхняя кромка 15 ветровой стенки 13. В данном примере реализации угол NW наклона составляет примерно 5°. За счет регулирования наклона ветровой стенки 13 поперечно набегающий воздушный поток W отводится вверх в большей степени, чем в случае вертикально расположенной ветровой стенки. За счет этого измеряемый перепад ΔРL давления между входной стороной 16 и выходной стороной 17 вентилятора 11 меньше, чем при вертикально ориентированной ветровой стенке.

Такой же эффект достигается, если ветровая стенка не является прямой, а согласно примеру выполнения по фиг.3 выполнена вогнутой. Ветровая стенка 18 на фиг.3, как и на фиг.2, сконфигурирована таким образом, что ее нижняя кромка 19 смещена наружу дальше, чем ее верхняя кромка 20, но с тем отличием, что ветровая стенка 18 от нижней кромки 19 к верхней кромке 20 проходит не прямо, а по кривой.

Список использованных обозначений

1 Конденсационная установка

2 Распределительная линия пара

3 Вентилятор

4 Вентилятор

5 Ветровая стенка

6 Заграждение для потока

7 Ветровая крестовина

8 Конденсационная установка

9 Несущая конструкция

10 Теплообменный элемент

11 Вентилятор

12 Распределительная линия пара

13 Ветровая стенка

14 Нижняя кромка ветровой стенки 13

15 Верхняя кромка ветровой стенки 13

16 Входная сторона вентилятора 11

17 Выходная сторона вентилятора 11

18 Ветровая стенка

19 Нижняя кромка ветровой стенки 18

20 Верхняя кромка ветровой стенки 18

D Пар

ΔP Перепад давления

ΔPL Перепад давления

K Охлаждающий воздух

NW Угол наклона

V Вертикаль

W Воздушный поток (ветер)

WL Нагретый воздух

Изобретение относится к установкам для воздушной конденсации пара. Конденсационная установка с размещенными на несущей конструкции, расположенными, в частности, крышеобразно, теплообменными элементами, к которым посредством вентиляторов подводится охлаждающий воздух, содержащая ветровую стенку. Нижняя кромка ветровой стенки смещена наружу дальше, чем верхняя кромка ветровой стенки, причем ветровая стенка по высоте проходит примерно до верхней кромки распределительной линии пара. Изобретение позволяет снизить негативное воздействие набегающих сбоку воздушных потоков на расположенную на несущей конструкции конденсационную установку. 3 ил.

Конденсационная установка с размещенными на несущей конструкции (9), расположенными, в частности, крышеобразно, теплообменными элементами (10), к которым посредством вентиляторов (11) подводится охлаждающий воздух (К), содержащая ветровую стенку (13, 18), отличающаяся тем, что нижняя кромка (14, 19) ветровой стенки (13, 18) смещена наружу дальше, чем верхняя кромка (15, 20) ветровой стенки (13, 18), причем ветровая стенка (13, 18) по высоте проходит примерно до верхней кромки распределительной линии (12) пара.