Вентиляторная установка градирни Российский патент 2024 года по МПК F28C1/00 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к вентиляторным градирням для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения на промышленных предприятия, а также может быть использована на предприятиях другого профиля, где технологические процессы требуют охлаждения воды.

Известны различные конструкции вентиляторных градирен (далее градирни) технологическая схема которых включает в себя следующие основные элементы: корпус, состоящий из каркаса, обшитого листовым материалом и снабженного воздухозаборными окнами, выполненные на боковых поверхностях корпуса, подводящим водоводом, размещенные в корпусе поярусно водоуловитель, водораспределительная напорная система с некоторым избыточным давлением с разбрызгивающими форсунками, ороситель, водосборный бассейн с отводящим водоводом охлажденной воды. В качестве внешней охлаждающей среды в градирнях используется наружный воздух, система подачи которого включает отсасывающую вентиляторную установку, которая является побудителем его движения (1). Термины, применяемые в заявке на изобретение.

Под термином «привод» следует понимать устройство для приведения в действие машин. Состоит из двигателя, передачи и системы управления. (2).

Термин «привод» используется в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу изобретения.

Под термином «насос» следует понимать машину (механическое устройство), включающую в себя всасывающий и напорный присоединительные патрубки и выступающие части своих валов, предназначенную для создания потока жидкой среды. (3)

Термин «насос» используется в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу изобретения.

Под термином «привод насоса» следует понимать машину, снабжающую насос механической энергией (4).

Под термином «гидравлическая турбина» следует понимать турбину, в которой в качестве рабочего тела используется вода. (5)

Термин «гидравлическая турбина» используется в данном контексте на протяжении все -го описания, включая формулу изобретения.

Под термином «активная гидравлическая турбина» следует понимать гидравлическую турбину, в которой используется кинетическая энергия потока. (6)

Термин «активная гидравлическая турбина» используется в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу изобретения.

Существует шесть наиболее распространенных вариантов привода рабочего колеса вентилятора (7) из которых в вентиляторных установках градирен находят применение три: прямой привод от вала электродвигателя, когда рабочее колесо закреплено на конце его вала, привод через коническо-цилиндрический редуктор и приводной вал, прямой привод через мотор-редуктор.

В СССР в 70-х годах прошлого века Союзводоканалпроектом были разработаны типовые проекты градирен с серийно выпускаемыми вентиляторами, в которых в качестве прямого привода их рабочих колес применялись специальные асинхронные тихоходные трехфазные с короткозамкнутым ротором вертикальные односкоростные многополюсные электродвигатели типа ВАСО (8). Подобные электродвигатели обладают большой массой (вес электродвигателя мощностью всего лишь 37 квт составляет 2000 кг) и габаритами, а также имеют сложную коммутационную аппаратуру, значительно увеличивающую стоимость вентиляторной установки в целом. Кроме того, массивный электродвигатель должен был быть установлен на верхней части корпуса градирни, что требует ее усиления и влечет за собой удорожание также и строительной части уже самой градирни.

Из-за этих особенностей тихоходных электродвигателей они не нашли в последнее время применения в конструкциях современных градирен - в промышленности практически на всех градирнях оборотного водоснабжения применяются 4-х полюсные асинхронные двига-гатели с короткозамкнутым ротором, представляющие собой наиболее дешевую за счет простоты конструкции и удобства обслуживания приводную систему, но возможная частота их вращения выходит за пределы требуемой на практике эксплуатации градирен частоты вращения рабочих колес вентиляторов (90-400 об/мин) и для их применения необходим редуктор.

Известны вентиляторные установки градирен: патент RU 2350867 С2, F28C 1/00, 20.11.2006, US 3712760 А, МПК F04D 25/02, F28F 25/00 1973/01/23, патент на полезную модель №119083 МПК F28C 1/00, F28F 25/00, 13.12.2011.

Исторически сложилось так, что комплектующие изделия для сборки вентиляторных установок градирен (специальные редуктора, мотор-редуктора и промежуточные валы) поставлялись в СССР, а затем и в РФ, фирмами Германии, Италии, США. В настоящее время в связи с известными событиями в результате санкций поставки вышеупомянутых комплектующих прекратились

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату заявляемому изобретению является вентиляторная установка градирни, смонтированная на перекрытии строительной части градирни (см. патент на полезную модель №119083 МПК F28C 1/00, F28F 25/00, 13.12.2011), содержащая проточную часть, состоящую из рабочего корпуса с конфузором на входе, диффузором на выходе, рабочее колесо вентилятора с лопастями и электропривод, который выполнен в виде электродвигателя типа АСВО или выносного элктродвигателя, кинематически связанного с рабочим колесом вентилятора или мотор- редуктора, который размещен в ее проточной части.

Промышленный выпуск данной вентиляторной установки градирни, как и всех вышеупомянутых других, в настоящее время невозможен из-за отсутствия, как упоминалось выше, комплектующих изделий, таких как редукторов, мотор-редукторов, промежуточных валов, которые не выпускаются отечественной промышленностью.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое средство, заключается в расширении арсенала технических средств в данной области, а также создании надежной в работе вентиляторной установки градирни, имеющей простую конструкцию с применением имеющихся отечественных комплектующих изделий и материалов, увеличения ее срока службы между ремонтами и уменьшение эксплуатационных затрат на ее обслуживание.

Техническим результатом является расширении арсенала технических средств в данной области, получение конструкции вентиляторной установки градирни, отвечающей современному уровню вентиляторостроения по технологичности изготовления и обслуживания в составе градирни.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что у вентиляторной установки градирни, смонтированной на перекрытии строительной части градирни и содержащей проточную часть, состоящую из рабочего корпуса с конфузором на входе, диффузором на выходе, рабочее колесо вентилятора и электродвигатель с внешним преобразователем частоты. Электродвигатель кинематически связан с валом насоса, всасывающий присоединительный патрубок которого соединен с центральной трубой водораспределительной системы градирни, а напорный присоединительный патрубок которого посредством напорного трубопровода соединен с активной вертикальной гидравлической турбиной на валу рабочего колеса которой установлено рабочее колесо вентитилятора. Корпус турбины выполнен разъемным в плоскости перпендикулярной валу рабочего колеса турбины и состоит из кожуха цилиндрической формы, охватывающего концы торцов лопаток рабочего колеса с каналом для подвода к ним воды, с присоединительным фланцем и сопряженного с ним с помощью болтового соединения с затяжкой основания в виде плиты с проемами для сброса под воздействием силы тяжести отработанной воды, причем корпус турбины через присоединительный фланец кожуха с помощью болтового соединения с затяжкой сопряжен с трубопроводом отвода отработанной воды, выведенным через водоуловитель в полость градирни над ее водораспределительной системой.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Сущность заявленного изобретения, поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:

На фиг. 1 показаны общая схема технического решения градирни с вентиляторной установкой;

на фиг. 2 показано сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 показан вид Б на фиг. 2;

Перечень позиций к описанию изобретения:

1. Электродвигатель

2. Насос

3. Центральная труба водораспределительной системы

4. Напорный трубопровод

5. Активная гидравлическая турбина

6. Рабочее колесо вентилятора

7. Рабочее колесо турбины

8. Вал турбины

9. Корпус турбины

10. Кожух турбины

11. Основание корпуса турбины

12. Трубопровод отвода отработанной воды

13. Водоуловитель

14. Водораспределительная система

15. Ороситель.

Как показано на фиг. 1, вентиляторная установка градирни содержит электродвигатель 1 с внешним преобразователем частоты, кинематически связанный с насосом 2. Рабочим телом для насоса является вода, подлежащая охлаждению и которая всегда есть в градирне. Всасывающий присоединительный патрубок насоса 2 соединен с центральной трубой водораспределительной системы градирни 3, а напорный присоединительный патрубок посредством напорного трубопровода 4 соединен с активной вертикальной гидравлической турбиной 5 на валу рабочего колеса которой установлено рабочее колесо вентилятора 6.

Конструкция турбины (фиг. 2 и фиг. 3) состоит из рабочего колеса турбины 7 с венцом турбинных лопаток и вертикальным валом 8, которые заключены в корпус турбины 9, который служит также для размещения в нем подшипниковых узлов и восприятия усилий, возникающих при работе турбины. Корпус для удобства сборки и монтажа выполнен разъемным. Плоскость разъема проходит перпендикулярно валу рабочего колеса 8 турбины. Вал в осевом и радиальном направлениях фиксируется подшипниками качения. Корпус 9 состоит из кожуха 10 цилиндрической формы, охватывающего с зазором концы торцов лопаток рабочего колеса с каналом для подвода воды к ним воды, и сопряженного с ним с помощью болтового соединения с затяжкой основания 11 в виде плиты с проемами для сброса под воздействием силы тяжести отработанной воды с лопаток рабочего колеса турбины через прикрепленный к присоединительному фланцу корпуса трубопровод отвода отработанной воды 12, выведенный через водоуловитель 13 в полость градирни над водораспределительной системой градирни 14.

Привод построен по объемно-разомкнутой схеме, т.е. когда вода из центральной трубы водораспределительной системы градирни поступает на турбину и затем под воздействием силы тяжести сливается с лопаток рабочего колеса через трубопровод отвода отработанной воды на ороситель для дальнейшего ее охлаждения.

Корпус турбины крепится на специальной раме, не показанной на чертежах, и относящейся к строительной части градирни.

Вентиляторная установка градирни работает следующим образом: после запуска электродвигателя 1 приводится в действие кинематически связанный с ним насос 2, превращающий механическую энергию двигателя в энергию воды, которая с избыточным давлением поступает по напорному трубопроводу 4 через канал в кожухе 10 на лопатки рабочего колеса турбины 7. Кинетическая энергия попадающей на лопатки воды преобразуется в механическую энергию вращательного движения вала турбины 8, на который напрямую установлено рабочее колесо вентилятора 6, благодаря чему турбина передает вращение рабочему колесу вентилятора без каких-либо посреднических передач. Под действием лопастей вращающегося рабочего колеса вентилятора паровоздушная смесь, поступающая из градирни через отверстие в ее перекрытии, перемещается в осевом направлении и выпускается в атмосферу. Из рабочей полости турбинного колеса под воздействием силы тяжести через проемы в основании 11 отработанная вода с лопаток рабочего колеса турбины через трубопровод отвода отработанной воды 12, выведенный через водоуловитель 13 в полость градирни над водораспределительной системой градирни 14, сбрасывается вниз на ороситель 15 для ее дальнейшего охлаждения.

Поддержание требуемой температуры охлажденной воды осуществляется путем изменения скорости вращения электродвигателя, система автоматизированного управления которого содержит, по меньшей мере, один датчик температуры охлажденной воды, установленный в водосборном бассейне. Управляющий электрический сигнал с датчика поступает в блок расчета необходимой скорости вращения рабочего колеса вентиляторной установки и далее от него на внешний преобразователь частоты (не показаны на чертежах) которым снабжен электродвигатель. Благодаря блоку скорость вращения рабочего колеса вентилятора может плавно регулироваться автоматически в зависимости от температуры охлажденной воды, что значительно упрощает работу технологического персонала, обслуживающего градирню.

Результаты проектно-конструкторских и производственно-технологических работ свидетельствуют, что предлагаемое техническое решение - вентиляторная установка градирни-применимо в вентиляторных градирнях.

Заявленное решение может быть рекомендовано к использованию при проектировании вентиляторных установок градирен.

Использование предлагаемого технического решения позволяет в действующих в настоящее время экономических условиях изготовить вентиляторную установку градирни из выпускаемых отечественной промышленностью комплектующих и становится в настоящее время более перспективным, чем организация производства валов, специальных редукторов, мотор-редукторов.

При этом установка позволяет упростить конструкцию привода, надежна и безопасна в работе, проста в обслуживании, обеспечивая при этом уменьшение расходов на ремонт и техническое обслуживание при одновременном увеличении ресурса работы оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко B.C. Вентиляторные градирни. М. Стройиздат, 1976.

2. Советский энциклопедический словарь. М. 1980 г. Стр. 1070.

3. ГОСТ ISO 17769-1-2014 Насосы жидкостные и установки, п. 2.1.1.1.

4. ГОСТ ISO 17769-1-2014 Насосы жидкостные и установки, п. 2.1.17.23

5. ГОСТ 23956-80 Турбины гидравлические. Термины и определения, п. 1.

6. ГОСТ 23956-80 Турбины гидравлические. Термины и определения, п. 2.

7. ГОСТ 34002-2016 (ISO13349;2010) Вентиляторы. Термины и классификация, п. 5.3.

8. Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84). М. 1989-190 с.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к вентиляторным градирням и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где технологические процессы требуют охлаждения больших объемов воды. Предложена вентиляторная установка градирни, электродвигатель с внешним преобразователем частоты, который кинематически связан с валом насоса, всасывающий присоединительный патрубок которого соединен с центральной трубой водораспределительной системы градирни. Напорный присоединительный патрубок насоса посредством напорного трубопровода соединен с активной вертикальной гидравлической турбиной, на валу рабочего колеса которой установлено рабочее колесо вентилятора. Корпус турбины выполнен разъемным. Плоскость разъема корпуса проходит перпендикулярно валу рабочего колеса турбины и состоит из кожуха цилиндрической формы с каналом для подвода к рабочему колесу турбины воды. К кожуху с помощью болтового соединения с затяжкой пристыковывается основание в виде плиты с проемами для сброса под воздействием силы тяжести отработанной воды через трубопровод отвода отработанной воды, выведенный через водоуловитель в полость градирни над ее водораспределительной системой. Технический результат - упрощение изготовления и обслуживания вентиляторной установки градирни. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вентиляторная установка градирни, смонтированная на перекрытии строительной части градирни, содержащая проточную часть, состоящую из рабочего корпуса с конфузором на входе, диффузором на выходе, рабочее колесо вентилятора и электродвигатель, отличающаяся тем, что электродвигатель снабжен внешним преобразователем частоты и кинематически связан с валом насоса, всасывающий присоединительный патрубок которого соединен с центральной трубой водораспределительной системы градирни, а напорный присоединительный патрубок посредством напорного трубопровода соединен с активной вертикальной гидравлической турбиной, на валу рабочего колеса которой установлено рабочее колесо вентилятора.

2. Вентиляторная установка градирни по п. 1, отличающаяся тем, что корпус турбины выполнен разъемным в плоскости, перпендикулярной валу рабочего колеса турбины, и состоит из кожуха цилиндрической формы, охватывающего с зазором концы торцов лопаток рабочего колеса с каналом для подвода к ним воды, с присоединительным фланцем и сопряженного с ним с помощью болтового соединения с затяжкой основания в виде плиты с проемами для сброса под воздействием силы тяжести отработанной воды, причем корпус турбины через присоединительный фланец кожуха с помощью болтового соединения с затяжкой сопряжен с трубопроводом отвода отработанной воды, выведенным через водоуловитель в полость градирни над ее водораспределительной системой.