Блок оросителя Советский патент 1993 года по МПК F28F25/08 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в градирнях для охлаждения циркуляционной оборотной воды на предприятиях химической, нефтехимической, газовой, пищевой, медицинской и других отраслей промышленности.

Целью изобретения является эксплуатационная надежность путем увеличения жесткости блока.

Предлагается блок оросителя, содержащий горизонтальные ряды пустотелых перфорированных элементов треугольного профиля, при этом элементы каждого ряда ориентированы ортогонально относительно элементов смежных рядов и выполнены из полос с неперфорированными продольными кромками, жестко скрепленными между собой с образованием указанного треугольного профиля, при этом кромки полос образующих боковые грани элементов выполнены отбортованными и имеющими ширину, составляющую 0,02-0,06 от высоты элемента, причем перфорации выполнены с суммарной площадью проходных сечений, составляющей 0,4-0,8 от площади полосы; кромки полосы, образующие верхнее ребро элемента, наклонены к ней под углом 140- 160°, а кромки, образующие нижние ребра под углом 110-130°.

Элементы в каждом горизонтальном ряду установлены с зазором, имеющим величину, не превышающую ширину элемента; перфорации полос выполнены крестообразными.

Крестообразные перфорации повернуты относительно продольной оси полосы с образованием между последними и продольными и поперечными осями перфораций углов, составляющих соответственно 45-65° и 25-45°.

Элементы каждого ряда установлены со смещением в шахматном порядке относительно элементов последующего ряда с аналогично ориентированными элементами.

Выполнение элемента блока оросителя из перфорированных полос, образующих призму, когда две смежные верхние полосы, образующие приЗму4 жестко соединены между собой и плоским основанием и плоским основанием элемента посредством своих продольно-отбортованных неперфорированных кромок и когда отношение ширины продольно-отбортованной кромки к высоте призмы составляет 0,02-0,06, создает жесткую несущую конструкцию, позволяющую увеличить прочность блока оросителя по сравнению с блоком того же размера, выполненного без продольно-отбортованных кромок. Так, например, блок оросителя размером 1x1x1 м, изготовленный с отбортованными кромками шириной 2 мм из листа толщиной 1 мм и площадью живого сечения 80%, выдерживает статистическую нагрузку в 300 кг. Блок оросителя аналогичного размера, выполненный без продольно-отбортованных кромок, разрушается при нагрузке 100 кг.

Блок, выполненный из элементов с отбортованными кромками из более тонкого ( на 20-25%) листового материала, будет иметь такую же прочность, что и блок без продольно-отбортованных кромок, но при этом экономится 20-25% материала.

Выбор соотношения ширины продольно-отбортованной кромки.к высоте призмы

() в пределах 002-0,06 определяется сле- и

дующими ограничителями: при соотношении выше верхнего предела ( 0,06) увеличивается размер продольно-отбортованной кромки, который приводит к излишнему расходу металла, что экономически нецелесообразно; уменьшение соотношения ниже нижнего предела ( 0.02) технологически неоправданно, так как в этом случае не обес- печивается необходимой жесткости продольно-отбортованных полос, из кото- рых выполнены элементы оросителя.

Выполнение элементов блока с отноше. нем площади перфорации грани призмы к

площади грани призмы в пределах 0,4-0,8

позволяет снизить гидравлическое сопротивление оросителя при сохранении высокой интенсивности процессов тепломассообмена.

Оптимальность предлагаемого соотношения площади перфорации грани призмы

к площади грани призмы (f 0,4-0,8) следует из результатов, представленных на фиг. 1. На кривой 2 фиг. 1 в интервале 0,4-0,8 происходит относительно небольшое на 8 % снижение охлаждающей способности оросителя. В то же время гидравлическое сопротивление (АР) снижается в значительно большей степени (на 35%) (кривая 1). Дальнейшее увеличение f выше 0,8, как это видно, практически не ведет к снижению

гидравлического сопротивления- и же время существенно ослабляет жесткость конструкции, а также приводит к резкому снижению охлаждающей способности. Резкое снижение охлаждающей способности

при f 0,8 объясняется изменением характера течения жидкости и условий взаимодействия контактирующих потоков: переходом от преимущественного пленочного режима течения к капельному, Снижение f ниже значения 0,4 приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления ( А Р), которое становится выше допустимого значения для вентиляторных градирен.

Выполнение элементов оросителя с углом Д образованным продольно-отработанной кромкой с боковой гранью призмы в верхней части элемента блока оросителя, находящимся в пределах 140-160° и углом

у, образованным продольно-отбортованной кромкой с нижней гранью призмы -110-130°, позволяет сохранить достаточную жесткость элемента блока оросителя при рабочих нагрузках.

Заявленные интервалы значений /Зи у поясняются следующим образом. При значениях углов / 140° и у 130° происходит увеличение значения острого угла в верхней части элемента и резкое снижение

его жесткости, что недопустимо о условиях возможного обследования блока оросителя градирни в зимнее время. При значениях углов fl 160° и у 110° угол при вершине элемента оросителя уменьшается, в резуль- 5 тате чего увеличивается жесткость элемента. Однако при этом одновременно происходит неоправданное увеличение металлоемкости блока, а эффективность теплообмена практически не возрастает.10

Кроме того, при этом происходит неже- лательное увеличение гидравлического сопротивления примерно на 18-23% при w 2 м/с. Поэтому значение углов ft 160° и у 110° нецелесообразны.15

Выполнение оснований смежных элементов в ряду с зазором М, находящимся в пределах от 2е до величины L + 2е, где е - ширина продольно-отбортованной кромки (е 3-6 мм), 11 - ширина грани призмы эле- 20 мента оросителя (L 80-140 мм), позволяет осуществить дистанционирование между элементами, делает конструкцию оросителя более проницаемой для встречных потоков воздуха и воды. При этом гидравлическое 25 сопротивление при зазоре М e L + 2е и f const уменьшается на 47%, а вес оросителя -на 50%..

Выбор дистанционирования между элементами зависит от величины f следующим 30 образом: при fmaks 0,8 величина зазора М должна быть минимальной, т.е. , а при fmin 0,4 - М 2е + L

Зависимость гидравлического сопротивления и охлаждающей способности оро- 35 сителя от величины зазора М при f 0,4 представлена в таблице.

Из данных табл. 1 следует, что увеличи- аать величину зазора М более чем (L + 2е) нецелесообразно из-за снижения эффек- 40 тианости охлаждения ( A t), хотя А Р при этом и снижается на 47%.

Выполнение перфорации полос в виде крестообразных фигур, благодаря совокупности многочисленных прямых и тупых углов, увеличивается количество точек отрыва 45 капель с поверхности перфорации, способствуя каплеобразованию и, как следствие - увеличению охлаждающей способности оросителя.

Выполнение перфорации в виде кресто- 50 образных отверстий с поворотом их вертикальных осей относительно длины полосы образует зигзагообразные перемычки между перфорациями. Этим обеспечивается до- полнительняя турбулизация пленки 55 жидкости при отекании ее с косых срезов и тем самым повышается охлаждающая способность оросителя. При этом увеличивается и число точек каплеобразования из-за более выгодного расположения края отверстий по отношению к стекающей пленке жидкости.

Заявленный интервал значений углов & 45 65° поясняется рис 2.

Из данных фиг. 1 следует, что в указанном интервале значений а обеспечивается минимальная материалоемкость полос, из которых образуются элементы блока оросителя, т.е. минимальный вес оросителя.

Выполнение блока оросителя с одинаково ориентированными в блоке элементами, уложенными по высоте через ряд друг над другом на расстоянии N - Н + 2е, где Н - высота призмы, ведет при укладке элементов с зазорами в горизонтальном ряду к образованию чередующихся по поперечному сечению сквозных каналов,что в свою очередь обеспечивает гизкое гидравлическое сопротивление блоков оросителя.

Дистанционирование расположенных друг над другом и одинаково ориентированных элементов блока на расстоянии, равном N, обеспечивает необходимую жесткость элементов заявляемого оросителя.

На фиг. 1 кривая 1 представлена зависимостью гидравлического сопротивления (АР) блока оросителя в % от f (f- отношение площади перфорации к площади полосы); на фиг. 1, кривая 2 представлена зависимость охлаждающей способности оросителя (At) от f; на фиг. 3 изображен вид в изометрии элемента блока оросителя в виде трехгранной призмы с гранями 3, 4, 5; на фиг. 4 представлен поперечный разрез элемента блока оросителя с углами МММ, где 6, 7, 8 ребра соответствующих граней, HI - высота элемента, L - ширина грани призмы, е - ширина продольно-отбортованной кромки полосы, L + 2е - ширина элемента оросителя; на фиг. 5 - узел I : 12, 15 - верхние продольно-отбортованные кромки, е - ширина продольно-отбортованной кромки, 9, 10 - верхние грани призмы, Д у - углы, образованные продольно-отбортованной кромкой с гранями призмы; узел II : 10 - правая, верхняя грань призмы, 11 - основание элемента, 13 - нижняя продольно-отбортованная кромка правой грани, е - ширина продольно-отбортованной кромки; узел III; 9 - левая грань призмы, 11 - основание призмы, 14 - нижняя продольно-отбортованная кромка левой грани, е - ширина продольно-отбортованной кромки: на фиг. 6 - неотбортованная полоса с перфорацией крестообразной формы, которая является основанием элемента, Т - шаг перфорации, а - угол поворота оси крестообразной фигуры относительно длины полосы, S - неперфорированная часть полосы; на фиг. 7, 8 - примеры перфорации полос с отверстиями различных геометрических форм, где Т - шаг перфорации, S - неперфорированная часть полосы; на фиг. 9 - вид сбоку оросителя (перфорация условно не показана) при М 2е; на фиг. 10 - вид в плане блока оросителя (перфорация условно не показана); на фиг. 11 - блок оросителя с зазором между элементами, расположенными друг над другом; на фиг. 12 - блок оросителя с зазором между элементами со смещением его в каждом последующем ряду на величину, равную половине зазора (шахматное расположение).

Ороситель работает следующим образом.

Циркуляционная охлаждаемая вода подается на блоки оросителя градирни сверху.

Охлаждающий воздух, засасываемый вентилятором, проходит снизу вверх градирни. На поверхности элементов блока оросителя происходит контактирование двух систем вода-воздух.

Ломанный контур перемычек на гранях призмы обеспечивает обрыв и постоянное обновление пленки жидкости, турбулиза- цию потоков.

Взаимно перпендикулярное расположение элементов в соседних по высоте рядах в блоке с учетом конструкции элемента исключает интенсивный контакт протекающих потоков. Охлажденная вода в результате тепломассообмена стекает с оросителя и собирается в бассейне.

Были проведены испытания блока оросителя размером 500 х 500 х 1000 мм из перфорированых продольно-отбортрванн ых полос в виде трехгранных призм с равными гранями у которых: L« 80 мм, 0,37;

- П

е - 3 мм; н 8 мм; М 2е; / 150°; у 120, f 0,8.

Перфорация выполнена в виде крестообразных отверстий с а - 60°.

Экспериментальные данные испытаний показали уменьшение гидравлического сопротивления в 1,8 раза по сравнению с прототипом, а материалоемкость - на 75% меньше по сравнению с прототипом, охлаждающая способность соизмерима с прототипом.

Продольно-отбортированные полосы изготовлены из нержавеющей стали и сварены между собой точечной сваркой в местах отбортовки, ширина которой обставляет 3 мм.

Формул а и зобретения

1. Блок оросителя, содержащий горизонтзльные ряды пустотелых перфорированных элементов треугольного профиля, отличающийся тем, что, с целью его эксплуатационной надежности путем увеличения жесткости блока, элементы каждого

ряда ориентированы ортогонально относительно элементов смежных рядов и выполнены из полос с неперфорированными продольными кромками, жестко скрепленными между собой с образованием указанкого треугольного профиля, при этом кромки полос, образующих боковые грани элементов, выполнены отбортованными и имеющими ширину, составляющую 0.02- 0,06 от высоты элемента, причем перфорации выполнены с суммарной площадью проходных сечений, составляющей 0,4-0,8 от площади полосы.

2. Блок оросителя поп. 1,отл и ч а ющи и с я тем, что кромки полосы, образующие

верхнее ребро элемента, наклонены к ней

под углом 140-160°, а кромки.образующие

нижние рёбра, - под углом 110-130 .

3. Блок по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что элементы в каждом горизонтальном ряду установлены с зазором, имеющим величину, не превышающую ширину элемента.

4. Блок по пп. 1-3, отличающийся тем, что перфорации полос выполнены кре- стообразными.

5. Блок по пп. 1г 4, отличающийся тем, что крестообразные перфорации повернуты относительно продольной оси полосы между последней и продольными и поперечными осями перфораций углов, составляющих соответственно 45-65° и 25-45°.

6. Блок по пп. 1-5, отличающийся тем, что элементы каждого ряда установле- ны со смещением в шахматном порядке относительно элементов, последующего ряда с аналогично ориентированными элементами.

3

о, Q Фи. /

Метамоемкосп,

Использование: в градирнях для охлаждения циркуляционной оборотной воды на предприятиях химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. Сущность изобретения: блок содержит горизонтальные ряды пустотелых перфорированных элементов, элементы каждого ряда ориентированы ортогонально относительно элементов смежных рядов и выполнены из полос с неперфорированными продольными кромками,жестко скрепленными между собой с образованием треугольного профиля, кромки полос, образующих боковые грани элементов, выполнены отбортованными и имеющими ширину, составляющую 0,02...0,06 от высоты элемента, перфорации выполнены с суммарной площадью проходных сечений, составляющей 0,4...0,8 от площади полосы. Кромки полосы, образующие верхние ребра элемента, наклонены к ней под углом 140...t60 град, а кромки, образующие нижние ребра, под углом 110... 130 град. Элементы в каждом горизонтальном ряду установлены с зазором, не превышающим ширины элемента. Перфорации полос могут быть выполнены крестообразными и повернутыми относительно продольной оси полосы с образованием углов между последней и продольными и поперечными осями перфорации, составляющих 45...65 град, и 25...45 град. Кроме того, элементы каждого ряда могут быть установлены со смещением в шахматном порядке относительно элементов последующего ряда с аналогично ориентированными элементами. 5 з.п., ф-лы, 12 ил. Ё 00 ю о CS VI

60

50

40

эо ео

-)------|--;----I------

35 Ю $5 65 7S

Фаг. 2.

Фиг.д

,фад

Фиг. 4

Фиг. ff

//

Фиг. f

Фиг 7

Фиг. f

А А А

Фиг. SO