Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Бризкальна градирня з примусовою вентиляцією, що містить порожнистий корпус з повітровхідними вікнами у нижній його частині, розташований над корпусом повітровитяжний тракт із вбудованим в нього вентилятором, розприскувач води, що  подається на охолодження, басейн для збирання охолодженої води у фундаменті під корпусом, трубопроводи підводу неохолодженої та відводу охолодженої води, яка відрізняється тим, що як розприскувач води і вентилятор примусової вентиляції використаний гідровентилятор-розприскувач, що складається з струменево-механічної форсунки, корпус  якої жорстко з'єднаний усередині з лопатями осьової гідротурбіни, що надає форсунці обертального руху, з витратою розприсканої води 0,60-1,20 частини від величини гідравлічного навантаження градирні, та ззовні на корпусі форсунки жорстко укріплені лопаті вентилятора, з витратою повітря, що всмоктується, 12-60 частин від величини гідравлічного навантаження градирні.

2. Бризкальна градирня за п. 1, яка відрізняється тим, що у  порожнистому корпусі, вище верхніх кромок повітровхідних вікон на 0,5-3,0 м, у горизонтальній площині по периметру корпусу, розташований колектор з відцентровими механічними форсунками, що самовентилюються, з витратою води кожною 0,025-0,030 частини від гідравлічного навантаження градирні та загальною витратою повітря, що всмоктується їхніми вентиляторами, 3,0-20,0 частин від гідравлічного навантаження градирні.

Текст

1. Бризкальна градирня з примусовою вентиляцією, що містить порожнистий корпус з повітровхідними вікнами у нижній його частині, розташований над корпусом повітровитяжний тракт із вбудованим в нього вентилятором, розприскувач води, що подається на охолодження, басейн для 2 (13) 1 3 88334 тична; Тохолтеор - температура охолодженої води теоретична, що дорівнює температурі вологого термометра, так звана межа охолодження. Не дуже велика ефективність пояснюється недостатньою вентиляцією того простору градирні, у якому саме знаходиться розпорошена для подальшого охолодження вода. Тому однією, якщо, іноді, не головною, з актуальних задач є створення таких умов примусової вентиляції, що забезпечують максимальне приближения фактичної температури охолодженої води до теоретично можливої. Вкрай важливим при цьому є розробка і використання таких вентилюючих пристроїв, що забезпечують при максимально ефективній вентиляції мінімальні енергетичні витрати на її створення. Є відомою градирня з вбудованим вентилятором примусового охолодження, що містить встановлену на фундаменті порожню башту із закріпленими в ній опорами вала вентилятора, з лопатями, басейн у фундаменті під баштою, розприскуючий пристрій із трубопроводом, що підводить воду на охолодження, краплеуловлювач, трубопровід, котрий відводить, що відрізняється тим, що вал і лопаті вентилятора виконані порожніми, а пристрій, що розприскує, виконано у вигляді сопел, що звужуються, та встановлені тангенціально у вихідних крайках лопатей і в площині, близької до площини їхнього обертання, причому порожнини усередині лопатей сполучаються із соплами й з порожниною усередині вала, що з'єднаний із трубопроводом, що підводить; вентилятор може бути додатково облаштований електроприводом, закріпленим на башті. (Пат. РФ № 2101641, МПК 6F 28 С 1/00, заявл. 25.12. 95р.). Вода, що подається на охолоджування через трубопровід підводу, під тиском із розприскуючих сопел з лопатей вентилятора у вигляді струменів, що створюють реактивну силу, що забезпечує обертальний рух лопатей вентилятора, розпорошується надалі на краплі і падає надалі, вже охолоджена, до збірного басейну звідки відходить до технологічного агрегату через трубопровід відводу. Зразу зауважимо, що для об'єктивного аналізу запропонованого комплексного технічного рішення, переслідуючого досягнення декількох позитивних цілей одразу (підвищення ефективності охолодження рідини; спрощення конструкції, зокрема зменшення вишини градирні, напору вентилятора та капітальних витрат на будівництво; зменшення енерговитрат; підвищення надійності градирні тощо), щоб дати йому більш-менш повну оцінку, недостатньо використання наведеного вище критерію ефективності охолодження η, бо він не враховує багатьох чинників; більше підходить добре відомий інженерам - фахівцям водопостачання узагальнений показник ефективності: Знав , враховуючий не N= η ⋅ Тгар − Тохолтеор ⋅ Q тільки ефективність охолодження, а й головні чинники - продуктивність градирні Q і наведені на одиницю часу експлуатації градирні фінансові вит ( ) 4 рати Знав = Зо Збуд i=k СМ ⋅ k і + СЕ ⋅ Р ∑ + СВ ⋅ QП − CB ⋅ ∆Q = +∑ ∆τ ∆τ і=1 ∆τМі де: Зо - узагальнені витрати за термін служби градирні до капремонту, або повної заміни, Збуд - витрати на будівельно-монтажні роботи, CMi - вартість матеріалів (комплектуючих) градирні, СЕ - вартість одиниці споживаної електроенергії, СВ - вартість одиниці об'єму оборотної води, РΣ - сумарна потужність споживаючих електроенергію агрегатів, QП - втрати води на випаровувальне охолодження и вологовиніс, ∆Q - скорочення витрати оборотної води в результаті збільшення диапазону охолодження η·(Тгар-Тохолтеор), ∆τM - термін служби матеріалу (комплектуюi чих) до повної заміни, ∆τ - термін служби градирні до капремонту, або повної заміни, ∆τ - коефіцієнт кратності використання ki = ∆τMi і-ого матеріалу за період експлуатації градирні. За прогнозними оцінками (тут і надалі розрахунки проведені на наведеною нижче методікою) ця градирня має трохи підвищену ефективність (η=0,25) за рахунок того, що водяні струмені значно наближені до зони дії вентилятора, але більшої ефективності досягти не вдається через те, що, по- перше, реактивні сопла у якості розбризкуючих пристроїв малоефективні - струмінь води розлітається на окремі краплини за межами зони дії вентилятора, бо він не відсмоктує, як у традиційних градирнях, де вентилятор розташований у критичному перетині витяжного пристрою, вологе повітря, а ненасичене вологою повітря з повітровхідних вікон, що призводить до відносного підвищення температури вологого термометра у нижньому об'ємі башти (корпусу) градирні, тобто маємо зниження ефективності охолодження, - цей ефект додатково підсилюється наближенням падаючих краплин до поверхні води у збірному басейні, яка теж суттєво випаровує, підвищуючи й без того значний вологовміст повітря, а, по-друге, загальна продуктивність реактивно-розбризкуючих сопел може бути настільки великою, що повну витрату води через градирню, що відповідає її продуктивності в цілому, не можна буде реалізувати, через те, що реактивна сила сопел перевищить її дійсно потрібну, згідно з необхідними параметрами вентилятора, величину, через що значну частину води, подаваної на охолодження, треба подавати не через ці сопла, а через додаткову водорозподільну систему, тобто така схема може бути реалізована тільки за умови, що необхідна витрата води через реактивні сопла гідравлічний двигун вентилятора, співпадає з витратою води, подаваної на охолодження. Означені недоліки є головними серед декількох інших, котрі хоча і не впливають прямо 5 на ефективність охолодження води такою градирнею, мають бути відзначені, бо побічний вплив на цей показник, також як і на узагальнений, все ж таки мають. Це, по-перше, необхідність розміщення вентилятора на певній (і досить великій) висоті, щоб забезпечити максимально можливе охолодження води за рахунок випаровування, бо це, як зазначено самими авторами патенту, є вирішальним чинником ефективності охолодження; тобто суттєво зменшити габарити, зокрема висоту, градирні, а, разом із цим капітальні витрати на будівництво, у такий спосіб навряд чи вдасться; і, по-друге, неможливість забезпечити належну надійність та гарантований малий краплевинос градирні такою конструкцією через те, що струмені і краплі води, серед яких буде певний відсоток досить малих, будуть неминуче затягнуті значною часткою у вихідний отвір градирні, бо вони наближені до нього у такому ступені, як і самі лопаті вентилятора, котрі мають суттєво визначений дисбаланс через численні чинники, що не дають, як зазначено самими авторами патенту, ідеального випадку течії рідини у каналах лопатей, що, враховуючи використану конструкцію опори лопатей вентилятора, призведе до підвищеної вібрації корпусу самої градирні, що є небезпечним при експлуатації; тобто маємо ще й ненадійний пристрій, що може призвести до кризової ситуації у виробничому процесі. Що стосується зменшення енерговитрат, то це питання залишається відкритим через те, що електричний двигун, хоч і у якості резервного, залишається у конструкції градирні. Є відомою також градирня з гідрореактивним приводом ротора вентилятора типу ВГРП-30, що містить корпус із закріпленими в ньому вентилятором з лопатями, басейн у фундаменті під корпусом, розприскуючий пристрій із трубопроводом, що підводить воду на охолодження, трубопровід, котрий відводить, котра відрізняється тим, що гідрореактивний привод, який одночасно являє собою пристрій, що розприскує, виконано у вигляді конічних сопел, що встановлені тангенціально у розподільному колесі і нижче лопатєй вентилятора в площині їхнього обертання, а залишок продуктивності градирні розприскується зрошувачем на водорозподільний пристрій для подальшого охолодження (Рекламний проспект НВФ «ИНГИПРОТЕХ», м. Київ). Така градирня має в порівнянні з тією, що розглянута вище, значно більшу ефективність (η=0,28...0,30) за рахунок того, що водяні струмені не просто наближені до зони дії вентилятора, лопаті котрого розташовані у критичному перетині витяжного тракту (конфузор-дифузор), а досить ефективно відсмоктується вологе повітря з підфакельної зони гідроприводу-розприскувача та зрошувача. Що стосується зменшення енерговитрат, то це питання тут вирішено позитивно через те, що електричний двигун, навіть у якості резервного, відсутній; інші недоліки, притаманні розглянутій вище градирні, в тому числі пряма взаємозалежність продуктивності вентилятора від витрати води через розприскуючі сопла-форсунки і неможливість вирішити питання створення будь-якого 88334 6 співвідношення витрат рідини та повітря вентилятором-розприскувачем притаманні і цій. Найбільш близькою до тої, що заявляється, по технічній сутності є градирня, «що містить трубу Вентурі з форсункою розпилу охолоджуваної рідини, виконану у вигляді вертикального циліндричного корпусу із днищем у вигляді плаского диска з водорозприскуючим пристроєм, що відрізняється тим, що, з цілю інтенсифікації тепломассобміну, градирня містить приводний двигун, а циліндричний корпус і плаский диск виконані роз'ємними, причому останній приєднаний до приводного двигуна й містить додаткові, розміщені по колу на одному радіусі з основним розприскуючими пристроями й пристроєм для нагнітання повітря».(А. С. СРСР № 1113651, МПК F 28 С 1/00, заявл. 12.05. 82 р.). Авторами цього винаходу питання створення будь-якого співвідношення витрат рідини та повітря вентилятором-розприскувачем вирішено дуже ефективно за рахунок незалежного приводного двигуна, що дає змогу маніпулювати розмірами і розприскуючих форсунок і лопатей вентилятора, створюючи незалежні необхідні витрати і води і повітря. Але, незважаючи на ефективне технічне вирішення проблеми поєднання в одному пристрої одночасно і розприскувача рідини і вентилятора рідинно-крапельного струму, досягти задекларованої авторами винаходу цілі - інтенсифікації тепломасообміну, тобто процесу випарування рідини, і, як наслідок, підвищення ефективності охолодження води, принципово неможливо через те, що рідинно-крапельний і повітряний струмені за запропонованою авторами схемою нагнітаючого вентилятора можуть бути тільки супутніми, тобто відносної швидкості краплин води або немає зовсім, або вона дуже мала, а саме вона поряд з відносною вологістю є вирішальною у процесі випарування рідини - це перша причина слабкого процесу тепломасообміну, друга полягає в тому, що випарування рідинно-крапельного струму, а також рідини бака-збірника, іде, через те, що струмені води і повітря супутні, по сутності, у закритому просторі, через що відносна вологість повітря у просторі градирні сягає практично 100 %. Описана фізика цього процесу добре ілюструється теоретичними чинниками - критерієм Шервуда, що враховує масу випарованої рідини на одиницю тиску пароповітряної суміші, яка забирає у охолоджуваної води певну кількість тепла, та різністю парціальних тисків пари води, що враховує дійсну масу випарованої води та дійсну кількість відібраного тепла. Критерій Шервуда (безрозмірний коефіцієнт масовіддачі): Sh = βρdo D = 2 + 0,35 Re0,58 Se0,356 + 0,03 Re0,54 Sc 0,33 який, в свою чергу, залежить від числа Рейнольдса, що визначається у випадку супутного руху рідинно-крапельного і повітряного струмів різністю швидкостей краплі U і повітряного струму r r ρвd0 ⋅ U + V ρ d ⋅ (U + V ) V: Re = ; якщо U=V, то = в 0 µв µв ( ) 7 Rе≈0 і коефіцієнт масовіддачі має мінімальне значення Sh=2, тобто становить (6...2) % нормального, а дійсна масовіддача (струм маси) при випаровуванні рідини у цьому режимі: jn.c.=βp·(pn.с.-pn.о.) теж становитиме біля 4 % нормальної за інших рівнозначних умов (βp розмірний коефіцієнт масовіддачі, pn.с., pn.о парціальні тиски пари на поверхні випарування та на відстані 10d0 від цієї поверхні). Але, якщо відносна вологість повітря у просторі градирні становитиме біля 100 %, парціальні тиски пари pn.с.≈pn.о, тобто процес випарування рідини або дуже слабкий, або не іде зовсім. Це означає, що температура охолодженої води, що дорівнює температурі адіабатичного випаrβ ру: t охол = tгар − p (pn.c. − pn.o. ) (r - питома теплота α фазового переходу води, α - коефіцієнт тепловіддачі), тобто охолодження рідини навіть теоретично немає. Серед інших недоліків такої градирні слід відзначити наявність окремого двигуна, що не скорочує енерговитрати на охолодження, складну конструкцію вентилятора-розприскувача, потребу точного балансування усіх частин вентиляторарозприскувача щоб запобігти підвищеної вібрації корпусу самої градирні, підвищений вологовиніс тощо. В основу запропонованого винаходу поставлена задача підвищення ефективності та зменшення енерговитрат на охолодження води без погіршення її основних експлуатаційних показників, зокрема ускладнення конструкції, підвищення капітальних витрат, зменшення надійності градирні. Задача може бути вирішена тим, що в градирні, що містить встановлений на фундаменті порожній корпус з конфузорно-дифузорним повітровитяжним трактом, повітро-вхідними вікнами, вентилятором-розприскувачем, збірним басейном, трубопроводами підводу теплої та відводу охолодженої води, в якості вентиляторарозприскувача використана струменево-механічна самовентильована форсунка з великими витратою розприскуваної води та продуктивністю вентилятора. Корпус форсунки з лопатями гідродвигуна усередині і лопатями вентилятра повітря зовні, що є підвищеним на гідродинамічній сферичній опорі, яка забезпечує самобалансування форсунки в обертовому русі, розміщений у повітровитяжному тракті градирні так, що лопаті вентилятора обертаються в площині критичного перетину останнього. Вода, проходячи через лопаті осьової турбінигідродвигуна, що надає форсунці обертового руху, розприскується дисковим дефлектором у просторі дифузора градирні, охолоджуючись за рахунок випарування крапельно-рідинного струму, що обтікається струмами противоточного повітря, створеними вентилятором, і надалі падає до збірного басейну, щоб через трубопровід відводу повернутись до технологічного агрегату, замкнувши оборотний цикл. На відміну від градирні по А. С. СРСР, що опи 88334 8 сана вище, де проблема незалежності витрат охолоджуваної води й повітря, що нагнітається вентилятором, вирішена за допомогою окремого приводного двигуна, число обертів якого визначає й геометрію й витрати води та повітря вентилятором-розприскувачем, у градирні, що заявляється, число обертів гідродвигуна, а, відповідно, витрати й води й повітря вентилятором-розприскувачем залежать від геометрічних розмірів корпуса форсунки та лопатей осьової турбінки гідродвигуна та вентилятора. У такий спосіб стає можливим за рахунок раціонального вибору геометрії самовентильованої струменево-механічної форсунки досягти будь-якого бажаного співвідношення витрат води й повітря в залежності від вимог технологічного процесу охолодження не прив’язуючись до наперед заданого числа обертів двигуна, що є перевагою заявляємої конструкції. Таке вирішення проблеми необхідного для технології співвідношення витрат рідини форсункою та повітря вентилятором у сукупності із схемою противоструму градирні та ефективного відсмоктування вологого повітря з підфакельної зони дефлектора форсунки поряд з відсутністю окремого енерговитратного двигуна дає змогу отримати заявлений технічний ефект - суттєве підвищення ефективності охолодження води із зменшенням енерговитрат на охолодження без ускладнення конструкції, підвищення капітальних витрат та зменшення надійності градирні. Підвищення ефективності охолодження води пояснюється тим, що число Рейнольдса у випадку r r ρвd0 ⋅ U + V ρ d ⋅ (U + V ) в противоструму Re = = в 0 µв µв залежності від розміру краплин d0 становить (0,36...1,10)·103; відповідно число Шервуда 10,8...18,7; оскільки відносна вологість повітря у просторі градирні через наявність повітро-вхідних вікон становить 65...75 %, струм маси jn.c.=βp·(pn.с.pn.о.) має досить значну величину через те, що pn.c. > pn.o. температура охолодженої води, що дорівнює температурі адіабатичного випару, в цьому випадку: t охол

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Spray cooling tower with forced ventilation

Автори англійською

Holub Valerii Hryhorovych, Hendelman Ihor Oizerovych, Holub Vitalii Hryhorovych, Levchenko Valerii Ivanovych, Redia Valerii Mykolaiovych

Назва патенту російською

Брызгальная градирня с принудительной вентиляцией

Автори російською

Голуб Валерий Григорьевич, Гендельман Игорь Ойзерович, Голуб Виталий Григорьевич, Левченко Валерий Иванович, Редя Валерий Николаевич

МПК / Мітки

МПК: F28C 1/00

Мітки: вентиляцією, примусовою, градирня, бризкальна

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-88334-brizkalna-gradirnya-z-primusovoyu-ventilyaciehyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Бризкальна градирня з примусовою вентиляцією</a>

Подібні патенти