Градирня

)5 Р 28 С 1/04 ОПИС ЕТЕН РНЯзование: охлаждение отработансти с высокой температурой в тепх аппаратах, преимущественно на теплоэлектростанциях, Сущретения: пол градирни выполнен сиально расположенных колец 7, которых снабжено радиальными 8, причем кольца выполнены с величивающейся от центра баши к ее периферии в соответствии ием и = (й/го) /", где В - радиус дирни у ее днища, го - радиус я прохода газов, и - число колец, ,2 ил. 21) 4733045/О22) 30.08,89 2массообмена ельство СССР1/00; 1975. 97793, кл. Р 28 С 1/О ельство СССР1/04, 1988,теплоэнергелообменнымградирням,нижней частью башни и отсеком-охладителем пол с проемом в центральной части,В данном техническом решении с цельюповышения перепада давления между полом и горловиной башни, боковая стенкабашни снабжена тангенциальными щелями,Поток воздуха, попадая через щеливнутрь башни, закручивается с большой ско- Оростью и создает дополнительное "бернул- фьлиевское" разрежение в приосевой зоне. аРастет перепад давления и соответственнотяга. нического ре- - д тивность грао увеличения едствие силь- вблизи верхдостатко является из-за н отсекадсоса в нки пол щения динни тяги из НОГО ПО ней стеБл предла дирня,ижаишимгаемомусодержа ешением к ляется граполненныОСУДАРСТВЕННЫй КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ%59.0579, кл, Е 28 СПатент США % 431983,Авторское свидетМ 1513365, кл, Р 28 С Изобретение относитсятике, а более конкретно к таппаратам, преимуществен Известна градирня, содержащая башню, отсек-охладитель и размещенный между нижней частью башни и отсеком-охладителем пол с проемом в центральной части,Недостатком данной градирни является высокая температура среды на выходе из градирни вследствие низкого уровня тяги через отсек-охладитель, связанного с малым перепадом давления между основанием и горловиной башни и большим значением коэффициента трения между потоком воздуха и стенками башни,Известна градирня, содержащая башню с выполненными на ее поверхности вертикальными тангенциальными щелями, отсек-охладитель и размещенный между 54) ГРАДИ (57) Испол ь ной жидко лообменнь градирнях ность изоб в виде коак каждое из лопатками шириной, у ни градирн с выражен башни гра проема дл м данного тех нлзкая эффек значительног хладителя всл здуха из зоны техническим изобретению щая башню сми на ее поверхности вертикальными тангенциальными щелями, отсек-охладитель и размещенный между нижней частью башни и отсеком-охладителем пол с проемом в центральной части, установленный с возможностью вращения,В данном техническом решении с целью повышения уровня тяги путем ослабления подсоса воздуха из зоны вблизи верхней стенки пола последняя выполнена с возможностью вращения от внешнего двигателя,Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и эксплуатационные затраты, связанные с наличием двигателя и системы передач вращения на верхнюю стенку пола и низкая эффективность работы градирни вследствие слабого увеличения тяги из отсека-охладителя, связанного с сохранением подсосавоздуха в приосевую зону вдоль верхнеи стенки пола, особенно сильного при порывистом ветре, когда невозможно подобрать оптимальную скорость вращения кольцевой стенки.Целью изобретения является упрощение конструкции путем отказа от применения двигателя и системы передач вращения на верхнюю стенку пола и повышение эффективности работы градирни путем увеличения тяги через проем за счет сниженияподсоса воздуха из зоны вблизи верхнейстенки пола.Указанная цель достигается тем, что пол выполнен в виде коаксиально расположенных колец, каждое из которых снабженорадиальными лопатками. В оптимальном варианте кольца выполнены с шириной, увеличивающейся от центра башни к ее периферии в соответствии с выражением "= (В/го)где К - радиус башни градирни у ее днища;го - радиус проема для прохода газов; и - число колец;и - отношение ширины текущего кольца к ширине предыдущего,Увеличение тяги в предлагаемом устройстве достигается за счет использования энергии ветра. Поток воздуха, попадаявнутрь башни градирни через вертикальные тангенциальные щели, закручивается и образует вихрь. При этом в приосевой зоне вихря, где выше скорость движения газа, создается зона "бернуллиевского" разрежения, Величина перепада давления по радиусу башни устанавливается такой, что в каждой точке потока градиент давленияуравновешивается центробежной силой, На плоскостях пола поле центробежных сил исчезает вследствие равенства нулю окруж 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ной скорости (из-за прилипания), а градиент давления сохраняется, поэтому вдоль пола возникает течение воздуха под действием градиента давления в сторону оси, Скорость этого течения устанавливается такой, чтобы появившиеся силы вязкости трения уравновешивали перепад давления. Таким образом положительный эффект от дополнительного разрежения, обеспечивающий высокие скорости в отсеке, заметно снижается за счет подсоса воздуха из объема башни, Чтобы снизить уровень радиального потока вдоль пола, необходимо закрутить его поверхность в ту же сторону, что и вращение вихря. Тогда окружная скорость на полу не будет равняться нулю и градиент давления будет компенсироваться центробежными силами, Максимальный эффект получится, когда поля окружных скоростей вихря и пола будут совпадать. Однако поле скоростей кольца оказывается прямо, а поле скоростей газа обратно пропорциональны расстоянию до оси башни, поэтому добиться такого совпадения можно только в одном любом узком кольцевом слое, Более точного совпадения скоростей можно достичь установкой нескольких колец, вращающихся с разной скоростью, большей к центру, Снабжение колец лопатками и выполнение их с возможностью свободного вращения упрощает конструкцию. При взаимодействии газового потока с лопатками кольца последнее начинает вращаться под действием силы трения, причем, чем выше скорость вращения газового потока, тем выше и скорость вращения кольца, Эффективность предлагаемого решения тем выше, чем меньше трение в подвесе колец, Поскольку единственной целью установки подвижных колец является ослабление радиального потока вдоль пола к проему, то кольца могут быть выполнены, например, из легкой пластмассы или пористого материала и установлены на конические подшипники, Такое выполнение колец гарантированно обеспечит их вращение при взаимодействии с вихревым потоком и, следовательно, ослабление течения, увеличение тяги при общем упрощении конструкции.На фиг, 1 представлена принципиальная схема градирни, продольный разрез; на фиг, 2 - то же, поперечный разрез.Градирня содержит башню 1, вертикальные тангенциальные щели 2, горловину 3, отсек-охладитель 4, пол 5, проем 6, коаксиальные кольца 7, радиальные лопатки 8,Башня градирни 1 снабжена вертикальными тангенциальными щелями 2, ограничена сверху горловиной 3. Башня 1размещена над отсеком-охладителем 4, который отделен от башни полом 5. Пол 5 имеет проем 6, который связывает объемы башни 1 и отсека-охладителя 4. Пол 5 выполнен в виде коакСиально расположенных колец 7, каждое из которых снабжено радиальными лопатками 8.Градирня работает следующим образом, Воздух поступает внутрь башни 1 через вертикальные тангенциальные щели 2 и закручивается, При вращении потока возникает градиент давления вдоль радиуса и разряжение в приосевой зоне башни 1. Поток охлаждающего рабочего тела из отсекаохладителя 4 через проем 6 в полу 5 поступает в башню 1 и далее через горловину 3 выбрасывается в атмосферу. Воздушный вихрь, взаимодействуя с радиальными лопатками 8 колец 7, приводит их во вращение, что приводит к ослаблению течения воздуха вдоль пола 5 к центру башни 1. Радиальный поток ослабляется и увеличивается скорость движения охлаждающего рабочего тела в отсеке-охладителе 4, что приводит к снижению температуры охлаждаемой среды.Опишем более подробно сущность предлагаемого технического решения. Воздух будем рассматривать как однородный несжимаемый газ. Введем систему цилиндрических координат (г, у,г), Ось г направим вдоль оси башни 1 вверх, начало координат выберем в плоскости пола 5, Рассмотрим взаимодействие закрученного потока с твердой поверхностью г = 0 пола 5. В градирне вихрь образуется за счет закручивания воздуха вертикальными тангенциальными щелями 2. Вдали от плоскости г=О выполнены условия течения, порожденного вихревым потокомЧг= Чг=О;Чр = Го/гР = Р оо - го /2 г;Г.= рЧоР;где Чг г - составляющие скорости потокавдоль радиуса, вокруг и вдоль оси соответственно,Чо - скорость ветра,р оо - атмосферное давление,Р давление на расстоянии г от оси г,Р - радиус башни градирни (вихря),р - плотность воздуха.Уравнение (1) позволяет определитьдавление газа на расстоянии г от оси г ивыражает закон сохранения энергии, Вдали от плоскости г = О, согласно (1) ция отВЧо Р1 ф) =и 1бг +ба г бг -бг,(2)Го Ь го 55 где в 12 - угловые скорости первого и второгоколец. Условие минимизации функции ) градиент давления уравновешен центробежной силой, на самой плоскости г =- О вследствие прилипания поле центробежных 10 сил исчезает (Чр= 0), и градиент давлениякомпенсируется возникновением радиального течения в направлении градиента давления - к оси г башни. Скорость этого течения устанавливается такой, что возни кающие силы трения компенсируют ослабление центробежных сил, Это течение может перекрыть проем для прохода газов 6 и свести на нет добавочный градиент давления, созданный вихрем. Предлагаемое 20 техническое решение позволяет резко ослабить вторичное радиальное течение путем установки коаксиальных колец 7, каждое из которых снабжено радиальными лопатками 8.25 При взаимодействии вихря с радиальными лопатками 8 коаксиальных колец 7 последние за счет силы трения между воздухом и лопатками начинают вращаться в сторону вращения вихря. При взаимодейст вии вихря с вращающимися кольцами 7 радиальное течение в направлении к проему 6 ослабевает и становится одинаковым по высоте башни 1. Поле скоростей газа в вихре в соответствии с законом сохранения момен ЧоРта импульса, Ч =, а поле скоростей кольца Ч = ю г, где щ = сопзт - угловая скорость вращения кольца. Добиться их точного совпадения и полной компенсации гра диента давления можно лишь в тонкомкольцевом слое, поэтому чем больше применено колец, тем слабее вредное вторичное течение. Пусть в конструкции использовано и колец, Рассчитаем их оптимальные разме ры, Критерием оптимизации будем считатьточность совпадения полей скоростей газа и кольца. Расчет произведем для двух и обобщим результат на случай и колец, Пусть го радиус проема 6, а внешний ра диус малого(и внутренний большого) кольцанеобходимо найти. Разница скоростей газового потока и колец выражается как функ(10) мпв тз СО 1 = - - Яг 0 сопзтз в50 с -2 2сОвяЬ- г 0 сопя 13 или после выполненияи преобразований Угловые скорости колец определяются из условия равенства сил трения в подвесе исилы трения газ-кольцо Етр подвеса - Ртр газ-кольцо,10Ртр подвеса ЗаВИСИт ОТ ПЛощадИ КОЛЬца И СКОрости его вращения Гтр подвеса = СОПЗт 1 Явукол ==сопзС 12 Пг бг(щ Г), (6) Ртр - газ-кольцо зависит от площади кольца и относительной скорости движения газа и кольца Ртр газ-кольцо = СОПЗт 2 ЯЧотн ==сопм 2 П гбг( -- со г),о Из уравнений (5), (6) и (7) следует. что Скорость в остается постоянной в пределахкольца из-за его жесткости, поэтому(8) надоусреднить по радиусу кольца ю бг = сопзтз 3 - ог,1гогп г 2 Из (9) для колец 1 и 2 получим соответственно, что Подставляя (10) и (11) в уравнение (2) и (3),получим, что г гчтись - -о, 55 г го( 2) дифференцирования Обобщая на случай и колец получим, что Ь Ь й Откуда Ь = (й/ге), т,еесли радиусы ко 1/илец увеличиваются от центра к периферии так, что отношение внешнего радиуса к внутреннему одинаково для любого кольца и равно т 1 =(В/го), то ослабление вторич 1/иного течения будет наиболее эффективным,Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно упростить конструкцию градирни и одновременно повысить эффективность ее работы путем выполнения пола 5, установленного с возможностью свободного вращения в виде коаксиально расположенных колец 7, каждое из которых снабжено ради ал ьн ыми лопатками 8. При взаимодействии вихря с системой колец 7 течение к проему 6 становится одинаковым по высоте башни 1 градирни,Как показала экспериментальная проверка на модели, представляющей собой цилиндр диаметром 400 мм и высотой 600 мм, снабженный вертикальной тангенциальной щелью шириной 20 мм и плоским неподвижным дном с проемом диаметра 60 мм, скорость радиального течения вблизи дна в 4 - 5 раз превышает аналогичную в средней части цилиндра.При использовании одного кольца с возможностью свободного вращения на дне цилиндра интенсивность радиального течения падает и становится в 1,7 - 2,1 раза выше радиальной скорости в средней части, при использовании двух колец в 1,3 - 1,5 раз, При таких уровнях радиального течения поток воздуха, поступивший через вертикальные тангенциальные щели 2 на поверхности башни 1, не попадает в приосевую зону и не перекрывает проем 6. Градиент давления компенсируется увеличением скорости течения через проем 6,Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно упростить конструкцию, снизить эксплуатационные затраты за счет отказа от применения двигателя и систем передач для вращения пола и повысить эффективность работы градирни за счет более полного ослабления вторичного течения (особенно при порывистом ветре).Интенсивность скорости в отсеке-охладителе возрастает в 1,4 - 1,8 раз,.а интенсив10 1740941 ность охлаждения соответственно в 1,2-1,3раза. Температура охлаждаемой среды снижается на 4 - 7 К, а КПД установки возрастает на 1,6 - 2%. оставитель Вехред М.Мор Корректор Т,Ма едак.Фельдман Заказ 2076 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 роизводствен ат Формула изобретения 1, Градирня, содержащая башню с выполненными на его поверхности вертикальными тангенциальными щелями, отсек-охладитель и размещенный между нижней частью башни и отсеком охладителем пол с проемом в центральной части, установленный с возможностью вращения,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности работы, пол выполнен в виде коаксиально расположенных колец, каждое 5 из которых снабжено радиальными лопатками.2. Градирня по и, 1, о т л и ч а ю щ а я -с я тем, что кольца выполнены с шириной, увеличивающейся от центра башни к ее пе риферии в соответствии с выражением и =(В/го) " ", где й - радиус башни градирни у ее днища, го - радиус проема для прохода газов, п - число колец.