RU2307302C1

RU2307302C1 - Mechanical draft tower

Info

Publication number: RU2307302C1
Application number: RU2006117031/06A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Александрович Самойлов (RU); Геннадий Александрович Самойлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Этерна"
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2007-09-27

Abstract

FIELD: heat-mass exchange equipment.

SUBSTANCE: invention relates to water cooling devices for circulating water supply system. Proposed mechanical draft tower consists of housing with upper and lower tiers of sprinklers, drop pan installed over upper tier of sprinklers, upper water distributor with sprayers provided with nozzles directed to upper tier of sprinkler arranged under lower tier of lower water distributor with sprayers provided with nozzles with spray cone angle not less than 2/3π, main line delivering heated water to upper and lower water distributors with upper and lower shutoff and regulating valves, and water collecting reservoir in lower part of housing. Upper water distributor is arranged between upper and lower tiers of sprinklers, and axes of nozzles of sprayers of lower water distributor are pointed to water collecting reservoir. Angle between direction of axes of nozzles of lower water distributor and vector of free fall acceleration is determined depending on spray cone angle α_c≤α_n/2 where α_c is angle between direction of axis of nozzle and vector of free fall acceleration; α_n is spray cone angle. At least one fan is installed in shell in lower part of side wall of housing, and air deflector is installed at opposite wall at angle to horizontal plane not exceeding π/4. Air deflector is installed on shaft arranged parallel to side walls for rotation in bushings secured in walls of tower. Air guide shell is built into side wall opposite to fan. Air guide shell and fan shell are provided with inclined cut at angle equal to angle between air deflector in its extreme positions and horizontal plane. Fan is arranged in upper part of housing over drop pan.

EFFECT: provision of high efficiency of water cooling at positive temperatures of air getting into cooling tower, reduced consumption of power at below zero air temperatures.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, а именно к аппаратам для охлаждения воды в системе оборотного водоснабжения.The invention relates to heat and mass transfer apparatuses, in particular to apparatus for cooling water in a circulating water supply system.

Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус с воздуховходными окнами и водосборным бассейном в нижней части, водоуловитель и вытяжное устройство с вентилятором в верхней части, водораспределитель с форсунками, струи которых направлены вверх и совпадают по направлению с основным потоком воздуха в корпусе, устройство, расположенное под водораспределителем выше воздуховходных окон [1].Known fan tower containing a housing with air intake windows and a drainage basin in the lower part, a water trap and exhaust device with a fan in the upper part, a water distributor with nozzles, the jets of which are directed upward and coincide in direction with the main air flow in the housing, a device located under the water distributor above the air intake windows [1].

Недостаток известной градирни в том, что она является брызгальной, в ее корпусе отсутствуют оросители, поэтому характеризуется сравнительно низкой охлаждающей способностью в периоды года с положительной температурой воздуха, поступающего из окружающей среды в градирню.A disadvantage of the known cooling tower is that it is spray, there are no sprinklers in its body, therefore it is characterized by a relatively low cooling capacity during periods of the year with a positive temperature of air coming from the environment to the cooling tower.

Известна вентиляторная брызгальная градирня, приведенная в описании способа охлаждения жидкости в градирне [2], конструкция которой включает водораспределитель с форсунками с эжекторами, распыляющими воду так, что векторы движения капель не совпадают по направлению с вектором восходящего вверх потока воздуха.Known fan spray tower, described in the method of cooling liquid in the tower [2], the design of which includes a water distributor with nozzles with ejectors spraying water so that the motion vectors of the droplets do not coincide in direction with the vector of the upward flow of air.

Недостаток этой градирни в том, что она является брызгальной, не имеет встроенных в корпус оросителей и характеризуется низкой охлаждающей способностью при положительной температуре поступающего в градирню охлаждающего воздуха.The disadvantage of this cooling tower is that it is spray-free, has no sprinklers built into the casing, and is characterized by low cooling capacity at a positive temperature of cooling air entering the cooling tower.

Известна вентиляторная градирня, содержащая корпус с водосборным бассейном и с воздуховодным проемом, выполненным на боковой поверхности корпуса; вентилятор в цилиндрической обечайке, присоединенной к воздуховодному проему; воздухоотражатель, установленный напротив вентилятора под углом к оси вентилятора и с возможностью изменения этого угла; верхнего и нижнего яруса оросителя, установленного между ярусами оросителя водораспределителя с разбрызгивателями с форсунками, факелы распыла которых направлены на верхний ярус оросителя [3]. Градирня характеризуется высокой охлаждающей способностью. Недостаток градирни в том, что в зимнее время при отрицательной температуре поступающего в градирню воздуха оросители обеспечивают интенсивный теплообмен, следствием которого является обледенение оросителей и возможное их разрушение.Known fan cooling tower containing a housing with a catchment basin and with an airway made on the side surface of the housing; a fan in a cylindrical shell attached to the air duct; an air deflector mounted opposite the fan at an angle to the axis of the fan and with the possibility of changing this angle; the upper and lower tier of the sprinkler installed between the tiers of the sprinkler of the water distributor with sprinklers with nozzles, spray torches of which are directed to the upper tier of the sprinkler [3]. The cooling tower is characterized by high cooling capacity. The disadvantage of the tower is that in winter, at a negative temperature of the air entering the tower, the sprinklers provide intensive heat transfer, which results in icing of the sprinklers and their possible destruction.

Известна вентиляторная градирня [4], принятая за прототип, состоящая из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя, каплеуловителя над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее

, нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, расположенные под нижним ярусом и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее

, магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним вентилями, водосборного бассейна в нижней части корпуса.Known fan tower [4], adopted for the prototype, consisting of a housing with the upper and lower tiers of the irrigator, a drip trap above the upper tier of the irrigator, an upper water distributor with sprinklers having nozzles directed to the upper tier of the irrigator and ensuring the opening of the spray torch at an angle less

of the lower water distributor with sprinklers having nozzles located under the lower tier and providing a spray torch opening at an angle less than

, a line leading heated water to the upper and lower water distributors with upper and lower valves, a drainage basin in the lower part of the housing.

Первый недостаток этой градирни в том, что сопла разбрызгивателей верхнего водораспределителя направлены на верхний ярус оросителя в сторону водосборного бассейна. В вентиляторной градирне при таком режиме разбрызгивания не устанавливается пленочный режим теплообмена в верхнем ярусе оросителя и снижается интенсивность охлаждения при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню.The first drawback of this cooling tower is that the nozzles of the sprayers of the upper water distributor are directed to the upper tier of the irrigator towards the drainage basin. In a fan cooling tower with such a spraying mode, the film mode of heat transfer is not established in the upper tier of the sprinkler and the cooling rate decreases at a positive temperature of the air entering the cooling tower.

Второй недостаток в том, что сопла разбрызгивателей нижнего распределителя направлены на нижний ярус оросителя, то есть вверх, что приводит к обледенению оросителя при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню даже при отключении подачи воды через верхний водораспределитель.The second drawback is that the nozzles of the sprayers of the lower distributor are directed to the lower tier of the irrigator, i.e. upwards, which leads to icing up of the irrigator at a negative temperature of the air entering the tower even when the water supply through the upper water distributor is turned off.

Техническая задача изобретения заключается в обеспечении высокой эффективности охлаждения воды при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню и в снижении затрат электроэнергии на охлаждение воды при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.The technical task of the invention is to ensure high efficiency of cooling water at a positive temperature of air entering the tower and to reduce the cost of electricity for cooling water at a negative temperature of air entering the tower.

Задача решена в конструкции вентиляторной градирни, которая состоит из корпуса с размещенным в нем верхним и нижним ярусами оросителя; каплеуловителя над верхним ярусом оросителя; верхнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, направленные на верхний ярус оросителя; нижнего водораспределителя с разбрызгивателями, имеющими сопла, расположенные под нижним ярусом и обеспечивающие раскрытие факела брызг на угол менее

; магистрали, подводящей нагретую воду к верхнему и нижнему водораспределителям с верхним и нижним запорно-регулирующими вентилями; водосборного бассейна в нижней части корпуса; при этом верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителя, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну.The problem is solved in the design of the fan cooling tower, which consists of a housing with the upper and lower tiers of the sprinkler placed in it; drip tray above the upper tier of the irrigator; the upper water distributor with sprinklers having nozzles directed to the upper tier of the irrigator; the lower water distributor with sprinklers having nozzles located under the lower tier and providing a spray torch opening at an angle less than

; the line leading heated water to the upper and lower water distributors with upper and lower shut-off and control valves; drainage basin in the lower part of the body; the upper water distributor is located between the upper and lower tiers of the irrigator, and the axis of the nozzles of the sprayers of the lower water distributor are directed to the catchment basin.

Новизна предложенной градирни в сравнении с градирней-прототипом состоит в том, что верхний водораспределитель расположен между верхним и нижним ярусами оросителей, а оси сопел разбрызгивателей нижнего водораспределителя направлены к водосборному бассейну.The novelty of the proposed cooling tower in comparison with the prototype cooling tower is that the upper water distributor is located between the upper and lower tiers of the irrigators, and the axis of the nozzles of the sprayers of the lower water distributor are directed to the drainage basin.

Эти новые отличительные конструктивные признаки обеспечивают высокую эффективность охлаждения воды при положительной температуре воздуха, поступающего в градирню, и снижение затрат электроэнергии за счет отключения вентилятора при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.These new distinctive design features provide high efficiency of cooling water at a positive temperature of the air entering the tower, and reducing energy costs by turning off the fan at a negative temperature of the air entering the tower.

Для интенсификации процесса охлаждения воды угол между направлением осей сопел и вектором ускорения свободного падения капель воды определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг:To intensify the process of water cooling, the angle between the direction of the axes of the nozzles and the acceleration vector of the free fall of water droplets is determined depending on the angle of the spray nozzle:

где α_С - угол между направлением оси сопла и вектором ускорения свободного падения;where α _C is the angle between the direction of the axis of the nozzle and the gravitational acceleration vector;

α_Ф - угол раскрытия факела воды.α _f - the angle of the water plume.

Предложенное расположение водораспределителей и направление осей их сопел можно эффективно использовать как при расположении вентилятора в верхней части корпуса градирни, так и в нижней части боковой стенки, так как вектор потока поступающего в градирню воздуха имеет горизонтальную составляющую.The proposed location of the water distributors and the direction of the axes of their nozzles can be effectively used both when the fan is located in the upper part of the tower casing, and in the lower part of the side wall, since the flow vector of the air entering the cooling tower has a horizontal component.

При расположении, по меньшей мере, одного вентилятора в цилиндрической обечайке в нижней части боковой стенки, у противоположной стенки установлен воздухоотражатель под углом к горизонтальной плоскости, не превышающим π/4, что обеспечивает дополнительное охлаждение воды за счет медленного стекания капель по воздухоотражателю в бассейн при отключенном вентиляторе при отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню.When at least one fan is located in a cylindrical shell in the lower part of the side wall, an air deflector is installed at the opposite wall at an angle to the horizontal plane not exceeding π / 4, which provides additional cooling of the water due to the slow dripping of droplets through the air deflector into the pool when the fan off when the temperature of the air entering the cooling tower is negative.

В одном из вариантов градирни воздухоотражатель закреплен на валу, расположенном параллельно боковым стенкам с возможностью вращения во втулках, закрепленных в стенках градирни, в боковой стенке напротив вентилятора встроена воздуховодная обечайка, при этом воздуховодная обечайка и обечайка вентилятора имеют наклонный срез под углом, равным углу между воздухоотражателем в крайних его положениях и горизонтальной плоскостью.In one of the cooling tower variants, the air deflector is mounted on a shaft parallel to the side walls and can be rotated in the bushings mounted in the walls of the cooling tower, an air duct is integrated in the side wall opposite the fan, while the air duct and the fan shell have an oblique cut at an angle equal to the angle between air deflector in its extreme positions and a horizontal plane.

Такая конструкция воздуховодной обечайки обеспечивает поступление воздуха через вентилятор при положительной температуре воздуха при закрытой воздухоотражателем обечайке напротив вентилятора. При отрицательной температуре воздуха и отключенном электродвигателе вентилятора воздухоотражатель ставится в положение, при котором он закрывает срез обечайки вентилятора, и воздух свободно поступает через обечайку напротив вентилятора. Так экономится электроэнергия при отрицательной температуре поступающего в градирню воздуха.This design of the air duct shell allows air to flow through the fan at a positive air temperature with the shell opposite the fan closed by an air deflector. When the air temperature is negative and the fan motor is off, the air deflector is placed in a position in which it closes the cut of the fan shell and air flows freely through the shell opposite the fan. This saves energy when the temperature of the air entering the cooling tower is negative.

На фиг.1 показана градирня с вентилятором, установленным в обечайке в нижней части боковой стенки корпуса; на фиг.2 - градирня с вентиляторами с обечайками, имеющими срез, закрываемыми поворачиваемым воздухоотражателем в его крайних положениях; на фиг.3 - сечение А-А градирни, показанной на фиг.2; на фиг.4 - градирня с вентилятором, установленным в верхней части корпуса; на фиг.5 - разбрызгиватель водораспределителя с соплом, ось которого параллельна оси градирни; на фиг.6 - разбрызгиватель нижнего водораспределителя, ось которого направлена под углом к вектору ускорения свободного падения.Figure 1 shows a cooling tower with a fan installed in a shell in the lower part of the side wall of the housing; figure 2 - cooling tower with fans with shells having a slice, closed rotatable air deflector in its extreme positions; figure 3 is a section aa of the tower shown in figure 2; figure 4 - cooling tower with a fan installed in the upper part of the housing; figure 5 - sprinkler water dispenser with a nozzle, the axis of which is parallel to the axis of the tower; figure 6 - sprinkler of the lower water distributor, the axis of which is directed at an angle to the acceleration vector of gravity.

Вентиляторная градирня состоит из корпуса 1 (фиг.1, 2) с размещенным в нем верхним 2 и нижним 3 ярусами оросителя 4, каплеуловителя 5 над верхним ярусом оросителя, верхнего водораспределителя 6 с разбрызгивателями 7, имеющими сопла 8 (фиг.5), создающие факел брызг 9, направленный на верхний ярус 2 оросителя 4, нижнего водораспределителя 10, расположенного под нижним ярусом 3 оросителя 4, с разбрызгивателями, имеющими сопла, обеспечивающие раскрытие факела 9 брызг на угол менее

, магистрали 11, подводящей нагретую воду к верхнему 6 и нижнему 10 водораспределителям с верхним 12 и нижним 13 запорно-регулирующими вентилями, водосборного бассейна 14 в нижней части корпуса; оси сопел 8 разбрызгивателей 7 нижнего водораспределителя 10 направлены к водосборному бассейну 14, при этом угол между направлением осей сопел 8 и вектором ускорения свободного падения капель воды (фиг.6) определяется в зависимости от угла раскрытия факела брызг:The fan cooling tower consists of a housing 1 (Figs. 1, 2) with the upper 2 and lower 3 tiers of the sprinkler 4, a drop catcher 5 above the upper tier of the sprinkler, and the upper water distributor 6 with sprinklers 7 having nozzles 8 (Fig. 5), which create spray torch 9, directed to the upper tier 2 of the sprinkler 4, the lower water distributor 10, located under the lower tier 3 of the sprinkler 4, with sprinklers having nozzles for opening the spray torch 9 at an angle less than

, line 11, which supplies heated water to the upper 6 and lower 10 water distributors with upper 12 and lower 13 shut-off and control valves, catchment basin 14 in the lower part of the housing; the axis of the nozzles 8 of the sprayers 7 of the lower water distributor 10 are directed to the catchment basin 14, while the angle between the direction of the axes of the nozzles 8 and the free fall acceleration vector of the water droplets (Fig. 6) is determined depending on the angle of the spray nozzle:

где α_С - угол между направлением оси сопла 8 и вектором ускорения свободного падения;where α _C is the angle between the direction of the axis of the nozzle 8 and the acceleration vector of gravity;

α_Ф - угол раскрытия факела брызг.α _f - the angle of the spray plume.

Вентилятор 15 (фиг.1, 2), приводимый электродвигателем 16, установлен в обечайке 17 в нижней части боковой стенки 18 корпуса 1, а у противоположной стенки установлен воздухоотражатель 19 под углом β к горизонтальной плоскости, не превышающим π/4.The fan 15 (Fig.1, 2), driven by an electric motor 16, is installed in the casing 17 in the lower part of the side wall 18 of the housing 1, and an air deflector 19 is installed at the opposite wall at an angle β to a horizontal plane not exceeding π / 4.

В варианте градирни (фиг.2, 3) воздухоотражатель 19 закреплен на валу 20, который подвижно установлен во втулках 21, встроенных в стенки 22 градирни. При этом в стенке 23, противоположной стенке 18, встроена воздуховодная обечайка 24, имеющая срез 25. Обечайка 17 также имеет срез 26. Каждый из срезов обечаек выполнен под углом, не превышающим π/4 так, что при положении воздухоотражателя 19 на срезе 25 обечайки 24 при выключенном электродвигателе 16, воздухоотражатель открывает обечайку 17, допуская свободный приток воздуха в градирню.In a variant of the cooling tower (FIGS. 2, 3), the air deflector 19 is mounted on the shaft 20, which is movably mounted in the bushes 21, which are built into the walls 22 of the cooling tower. Moreover, in the wall 23 opposite to the wall 18, an air duct shell 24 having a slice 25 is built-in. The shell 17 also has a slice 26. Each of the shell slices is made at an angle not exceeding π / 4 so that when the air deflector 19 is on the shell slice 25 24 with the electric motor 16 turned off, the air deflector opens the shell 17, allowing free flow of air into the cooling tower.

В варианте исполнения градирни (фиг.4) вентилятор расположен в верхней части корпуса над каплеуловителем 5.In an embodiment of the cooling tower (Fig. 4), the fan is located in the upper part of the housing above the drip catcher 5.

Вода, подлежащая охлаждению при открытых вентилях 12 и 13, поступает по подводящей магистрали 11 к нижнему 10 и верхнему 6 водораспределителям в разбрызгиватели 7, и распыляется на капли соплами 8 (фиг.1-4).Water to be cooled with open valves 12 and 13, enters the supply line 11 to the lower 10 and upper 6 water distributors in the sprinklers 7, and is sprayed onto the droplets with nozzles 8 (Figs. 1-4).

Вода, распыляемая соплами разбрызгивателей нижнего водораспределителя, направленными к поверхности воды в бассейне 14, взаимодействует с потоком воздуха, поступающего снизу, отдавая ему тепловую энергию. Часть укрупненных капель падает на поверхность воздухоотражателя и в бассейн. Мелкие частицы воды, увлекаемые воздухом, попадают на поверхность элементов нижнего яруса оросителя, образуют на них водяную пленку, охлаждаются и стекают с оросителя в бассейн. На верхнем ярусе оросителя, где происходит капельно-пленочный режим теплообмена, охлаждается вода, поступающая через сопла разбрызгивателей верхнего водораспределителя. Наличие оросителей обеспечивает высокую эффективность охлаждения воды при положительной температуре поступающего в градирню воздуха.The water sprayed by the nozzles of the sprayers of the lower water distributor, directed to the surface of the water in the pool 14, interacts with the flow of air coming from below, giving it thermal energy. Part of the coarse droplets falls on the surface of the air deflector and into the pool. Small particles of water, carried away by air, fall on the surface of the elements of the lower tier of the irrigator, form a water film on them, cool and flow from the irrigator into the pool. On the upper tier of the irrigator, where the drip-film heat transfer mode occurs, the water entering through the nozzles of the sprinklers of the upper water distributor is cooled. The presence of sprinklers provides high efficiency of water cooling at a positive temperature of the air entering the tower.

При отрицательной температуре воздуха, поступающего в градирню, закрывается вентиль 12, вода поступает только через нижний водораспределитель 10, распыляется с помощью сопел на капли, которые падают вниз, взаимодействуя с потоком холодного воздуха и отдавая ему тепловую энергию. Часть капель падает на воздухоотражатель и стены корпуса и, охлаждаясь, стекает в бассейн. Холодный воздух, интенсивно нагреваясь до положительной температуры, поднимается вверх, создавая интенсивную тягу при выключенном электродвигателе вентилятора, что обеспечивает экономию электрической энергии.At a negative temperature of the air entering the tower, the valve 12 closes, water enters only through the lower water distributor 10, is sprayed with nozzles onto drops that fall down, interacting with the flow of cold air and giving it thermal energy. Part of the drops falls on the air deflector and the walls of the body and, cooling, flows into the pool. Cold air, intensively heated to a positive temperature, rises, creating intense traction when the fan motor is off, which saves electric energy.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2183005 от 10.04.2001.1. Patent RU 2183005 dated 04/10/2001.

2. Патент RU 2228501 от 16.05.2002.2. Patent RU 2228501 dated 05.16.2002.

3. Патент RU 2180085 от 04.04.2001.3. Patent RU 2180085 dated 04.04.2001.

4. Патент RU 2153137 от 29.06.1998.4. Patent RU 2153137 dated 06/29/1998.

Claims

1. Fan tower, consisting of a casing with the upper and lower tiers of the irrigator located in it, a droplet eliminator above the upper tier of the irrigator, an upper water distributor with sprinklers having nozzles directed to the upper tier of the irrigator located under the lower tier of the irrigator, having sprayers having sprinklers having providing opening of a torch of a spray at an angle less

, a line leading heated water to the upper and lower water distributors with upper and lower shut-off and control valves, a drainage basin in the lower part of the housing, characterized in that the upper water distributor is located between the upper and lower tiers of the irrigator, and the axis of the nozzles of the sprayers of the lower water distributor are directed to the drainage to the pool.

2. The fan tower according to claim 1, characterized in that the angle between the direction of the axes of the nozzles of the lower water distributor and the free fall acceleration vector is determined depending on the angle of the spray

where α _C is the angle between the direction of the axis of the nozzle and the gravitational acceleration vector;

α _f - the angle of the spray plume.

3. The fan tower according to claim 1, characterized in that at least one fan is installed in the casing in the lower part of the side wall of the housing.

4. The fan tower according to claim 1, characterized in that at least one fan is installed in the casing in the lower part of the side wall of the housing, and an air deflector is installed at the opposite wall at an angle to the horizontal plane not exceeding π / 4.

5. The fan cooling tower according to claim 4, characterized in that the air deflector is mounted on a shaft parallel to the side walls with the possibility of rotation in the bushings mounted in the walls of the cooling tower, the air duct is integrated in the side wall opposite the fan, while the air duct and the fan shell inclined section at an angle equal to the angle between the air deflector in its extreme positions and the horizontal plane.

6. The fan tower according to claim 1, characterized in that the fan is located in the upper part of the housing above the drip tray.