DE2436063B1

DE2436063B1 - Naßkühlturm in Schalen- oder Mantelkonstruktion

Info

Publication number: DE2436063B1
Application number: DE2436063A
Authority: DE
Inventors: Jean Nivelles Gilbert (Belgien); Heinz Dr.-Ing. 4630 Bochum Ruehl
Original assignee: Hamon-Sobelco-Gea 4630 Bochum GmbH
Current assignee: Hamon-Sobelco-Gea 4630 Bochum GmbH
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1975-12-18
Also published as: FR2279909A1; JPS5134444A; CH601757A5; ZA754728B; JPS545145U; FR2279909B1; BE831734A; ES439439A1; GB1517553A

Description

Kaltlufteinbrüchen oder in das Kühlturminnere gerichteten Luftwirbeln.

Bei vorgenannter Ausbildung der Kühlturmkrone werden bei den verschiedenen Windverhältnissen der der thermodynamischen Auslegung entsprechende Austrittsquerschnitt des Kamins eingehalten, eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des kondensatbeladenen aufsteigenden Luftstromes verhindert und das einzuhaltende Temperaturniveau im Kühlturminnern sichergestellt. Zum einen kommt es nicht mehr zu Kaltlufteinbrüchen. Zum anderen werden durch die Verengung des Austrittsquerschnittes des Kühlturms an dessen oberem Rand bei hohen Windgeschwindigkeiten gegebenenfalls entstehende Wirbel nach oben abgelenkt, wie an einer Leitfläche, und so Innenwirbel vermieden.

Die Erfindung sieht als zweckmäßige Ausführungsform vor, daß der Ausströmquerschnitt in der Ebene der Oberkante der Kühlturmkrone durch den ringartigen Einbau um mindestens etwa das Maß der diffusorartigen Erweiterung des Kühlturmmantels verengt ist. Hierbei kann es sich um eine Querschnittsverengung von mindestens 10 bis 15% handeln.

In manchen Fällen kann es zweckmäßiger sein, den Ausströmquerschnitt in stärkerem Maße zu verengen. Vorgesehen ist gemäß der Erfindung eine Verengung um maximal bis zu ungefähr 30%, so daß der Strömungsquerschnitt am oberen Rand noch ungefähr 70% des Kronenquerschnittes ausmacht

Eine vorteilhafte bauliche Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß an der Innenseite der Kühlturmkrone ein ringartiger Einbau U-örmigen Querschnittes vorgesehen ist. Dadurch wird an der Krone eine nach innen gerichtete, breite und tiefe Ringtasse gebildet, in welcher an der oberen Kante des Kühlturms entstehende Luftwirbel aufgefangen und in besonders vorteilhafter Weise nach aufwärts abgelenkt werden. Der wirtschaftliche Aufwand für die Herstellung dieses ringförmigen Einbaues ist im Vergleich zu den Gesamtkosten eines solchen Kühlturmes gering. Es kann unter Beibehaltung des vorzugsweise hyperbolischen Kühlturmmantels mit einem geringen zusätzlichen Aufwand eine wesentliche Verbesserung der aerodynamischen Verhältnisse an der Kühlturmkrone erzielt werden.

Die Ringtasse an der Kühlturmkrone kann auch durch einen Einbau winkelförmigen Querschnittes gebildet werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der der Turmmitte zugewendete Schenkel des U- oder winkelförmigen Querschnittes des Einbaues aufwärts gerichtet ist und daß seine maximale Höhe bis zu fünfmal größer ist als die Tiefe der Ringtasse. Die in der Ringtasse abgefangenen Wirbel werden dadurch in stärkerem Maße nach aufwärts abgelenkt.

Die Erfindung ist ferner darauf gerichtet, daß die radiale Breite und die axiale Tiefe des Querschnittes des ringartigen Einbaues in ein Verhältnis von 1 :1 bis 3 :1 gestellt sind. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die radialgerichtete Breite des Einbaues erheblich größer zu wählen als die axiale Tiefe des Einbaues.

Der ringförmige Einbau kann auf Grund seiner Größe in zweckmäßiger Weise begehbar sein, d. h. als Umgang ausgebildet werden. Die bekannten, im Bereich der Kühlturmkrone vorgesehenen Umgänge befinden sich ausnahmslos an der Außenseite des Kühlturmes; in diesem Fall kommt es aber bei Frosteinbrüchen zum Ansetzen von sich aus den Schwaden bildenden Eiszapfen, die bei den gewöhnlich großen Absturzhöhen gefährlich sind. Indem der ringförmige Einbau als Umgang ausgebildet ist, sind die bekannten, an der Außenseite des Kühlturmes vorgesehenen Umgänge entbehrlich. In der Folge kann es bei dem erfindungsgemäßen Kühlturm nicht zur Bildung der gefährlichen Eiszapfen kommen.

In manchen Fällen kann es ausreichen, wenn man den ringförmigen Einbau als Scheibe ausbildet. Ebenso ist es möglich, einen ringartigen Einbau mit spitzwinkeligem Querschnitt vorzusehen, bei dem der eine Schenkel eine kegelscheibenförmige Oberfläche bildet, die von der Schalenkante des Turmes nach innen hin ansteigt.

In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel des Naßkühlturmes und mehrere Querschnittsformen für den ringförmigen Einbau veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt einen Kühlturm in vertikalem Längsschnitt,

F i g. 2 zeigt Querschnitte für den ringförmigen Einbau.

Der Naturzug-Naßkühlturm gemäß F i g. 1 weist die Schale I, ein Stützenfachwerk, ferner Fundamente sowie das Wasserbecken 2 und das Rieselwerk 3 auf. Die Schale i bildet den hyperbolischen Kühlturmmantel. Sie ist als dünnwandige Betonschale errichtet, deren Mindestwanddicke z. B. 14 cm beträgt.

Der Ausströmquerschnitt 4 des Turmes ist unmittelbar im Bereich der Kühlturmkrone 5 durch einen vom Schalenrand einwärts gerichteten, etwa ringartigen Einbau 6 um ein erhebliches Maß verkleinert bzw. eingeengt. Dieser ringartige Einbau kann im Querschnitt verschieden ausgebildet sein und im einfachsten Fall die Form einer Ringscheibe aufweisen, die auf die Kühlturmkrone aufgesetzt oder in diese eingesetzt ist. Vorteilhafter ist die Verwendung eines ringförmigen Einbaues Li- oder winkelartigen Querschnittes, wie dies in F i g. 2 veranschaulicht ist, so daß eine breite, gegebenenfalls auch tiefe Ringtasse 7 gebildet ist.

Die Mindestbreite des Einbaues 6 kann etwa dem Maß der diffusorartigen Erweiterung der Schale entsprechen. Die maximale Breite kann ungefähr 30% des Strömungsquerschnittes überdecken bzw. einengen. Bei der U- bzw. winkelförmigen Ausbildung des Querschnittes des Einbaues ist der innere Schenkel 8 aufwärts gerichtet. Der Schenkel kann über das von der oberen Schalenkante 9 des Turmes gebildete Niveau erheblich hinausragen und bis zu fünfmal größer sein als die Tiefe χ der Ringtasse 7.

Die radiale Breite y und die axiale Tiefe χ des Querschnittes des Einbaues können gleich groß sein. Zweckmäßiger ist aber eine differenzierte Bemessung, wobei die Breite y etwa bis zu dreimal größer ist als die Höhe bzw. Tiefe χ der Ringtasse.

Bei dem vorstehend in seinem Aufbau beschriebenen Naßkühlturm verhindert der in der angegebenen Form und Größe in die Kühlturmkrone eingesetzte ringförmige Einbau 6 insgesamt oder zu einem wesentlichen Teil das Einfallen von Kaltluft in den Austrittsquerschnitt des Turmes. Ebenso wird das Einfallen abwärts gerichteter Luftwirbel in den Kühlturm ausgeschlossen, indem die bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten am oberen Rand des Kühlturmes gegebenenfalls auftretenden Wirbel nach oben abgelenkt werden. Durch die vorteilhafte strömungstechnische Kontur wird ein hoher Wirkungsgrad des Kühlturmes, und zwar auch bei stark schwankenden Windverhältnissen, gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Naßkühlturm mit einer nach bautechnischen Gesichtspunkten vorzugsweise in hyperbolischer Form festgelegten, oberhalb der Taille diffusorartig erweiterten Schale oder Mantel aus festem oder ähnlichem Baustoff, der mit natürlichem oder zwangsbewegtem Luftzug betrieben wird und im Unterteil ein Rieselwerk aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmquerschnitt (4) des Turmes unmittelbar im Bereich der Kühlturmkrone (5) durch einen vom Rand der Schale (1) bzw. des Mantels her einwärts gerichteten, etwa ringartigen Einbau (6) verkleinert ist, und zwar um das Maß des ganz oder teilweise Verhinderns von Kaltlufteinbrüchen oder in das Kühlturminnere gerichteten Luftwirbeln.

2. Naßkühlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmquerschnitt (4) in der Ebene der Oberkante (9) der Kühlturmkrone durch den ringartigen Einbau um mindestens etwa das Maß der diffusorartigen Erweiterung der Schale (1) verengt ist.

3. Naßkühlturm nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmquerschnitt in der Ebene der Oberkante (9) der Kühlturmkrone durch den ringartigen Einbau (6) um maximal bis zu ungefähr 30% verengt ist.

4. Naßkühlturm nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Kühlturmkrone ein ringartiger Einbau (6) U-förmigen Querschnittes vorgesehen ist.

5. Naßkühlturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einbau (6) an der Innenseite der Kühlturmkrone einen winkelförmigen Querschnitt aufweist.

6. Naßkühlturm nach Anspruch 4 bzw. 5, dadurch gekennzeichnet, daß der der Turmmitte zugewendete Schenkel (8) des U- oder winkelförmigen Querschnittes des Einbaues (6) aufwärts gerichtet ist.

7. Naßkühlturm nach Anspruch 4 bzw. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite (y) und die axiale Tiefe (x) des Querschnittes des ringartigen Einbaues in ein Verhältnis von 1 :1 bis 3 :1 gestellt sind.

8. Naßkühlturm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aufwärtsgerichtete innere Schenkel (8) des ringförmigen Einbaues über das von der oberen Schalenkante (9) des Turmes gebildete Niveau erheblich hinausragt.

9. Naßkühlturm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenschenkel (8) des ringförmigen Einbaues eine maximale Höhe aufweist, die bis zu fünfmal größer als die Tiefe (x) des Ringraumes (7) ist.

10. Naßkühlturm nach Anspruch 4 bzw. 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einbau (6) als Umgang ausgebildet ist.

11. Naßkühlturm nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einbau (6) als Scheibe ausgebildet ist.

12. Naßkühlturm nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringartige Einbau (6) bei spitzwinkeligem Querschnitt eine kegelscheibenförmige Oberfläche aufweist, die von der Schalenkante (9) des Turmes nach innen hin ansteigt.

Die Erfindung betrifft einen Naßkühlturm mit einer nach bautechnischen Gesichtspunkten vorzugsweise in hyperbolischer Form festgelegten, oberhalb der Taille diffusorartig erweiterten Schale oder Mantel aus festern oder ähnlichem Baustoff, der mit natürlichem oder zwangsbewegtem Luftzug betrieben wird und im Unterteil ein Rieselwerk aufweist.

Es handelt sich um einen Kühlturm, dessen den Kamin bildender Teil bevorzugt als dünnwandige Betonschale errichtet ist. Kühltürme dieser Gattung weisen in der Regel Höhen über 100 m, zum Teil sogar über 150 m, auf. Der Durchmesser kann mehr als 45 m, z. B. bis zu 120 m, betragen.

Die heute allgemein bevorzugte hyperbolische Form der Schale bzw. des Mantels des Kühlturmes ist das Ergebnis umfangreicher Entwicklungsarbeiten, bei denen jedoch allein bautechnische Gesichtspunkte und wirtschaftliche Erwägungen Eingang gefunden haben. Bei diesen Arbeiten wurden aerodynamische Überlegungen vernachlässigt. In der Folge genügt die hyperbolische Form nicht den aerodynamischen Erfordernissen, insbesondere nicht im Bereich der Kühlturmkrone. Die Strömungsverhältnisse an der Kühlturmkrone haben einen besonderen Einfluß auf die Arbeitsweise und den Wirkungsgrad des Kühlturmes. Die Strömungsverhältnisse an der Kühlturmkrone hängen wesentlich von den Wetterbedingungen, insbesondere von der Geschwindigkeit des Windes im Bereich der Kühlturmkrone, ab.

So treten bei Windstille oder kleinen Windgeschwindigkeiten aus wechselnden Richtungen an der Kühlturmkrone thermische Instabilitäten auf, die zur Folge haben können, daß sich im Innern des Kühlturmes zwischen die Innenseite des Kühlturmmantels und die vom im Kühlturminnern aufsteigenden Luftstrom mitgeführten Schwaden von oben her Kaltluft einschieben kann. Dies kann zu unerwünschten Einschnürungen des kondensatbeladenen aufsteigenden Luftstromes und zu weiteren Störungen im Betriebsverhalten führen. So bewirken die Einschnürungen eine Verringerung des effektiven Austrittsquerschnittes des Kühlturmes, womit es zu einer nachteiligen Beschleunigung des aufsteigenden Luftstromes innerhalb des Bereiches der Höhendifferenz, in dem die Kaltluft eingebrochen ist, und

schließlich zu einer Überschreitung der festgelegten Kaltwassertemperaturen kommt. Diese thermischen Instabilitäten rühren daher, daß der Druckgradient in der wärmeren Luft geringerer Dichte im Kühlturminnern dem Betrag nach kleiner ist als der Druckgradient in der Umgebungsluft.

Bei mittleren und großen Windgeschwindigkeiten gibt es weniger Kaltlufteinbrüche, sondern komplizierte Wirbelsysteme im Bereich der Kühlturmkrone, die den effektiven Austrittsquerschnitt des Kühlturmes ebenfalls verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem insbesondere nach bautechnischen Gesichtspunkten ausgebildeten Mantel vorzugsweise hyperbolischer Gestalt die aerodynamischen Verhältnisse im Bereich der Kühlturmkrone zu verbessern und insbesondere die beschriebenen Nachteile ganz oder zu einem wesentlichen Teil zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausströmquerschnitt des Turmes unmittelbar im Bereich der Kühlturmkrone durch einen vom Rand der Schale bzw. des Mantels her einwärts gerichteten, etwa ringartigen Einbau verkleinert ist, und zwar um das Maß des ganz oder teilweise Verhinderns von