DE3515441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilatorkühler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (GB-PS 7 00 872)

Bei einem aus der GB-PS 7 00 872 bekannten Ventilator­ kühler, bei dem die Kühleinrichtungen auf der Ein­ trittsseite des Ventilators angeordnet sind, dienen die als Diffusoren gestalteten Nachleitkörper zum Druckrückgewinn.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Ventilatorkühler mit Trockenkühlung und drückend angeordnetem Ventilator 2. Die Luft wird von unten angesaugt und über die Einlaufdüse 4 den Ventilatorflügeln 6 zugeführt. Die Luft strömt aus dem Ventilatorgehäuse 8 mit relativ hoher Geschwindigkeit (z. B. 15 m/s) aus. Die Ventilator- Abströmung wird im dachförmigen Raum 9 zwischen der Ventilator-Austrittsebene und Rippenrohren 10 weitgehend verwirbelt, welche in den zwei Dachebenen einer satteldachartigen Rippenrohranordnung verlaufen und von einem Dampfzuführungsrohr 12 im First ausge­ hend nach unten zu Kondensat-Sammelleitungen 14 sich erstrecken und von kondensierendem Wasserdampf bzw. zu kühlendem Wasser durchströmt sind. Durch die Verwir­ belung im Raum 9 gehen 20 bis 50% der Ventilator- Antriebsleitung verloren. Bei großen Kraftwerksanlagen bedeutet dies einen zusätzlichen Leistungsbedarf von 2 bis 20 MW. Die bisherigen Ausführungsformen verursachen auch eine ungleichförmige Geschwindigkeits­ verteilung 16 an den dachförmigen, mit Rippenrohren 10 belegten Flächen. Durch die Stauwirkung der Ventilator-Abströmung treten nahe dem First höhere Durchströmungsgeschwindigkeiten auf, während im unteren Bereich nahe den Kondensatsammelleitungen in Extremfällen sogar Rückströmung möglich ist. Die sehr teuren Rippenrohre werden daher nicht optimal mit Kühlluft versorgt.

Fig. 2 zeigt einen herkömmlichen Ventilatorkühler mit Naßkühlung und saugendem Ventilator 2′. In diesem Fall sind auf der Saugseite des Ventilators eine Wasserverteileinrichtung 22′ mit darunter angeordneten Füll- oder Rieselkörpern 24 und darüber angeordneten Tropfenabscheidern 26 angeordnet. 25 ist ein Kühlwasser­ becken.

Die Austrittsverluste erfordern bei derartigen Ventilator­ kühlern ebenfalls einen großen Zusatzaufwand an Ventilatorantriebsleistung, die in der Praxis zwischen 20% und 50% der Gesamtleistung liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator­ kühler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem das erste Medium mit geringem Leistungsaufwand auf Einrichtungen, wie Kühleinrichtungen, gleichmäßiger als bisher verteilt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Ventilator­ kühler der eingangs beschriebenen Art die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 vorgesehen.

Übliche Diffusoren bestehen aus schlanken, schwach divergenten Kanälen (Austrittswinkel in der Regel nicht größer als 12°), die bei einem Ventilatorkühler aufgrund der beengten räumlichen Verhältnisse nicht realisiert werden können.

Die durch die Nachleitkörper und das Ventilatorgehäuse gebildeten Strömungskanäle haben den Effekt, die kinetische Energie der Ventilator-Abströmung weitgehend zurückzugewinnen, so daß die hohen Abströmverluste vermieden werden.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen drückenden Ventilatorkühler läßt sich die Geschwindigkeitsverteilung an den im Abstrom angeordneten Kühleinrichtungen, wie Rippenrohranordnungen, weitgehend vergleichmäßigen, wodurch die Kühlleistung der Kühleinrichtung verbessert wird. Die Nachleitkörper wirken hier also als Zumeßeinrichtungen zum gleichmäßigen Zumessen der Abstromluft zu den entsprechenden Parteien der Rippen­ rohranordnung. Diese bisher nicht realisierte Zumeß­ funktion ist für das Erzielen einer guten, gleich­ mäßigen Kühlung besonders bedeutsam, und zwar auch unabhängig von einer Rückgewinnung der kinetischen Energie der Ventilatorabströmung durch einen Diffusor­ effekt. In der Fachwelt war man bisher davon ausgegangen, daß sich die Kühlluft in dem Raum zwischen Ventilator und Rippenrohranordnung aufgrund des dort auftretenden Druckverlustes gleichmäßig verteilt. Dies trifft nach den Feststellungen des Erfinders nicht zu. Vielmehr sorgen erst die Maßnahmen nach der Erfindung für die angestrebte Vergleichmäßigung.

Bei Anwendung der Erfindung bei einem saugenden Ventilator­ kühler läßt sich durch geeignete Gestaltung der Nachleitkörper eine höhere Geschwindigkeit durch die Kühleinrichtungen bzw. Tropfenabscheider als bisher erzielen, die für eine optimale Kühlwirkung sorgt.

In beiden Fällen wird folglich außer einer Minimierung des Leistungsbedarfs der Ventilatoren eine Verbesserung der Kühlleistung erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 in axialer Halbschnittdarstellung rechts und links von der vertikalen Mittellinie je eine unterschiedliche Ausführung der Ventilatoranordnung mit Nachleitkörpern;

Fig. 4 in einem Halbschnitt wie Fig. 3 eine weiter optimierte Ausführung der Nach­ leitkörper;

Fig. 5 die Abwicklung eines koaxialen Zylinder­ schnittes nach der Linie V-V in Fig. 3;

Fig. 6 in Halbschnitt (unten) und Draufsicht (oben) eine abgewandelte Ausführung einer Ventilatoranordnung mit Nach­ leitkörpern;

Fig. 7 eine Ventilatoranordnung mit Nachleit­ körpern bei einem Ventilatorkühler mit saugendem Ventilator;

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen schall­ dämpfend ausgebildeten Nachleitkörper;

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Ventilator­ austritt mit weiter abgewandelten Nachleitkörpern und

Fig. 10 eine Ventilanordnung mit gerad­ linigen Nachleitkörpern.

In der Figurenbeschreibung sind für gleiche Teile wie in Fig. 1 und 2 jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet.

Eine einfache Form einer Ventilanordnung mit drückendem Ventilator 2 und einer auf der Austritts­ seite des Ventilators 2 dachförmig angeordneten Lage von Rippenrohren ist in der rechten Hälfte der Fig. 3 gezeigt.

Unterschiedlich zu Fig. 1 ist der Austritt 11 des ringförmigen Ventilatorgehäuses 8 radial nach außen gekrümmt. Innerhalb des Austritts 11 ist ein Nachleit­ körper 7 in Gestalt eines ringförmigen Leitbleches angeordnet, das mit schwächerer Krümmung als der Austritt 11 radial nach außen gekrümmt ist. Das ring­ förmige Leitblech ist über radial angeordnete Stege 13 am Austritt 11 abgestützt. Zwischen diesem Austritt 11 und dem Leitblech ist ein sich diffusorartig erweiternder Kanal 15 gebildet. Ein ebensolcher Kanal 15′ ist zwischen der Innenfläche des Leitbleches und dem Austrittsteil 16′ des Ventilators 4 gebildet. Dieses Austrittsteil 16′ (und damit der Ventilator 2) ist über radiale Stege 13′ am Leitblech abgestützt. Durch die Kanäle 15, 15′ wird eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Kühleinrichtungen 10 in Form von Rippenrohren mit Kühlluft erzielt, so daß die Geschwindigkeitsspitzen der Geschwindig­ keitsverteilung 16 gemäß Fig. 1 abgeflacht und Rück­ strömungen im unteren Bereich der Rippenrohre vermieden sind.

In der linken Hälfte der Fig. 3 sind koaxial und radial innerhalb des Austritts 11 des Ventilatorgehäuses 8 radial gestaffelt drei Nachleitkörper 17, 18, 19 in Gestalt von ringförmigen Leitblechen vorgesehen, von denen jedes im Querschnitt gesehen radial weiter außen liegende Leitblech mit einer stärkeren Krümmung radial nach außen ausgebildet ist als das nächstliegende weiter innen liegende Leitblech. Die Leitbleche sind über Stege 20, 21, 22, 23 miteinander bzw. mit dem Austritt 11 des Venti­ latorgehäuses 8 sowie mit dem Austrittsteil 16′ verbunden.

Bei dieser Ausführung läßt sich ein größerer Teil der kinetischen Energie der Ventilator-Abströmung zurückgewinnen, und die Verteilung des Luftstromes über die ganze Höhe der Rippenrohre ist noch gleich­ mäßiger als bei der in der rechten Hälfte der Fig. 3 gezeigten Ausführung.

Allgemein läßt sich feststellen, daß mit zunehmender Anzahl von ringförmigen Nachleitkörpern die Verteilung der Kühlluft auf die Rippenrohre verbessert und wegen der Verringerung der Öffnungswinkel der Strömungs­ kanäle in Richtung der Strömung ein erhöhter Druckrückgewinn zu erwarten ist.

Eine in dieser Hinsicht optimierte Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt, welche den rechten Halbschnitt einer Ventilatoranordnung für einen drückenden Ventilator 2 zeigt. Der Einfachheit halber sind gleiche Bezugs­ zeichen wie in der linken Hälfte der Fig. 3 verwendet.

Es ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß hier die Nachleit­ körper 17, 18, 19 jeweils zwischen sich bzw. dem maximal nach außen gekrümmten Austritt 11 des Ventilator­ gehäuses 8 bzw. dem Austrittsteil 16′ des Ventilators 2 Strömungskanäle bilden.

In Anpassung an die Geschwindigkeitsverteilung hinter dem Ventilator 2 sind die Strömungskanäle hier so dimen­ sioniert (wie gezeichnet), daß die Kühlluftverteilung auf die Rippenrohre optimiert ist. Wenn beispielsweise ringförmige Leitkanäle gleich großen Rippenrohrab­ schnitten zugeordnet sind, lassen sich die Radien r₁, r₂ . . . r _n am Eintritt in das Leitsystem aus der Kontinuitätsgleichung bestimmen:

worin v die Axialgeschwindigkeit der Luft ist.

Jeder Leitkanal setzt dann die gleiche Kühlluftmenge durch. Die Austrittsöffnungen weisen zu den zuge­ ordneten Rippenrohrteilflächen hin.

Hierbei stellt sich das Problem, die Ausströmung aus dem zentrisch symmetrischen System des Ventilators 2 der Durchströmung durch das ebene System der Rippenrohr­ flächen zuzuordnen. Die konsequente Lösung dieses Problems würde zu einem äußerst komplizierten Leitsystem führen.

Orientiert man sich nach der zentrisch symmetrischen Geometrie des Ventilators 2, so liegt es nahe, ein zentrisch symmetrisches Leitsystem aus ringförmigen Leitkörpern zu entwerfen (vgl. Fig. 4). Orientiert man sich dagegen an den ebenen Rippenrohrflächen, wird man eher lineare Umlenkschaufeln vorsehen, wie sie Fig. 10 zeigen.

Um einen möglichst hohen Rückgewinn an kinetischer Energie zu erzielen, ist fernerhin darauf zu achten, daß die Divergenz der Einzelkanäle nicht die für gerade bzw. gekrümmte Diffusoren gültigen Grenzwinkel von ≃ 12° überschreitet; anderenfalls käme es zu Strömungsablösung und Druckverlusten. Bei dem stärker gekrümmten und stark divergenten Kanal in Fig. 4 ganz rechts ist es daher zweckmäßig, den Öffnungswinkel durch zusätzliche Leitringe zu reduzieren. Entsprechendes gilt auch für ein System linearer Leitkörper nach Fig. 10.

Wie in Fig. 4 angedeutet, führt diese Gestaltung zu einer sehr gleichmäßigen Verteilung der Luft über die Kühleinrichtungen 10 mit einer über deren ganze Höhe nahezu konstanten Geschwindigkeitsverteilung.

Die wie in Fig. 3 mit der Bezugszahl 13 bezeichneten Stege sind gemäß Fig. 5 räumlich gekrümmt. Sie weisen am Eintritt eine Umfangskomponente auf und sind am Austritt annähernd axial ausgerichtet. Im Querschnitt sind die Stege 13 wie übliche Tragflächenprofile gestaltet. Aufgrund dieser Gestaltung der Stege 13 läßt sich der Druckrückgewinn weiter steigern.

Eine besonders einfache Ausgestaltung ist in der Fig. 6 in Teildraufsicht und darunter in einem Halb­ schnitt gezeigt. Hierbei sind die weiterhin geschlossenen Ringe bildenden Nachleitkörper 29, 30, 31 jeweils aus in Draufsicht bzw. im Querschnitt geradlinig verlaufenden Segmenten zusammengesetzt (s. oberen Teil der Fig. 6). Diese Segmente sind für jeden Ring in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet. Benachbarte Ringe sind untereinander und mit dem zentralen Ventilator über radial verlaufende Stege 34 verbunden. Im Halbschnitt nach Fig. 6 ergibt sich etwa die gleiche Ansicht wie in der linken Hälfte der Fig. 3.

Die polygonförmigen Nachleitkörper 29, 30, 31 nach Fig. 6 sind nur einfach, d. h. nicht in zwei Richtungen gekrümmt und lassen sich deshalb leichter herstellen als die Nachleitkörper 7 nach Fig. 3. In beiden Fällen können die Nachleitkörper 7, 29, 30, 31 aus faserverstärktem Kunst­ stoff gespritzt sein, und zwar auch sektorenweise. So kann selbst in Fällen gefertigt werden, in denen die Nachleitkrümmer 7, 29, 30, 31 von kontinuierlich gekrümmten Ringen gebildet sind. Es lassen sich auch aerodynamisch optimierte und geometrisch komplizierte Formen kosten­ günstig herstellen.

Fig. 7 zeigt eine Ventilatoranordnung in einem Ventilator­ kühler mit saugendem Ventilator 2 gemäß Fig. 2, wobei auf der Austrittsseite Nachleitkörper 37 bis 39 angeordnet sind, die ähnlich den Fig. 3 bis 6 gestaltet und über Stege 13 verbunden sein können. Gezeichnet ist eine Ausführung, die im Schnitt ähnlich Fig. 6 ausgebildet ist.

Mit den äußeren Enden münden die Nachleitkörper 37, 38, 39 in einen hier anstelle einer Kühleinrichtung vorgesehenen Ablauf 40 für abgeschiedenes Wasser. Solches Wasser bildet sich durch in der Austrittsströmung vom Tropfenabscheider 26 mitgeführte kleine Tropfen, die den Tropfenabscheider 26 passieren konnten und an den Flächen der Nachleitkörper 37, 38, 39 abgeschieden wurden.

Neben der drastischen Verringerung der Austrittsverluste wird damit ein gewünschter Nachabscheideeffekt erzielt, wobei die in dem Ablauf 40 abge­ schiedene Flüssigkeit über ein Rohr 42 in das Kühl­ wasserbecken 44 des Kühlturms zurückgeleitet werden kann.

Bei den relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten (ca. 15 m/s) die im Ventilatoraustritt herrschen, muß damit gerechnet werden, daß sich große Sekundär­ tropfen bilden. Solche Tropfen entstehen durch Tropfen­ ablösung aus Flüssigkeitsfilmen, die sich aus den abgeschiedenen kleinen Tropfen gebildet haben. Auch solche großen Tropfen lassen sich bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 an den Flächen der Nachleitkörper 37, 38, 39 abscheiden, in dem Ablauf 40 sammeln und in das Kühlwasserbecken 44 über das Rohr 42 zurückführen. Eventuell könnte auch der Ablauf 40 als nachgeschalteter Tropfenabscheider ausgebildet sein.

Fig. 8 zeigt eine besondere Ausgestaltung der beschriebenen Nachleitkörper 37, 38, 39 bzw. ihrer Verbindungsstege im Querschnitt.

Ein Nachleitkörper 50 mit einem profilierten, in sich gekrümmten Leitblech ist mit im Abstand angeordneten Paaren von beidseitig an dem Leitblech angeordnete, davon wegragenden Vorsprüngen 52 versehen. Das Leitblech besteht aus einem starren Material wie Metall oder einem harten Kunststoff.

Die Vorsprünge tragen eine Matte 54 aus einem schall­ absorbierenden Werkstoff. Die Vorsprünge 52 und die Krümmung des starren Leitbleches sind so bemessen, daß sich ein tragflügelartiges, strömungsgünstiges Profil ergibt.

Fig. 9 zeigt eine weitere Abwandlung in Draufsicht. Dabei sind innerhalb des kreisrunden Austrittsrandes 60 eines Ventilators 2 auf der Austrittsseite der Ventilator­ flügel 4 einander gegenüber zwei Nachleitkörper 62, 62 symmetrisch zur Mittellinie 65 angeordnet. Die Nachleitkörper 62 sind über nicht gezeigte Stege mit dem Austrittsrand 60 des Ventilators 2 verbunden. An ihren freien Enden 66, 68 haben sie den größten Abstand und in ihrer Mitte 70 den kleinsten Abstand vom Aus­ trittsrand 60. Die Mitte 70 liegt den oberhalb angeord­ neten Rippenrohrlagen am nächsten, während die freien Enden 66, 68 am weitesten von den Rippenrohren entfernt sind. Dort ist also der gebildete Strömungskanal am breitesten, während er im Bereich der Mitte der Nachleitkörper 62 am engsten ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 10 sind bei einer Ventilator­ anordnung mit einem drückenden Ventilator 2 und darüber angeordneten Kühleinrichtungen 10 in Gestalt von Rippenrohren (wie in Fig. 3 und 4) in gleicher Richtung wie die Rippenrohr­ lagen geradlinig verlaufende Nachleitkörper 80 vor­ gesehen, und zwar gemäß der rechten Hälfte von Fig. 10 ein einziger Nachleitkörper 80 und gemäß der linken Hälfte von Fig. 10 zwei Nachleitkörper 82, 84. Der radial weiter innen liegende, obere Nachleitkörper 84 ist dabei um eine in Längsrichtung der Leitkörper, d. h. parallel zum Dampfzuführungsrohr 12 verlaufende Achse 85 schwenkbar angeordnet. Auf diese Weise kann die Ver­ teilung der Abströmung des Ventilators 2 auf die Rippen­ rohre nach Wunsch dosiert werden, beispielsweise um eine optimale Geschwindigkeitsverteilung über die Rippenrohre und damit eine optimale Kühlwirkung zu erreichen. Die Nachleitkörper 80, 82, 84 gemäß Fig. 10 sind besonders einfach herstellbar, beispielsweise durch kontinuierliches Strangpressen.

Claims (13)

1. Ventilatorkühler, bei welchem ein Ventilator ein erstes Medium, wie Luft, durch Einrichtungen, wie Kühleinrich­ tungen, zum Abkühlen eines zweiten Mediums, wie Wasser oder Wasserdampf, fördert und abstromseitig von den Ventilatorflügeln mindestens ein Nachleitkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachleitkörper (7; 17, 18, 19; 29, 30, 31; 37, 38, 39; 50; 62; 82, 84) zustromseitig von jeder Kühleinrichtung (10) angeordnet und so gestaltet ist, daß er das erste Medium auf die Kühleinrichtung (10) umlenkt und gleichmäßig verteilt.

2. Ventilatorkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nach­ leitkörper (7) von einem mit dem Ventilator (2) koaxialen Ring gebildet ist, der innerhalb des Austritts (11) des Ventilatorgehäuses (8) angeordnet und in Richtung zu seinem Austrittsrand hin radial nach außen gekrümmt ist, und daß auch der Austritt (11) des Ventilatorgehäuses (8) in Richtung zu seinem Aus­ trittsrand hin radial nach außen gekrümmt ist.

3. Ventilatorkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere koaxiale Ringe radial gestaffelt vorgesehen sind, wobei die Krümmung zum Austritts­ rand hin von Ring zu Ring radial nach außen fort­ schreitend stärker wird und der Austritt (11) des Ventilatorgehäuses (8) die stärkste Krümmung aufweist.

4. Ventilatorkühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Ring aus einer Anzahl geradliniger Segmente (32) zusammengesetzt ist.

5. Ventilatorkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein über seine Länge geradlinig verlaufender, gleichen Querschnitt aufweisender Nachleitkörper (80; 82, 84) vorgesehen ist, der in Richtung zu seinem Austritts­ rand hin radial nach außen gekrümmt ist.

6. Ventilatorkühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nach­ leitkörper (84) um eine in Richtung in seiner Längserstreckung verlaufende Achse (85) schwenkbar angeordnet ist.

7. Ventilatorkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nachleitkörper (7; 17, 18, 19; 31; 37, 38, 39) mit dem Ventilatorgehäuse (8) und/oder einem benachbarten Nachleitkörper und/oder einem Austrittsteil (16′) über Stege (13, 13′; 20-23; 34) verbunden sind.

8. Ventilatorkühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (13, 13′; 20-23; 34) als zur Austrittsöffnung hin gekrümmte Nachleitlaufschaufeln ausgebildet sind.

9. Ventilatorkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nachleitkörper (50; 80) ein tragflügelartiges Profil aufweist.

10. Ventilatorkühler mit saugendem Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nachleitkörper (37, 38, 39) mit seinem Austrittsrand in einen Ablauf (40) für das zweite Medium (Wasser) mündet.

11. Ventilatorkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Nachleitkörper (50) schalldämpfend ausgebildet ist.

12. Ventilatorkühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nachleitkörper (50) von einem steifen, profilierten Kernprofil und darauf aufgebrachten schallabsorbierenden Matten (54) gebildet ist.

13. Ventilatorkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des Ventilatorgehäuses (8) symmetrisch zur Ventilator­ mitte angeordnete Nachleitkörper (62) in Form von mehreren Profilen vorgesehen sind, die über ihre Bogenlänge stärker gekrümmt sind als der runde Ventilatoraustritt und den radial kleinsten Abstand vom Ventilatorgehäuse (8) an den den Kühleinrichtungen (10) zugewandten Seiten des Ventilator­ gehäuses und den radial größten Abstand an den von den Kühleinrichtungen (10) entfernten Stellen des Ventilatorgehäuses (8) haben.