RU2196947C2

RU2196947C2 - Air conduit of chimney-type evaporative tower with turbulization of eddy flow

Info

Publication number: RU2196947C2
Application number: RU2001107483A
Authority: RU
Inventors: А.А. Соловьев; Р.И. Нигматулин; Н.В. Гусинская; Ю.Б. Малых
Original assignee: Соловьев Александр Алексеевич; Нигматулин Раис Искандрович; Гусинская Наталья Викторовна; Малых Юрий Борисович
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: air conduit of chimney-type evaporative tower with turbulization of eddy flow has wind-directing boards located in the leeward intake ports of the tower in a line tangent to the circumference inscribed in its base for creation of a turbulent eddy flow of air masses in the sprinkled space, a roughness with a different height and density of projections is produced on the surface of the wind-directing boards. EFFECT: enhanced heat efficiency of the chimney-type evaporative tower at cooling of circulating water by flows of cold water engageable with the evaporating water masses of circulating water from the condensers of the electric power station turbine. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетической, атомной и других отраслях промышленности, в которых используется эффект охлаждения рабочего тела конденсатора. The invention relates to the field of power engineering and can be used in the energy, nuclear and other industries that use the effect of cooling the working fluid of a condenser.

Известны конструкции тамбура башенной испарительной градирни, содержащие в области воздуховводных окон ветронаправляющие щиты, установленные под определенным углом к радиальному направлению основания башни градирни. Поверхность ветронаправляющих щитов в таких конструкциях стремятся изготовить с максимально возможной степенью гладкости. Вихревой поток, который эжектируется в подоросительное пространство, после прохождения таких щитов имеет сравнительно невысокий уровень турбулизации и потому не может обеспечить равномерного охлаждения испаряющейся воды во всем подоросительном пространстве. Known designs of the vestibule of the tower of the evaporative cooling tower, containing in the area of the air inlet windows wind guards installed at a certain angle to the radial direction of the tower base of the tower. The surface of the wind guide shields in such structures tend to produce with the highest possible degree of smoothness. The vortex flow that is ejected into the undergrowth space, after passing through such shields, has a relatively low level of turbulization and therefore cannot ensure uniform cooling of the evaporating water in the entire overgrowth space.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция тамбура башенной испарительной градирни, содержащая в области воздуховводных окон ветронаправляющие ширмы, между которыми установлены поворотные ветронаправляющие щиты. Недостаток известной конструкции заключается в том, что она не всегда создает увеличение тепловой эффективности процесса охлаждения оборотной воды. Это объясняется тем, что с помощью ветронаправляющих ширм последовательно по направлению движения корректируется и регулируется только закрученность потока, тогда как степень его турбулентности остается практически такой же, как у наружного воздуха. Поэтому, несмотря на увеличение длины пути холодного воздуха в испарительном пространстве градирни, глубина его проникновения ограничивается областью вихря. При ламинарности или слабой турбулентности потока, в отсутствие интенсивного беспорядочного перемешивания взаимодействие охлаждающего потока с испаряющейся влагой осуществляется неравномерно, оставляя некоторую часть пара без охлаждения, благодаря которому не достигается производительное испарительное охлаждения оборотной воды электростанций. При формировании в подоросительном пространстве башенной градирни вращающегося потока без турбулизации тепловой коэффициент полезного действия не удается поднять выше 20%. Closest to the claimed invention is the design of the vestibule of the tower evaporative cooling tower, containing wind guide screens in the region of the air inlet windows, between which rotary wind guide shields are installed. A disadvantage of the known design is that it does not always create an increase in the thermal efficiency of the process of cooling the circulating water. This is explained by the fact that with the help of wind-guiding screens only the swirling of the flow is sequentially corrected and regulated in the direction of movement, while the degree of its turbulence remains almost the same as that of the outside air. Therefore, despite the increase in the path length of cold air in the evaporative space of the tower, its penetration depth is limited by the vortex region. With laminarity or weak turbulence of the flow, in the absence of intense random mixing, the interaction of the cooling stream with the evaporating moisture is uneven, leaving some of the steam without cooling, due to which productive evaporative cooling of the circulating water of power plants is not achieved. When a rotary flow tower is formed in the undergrowth of a tower cooling tower without turbulization, the thermal efficiency cannot be raised above 20%.

Задачей изобретения является повышение теплового кпд башенной испарительной градирни при охлаждении оборотной воды потоками холодного воздуха, взаимодействующими с испаряющимися водными массами циркуляционной воды от конденсаторов турбины электростанции,
Технический результат достигается тем, что воздуховвод башенной испарительной градирни с турбулизацией вихревого потока выполняется в виде ветронаправляющих щитов с шероховатой (волнистой или бугристой) поверхностью, омывающейся эжектируемым потоком наружного воздуха. Шиты располагаются в подветренных входных окнах башни градирни, по касательной к окружности, вписанной в ее основание. Они предназначены для создания в подоросительном пространстве турбулизации вихревого течения воздушных масс, заключающейся в организации течения с различной степенью турбулентности, которая обеспечивается шероховатостью поверхности, имеющей разную высоту и густоту выступов.The objective of the invention is to increase the thermal efficiency of the tower evaporative cooling tower when cooling the circulating water with streams of cold air interacting with the evaporating water masses of the circulating water from the condensers of the turbine of the power plant,
The technical result is achieved by the fact that the air inlet of the tower evaporative cooling tower with turbulence of the vortex flow is made in the form of wind guiding shields with a rough (wavy or bumpy) surface, washed by the ejected stream of external air. The shields are located in the leeward entrance windows of the tower of the tower, tangentially to the circle inscribed at its base. They are designed to create in vaginal space turbulization of the vortex flow of air masses, which consists in organizing the flow with a different degree of turbulence, which is provided by the surface roughness having different heights and densities of the protrusions.

Сопоставительный анализ с прототипом и другими техническими решениями показывает, что заявляемая конструкция воздуховвода в башню испарительной градирни отличается тем, что ветронаправляющие щиты дополняются создаваемой на их поверхности шероховатостью. Таким образом, заявляемый воздуховвод соответствует критерию изобретения "новизна". A comparative analysis with the prototype and other technical solutions shows that the claimed design of the air inlet to the tower of the evaporative cooling tower is different in that the wind guards are complemented by the roughness created on their surface. Thus, the claimed duct meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed device from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг.1 приведена схема воздуховода. Она содержит ветронаправляющие щиты 1, ориентируемые с помощью поворотных устройств 2 под заданным углом по отношению к радиусу основания градирни. Внутренняя поверхность ветронаправляющих щитов представляет собой систему выступов 3 с различными высотой и густотой. Предлагаемый воздуховвод может быть изготовлен, например, путем нанесения на внутренней стороне ветронаправляющих щитов, выполненных из бетона, выступов в форме локальных возвышений поверхности разной высоты и различными расстояниями между их вершинами. Воздуховвод работает следующим образом. Поток наружного холодного воздуха 4, взаимодействуя с шероховатой поверхностью при перемещении внутрь градирни, приобретает тангенциальную составляющую скорости и заполняется турбулентными возмущениями различных пространственных и временных масштабов. Встречаясь с вертикальными потоками испаряющейся воды, он передает им приобретенный угловой момент и турбулентные возмущения, осуществляя путем пространственного перемешивания конденсацию и охлаждение вращающейся вокруг вертикальной оси паровоздушной смеси по всему объему подоросительного пространства. Figure 1 shows a diagram of the duct. It contains wind directional shields 1, oriented using rotary devices 2 at a given angle with respect to the radius of the base of the tower. The inner surface of the wind guide shields is a system of ledges 3 with different heights and densities. The proposed air inlet can be made, for example, by applying on the inner side of the windshield shields made of concrete, protrusions in the form of local elevations of the surface of different heights and various distances between their peaks. The air duct works as follows. The flow of external cold air 4, interacting with a rough surface when moving inside the cooling tower, acquires a tangential component of speed and is filled with turbulent disturbances of various spatial and temporal scales. Encountering vertical streams of evaporating water, he transfers the acquired angular momentum and turbulent disturbances to them, carrying out by spatial mixing the condensation and cooling of the steam-air mixture rotating around the vertical axis throughout the entire volume of the growing space.

Использование устройства позволяет увеличить выигрыш в тепловой эффективности охлаждения воздухом оборотной воды электростанций. Снижение температуры охлаждаемой воды достигается благодаря тому, что турбулизация потока в открытых системах при неустойчивом режиме движения воздуха приобретает несвойственную ей недиссипативную функцию. Поступающая в систему энергия вместо каскадного перехода от мелкомасштабных, гидродинамических движений к молекулярным начинает передаваться в основное течение, усиливая его интенсивность. Такого рода ситуации существуют в переходной зоне между ламинарным и турбулентным режимами течения. При обтекании поверхностей ветронаправляющих щитов в зависимости от числа Мизеса, характеризующего степень шероховатости, можно получить снижение гидродинамического сопротивления и увеличение скорости охлаждающего течения. Экспериментальная оценка тепловой эффективности на модели градирни с ветронаправляющими щитами, имеющими поверхность с различной степенью шероховатости, подтверждает этот вывод (см. фиг.2). Увеличение теплового кпд может достигать значений, превышающих в 1,5-2 раза минимум, соответствующий началу турбулизации вихревого потока. Таким образом, заявляемое изобретение, при прочих равных условиях, позволяет изменением шероховатости поверхностей, направляющих охлаждающий поток в подоросительное пространство градирен, существенно повышать интенсивность тепловой отдачи испаряющихся водных масс, которые поступают для охлаждения. Using the device allows you to increase the gain in thermal efficiency of air cooling of the recycled water of power plants. A decrease in the temperature of the cooled water is achieved due to the fact that the turbulization of the flow in open systems under an unstable mode of air movement acquires a non-dissipative function unusual for it. The energy entering the system instead of a cascade transition from small-scale, hydrodynamic to molecular motions begins to be transferred to the main flow, increasing its intensity. Such situations exist in the transition zone between the laminar and turbulent flow regimes. When flowing around the surfaces of wind guards, depending on the Mises number characterizing the degree of roughness, one can obtain a decrease in hydrodynamic resistance and an increase in the speed of the cooling flow. An experimental assessment of thermal efficiency on a model of a cooling tower with wind-guiding shields having a surface with a different degree of roughness confirms this conclusion (see figure 2). The increase in thermal efficiency can reach values that exceed 1.5-2 times the minimum corresponding to the onset of turbulence of the vortex flow. Thus, the claimed invention, ceteris paribus, allows you to change the roughness of the surfaces directing the cooling flow into the undergrowth of the cooling towers, to significantly increase the intensity of the thermal return of the evaporating water masses that come for cooling.

Claims

The air duct of the tower evaporative cooling tower with vortex flow turbulence containing wind directional shields located in the leeward entrance windows of the tower tower tangentially to the circle inscribed in its base to create a turbulent vortex flow of air masses in the undergrowth, characterized in that it is created on the surface of the wind directional shields roughness with various heights and densities of protrusions.