RU2656767C2

RU2656767C2 - Водосборный узел

Info

Publication number: RU2656767C2
Application number: RU2016122922A
Authority: RU
Inventors: Детлев Г. КРЁГЕР; Ханно Карл Рудольф РЁТЕР
Original assignee: Стелленбосский Университет
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2018-06-06
Also published as: EP3069094B1; WO2015071822A1; RU2016122922A; RU2016122922A3; JP2016539302A; US20160290745A1; US9897399B2; CN105917189A; CN105917189B; ZA201603207B; EP3069094A1

Abstract

Изобретение относится к области энергетики. Водосборный узел включает множество удлиненных желобов и связанных с ними наклонных захватных пластин, причем каждая захватная пластина выполнена с возможностью приема жидкости, контактирующей с ней на лицевой поверхности пластины, и направления жидкости в соответствующий удлиненный желоб, причем конструкция водосборного желоба отличается тем, что каждая захватная пластина имеет по существу вертикально отклоняющую пластину, проходящую вниз от ее верхнего участка на задней поверхности захватной пластины с тем, чтобы при использовании иметь возможность приема капель контактирующей с ней жидкости и направления этой жидкости в или на прилегающий желоб или захватную пластину, причем отклоняющая пластина проходит вниз, заканчиваясь у нижнего края, который расположен внизу указанной верхней области захватной пластины и отстоит в заднем направлении от задней поверхности наклонной части захватной пластины. Верхняя краевая область каждой захватной пластины и любой наложенной отклоняющей пластины изогнута внутрь по направлению к поверхности захватной пластины таким образом, чтобы перенаправлять поток воздуха, проходящий под уклоном между смежными захватными пластинами, в более вертикально ориентированное направление. Изобретение позволяет обеспечить эффективную конденсацию воды, снизить потребление энергии и утечку воды. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к водосборному узлу для использования в охлаждаемых воздухом теплообменниках, таких как градирни, которые оснащены заливной горловиной, через которую течет охлаждаемая вода, и теплообменниками, которые оснащены трубными пучками затопленного вида, такими, как те, что устанавливают в конденсаторах, дефлегматорах и подобных устройствах, по которым вода переносит тепло к трубам или от них.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Водосборный узел используют при производства теплообменников и устанавливают в градирни с противотоком для сбора и удаления воды, падающей со дна заливной горловины градирни или из пучка труб теплообменника.

Для градирен с принудительным воздушным охлаждением необходимы водосборные узлы, которые позволяют собирать воду, падающую из заливной горловины градирни или другого устройства водяного охлаждения, которые служат для переработки или утилизации воды эффективным способом.

Водосборные желоба используют в градирнях с принудительным воздушным охлаждением; в градирнях, в которых устранена дождевая зона для снижения мощности накачки; в оборудовании для испытания заливной горловины градирни с противотоком; и в испарительных теплообменниках затопленного типа для сбора и удаления воды, капающей из основания заливных горловин градирен или трубных пучков теплообменника, позволяя воде проходить через них вертикально.

Эффективная конденсация воды также снижает процент повреждений и длительность технического обслуживания вентиляторов и приводов, которые создают поток воздуха через теплообменник.

Неэффективная конденсация воды также может привести к увеличению потребления энергии и утечке воды, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду за счет загрязняющих веществ в воде.

Разработаны многочисленные водосборные узлы различного типа, некоторые из которых имеют довольно сложные геометрические формы. Некоторые из них чрезмерно увеличивают перепад давления поднимающегося вверх воздуха и тем самым увеличивают мощность, потребляемую одним или несколькими вентиляторами, которые индуцируют поток воздуха.

Некоторые водосборные узлы имеют множество параллельных желобов, проходящих в одном направлении под заливной горловиной градирни или трубного пучка с захватной пластиной для подачи воды вверх по уклону, нижний край которой выполнен с возможностью подачи воды, падающей на захватную пластину, в соответствующий желоб. Желоба и захватные пластины расположены таким образом, чтобы проходить по существу по всей площади под заливной горловиной или трубным пучком в зависимости от обстоятельств, с тем чтобы вся вода, которая капает из заливной горловины или трубного пучка, попадала на захватную пластину или непосредственно в желоб. В патенте США номер 4521350 описывается такая конструкция.

Трудность при использовании такой конструкции состоит в том, что капли воды, падающие на захватную пластину, как правило, разбрызгиваются, и по меньшей мере часть образованных брызг может упасть в область между желобами и, следовательно, не попадет на конструкцию из желоба и захватной пластины. По крайней мере в некоторых случаях это приводит к необходимости расположения второго уровня водосборных желобов и захватных пластин под первым.

Измерения, проведенные на существующем водосборном узле, состоящем из двух уровней желобов, установленном в оборудовании для испытания заливной горловины градирни, показали, что около 10% воды проходит через первый уровень желобов.

В типах дефлегматоров, которые используют в установках паровой конденсации, работающих во влажном режиме с испарительным охлаждением, водосборные узлы могут быть предусмотрены под трубными пучками с целью сбора сточных вод и активирования рециркуляции избыточного потока воды.

Существует потребность в водосборном узле, который будет способствовать устранению некоторых из проблем, упомянутых выше, по крайней мере, до некоторой степени.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с этим изобретением предложен водосборный узел, содержащий множество удлиненных желобов и связанных с ними захватных пластин для подачи воды вверх по уклону, причем каждая захватная пластина выполнена с возможностью приема жидкости, контактирующей с ней на лицевой поверхности пластины, и направления жидкости в соответствующий удлиненный желоб, причем конструкция водосборного желоба отличается тем, что каждая захватная пластина имеет в основном вертикально отклоняющую пластину, проходящую вниз от ее верхнего участка вдоль задней поверхности захватной пластины с тем, чтобы при использовании иметь возможность приема капель контактирующей с ней жидкости и направления этой жидкости в или на прилегающий желоб или захватную пластину, причем отклоняющая пластина проходит вниз, заканчиваясь у нижнего края, который расположен внизу указанной верхней области захватной пластины и отстоит в заднем направлении от задней поверхности наклонной части захватной пластины.

Дополнительные отличительные признаки изобретения предусматривают желоба и связанные с ними наклонные захватные пластины, которые должны быть разнесены друг от друга таким образом, чтобы верхний край каждой из захватных пластин располагался над нижней краевой областью прилегающей захватной пластины, что обеспечивает наклонные траектории потока воздуха между захватными пластинами; захватную пластину, которая всегда должна быть выполнена в виде восходящего расширения одной из стенок желоба; отклоняющую пластину, которая должна быть прикреплена вдоль верхнего края соответствующей захватной пластины; и верхнюю краевую область захватной пластины и любой наложенной отклоняющей пластины, которая должна быть изогнута внутрь по направлению к поверхности захватной пластины таким образом, чтобы перенаправлять поток воздуха, проходящий под уклоном между смежными захватными пластинами, в более вертикально ориентированное направление.

Кроме того, дополнительные отличительные признаки изобретения предусматривают водосборные желоба, все из которых должны быть расположены в одной и той же горизонтальной плоскости. В качестве альтернативы водосборные желоба могут располагаться вертикально в равномерном шахматном порядке во множестве вертикально расположенных горизонтальных плоскостей. В последнем примере доступная область для потока воздуха увеличивается между прилегающими желобами.

Каждый удлиненный желоб может быть открыт с любого или с каждого конца, чтобы обеспечить сток собирающейся в нем жидкости, как правило, в коллекторы или другие каналы для сбора жидкости. В качестве альтернативы желоб может иметь по меньшей мере одно выпускное дренажное отверстие по его длине.

Изобретением также предусматривается, во взаимодействии, водосборный желоб, как определено выше, установленный под заливной горловиной или трубным пучком градирни, или конденсатора, или дефлегматора.

С целью более доступного понимания сущности изобретения далее будут описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

на Фиг. 1 схематически изображена градирня с водосборным узлом в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 2 схематически изображен трубный пучок теплообменника с присоединенным к нему водосборным узлом в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 3 показан вид сверху части типа водосборного узла, включенного в конструкцию градирни или трубного пучка теплообменника, показанных на любом из Фиг. 1 или 2;

на Фиг. 4 показан вид с торца множества водосборных желобов в соответствии с изобретением, в котором желоба расположены в одной и той же горизонтальной плоскости;

на Фиг. 5 показан вид с торца множества водосборных желобов, которые расположены вертикально в шахматном порядке в двух вертикально расположенных горизонтальных плоскостях; и

на Фиг. 6 показан вид с торца множества водосборных желобов, в которых верхние краевые зоны захватных пластин и отклоняющих пластин имеют изогнутые внутрь верхние края.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СО ССЫЛКОЙ НА ЧЕРТЕЖИ

При применении настоящего изобретения, показанного на Фиг. 1, водосборный узел, в общем обозначенный цифрой (1), расположен под заливной горловиной (2) градирни, которая в общем обозначена цифрой (3), и может быть изготовлен из металла, пластмассы или экструзии металла. Градирня включает в себя отстойник (4) для сбора воды, циркуляционный насос (5) для подачи оборотной воды охлаждающей жидкости в процесс генерации тепла, в общем обозначенный цифрой (6), и установку (7) для распределения горячей воды в верхней части заливной горловины (2).

В качестве альтернативы при другом применении настоящего изобретения, которое показано на Фиг. 2, водосборное устройство (8), такое как дефлегматор или теплообменник с воздушным охлаждением, может быть установлено под трубным пучком (9) конденсационного устройства, такого как дефлегматор, обозначенный в общем виде цифрой (11).

В любом случае водосборный узел включает множество удлиненных желобов (12) и соединенных с ними наклонных захватных пластин (13), причем каждая захватная пластина выполнена с возможностью принимать контактирующую с ней жидкость на своей передней поверхности (14) и направлять жидкость в прилегающий удлиненный желоб.

Захватная пластина в любом случае расположена таким образом, чтобы желоба были разнесены от верхнего края (15) каждой из захватных пластин, будучи расположенными над нижней краевой областью (16) смежной захватной пластины, для определения наклонных траекторий (17) потока воздуха между захватными пластинами. Захватная пластина может быть выполнена в виде восходящего расширения одной из стенок желоба в каждом конкретном случае. Этот аспект расположения детально проиллюстрирован на Фиг. 3. Каждый удлиненный желоб может быть открыт с любого или каждого конца (18), чтобы обеспечить сток собранной в нем жидкости, как правило, в коллектор или другой канал (19) для сбора жидкости.

Как предусмотрено настоящим изобретением, по существу вертикально расположенная отклоняющая пластина (21) проходит вниз от верхней области, в данном случае от верхнего края (15), захватной пластины на ее задней поверхности (22) с тем, чтобы при использовании иметь возможность приема капель контактирующей с ней жидкости и направления этой жидкости в нижнюю область прилегающей захватной пластины или даже соединенного с ней желоба.

В этом случае верхняя область (23) захватной пластины по существу расположена вертикально, а отклоняющая пластина накладывается на верхнюю область и проходит вниз за ее пределы, заканчиваясь у нижнего края (24), который расположен внизу указанной верхней области и разнесен в заднем направлении от задней поверхности наклонной части захватной пластины. Как видно из Фиг. 4, такое расположение приводит к тому, что зазор между наклонными участками двух смежных захватных пластин сужается до некоторой степени, и с точки зрения устойчивости к восходящим потоком воздуха очень важно, чтобы нижний край отклоняющей пластины был расположен соответствующим образом. Для каждой конструкции будет предусматриваться индивидуальное предпочтительное положение нижнего края отклоняющей пластины.

Из Фиг. 4 также видно, что нижний край отклоняющей пластины расположен вертикально над нижней областью прилегающей наклонной захватной пластины таким образом, что капли, формирующиеся на отклоняющей пластине, могут стекать вниз и падать на нижнюю область захватной пластины или даже непосредственно в смежный с ней желоб.

В варианте изобретения, показанном на Фиг. 4, все желоба расположены на равной высоте по вертикали таким образом, что они лежат в одной плоскости в горизонтальном направлении.

В качестве альтернативы, как показано на Фиг. 5, водосборные желоба (31) могут быть расположены попеременно в вертикальном шахматном положении в вертикально смещенных горизонтальных плоскостях с захватными пластинами (32), все из которых расположены параллельно и имеют различную длину в направлении, в котором они распространяются таким образом, что все верхние концы (33) находятся в одной горизонтальной плоскости. В этом случае доступная область для потока воздуха увеличивается между смежными желобами.

Как показано на Фиг. 6, область (35) верхнего края захватной пластины (36) и любых наложенных отклоняющих пластин (37) может быть изогнута внутрь по направлению к лицевой и направленной вперед поверхности захватной пластины с тем расчетом, чтобы изменить направление движения воздуха, проходящего между захватными пластинами. Это изменение направления нацелено на то, чтобы перенаправлять воздух, проходящий под уклоном между смежными захватными пластинами, в более вертикально ориентированное направление.

При использовании устройства водяные капли, падающие под действием силы тяжести из заливной горловины градирни или из трубного пучка системы затопления, ударяются о захватные пластины и направляются в соответствующий желоб. Поскольку в данном случае поток воздуха, как правило, проходит в обратном направлении, чтобы охладить стекающую жидкость, некоторое количество воды может быть направлено к задней части захватной пластины и будет ударяться об отклоняющую пластину.

Из-за наличия отклоняющих пластин в задней части водосборного устройства вода, ударяющаяся об отклоняющие пластины, отсекается, что предотвращает ее контакт с задней частью наклонной захватной пластины (22). Вместо этого вода стекает вниз по задней части вертикальной отклоняющей пластины и попадает в прилегающий желоб. Капли воды, таким образом, направлены либо в желоб другого водосборного желоба, расположенного непосредственно за ним, либо на нижнюю область его захватной пластины. Таким образом, эта вода собирается в одном или другом желобе.

Могут быть разработаны многочисленные вариации описанного выше изделия в пределах объема изобретения.

Claims

1. Водосборный узел, включающий множество удлиненных желобов и связанных с ними наклонных захватных пластин, причем каждая захватная пластина выполнена с возможностью приема жидкости, контактирующей с ней на лицевой поверхности пластины, и направления жидкости в соответствующий удлиненный желоб, причем конструкция водосборного желоба отличается тем, что каждая захватная пластина имеет по существу вертикально отклоняющую пластину, проходящую вниз от ее верхнего участка на задней поверхности захватной пластины с тем, чтобы при использовании иметь возможность приема капель контактирующей с ней жидкости и направления этой жидкости в или на прилегающий желоб или захватную пластину, причем отклоняющая пластина проходит вниз, заканчиваясь у нижнего края, который расположен внизу указанной верхней области захватной пластины и отстоит в заднем направлении от задней поверхности наклонной части захватной пластины.

2. Водосборный узел по п. 1, в котором желоба и связанные с ними наклонные захватные пластины разнесены друг от друга таким образом, что верхний край каждой из захватных пластин расположен над нижней краевой областью прилегающей захватной пластины, чтобы определять наклонную траекторию потока воздуха между захватными пластинами.

3. Водосборный узел по п. 1, в котором каждая захватная пластина выполнена в виде восходящего расширения одной из стенок желоба.

4. Водосборный узел по п. 1, в котором отклоняющая пластина прикреплена вдоль верхнего края соответствующей захватной пластины.

5. Водосборный узел по п. 1, в котором верхняя краевая область каждой захватной пластины и любой наложенной отклоняющей пластины изогнута внутрь по направлению к поверхности захватной пластины таким образом, чтобы перенаправлять поток воздуха, проходящий под уклоном между смежными захватными пластинами, в более вертикально ориентированное направление.

6. Водосборный узел по п. 1, в котором все водосборные желоба расположены в одной горизонтальной плоскости.

7. Водосборный узел по п. 1, в котором водосборные желоба расположены в вертикально равномерном шахматном порядке во множестве вертикально разнесенных горизонтальных плоскостей.

8. Водосборный узел по п. 1, в котором каждый удлиненный желоб открыт с любого или с каждого конца, чтобы обеспечить сток собирающейся в нем жидкости в коллекторы или другие каналы для сбора жидкости.

9. Водосборный узел по п. 1, в котором узел установлен под заливной горловиной или трубным пучком градирни, конденсатора или дефлегматора.