Вентилятор для градирни

 

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к устройству вентиляторных градирен для охлаждения оборотной воды. Задачи (цель) изобретения - улучшение аэродинамических характеристик вентилятора, уменьшение потерь, а также снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду. Вентилятор для градирни содержит вал со ступицей, лопасти и привод. Новым в вентиляторе является то, что он имеет пилоны, установленные на каждой лопасти и выполненные в виде оболочек переменной кривизны. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к устройству вентиляторных градирен для охлаждения оборотной воды.

Известны лопасти вентилятора градирни, выполненные сужающимися к концу и содержащие лонжероны, соединенные с ними нервюры, стрингеры и обшивку, причем лонжероны выполнены в виде расходящихся от несущей оси продольных элементов, а каждый лонжерон состоит из двух пересекающихся в зоне усиленных нервюр половин, при этом находящиеся ближе к центру вращения вентилятора внешние части соединены с их концами и проложены вдоль лопасти (аналог) [1].

Однако аэродинамические свойства лопасти не позволяют в полной мере обеспечить эффективную работу вентилятора из-за перетекания потока рабочей среды вдоль лопасти.

Известен также вентилятор для градирни, содержащий корпус-обечайку, ось со ступицей, лопасти с лонжеронами и нервюрами. Лонжероны состыкованы со ступицей в одно целое. Смежные лонжероны соседних лопастей жестко скреплены друг с другом, причем узел их крепления соединен со ступицей. При непарном числе лонжеронов одной лопасти узел крепления смежных лонжеронов соседних лопастей соединен со ступицей посредством перемычки, а центральные лонжероны состыкованы в узловой точке, представляющей собой ступицу. При парном числе лонжеронов одной лопасти смежные лонжероны соседних лопастей соединены со ступицей без перемычки. Смежные лонжероны соседних лопастей с изгибом переходят друг в друга. Привод вентилятора осуществлен через эксцентрично расположенную относительно оси вращения шестерню привода, находящуюся в зацеплении с размещенным внутри втулки колесом (прототип) [2].

Известный вентилятор для градирни обладает следующими недостатками:

а) в процессе работы вентилятора потоки рабочей среды движутся из зоны большого давления в зону пониженного давления, происходит течение среды не только в требуемом направлении прокачки, но и вдоль лопасти, что приводит к потерям мощности вентилятора;

б) за вентилятором формируется неравномерный поток рабочей среды, что вызывает неэффективное использование расширяющейся части диффузора;

в) возникающий локальный по сечению поток обуславливает образование зоны пониженного давления, что способствует более интенсивному выбросу водяных паров в атмосферу;

г) вместе с водяными парами происходит выброс большого количества вредных веществ, содержащихся в рабочей среде, что приводит к ухудшению экологической обстановки.

Задачами (целью) настоящего изобретения являются улучшение аэродинамических характеристик вентилятора, уменьшение потерь, а также снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Указанные задачи достигаются тем, что вентилятор для градирни, содержащий вал со ступицей, лопасти и привод, имеет пилоны, установленные на каждой лопасти и выполненные в виде оболочек переменной кривизны. В частности, пилоны могут быть исполнены и расположены по архимедовой спирали в плоскости вращения вентилятора. В другом варианте кривизна каждого пилона выполнена в соответствии с радиусом окружности, соответствующим точкам их удаления от центра вращения вентилятора. Пилоны могут быть не только искривленными, но и плоскими. В частном случае пилоны изготовлены в виде оболочек нулевой кривизны, а именно в виде пластин. Пилоны могут иметь в плане форму в виде прямоугольника, параллелограмма, трапеции, круга, эллипса и других геометрических фигур или составными из их фрагментов, выбираемых в зависимости от режима работы вентилятора. Пилоны могут иметь различные углы расположения относительно плоскости вращения вентилятора. Так, пилоны расположены под определенным углом к плоскости вращения вентилятора, а в простейшем случае, перпендикулярно к указанной плоскости. Пилоны одной и той же лопасти могут иметь как разные размеры в плане, так и одинаковый размер. Желательно, чтобы пилоны, расположенные ближе к центру вращения, имели меньшую площадь поверхности в плане по сравнению с пилонами, расположенными на периферии. Как вариант исполнения, пилоны могут иметь на всасывающей стороне вентилятора большую площадь от общей площади в плане, нежели на выходе.

На фиг. 1 схематически представлена вентиляторная градирня с предлагаемым вентилятором;

на фиг. 2 представлена схема лопасти вентилятора градирни с пилонами одинаковой конфигурации и одинакового размера, расположенными параллельно оси вращения вала вентилятора и закрепленными симметрично относительно профиля лопасти;

на фиг. 3 приведен вариант крепления пластинчатого пилона к лопасти вентилятора;

на фиг. 4 представлен вариант непосредственного крепления пилона к лопасти;

на фиг. 5 приведена схема лопасти вентилятора с разновеликими пилонами, расположенными перпендикулярно плоскости вращения вентилятора и закрепленными симметрично относительно профиля лопасти;

на фиг. 6 представлена схема лопасти вентилятора градирни с пилонами, расположенными перпендикулярно плоскости вращения вентилятора и закрепленными несимметрично относительно профиля лопасти;

на фиг. 7 представлена схема лопасти вентилятора градирни с пилонами, расположенными под углом к плоскости вращения вентилятора;

на фиг. 8 - вид А по фиг. 2, 5 и 6;

на фиг. 9 представлен прямоугольный (в плане) пилон (сечение Б Б), одна сторона которого расположена параллельно плоскости вращения вентилятора, например, для вариантов по фиг.2 и 5;

на фиг. 10 представлен прямоугольный (в плане) пилон, одна сторона которого расположена под углом к плоскости вращения вентилятора;

на фиг. 11 - то же, для варианта по фиг 6;

на фиг. 12 представлен пилон в виде круга (в плане);

на фиг. 13 - пилон в виде эллипса (в плане);

на фиг. 14 - вентилятор с лопастями, на которых установлены пилоны, искривленные по окружностям с радиусами, соответствующими точкам удаления пилонов от центра вращения вентилятора;

на фиг. 15 представлен вентилятор с пилонами произвольной кривизны, расположенными с определенным углом атаки относительно направления вращения.

Вентилятор для градирни установлен на центральной стойке 1 градирни, которая состоит из корпуса 2, опорной части 3, водосборного бассейна 4, оросительной системы 5, водораспределителя 6 и каплеуловителя 7. Ступица 8 вентилятора жестко закреплена на валу 9, имеющем привод (не показан). На ступице 8 установлены лопасти 10, на каждой из которых закреплены пилоны 11. Пилоны выполнены в виде оболочек переменной кривизны. В частном случае они могут быть исполнены в виде оболочек нулевой кривизны, а именно пластин.

Пилоны в плане могут иметь форму в виде прямоугольника 12 (фиг. 9, 10, 11), круга 13 (фиг. 12), эллипса 14 (фиг. 13), параллелограмма, трапеции и других геометрических фигур или могут быть составлены из их фрагментов (составной пилон), выбираемых в зависимости от режима работы вентилятора градирни и конструктивных соображений. Некоторые из перечисленных геометрических фигур на чертежах не показаны. Поверхность (образующая линия) пилонов 11 ориентирована под определенным углом к плоскости вращения вентилятора, в простейшем случае - перпендикулярно плоскости вращения вентилятора.

Пилоны могут быть как одинакового (фиг. 2, 6, 7), так и разного размеров в плане (фиг. 5), то есть равновеликими и разновеликими. Желательно, чтобы пилоны, расположенные ближе к центру вращения, были выполнены с меньшей площадью поверхности в плане, чем площадь поверхности пилонов, расположенных на периферии.

Пилоны могут быть закреплены как симметрично (фиг. 2, 5, 7), так и несимметрично (фиг. 6, 11) относительно профиля лопасти (в зависимости от режима работы вентилятора). Как вариант исполнения вентилятора пилоны могут иметь на всасывающей стороне вентилятора большую площадь от общей площади в плане, нежели на выходе.

Пилоны 11 могут быть закреплены либо к лопастям посредством стыковочных уголков 15 и 16 (фиг. 3), либо непосредственно к лопастям (фиг. 4). Пилоны могут быть выполнены или однослойными (фиг. 3), или двухслойными без наполнителей (фиг. 4), или двухслойными с внутренним слоем наполнителя (трехслойными) в зависимости от необходимых жесткостных характеристик пилона на изгиб.

Прямоугольный в плане пилон может быть расположен таким образом, чтобы одна сторона была либо параллельна плоскости вращения вентилятора, либо под углом к указанной плоскости.

При выполнении пилонов с произвольной кривизной их обычно располагают с определенным углом атаки относительно направления вращения вентилятора. Пилоны могут иметь в плоскости вращения переменную кривизну, в частности, могут быть исполнены и расположены по архимедовой спирали.

При выполнении пилонов постоянной кривизны (с постоянным радиусом искривления) кривизна каждого из них выполняется в соответствии с радиусом окружности, соответствующим точке удаления конкретного пилона от центра вращения вентилятора.

Вентилятор градирни работает следующим образом.

Вращение от привода через вал 9 передается ступице 8 с лопастями 10. Лопасти 10 воздействуют на рабочую среду и прогоняют ее через внутреннюю полость градирни. При осуществлении рабочего процесса рабочая среда движется под некоторым углом к оси лопасти 10. Часть потока, двигаясь параллельно оси вращения вентилятора и обтекая профиль лопасти 10, создает полезный напор прокачки рабочей среды. Другая часть потока, пытающаяся двигаться вдоль продольной оси лопасти 10, задерживается от непроизводительного движения пилонами 11 и переориентируется в нужном направлении, создавая дополнительную полезную тягу и выравнивая плотность потока в поперечном сечении градирни. Таким образом, пилоны препятствуют перемещению потока рабочей среды вдоль лопасти, увеличивая коэффициент полезного действия вентилятора.

Для увеличения эффективности работы вентилятора при разных режимах работы пилоны 11 выполнены различной формы в плане с различными площадями в плане в пределах одной лопасти, углом установки, кривизной и конфигурацией. Такое исполнение пилонов 11 дополнительно выравнивает потоки, оптимизируя режимы работы вентилятора. В частности, криволинейное исполнение пилонов позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление самих пилонов, а исполнение и расположение пилонов, например, по архимедовой спирали значительно повышает напор прокачки за счет активной переориентации набегающего потока.

Таким образом, исключаются потери энергии на работу благодаря переориентации непроизводительной части потока в нужном направлении. Кроме этого, над вентилятором создается достаточно равномерное поле рабочей среды. Все это обеспечивает дополнительную тягу потока в градирне, уменьшает потери воды и выброс вредных веществ в атмосферу. Повышается эффективность охлаждения оборотной воды. Появляется возможность снижения частоты вращения вентилятора.

Годовой экономический эффект от использования данного изобретения составляет ориентировочно 690-1732 тысяч рублей на одну градирню (в зависимости от класса градирни).

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент Российской Федерации №2101640, М. Кл. F 28 С 1/00, опубл. 10.01.98 (Бюллетень №1).

2. Патент Российской Федерации №2123139, М. Кл. F 04 D 17/00, опубл. 10.12.98 (Бюллетень №34).

Формула изобретения

1. Вентилятор для градирни, содержащий вал со ступицей, лопасти и привод, отличающийся тем, что на каждой лопасти установлены пилоны, выполненные в виде оболочек переменной кривизны.

2. Вентилятор для градирни по п.1, отличающийся тем, что пилоны исполнены и расположены по архимедовой спирали в плоскости вращения вентилятора.

3. Вентилятор для градирни по п.1, отличающийся тем, что кривизна каждого пилона выполнена в соответствии с радиусом, соответствующим точкам их удаления от центра вращения вентилятора.

4. Вентилятор для градирни по п.1, отличающийся тем, что на каждой лопасти установлены пилоны, выполненные в виде пластин.

5. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны имеют в плане форму в виде прямоугольника.

6. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны имеют в плане форму в виде параллелограмма.

7. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны имеют в плане форму в виде трапеции.

8. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны имеют в плане форму в виде круга.

9. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны имеют в плане форму в виде эллипса.

10. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пилоны выполнены в плане составными из фрагментов геометрических фигур.

11. Вентилятор для градирни по любому из пп.4-10, отличающийся тем, что пилоны расположены под углом к плоскости вращения вентилятора.

12. Вентилятор для градирни по любому из пп.4-10, отличающийся тем, что пилоны расположены перпендикулярно плоскости вращения вентилятора.

13. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что пилоны каждой лопасти имеют разные размеры в плане.

14. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что пилоны каждой лопасти имеют одинаковый размер в плане.

15. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что пилоны, расположенные ближе к центру вращения, имеют меньшую площадь поверхности в плане по сравнению с пилонами, расположенными на периферии.

16. Вентилятор для градирни по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что на всасывающей стороне вентилятора пилоны имеют большую площадь от общей площади в плане, нежели на выходе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15