Аэродинамический расчёт градирен

Аэродинамический расчёт производится как для вновь проектируемых градирен, так и при привязке типовых проектов градирен. Этот расчёт, как правило, должен предшествовать тепловому расчёту.

При проектировании новых градирен предварительно выбирают тип и конструкцию градирни, основные размеры градирни (или секции), размеры входных окон, воздухоподогревателя, оросителя, водоуловителя, водораспределителя, тип вентилятора (для вентиляторных градирен).

В результате аэродинамического расчёта необходимо установить соответствие аэродинамического сопротивления градирни давлению, развиваемому вентилятором при нормальной подаче, или напору, создаваемому вытяжной башней.

Полное аэродинамическое сопротивление градирни суммируется из сопротивлений: входа воздуха в градирню , воздухораспределителя , поворота воздуха в ороситель , внезапного сужения при входе воздуха в ороситель , оросителя , внезапного расширения при выходе из оросителя , водоуловителя , водораспределителя , входа воздуха в вентилятор :

, (4.1)

Величины сопротивлений определяются по формуле:

, (4.2)

где - коэффициент сопротивления элементов градирни;

- скорость воздуха в элементах градирни, м/с;

- средняя плотность воздуха в градирне, кг/м³.

Из всех элементов градирен широкому экспериментальному исследованию подвергались лишь оросители и водоуловители. Для них имеется большое количество данных для практических расчётов.

Коэффициент сопротивления воздухораспределителя определяется по формуле:

, (4.3)

где - длина воздухораспределителя (в противоточных градирнях половина длины воздухораспределителя), м.

Из всех элементов наибольшим сопротивлением обладает ороситель градирни, коэффициент сопротивления которого определяется по формуле:

, (4.4)

где - коэффициент сопротивления сухого оросителя;

- плотность орошения, кг/(м²с);

- площадь оросителя градирни в плане, м²;

- коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления оросителя при подаче воды, (м с)/кг;

- высота оросителя, м;

Метод вычисления сопротивления градирни как суммы входящих в него элементов является приближенным методом, поскольку не учитывает взаимного влияния элементов. Более точные результаты могут быть получены на основе данных аэродинамических исследований градирен в натуре. В результате этих исследований получены величины суммарных сопротивления градирен различных типов и конструкций .

При проектировании градирен, сходных с испытанными по типу, конфигурации и конструкции элементов, рекомендуются коэффициенты, полученные в аэродинамическом расчёте, и они приведены в табл. 4.1.

По результатам аэродинамического расчёта можно определить подачу вентилятора или расход воздуха через башенную градирню аналитически.

При этом графическую характеристику вентилятора представляют в виде формулы

, (4.5)

где - полное давление, развиваемое вентилятором, Па;

- расход воздуха, проходящего через градирню, м³/с;

- постоянные коэффициенты, значения которых для некоторых типов вентиляторов, применяемых на градирнях, приведены в .

Расход воздуха, проходящего через градирню, определяется также аэродинамическим сопротивлением градирни и вычисляется по известной зависимости.

Коэффициенты сопротивления градирен

Таблица 4.1

Тип градирни	Площадь оросителя , м2	Плотность Орошения	Коэффициент сопротивления
Отдельно стоящая вентиляторная Капельно-плёночная противоточная		1,25 – 1,39	31,2*
Секционная вентиляторная плёночная противоточная		0,83 – 4,02	85,3*
Секционная вентиляторная капельная поперечноточная		0,83 – 1,94	14,1*
Секционная вентиляторная капельная противоточная	16 – 60	1,11 – 1,94	50 – 70
Башенная капельная	до 50	0,56 – 1,40 – '' – – '' – – '' – – '' – – '' –	30 – 60 40 – 70 60 – 100 75 – 125 90 – 160 100 - 180
Башенная плёночная с вертикальными каналами	до 700	1,67 – 2,78	8 – 12
Башенная плёночная с наклонными Щитами и разрывами между досками	до 800	1,67 – 2,78	25 – 60

* Коэффициент сопротивления соответствует средней плотности орошения.

, (4.6)

где - сумма коэффициентов аэродинамических сопротивлений элементов градирни или коэффициент полного аэродинамического сопротивления градирни.

В условиях работы градирни , поэтому расчётная формула для определения подачи воздуха вентилятором имеет вид

, (4.7)

где

Средняя плотность воздуха в градирне может быть определена как среднее арифметическое плотности воздуха на входе и выходе градирни . Для вентиляторных градирен с достаточной степенью точности можно принять .

При вычислении все коэффициенты аэродинамических сопротивлений градирни можно отнести к скорости воздуха в горизонтальном сечении градирни на уровне оросителя, то есть скорости воздуха в оросителе . Это допущение не снижает точности расчётов, поскольку величина сопротивления оросителя составляет 85 – 92% полного аэродинамического сопротивления градирни. С учётом этого можно также посчитать по упрощённой зависимости.

; (4.8)

Здесь величины и являются постоянными для данной конструкции градирни и могут быть определены по формулам:

; (4.9)

; (4.10)

где - коэффициент аэродинамического сопротивления градирни без оросителя и другого технологического оборудования, принимается по рисунку 4.1 в зависимости от отношения площади входных окон к площади оросителя .

Рис.4.1. График зависимости от отношения :

1 - башенные градирни

2 – отдельно стоящие вентиляторные

3 – квадратные секционные

4 – прямоугольные секционные градирни.

В случае расчёта градирен при выключенном вентиляторе, а также башенных градирен, вместо давления, развиваемого вентилятором, определяется сила тяги по формуле:

, (4.11)

где - высота градирни от верха входных окон, .

Расход воздуха, проходящего через градирню с выключенным вентилятором или через башенную градирню, определяется по формуле:

, (4.12)

Наибольшие трудности в этих расчётах возникают при определении плотности воздуха на выходе из градирни . В рекомендуется использовать формулу Л. Микишки и Р. Рейнима:

, (4.13)

где и - постоянные коэффициенты, значения их приведены в таблице 4.2. Для уменьшения погрешности при вычислении разности , входящей в формулу (4.12), также вычисляют по аналогичной формуле . Энтальпии воздуха на входе и выходе из градирни , входящие в зависимости для и , берутся в .

Таблица 4.2

Значение коэффициентов и

, %
	4,69 6,66	4,72 6,68	4,75 6,68	4,78 6,69	4,81 6,70	4,84 6,69	4,76 6,56	4,69 6,44	4,58 6,21

При проектировании градирен без ориентации на типовые конструктивные решения оросителей расчёты можно вести в следующей последовательности.

1. Выполняется конструкторский тепловой расчёт градирни с определением площади оросителя в плане и высотой оросителя . При этом задаются плотностью орошения в рекомендуемых пределах для выбранного типа градирен и типа оросителя (прил. 1,2).

2. Определяют полное аэродинамическое сопротивление градирни по уравнению (4.1) или из выражения (4.6):

.

3. Для вентиляторных градирен определяют мощность, потребляемую вентилятором в расчётном режиме , кВт.

, (4.14)

где - число устанавливаемых вентиляторов;

- КПД вентилятора с редуктором и проводным электродвигателем, .

4. Для башенных градирен определяют высоту вытяжной башни , .

, (4.15)

где - приведённая высота оросителя, (рисунок 4.2).

Рис.4.2. К аэродинамическому расчету градирни.

Последняя цифра шифра	Температура наружного воздуха, tн.в., ºС	Относительная влажность наружного воздуха, φн.в.,%	Барометрическое давление наружного воздуха, В·10-4, Па	Площадь орошения градирни, Fор, м2	Предпоследняя цифра шифра	Паровая нагрузка конденсатора, Дк, т/ч	Давление пара в конденсаторе, Рк·10-3, Па	Температура воды на выходе из конденсатора, tвых, ºС
			9,94				5,6
			9,94				5,6
			9,94				5,6
			9,94				5,6
			9,94				7,4
			9,94				7,4
			9,94				7,4
			9,94				7,4
			9,94				9,6
			9,94				9,6

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Площадь оросителя, м2
Высота градирни, м
Форма оросителя в плане	Квадрат	Равносторонний многоугольник или прямоугольник	Равносторонний многоугольник
Высота подачи воды, м	6 – 7	7 – 8
Отношение площади выходного сечения башни к площади оросителя	0,3 – 0,4	0,25 – 0,3
Плотность орошения составляет 1,11 – 1,38 кг/(м2·с). Площадь входных окон должна составлять 1/3 и не опускаться ниже ¼ от площади оросителя.

Приложение 2

Площадь основания, м2
Средняя площадь оросителя, Fор, м2
Средний диаетр оросителя, Dор, м		28,2	31,9			48,3	50,8	56,3
Диаметр горла/диаметр устья башни, м	16,2/ 18,3	15,6/ 17,7	-/-	23,5/ 26,5	25,5/ 26,2	26,2/ 28,2	-/-	-/-	-/-
Высота градирни, Н, м		39,6	42,7	57,9	55,3	64,1	79,3	85,5	94,6
Ороситель капельный. Плотность орошения 1,110-01,38 кг/(м2·с). Высота подачи воды 8-9 м. Высота входных окон 2 – 3,7 м. Башня железобетонная.

Приложение 3

Значение величин h, , .

	При , °С
Значения , Дж/кг
0,3 0,5 0,7 0,9	31,225 38,731 46,308 53,959	32,927 40,91 48,974 57,12	34,702 43,21 51,262 60,505	36,548 45,633 54,822 64,117	38,402 48,07 57,855 67,761	40,264 50,522 60,912 71,439	42,267 53,211 64,306 75,556	44,278 53,211 67,725 79,705	46,299 58,642 71,176 83,905	48,398 82,432 74,814 88,351	50,574 64,489 78,647 93,056	52,897 67,728 82,834 98,223	55,233 70,994 87,064 103,454	57,582 74,284 91,334 108,7
	Значения (Для расчёта вентиляторных градирен), кг/м3
0,3 0,5 0,7 0,9	1,185 1,183 1,181 1,179	1,181 1,179 1,177 1,175	1,177 1,175 1,172 1,17	1,173 1,17 1,168 1,165	1,169 1,166 1,163 1,161	1,64 1,162 1,159 1,156	1,16 1,157 1,154 1,152	1,156 1,153 1,15 1,147	1,152 1,149 1,145 1,142	1,148 1,144 1,141 1,137	1,144 1,14 1,136 1,133	1,14 1,136 1,132 1,128	1,136 1,132 1,128 1,123	1,132 1,127 1,123 1,119
	Значения ,°С
0,3 0,5 0,7 0,9	11,6 14,2 16,7 18,9	12,3 17,6 19,9	15,9 18,5 20,9	13,8 16,7 19,4 21,9	14,5 17,6 20,3 22,8	15,2 18,4 21,2 23,8	19,2 22,1 24,8	16,7 25,8	17,4 20,8 23,8 26,8	18,1 21,6 24,8 27,7	18,8 22,4 25,8 28,7	19,5 23,3 26,6 29,6	20,2 24,2 27,6 30,6	20,9 28,4 31,5

Приложение 4

Среднесуточные параметры наружного воздуха

Пункты наблюдения	q1	φ1	Пункты наблюдения	q1	φ1
Астрахань Волгоград Нижний Новгород Иркутск Казань Краснодар Красноярск Санкт - Петербург	30,4 26,8 26,8 24,4		Москва Новосибирск Омск Екатеринбург Томск Тула Уфа Челябинск Тюмень	25,4 27,4 25,8 24,3 25,5 27,6

Приложение 5

Давление насыщенного водяного пара (Па)

Температура водяного пара	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8
Давление (интерполяция)
1	2	3	4	5	6

ЛИТЕРАТУРА

1. Бакластов А.М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 328 с.

2. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М.: Госэнергоиздат, 1957.

3. Гладков В.А., Арефьев Ю.И., Пономаренко В.С. Вентиляторные градирни. М.: Стройиздат, 1976. -216 с.

4. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Высшая школа, 1970.- 459 с.

5. Симонов В.Ф., Долотовская Н.В. Водоснабжение промышленных предприятий. Саратов, политехнический институт, 1982. - 78 с.

6. Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций. Л.: Энергия, 1972. - 111 с.

7. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник/ под общей ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 624 с.

8. Термодинамические процессы во влажном воздухе. Методические указания для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» авторы: Моисеев Б.В., Яблонский Ю.П. – Тюмень, ТюмГАСА,2002. – 21 с.