Материалы для изготовления градирен
Материалы для изготовления градирен обычно выбираются с учетом ожидаемого качества воды, климатической зоны и условий эксплуатации.
Деревянные градирни
В прошлом дерево широко использовалось для всех статических компонентов градирен, в основном на возводимых в полевых условиях башнях и иногда для градирен, собираемых в заводских условиях. Преобладали красное дерево и пихта, обычно с последующей обработкой под давлением с помощью консервирующих химических веществ на водной основе, как правило, антисептиками типа хром-медь-мышьяк (CCA) или других антисептиков на основе хромата меди. Эти микробицидные химические вещества предотвращают воздействие разрушающих древесину организмов, таких как термиты или грибки. Экологические ограничения на применение химикатов для обработки древесины, связанные с опасениями по поводу потенциального вымывания этих веществ в окружающую среду, а также различия в механических свойствах отдельных деревянных элементов конструкции практически свели на нет популярность древесины для изготовления градирен, и в значительной степени заменили ее пластмассами, армированными различными волокнами.
Градирни из металла
Оцинкованная сталь используется обычно для градирен небольшой и средней производительности. Горячее цинкование используется для более крупных сварных конструкций после их изготовления. Глубокое цинкование и кадмирование используются для основных (несущих) элементов конструкции градирен. Латунь и бронза выбраны для специального оборудования, фитингов и материала труб. Нержавеющие стали (в основном 301L, 304 и 316) часто используются в виде листов для элементов корпуса градирен, а также для изготовления приводных валов механических компонентов, работающих в исключительно агрессивных средах, или для продления срока службы градирен. Бассейны для охлажденной воды из нержавеющей стали становятся все более популярными. Чугун является обычным выбором для базовых отливов, ступиц вентиляторов, корпусов двигателя или редуктора, а также компонентов трубопроводной запорно-регулирующей арматуры. Металлы с покрытием из полиуретана и ПВХ используются выборочно для компонентов специального применения. Двухкомпонентные эпоксидные соединения и гибридные эпоксидные порошковые покрытия также используются для ключевых компонентов или градирен целиком.
Градирни из стеклопластика
Материалы из пластика, армированного стекловолокном (FRP) используются для таких компонентов градирен, как несущие элементы конструкции, трубопроводы, цилиндры и лопасти вентиляторов, корпусные детали, жалюзи и прочие конструктивные соединительные элементы. Полипропилен и акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) предназначены для литых деталей компонентов градирен, таких как стержни оросителя и водораспределительные форсунки. Поливинилхлорид (ПВХ) обычно используется для изготовления оросителей, каплеуловителей и элементов воздушных жалюзи. Усиленные пластиковые элементы трубопроводов, соединяемые с помощью неопреновых уплотнительных колец, используются также для различных уплотнительных элементов арматуры. Преимущества градирен из стеклопластика более подробно описаны здесь.
Композитные материалы. Приводные валы, изготавливаемые из композитных материалов на основе графита, в настоящее время используются в некоторых элементах градирен. Эти валы предлагают более прочную, устойчивую к коррозии альтернативу валам из стали/нержавеющей стали. Зачастую композитные валы менее дороги, допускают более высокие отклонения от соосности элементов и передают меньше вибрации.
Бетон, каменная кладка, плитка. Бетон, как правило, предназначен для бассейнов градирен с охлажденной водой, возводимых в полевых условиях, и применяется для строительства корпусов и других конструкционных элементов градирен высокой производительности, используемых в энергетической и перерабатывающей промышленности. Когда необходимо удовлетворить эстетическим соображениям, могут быть использованы специальные облицовочные материалы: плитка, каменная кладка и т.п.
Компоненты градирни
Общие требования к конструкции градирен
Конструкция градирни должна выдерживать длительные тепловые нагрузки, распределяемые на все ее компоненты, и вызванные такими внешними факторами, как циркуляция воды, противодействие атмосферным осадкам в виде снега и льда; плюс кратковременные нагрузки, вызванные ветром, техническим обслуживанием и, в некоторых районах, сейсмической активностью. Градирня должна сохранять целостность конструкции при различных внешних атмосферных условиях даже несмотря на постоянный поток капельной воды внутри. При проектировании градирни должны быть приняты во внимание широкий диапазон температур воды и атмосферного воздуха, а также коррозионные эффекты, возникающие при постоянной высокой влажности, в которой находятся все ее компоненты.
Если бы не тот факт, что конструкция градирни должна обеспечивать минимально возможное сопротивление свободному контакту воздуха и воды, решение вышеуказанных проблем было бы относительно несложным. Учитывая это главное требование, а также плюс постоянные вибрационные силы, возникающие при работе механического оборудования, необходимо постоянно иметь в виду необходимость внесения различных конструктивных изменений, которые являются специфическими для промышленного производства градирен. Хотя основные концепции проектирования градирен основаны на общепринятых конструкционных решениях, авторитетные производители градирен будут по мере необходимости модифицировать эти решения, чтобы компенсировать эффекты, которые, как иногда оказывается, не были предусмотрены первоначальным техническим решением.
Ниже будут рассмотрены основные структурные компоненты градирен, такие как бассейн для охлажденной воды, каркас, система распределения воды, вентиляторный блок, цилиндры вентилятора, опоры механического оборудования, оросители, каплеуловители, корпус и воздушные жалюзи. Для всех этих компонентов производители постоянно подбирают наиболее современные материалы, которые обеспечивают создание стабильной, надежной, долговечной конструкции и эффективной работы градирен.
Бассейн охлажденной воды
Бассейн градирни выполняет две принципиально важные функции: 1) сбор охлажденной воды после ее прохождения через градирню и 2) выполнение функций основного фундамента башни градирни. Поскольку бассейн также функционирует в качестве места сбора инородного материала, вымываемого из воздуха циркулирующей водой, он должен быть доступным для очистки, иметь приспособления для слива воды и фильтр для предотвращения попадания мусора во всасывающий трубопровод.
Типы бассейнов градирен
Градирни, устанавливаемые на уровне земли, почти всегда используют бетонные бассейны, что типично практически для всех крупных промышленных градирен. Градирни, устанавливаемые на возвышениях или на крыше, обычно оборудованы бассейнами, предоставленными производителем градирни, интегрированными в ее каркас. Типичные материалы, используемые для производства бассейнов охлажденной воды: окрашенная или нержавеющая сталь или пластик. В этих случаях производитель градирни обычно включает в себя сливную и переливную арматуру, клапан или клапаны подпитки, отстойники и экраны, а также приспособления для крепления.
Чтобы обеспечить правильное функционирование градирни, бассейн должен иметь устойчивое, ровное основание, причем фундамент должен быть заложен ниже глубины промерзания почвы в данном регионе. Деревянные башни могут быть оборудованы деревянными или стальными бассейнами с шпунтом и канавкой. Деревянные бассейны обычно имеют плоское основание, и оснащены углубленными отстойниками для облегчения работы циркуляционного насоса. Швы таких бассейнов герметизированы для предотвращения утечки. Фанерные бассейны обычно требуют значительно меньшего ухода, чем бассейны из углеродистой стали. Стальные бассейны могут быть изготовлены из углеродистой стали (оцинкованной или окрашенной) или из нержавеющей стали. Сборка таких бассейнов осуществляется сваркой или болтовыми соединениями. В последнем случае все соединения должны быть герметизированы. При сварке область сварного шва должна быть соответствующим образом обработана для защиты от коррозии. Будучи подверженными окислению, стальные бассейны требуют большего ухода и более чувствительны к качеству воды, чем деревянные бассейны.
Опора бассейна градирни
Для укрепления конструкции градирни, установленной над деревянным или стальным бассейном, обычно используется стальная или бетонная обрешетка. Конструкция обрешетки должна быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать общую рабочую массу градирни вместе с подводящими трубопроводами и массой циркулирующей воды, а также статические нагрузки, создаваемые лестницами, подиумами и т.п. Обрешетка также должна принимать различные динамические нагрузки, связанные, например, с ветром или подземными толчками, а также с вибрациями от находящихся поблизости механических устройств. Элементы обрешетки должны быть ровными и иметь достаточную прочность, чтобы исключить чрезмерное деформацию при всех указанных нагрузках.
Глубина бассейна градирни
Бассейны градирен имеют относительно неглубокую конструкцию, обычно глубину от 350 до 500 мм. Высокие борта бассейна проектируются выше рабочего уровня воды, поскольку бассейн должен вмещать общее количество воды, циркулирующей в контуре градирни, и которая собирается в бассейне при ее остановке. Бассейн должен быть достаточно глубоким, чтобы обеспечить достаточный гидравлический напор для спроектированного потока воды и для приема при отключении насоса циркулирующей воды и потенциального противотока. Помимо этого, бассейн может быть сделан достаточно глубоким, чтобы в нем можно было хранить резервный объем воды на случай перебоев с подпиткой, стабилизировать температуру воды при очень переменных нагрузках, или выступать в качестве дополнительного резервуара для питания системы противопожарной защиты.
Отстойники
Отстойники для градирен со стальными бассейнами обычно проектируются и поставляются изготовителем. Они должны иметь достаточную глубину, соответствующую напорно-расходным характеристикам насоса. Фильтрующие элементы выполнены в виде вертикальных экранов с квадратной сеткой 1/2", рассчитаны на скорость потока 0.35 м/с через открытую область экрана и удерживаются на месте для облегчения демонтажа в пазах, имеющихся в стенках поддона.
Очистные устройства бассейна градирни
Поскольку бассейн, это зона водяного контура с относительно низкой скоростью потока, любые механические частицы, находящиеся в воде или воздухе, попадающие в систему циркуляции воды, будут стремиться осесть на дне бассейна градирни, где образующийся ил может удаляться из системы либо периодически, либо непрерывно. Периодическое удаление осадка обычно происходит во время нормальных (плановых) интервалов отключения. Там, где ожидается непрерывное функционирование башен, специально расположенные перегородки бассейна могут позволить частичное отключение для проведения очистки или технического обслуживания.
Там, где это возможно, следует предусмотреть очистные устройства большой емкости. Чтобы обеспечить смывание осадка, пол бассейна должны иметь уклон 1/100 в сторону отстойников или водостоков, из которых ил может быть откачан или удален вручную.
Каркас градирни
Наиболее часто используемые материалы для каркаса возводимых в полевых условиях градирен - это дерево и бетон. Сталь редко используется для создания градирни на объекте. Градирни, собранные на заводе, в большинстве случаев имеют стальной каркас, хотя деревянная или стеклопластиковая конструкция все чаще используется для процессов, которые могут вызывать усиленную коррозию. Стандартная конструкция каркаса градирни проектируется для ветровой нагрузки примерно 150 кг/м2 однако, для специального применения, например, в сейсмически активных зонах, значение этой величины может быть принято более высоким.
Система распределения воды
Обычно, система трубопроводов и распределения воды внутри оболочки градирни устанавливается производителем. Трубопроводы, а также сопутствующие стояки, клапаны и элементы управления, которые находятся за пределами градирни, предоставляются и устанавливаются обычно подрядчиками, производящими монтаж системы. Диаметры и направление линий циркуляции воды между источником тепла и местоположением градирни обычно определяются ее типом, топографией и планировкой площадки. Линии могут быть скрыты под землей, чтобы минимизировать проблемы, связанные с тепловым расширением и замерзанием.
Типы и расположение. Конфигурация перекрестноточной градирни позволяет использовать систему распределения гравитационного потока, в которой подаваемая вода поднимается в распределительные бассейны горячей воды над оросителем, из которого она через дозирующие отверстия, расположенные в полу распределительного бассейна, самотеком проходит через ороситель.
С другой стороны, противоточные конфигурации как правило, требует использования давления типа системы закрытой трубы и форсунок. Гравитационные системы технологичны, удобны в очистке, обслуживании и легко балансируются. Однако, они оказывают пренебрежимо малое влияние на общую теплопередачу, но требуют несколько более высокого напора насоса. Системы распыления воды под давлением более подвержены засорению, их сложнее балансировать, чистить, обслуживать и заменять; однако они вносят значительный вклад в общую теплопередачу, имеют тенденцию к снижению напора насоса в градирнях большего размера.
Конструкция поперечноточной градирни допускает множество вариантов расположения внутреннего трубопровода, которые могут быть применены и для многоярусных градирен. Там, где позволяют скорости потока, можно использовать один стояк где-нибудь вдоль лицевой поверхности градирни, соединенной с коллектором производителя в верхней части башни.
Материалы распределительной системы
Распределительные системы подвергаются воздействию горячей воды и максимальной ее оксигенации. Следовательно, используемые материалы должны быть очень устойчивы как к коррозии, так и к эрозии. Исторически проверенными материалами являются оцинкованная сталь и чугун. Из-за относительно низких давлений, которым подвергается трубопровод градирни, использование различных типов пластиковых и полипропиленовых труб и сопел также стало признаком качества конструкции. За исключением относительно небольших диаметров, используемые пластиковые трубы обычно армированы стекловолокном.
Секция вентилятора градирни
Секция вентилятора считается частью несущей конструкции градирни, выступающей в качестве диафрагмы для передачи статических и динамических нагрузок на каркас. Конструкция секции также обеспечивает платформу для крепления диффузоров вентилятора, а также доступ к механическому оборудованию и водораспределительным системам. Материалы, из которых изготавливается секция вентилятора, обычно совместимы с каркасом градирни.
Диффузор вентилятора
Значительные теоретические изыскания, расчеты, моделирование и испытания связаны с проектированием и конструкцией диффузоров вентилятора, поскольку это устройство напрямую влияет на оптимальную подачу воздуха через градирню. Эффективность вентилятора может быть значительно снижена из-за неудачной конструкции диффузора и наоборот, значительно повышена благодаря оптимально выверенной конструкции диффузора.
Основные параметры, учитываемые при разработке диффузора вентилятора, включают в себя:
· минимальное гидравлическое сопротивление впускного отверстия для притока воздуха к вентилятору;
· минимальный зазор между диффузором и лопастями вентилятора;
· профиль лопаток крыльчатки вентилятором;
· достаточная структурная прочность для поддержания стабильного сечения и профиля для выхода воздуха.
Кроме этого диффузор должен обладать достаточной высотой для защиты обслуживающего персонала, либо съемной защитной решеткой. Все эти физические требования имеют практические ограничения, обычно контролируемые материалами конструкции. Армированный волокном пластик, из-за его формуемости, прочности, относительно легкого веса, стабильности и устойчивости к воде и атмосферным воздействиям, является предпочтительным материалом для изготовления диффузоров, контур и размеры которых обеспечивают идеальное движение воздуха в сочетании с минимальным шумом.
Вентиляторные диффузоры увеличенной высоты способствуют выпуску потока насыщенного воздуха на большую высоту, сводя к минимуму эффекты рециркуляции и гидравлического сопротивления. Эти особенно применимы для крупных промышленных градирен.
Элементы конструкции градирен
Каркас градирни не является абсолютно жестким даже на больших градирнях, в которых используются конструктивные элементы относительно массивного поперечного сечения. Принимая во внимание огромные центробежные силы, возникающие при работе вентиляторов с высокой мощностью привода, становится очевидным, что должны быть предусмотрены некоторые средства обеспечения постоянной фиксации механических компонентов на всем протяжении передачи крутящего момента: мотор-редуктор-вентилятор. Необходимо также обеспечить надежное крепление других компонентов механического оборудования градирни.
Для небольших вентиляторных градирен хорошо подойдут стальные сварные конструкции с усиленным структурным сечением. Однако силы, возникающие при работе более крупных вентиляторов, диктуют необходимость использования унифицированных опор большей сложности. Как правило, они состоят из больших толстостенных торсионных труб, приваренных к опорам из конструкционной стали.
Обычным материалом для этих унифицированных опор является оцинкованная горячим способом углеродистая сталь, или конструкция из нержавеющей стали, что намного дороже. Сочетание тяжелой конструкции и глубокой оцинковки после ее изготовления, обычно делает ненужной конструкцию из нержавеющей стали.
Оросители градирни
Одним из наиболее важных компонентов градирни является ороситель. От его свойств обеспечивать максимальную поверхность теплопередачи, так и от максимального времени контакта между воздухом и водой, зависит эффективность работы градирни. При этом, ороситель должен обеспечивать проход воздуха через градирню с наименьшим гидравлическим сопротивлением. Поэтому все большие средства и усилия вкладываются в исследования и разработку различных типов оросителей.
Большинство известных производителей градирен проектируют и производят оросители, специально предназначенные для используемых ими систем распределения воды, вентиляторов и конструкции, причем проводя комплексные испытания на объектах всех элементов во избежание снижения эффективности работы устройства при неправильно подобранном оросителе, даже если он показал отличные характеристики при его лабораторных испытаниях.
Двумя основными типами оросителей являются брызгальный тип и пленочный тип. Хотя любой из указанных типов оросителей может применяться как в градирнях с поперечным током, так и с противотоком, противоточные градирни все чаще и чаще оснащаются оросителями пленочного типа. Перекрестноточные градирни, с другой стороны, используют оба типа оросителей, причем иногда совместно.
Брызгальные оросители
Ороситель брызгального типа разбивает поток воды и прерывает его прямолинейное вертикальное движение, заставляя воду каскадно проходить через ряды установленных со смещением в горизонтальной плоскости препятствий. Таким образом, максимальное воздействие проходящего воздуха на поверхность воды достигается путем многократного перенаправления движения падающей воды и разбрызгивания ее на мелкие капли, а также смачивания поверхности отдельных элементов оросителя.
Брызгальный ороситель характеризуется уменьшенными потерями давления потока воздуха и не подвержен засорению механическими частицами. Однако он очень чувствителен к ненадежному креплению к каркасу градирни. Стержни и другие элементы оросителя должны оставаться горизонтальными. В случае их провисания вода и воздух будут проходить через ороситель с минимальным контактом, и тепловые характеристики процесса могут значительно ухудшаться.
Долгосрочная надежность работы требует, чтобы элементы оросителя были закреплены в точках, расположенных близко друг к другу, и чтобы материал, из которого изготовлены эти элементы, был бы настолько инертным, насколько это практически возможно. Из различных конфигураций брызгальных оросителей, используемых в настоящее время, сетчатые подвески из армированной стекловолокном пластмассы признаны имеющими самую долгосрочную положительную статистику.
Обработанные деревянные планки в течение многих лет преобладали в качестве материала для брызгального наполнителя и продолжают широко использоваться из-за их прочности, долговечности, доступности и относительно низкой стоимости. В настоящее время, однако, пластмассы стали преобладать. Элементы оросителя могут быть изготовлены любой формы литьем под давлением из полипропилена или аналогичных материалов, в которые могут быть добавлены компоненты для увеличения огнестойкости. Элементы оросителей из нержавеющей стали или алюминия иногда используются в стальных каркасных градирнях, к которым предъявляются особые требования по огнестойкости конструкции.
Пленочные оросители
Оросители пленочного типа преобразуют струи стекающей воды в тонкую пленку, которая движется вниз по большим вертикальным поверхностям, и тем самым обеспечивает максимальное взаимодействие с потоком воздуха. Этот тип оросителя обладает способностью обеспечивать более эффективную охлаждающую способность в том же пространстве градирни, но он чрезвычайно чувствителен к неравномерному распределению воды, и турбулентности потока воздуха, а также к засорению механическими частицами, содержащимися в воздухе. Общая конструкция градирни должна обеспечивать равномерный поток воздуха и воды по всей площади оросителя. Равномерное расстояние между листами оросителя также имеет первостепенное значение из-за тенденции воздуха идти по пути наименьшего сопротивления.
Поскольку листы пленочного оросителя расположены очень близко друг к другу, следует избегать использования его в ситуациях, когда оборотная вода может быть загрязнена. Пленочный ороситель может быть изготовлен из любого материала, который отформован в профилированные листы с поверхностью, сформированной в соответствии с требованиями конструкции, для оптимального распределения потоков воздуха и воды. Поскольку ПВХ инертен к большинству химических веществ, обладает хорошими прочностными характеристиками, имеет малый вес, низкую скорость распространения пламени и может легко принимать требуемую форму. В настоящее время он является наиболее популярным материалом.
Каплеуловители
Градирни, обеспечивающие наиболее тесный контакт между водой и воздухом в оросителе, обладают одним существенным недостатком, который заключается в том, что капли воды вовлекаются в выходящий воздушный поток. Эти полновесные капли воды называются «DRIFT», и их не следует путать ни с водяным паром, которым насыщен выходящий воздушный поток, ни с какими-либо каплями, образующимися в результате конденсации этого пара. Процент уноса воды в вид этих капель может существенно влиять на эксплуатационные свойства градирни.
Специально сконструированные каплеуловители удаляют захваченное потоком выходящего воздуха некоторое количество капель, которые всегда имеются в потоке циркулирующей в градирне воды. Результирующая центробежная сила отделяет капли воды от потока воздуха, осаждая их на поверхность каплеуловителя, с которой они стекают обратно в градирню. Хотя разработчики градирен стремятся избегать чрезмерных потерь давления при движении воздуха через каплеуловители, определенная величина перепада давления играет положительную роль, поскольку способствует равномерному потоку воздуха через ороситель.
Основной характеристикой каплеуловителя является количество изменений направления, или «проходов», по которым движется воздух. С увеличением количества проходов, обычно происходит увеличение величины гидравлического сопротивления. Каплеуловители могут состоять из двух или более проходов между профильными ребрами, расположенных в рамках, или могут быть сформированы в сотовую конструкцию с лабиринтными проходами. На некоторых градирнях, в которых используется ороситель пленочного типа, установлены каплеуловители, отлитые как одно целое с листами оросителя.
Поскольку каплеуловители должны быть такими же коррозионно-стойкими, как и ороситель, материалы, применяемые для оросителя, обычно включаются в конструкцию каплеуловителя, причем наиболее широко используются обработанная древесина и различные пластики (преимущественно ПВХ).
Еще в 1970-х годах возможным воздействием на окружающую среду капель воды (drift) из градирен были озабочены многие производители, которые стимулировала значительные исследования и разработки в технологии устранения этого эффекта. В настоящее время уровни уноса капель в небольших, более компактных градирнях, редко превышают 0,02% от общего расхода оборотной воды. В более крупных градирнях, уровни уноса капельной воды обычно находятся в пределах 0,008% при достижимых уровнях 0,001%.
Корпус градирни
Корпус градирни служит для удержания воды во внутреннем объеме, создания воздушной камеры для работы вентилятора и передачи ветровых нагрузок на каркас башни. Он должен иметь прочность мембраны, быть водонепроницаемым и устойчивым к коррозии, а также обладать высокой степенью огнеупорности. Он также должен противостоять атмосферным воздействиям и при этом должен иметь эстетичный внешний вид.
В настоящее время возводимые в полевых условиях деревянные или стальные рамы обшивают огнеупорными гофрированными полиэфирными панелями из армированного волокна, которые устанавливаются и герметизируются для предотвращения утечек воды и воздуха. В собранных на заводе стальных каркасах используются оцинкованные стальные панели.
Жалюзи градирни
Каждая хорошо спроектированная перекрестноточная градирня оснащена входными воздушными жалюзи, в то время как противоточные градирни могут не иметь их вовсе.. Цель жалюзи состоит в том, чтобы удерживать циркулирующую воду в пределах градирни, а также выравнивать поток воздуха при входе в ороситель. Они должны быть способны выдерживать снеговые и ледовые нагрузки и, при правильной конструкции, будут способствовать хорошей работе в холодную погоду, сохраняя увеличение потока воды рядом с воздухозаборниками, что необходимо для контроля образования льда. Жалюзи с крутым углом наклона лопастей, расположенные близко друг к другу, дают максимум воздушного потока, но при этом они имеют возможность увеличить расстояние между лопастями, уменьшить их угол наклона и регулировать количество подаваемого воздуха и одновременно с этим уменьшить количество водяных брызг, попадающих в атмосферу. Это их качество очень важно для управления образованием льда и обеспечения работы градирни в зимнее время.
Наиболее используемые материалы жалюзи - это гофрированный огнестойкий полиэфир, армированный волокнами, или оцинкованная сталь на стальном каркасе, собранном на заводе.
Доступ в градирню и меры безопасности
Доступ к различным компонентам градирни обычно зависит от рекомендаций производителя, тогда как соображения безопасности обслуживающего персонала являются результатом разумного толкования соответствующих нормативных актов.
На градирнях сравнительно небольшой высоты, где доступ для технического обслуживания может быть обеспечен с помощью мобильных платформ или переносных лестниц, стационарные лестницы и поручни безопасности не являются обязательными. Градирни большего размера обычно требуют некоторой формы постоянного фиксированного доступа к уровню (уровням) регулярного обслуживания. Стандартное оборудование на градирнях с механической тягой среднего размера обычно состоит из неподвижной вертикальной лестницы, которая может иметь защитное ограждение. Градирни с механической тягой большой производительности обычно снабжаются лестницами с широким доступом, изготовленными из материала, совместимого с конструкцией градирни. В любом случае, по периметру уровня доступа должны быть установлены прочные поручни, трапы и т.п.
Противоточные градирни должны быть оборудованы дверцами для доступа, расположенными чуть выше уровня бассейна холодной воды, чтобы обеспечить доступ к бассейну, и чтобы провести осмотр структурных внутренних частей градирни.
Механические компоненты градирни
Механическое оборудование градирни вынуждено работать в насыщенной влагой атмосфере с высоким уровнем коррозионной активности. Такая среда является обычной для промышленных градирен, а историческая интенсивность отказов коммерчески доступных компонентов заставляла известных производителей градирен самостоятельно производить эти компоненты. В настоящее время низкий уровень отказов поставляемых производителем градирен компонентов подтверждает это решение. Владельцы оборудования также извлекают выгоду из ответственности одного поставщика за гарантию и запасные части.
Механическими компонентами, которые являются основными для работы градирни, являются вентиляторы, редукторы для снижения частоты вращения вентиляторов, приводные валы и клапаны регулирования расхода воды.
Вентиляторы градирни
Вентиляторы градирни должны перемещать большие объемы воздуха эффективно и с минимальными вибрациями. Материалы, из которых они изготовлены, должны не только соответствовать их конструкции, но также должны быть способны противостоять коррозионным воздействиям окружающей среды, в которой должны работать вентиляторы. Важность высокой степени надежности и долговечности вентиляторов для работоспособности градирни с механической тягой заставляют всех производителей градирен и вентиляторов для них постоянно вкладывать огромные средства в разработки более эффективных и более надежных образцов.
Осевые вентиляторы
Эти вентиляторы, их еще называют вентиляторами пропеллерного типа, преобладают в производстве градирен с механической тягой из-за их способности перемещать огромные массы воздуха при относительно низких статических давлениях. Они сравнительно недороги, могут использоваться на градирнях любого размера и могут обеспечить высокую общую эффективность. Диаметры крыльчаток могут варьироваться от 600 мм до 10 метров. Вентиляторы диаметром 1200 мм и более оснащены лопастями с регулируемым шагом, что позволяет применять их в широком диапазоне рабочих производительностей. Таким образом, вентилятор можно отрегулировать так, чтобы он доставлял точное количество воздуха при минимальном потреблении энергии.
Скорость вращения осевого вентилятора обычно изменяется обратно пропорционально его диаметру. Вентиляторы меньшего размера вращаются с относительно высокой скоростью, тогда как вентиляторы большего размера вращаются несколько медленнее. Это соотношение скорость - диаметр, однако, ни в коем случае не является постоянным. Если бы это было так, угол наклона лопасти всех вентиляторов градирни была бы одинаковой. Обычно скорость вращения осевых вентиляторов определяется наилучшей эффективностью градирни. При этом некоторые вентиляторы, работая в обычном режиме, могут иметь линейную скорость на кромке лопасти до 70 м/с. Однако, следует иметь в виду, что более высокие скорости вращения напрямую связаны с уровнем шума.
Повышенное внимание к снижению эксплуатационных расходов градирен привело к использованию вентиляторов с большими диаметрами крыльчаток для более эффективного перемещения требуемых объемов воздуха. Многие исследования были направлены на разработку более эффективных конструкций лопастей, ступиц и диффузоров вентиляторов. Современные вентиляторы имеют малый вес, что позволяет избежать лишних затрат электроэнергии, и имеют меньшее число лопастей, но с оптимизированными размерами и профилем для уменьшения аэродинамического сопротивления. Кроме того, анализируются характеристики воздушного потока через градирню от входа до выхода и вносятся соответствующие корректировки в конструкцию, чтобы минимизировать гидравлические сопротивления оросителей и распределения воды, которые спроектированы и расположены таким образом, чтобы обеспечить максимальную равномерность потока воздуха и воды. Это пример так называемого «системного» подхода к проектированию вентиляторов, без которого невозможно достичь максимальной эффективности градирни.
Исторически литые алюминиевые сплавы были классическими материалами, используемыми для производства крыльчаток и лопастей вентиляторов этого типа. Лопасти из литого алюминия продолжают использоваться из-за их относительно низкой стоимости, хороших аэродинамических характеристик, низкого уровня вибрации и устойчивости к коррозии. В настоящее время более легкие лопасти с исключительной коррозионной стойкостью изготавливают из армированного стекловолокном пластика, отлитого в точных формах. Ступицы вентиляторов должны быть из материала, который структурно совместим с весом лопасти и нагрузкой, и должен иметь хорошую коррозионную стойкость.
Центробежные вентиляторы
Эти вентиляторы используются преимущественно на градирнях, предназначенных для размещения внутри зданий. Их способность работать при относительно высоких статических давлениях делает их особенно подходящими для такого типа применения. Тем не менее, они не могут обрабатывать такие же объемы воздуха, как осевые вентиляторы, а потребляемая мощность примерно в два раза больше, чем у осевых вентиляторов.
В градирнях используются три типа центробежных вентиляторов:
· вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед;
· вентиляторы с радиальными лопастями;
· вентиляторы с лопатками, загнутыми назад.
В зависимости от направления и скорости воздуха, выходящего из рабочего колеса, вентилятор может быть снабжен корпусом сравнительно небольшого размера, что желательно с конструктивной точки зрения. Кроме того, поскольку требуемая скорость создается при сравнительно низкой частоте вращения, лопастные вентиляторы с загнутыми вперед лопатками имеют меньшие уровни шума, чем другие центробежные типы. Центробежные вентиляторы обычно имеют конструкцию из листового металла, причем наиболее популярным защитным покрытием является горячее цинкование.
Редукторы
Оптимальная частота вращения вентилятора градирни редко совпадает с наиболее эффективной частотой вращения электропривода. Поэтому между двигателем и вентилятором должно быть установлено устройство, которое обеспечивает требуемую частоту вращения вентилятора и передает ему необходимую механическую энергию. В дополнение к снижению частоты вращения двигателя до надлежащей частоты вращения вентилятора устройство передачи энергии должно также обеспечивать основную поддержку вентилятора, демонстрировать долговременное сопротивление механическому износу и коррозии, а также вносить минимальный вклад в общий уровень шума градирни.
Снижение частоты вращения вентиляторов в градирнях достигается либо с помощью дифференциальных зубчатых передач (редукторов), либо клиноременными передачами с регулируемыми шкивами. Как правило, редукторы применяются в широком диапазоне передаваемой мощности вентилятора: от очень большого до всего лишь 5 л.с. С другой стороны, клиноременные приводы обычно применяются при номинальной мощности менее 50 л.с.
Редукторы доступны в различных конструкциях и передаточных числах для соответствия встречающимся в градирнях частотам вращения вентилятора и передаваемой механической мощности. Из-за своей способности передавать мощность при минимальных потерях наиболее широко используются спиральные конические и спиральные зубчатые передачи, хотя в некоторых конструкциях также используются червячные передачи. В зависимости от требуемого коэффициента снижения и входного крутящего момента может использоваться комбинация типов зубчатых передач для достижения «поэтапного» снижения частоты вращения. Как правило, двухступенчатые редукторы используются для больших вентиляторов с более медленным вращением, требующих мощность на входе более 75 л.с.
Долгий срок службы безотказной работы редукторов зависит в первую очередь от качества используемых подшипников. Подшипники обычно выбираются на расчетный срок службы, совместимый с ожидаемым типом и периодичностью обслуживания. Срок службы определяется как ожидаемый срок службы в часах, в течение которого не менее 90% данной группы подшипников будут по-прежнему находиться в эксплуатации при определенных условиях нагрузки. Это эквивалентно примерно 100 000 часов непрерывной работы.
Конечно, для долговечности и надежности работы редуктора аспекты смазки так же важны, как и материалы и качество компонентов, которые входят в его состав. Система смазки должна иметь простую несложную конструкцию, способную одинаково хорошо смазывать все детали при движении как в прямом, так и в реверсивном направлении. Дистанционные индикаторы уровня масла и удобное расположение линий заполнения и слива упрощают профилактическое техническое обслуживание. Использование смазочных материалов и процедур смазки, рекомендованные производителем, должны строго соблюдаться.
Клиноременные приводы вентиляторов
Это общепринятый вариант для небольших градирен, собранных на заводе. Правильно спроектированные и установленные и хорошо обслуживаемые клиноременные приводы могут обеспечить очень надежную эксплуатацию. Привод состоит из шкивов двигателя и вентилятора, корпуса подшипникового узла, поддерживающего вентилятор, и клиновых ремней.
Клиновые ремни (в отличие от зубчатых ремней) чаще всего используются для оснащения градирен. Доступны разнообразные конструкции клиновых ремней, предлагающие широкий ассортимент функций. Большинство из этих конструкций подходят для использования в градирнях.
Во многих случаях для передачи энергии от двигателя к вентилятору требуется более одного ремня. Несколько ремней должны поставляться либо как согласованные комплекты, измеряться и упаковываться вместе на заводе, либо в виде полосового ремня, имеющего более одного V-образного профиля на общей подложке.
Различные типы подшипников и корпусов подшипников используются вместе с клиноременными приводами. Как правило, подшипники скольжения используются на меньших узлах, а шариковые или роликовые подшипники - на больших. Во всех случаях рекомендуется использовать водоотталкивающие уплотнения для предотвращения попадания влаги в подшипник.
Ремни изнашиваются и растягиваются, а натяжение ремня должно периодически регулироваться. Средства для такой регулировки должны быть включены как часть узла крепления двигателя. Несоосность является одной из наиболее распространенных причин чрезмерного износа ремня и шкива. Иногда предусмотрены регулируемые вручную шкивы для изменения частоты вращения и статическое давление вентилятора.
Приводные валы вентиляторов градирни
Приводной вал передает механическую мощность от выходного вала электродвигателя на входной вал редуктора. Поскольку приводной вал работает внутри градирни, он должен быть очень устойчивым к коррозии. Вращаясь с частотой электродвигателя, он должен быть хорошо сбалансирован. Передавая полную мощность двигателя на значительные расстояния, он должен принимать огромный крутящий момент без деформации. Кроме этого при длительной циклической работе, он должен быть в состоянии принять на себя некоторую степень смещения от соосности.
Приводные валы обычно рассматриваются как «плавающие» валы, оснащенные упругими муфтами на обоих концах. Валы для крупных промышленных башен и те, которые будут работать в атмосфере, более способствующей коррозии, обычно изготавливаются из трубчатой нержавеющей стали. Различные муфты и фланцы, которые соединяют приводные валы с валами двигателя и редуктора, имеют литую или сварную конструкцию из различных материалов, совместимых с теми, которые используются для вала.
Упругие муфты, передавая механическую энергию от электродвигателя к редуктору, компенсируют незначительные отклонения от соосности. Подходящим материалом для использования в атмосфере градирни является неопрен, который не требует смазки и даже небольшого технического обслуживания. Превосходные эксплуатационные характеристики были показаны неопреновыми гибкими муфтами, как в виде втулок, так и в виде пропитанных неопреном дисков из ткани.
Очень важно, чтобы приводные валы были правильно сбалансированы. Дисбаланс не только вызывает вибрацию всей градирни, но также оказывает более высокие нагрузки и вызывает чрезмерный износ механического оборудования, соединенного с валом. Большинство приводных валов градирни работают с частотой вращения, приближающейся к 1800 об/мин. Поэтому крайне необходимо, чтобы валы были динамически сбалансированы, чтобы свести возникающие вибрационные эффекты к минимуму.
Запорно-регулирующая арматура
Типы запорно-регулирующей арматуры, требуемое количество и особенности конструкции определяются типом и размером градирни, а также техническим заданием пользователя.
Запорные вентили
Обычно это заслонка или «бабочка». Они используются как в противоточных, так и в поперечноточных градирнях для остановки потока воды в конкретном стояке для проведения обслуживания. Как правило, запорные вентили расположены в той части трубопровода, за которую отвечает пользователь. В более сложных конструкциях градирни запорные вентили могут быть встроены во внутреннюю распределительную систему и предоставлены производителем градирни. В этих случаях вентили с задвижкой успешно используются при относительно низких давлениях в контуре.
Вентили управления потоком
Обычно в конструкции градирен, поскольку эти вентили выходят в атмосферу, они являются концевыми, а не встроенными вентилями. Они используются на в поперечноточных градирнях для выравнивания потока между распределительными бассейнами градирни, а также между ячейками многоячеистой градирни. Правильно спроектированные, они могут использоваться для перекрытия потока в выбранные распределительные бассейны, для промежуточной очистки и технического обслуживания, пока остальная часть башни продолжает работать.
Вентили подпитки
Это вентили используются для автоматического пополнения объема воды в контуре при нормальных потерях воды в системе. Обычно они предоставляются производителем, где бассейн для сбора холодной воды является частью конструкции градирни. В противном случае установка системы подпитки остается на усмотрение пользователя.
Меры безопасности
Вентиляторные диффузоры высотой менее 1,8 м должны быть оснащены подходящими ограждениями для защиты обслуживающего персонала. Приводные валы должны работать в пределах защитных ограждений, чтобы предотвратить соприкосновение приводного вала с вентилятором в случае выхода из строя муфты. Вал двигателя и внешняя муфта приводного вала должны находиться либо в пределах объема диффузора вентилятора, либо заключены в специальный защитный кожух.
Электрические компоненты
Электроприводы
Электродвигатели используются почти исключительно для привода вентиляторов градирен с механической тягой, и они должны быть приспособлены к надежной работе в чрезвычайно неблагоприятных условиях. Высокая влажность, создаваемая внутри башни, плюс естественные элементы дождя, снега, тумана, пыли и химических паров, присутствующих на многих объектах, где используются градирни, в совокупности создают очень агрессивную рабочую среду.
Корпуса двигателей
Два основных типа корпусов двигателей: открытые и полностью закрытые. В открытом двигателе внутри корпуса наружный воздух циркулирует для его охлаждения, тогда как в закрытом двигателе попадание наружного воздуха внутрь корпуса полностью исключено. Оба типа двигателей доступны в различных диапазонах мощности.
Конструкция электродвигателя
Трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее часто применяются для градирен. Они не имеют переключателей, щеток или конденсаторов других конструкций и, следовательно, требуют несколько меньшего технического обслуживания. Производители градирен поставляют электродвигатели, которые имеют повышенные стандарты качества. Эти двигатели обычно приобретаются по спецификациям, разработанным после всесторонних натурных испытаний.
Двухскоростные двигатели
Двухскоростные двигатели для привода вентилятора имеют конструкцию с переменным крутящим моментом, в которой крутящий момент изменяется непосредственно в зависимости от частоты вращения, причем 1800/900 об/мин являются наиболее распространенными значениями. Каждая градирня требует определенного рассмотрения вопроса об использовании двухскоростных двигателей. Независимо от того, работают ли они сезонно или круглогодично, будут периоды, когда пониженная тепловая нагрузка, или пониженная температура окружающей среды, позволят достичь удовлетворительных температур холодной воды с вентиляторами, работающими с низкой частотой вращения.
Кроме того, поскольку работа в ночное время обычно сопровождается снижением температуры окружающей среды, некоторые операторы градирен используют двухскоростные двигатели, чтобы исключить повышенный уровень шума в ночное время.
Изоляция двигателя
Одним из наиболее важных факторов, способствующих увеличению срока службы электродвигателя, является качество изоляции. Электродвигатель должен выдерживать термическое старение, загрязненный воздух, влагу, пары агрессивных газов, напряжения расширения и сжатия, механические вибрации и удары, а также электрические напряжения. Стандартные электродвигатели имеют изоляцию, рассчитанную на максимальную высоту 1000 м над уровнем моря и максимальную температуру окружающей среды 40 °C.
Нагреватели двигателя
Хотя изоляция, используемая в двигателях градирни, считается негигроскопичной, она медленно впитывает воду и, в той степени, в которой это происходит, ее изоляционные характеристики снижаются. Кроме того, конденсация влаги на поверхностях изоляции может привести к утечке тока между витками обмотки. Из-за этого желательно всегда держать внутреннюю часть двигателя сухой.
Это можно сделать, поддерживая температуру внутри двигателя на 5-10°C выше, чем температура снаружи. Двигатели в непрерывном режиме работы будут нагреваться за счет тепловых потерь в самом двигателе, но при работе электродвигателя на холостых оборотах требуется подача дополнительного тепла для поддержания этой желаемой разницы температур и предотвратить выпадение конденсата.
Одним из рекомендуемых методов добавления тепла является использование электрических обогревателей, мощность и размеры которых установлены изготовителем двигателя.
Управление электроприводом
Контрольные устройства и подводящие питание кабели, ответственность за которые обычно ложится на собственника градирни, также могут находиться в сложных условиях эксплуатации. Устройства управления служат для запуска и остановки электродвигателя вентилятора, а также для защиты его от перегрузки или сбоя электропитания, что помогает обеспечить непрерывную надежную работу градирни. Различные защитные устройства, элементы управления и корпуса, требуемые большинством электрических кодов, описаны в следующих параграфах. Во всех случаях двигатели и блоки управления должны быть заземлены.
Плавкий предохранительный выключатель или автоматический выключатель
Это устройство предоставляет средства для отключения контроллера и двигателя от силовой цепи.
Разъединитель без плавкого предохранителя
Этот выключатель требуется на градирне только в том случае, если плавкий предохранительный выключатель или автоматический выключатель не могут быть заблокированы в разомкнутом положении или не могут быть расположены вблизи электродвигателя.
Ручной и магнитный пускатели
Эти элементы управления запускают и останавливают электродвигатель. Они также защищают двигатель, устройство управления двигателем от чрезмерного нагрева, вызванного низким или несбалансированным напряжением, перегрузкой, и слишком частыми пусками.
Контрольные шкафы
Типы шкафов, наиболее часто используемые в сочетании с градирнями, следует выбирать в соответствии с действующими нормативами (например, ПУЭ-7).
Кабельная разводка
Проектирование системы электропроводки для подключения к источникам электропитания вентиляторов, насосов и органов управления градирни является обязанностью Владельца. Как правило кабели, подключаемые к двигателям, должны быть рассчитаны на 125% тока полной нагрузки двигателя. В обычной системе со стандартными компонентами даже более крупные вентиляторы градирни разгоняются менее чем за 15 секунд. В течение этого пускового цикла, хотя ток двигателя составляет приблизительно 600 процентов от тока полной нагрузки, временные задержки в защитных устройствах от перегрузки не позволяют им разорвать цепь. Конструкция системы проводки должна учитывать соответствующие данные о доступном электропитании (фактическое значение напряжении, а также его стабильность), длине линии от источника питания к подключаемому оборудованию, и его паспортную мощность.
Задержка пуска электроприводов
Высокий пусковой ток, возникающий при запуске двигателя, вызывает появление избыточного тепла в обмотках и отрицательно влияет на изоляцию. По этой причине количество циклов пуска-останова или изменения частоты вращения электропривода вентилятора должно быть ограничено, чтобы было достаточно времени для отвода этого избыточного тепла и снижении температуры внутри корпуса. Как правило, время работы двигателя в режиме пуска в течение 30 секунд в час не должно превышаться. То есть система с вентилятором, для которой требуется 15 секунд для достижения полной частоты вращения, будет поэтому ограничена двумя полными запусками в час. Меньшие или более легкие вентиляторы, с меньшей инерцией, допускают большую частоту пусков.
Мы рады, если данная статья оказалась для Вас полезной. Обратившись в компанию NIBA RUS, Вы сможете получить консультацию по вопросам подбора, поставки и обслуживания градирен открытого и закрытого типов. Вы также сможете получить цену на градирни от производителя и купить вентиляторную градирню на максимально выгодных для Вас условиях.