A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface
The application of cooling towers, i. e., apparatus for water cooling by atmospheric air in water-recycling systems provides a significant economy of natural water as compared with once-through systems and prevents thermal pollution of reservoirs. In film-type cooling towers, which are widely applie...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/545 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104025355616256 |
|---|---|
| author | Dubrovskyi V.V. |
| author_facet | Dubrovskyi V.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Dubrovskyi V.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Dubrovskyi V.V. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:41Z |
| description | The application of cooling towers, i. e., apparatus for water cooling by atmospheric air in water-recycling systems provides a significant economy of natural water as compared with once-through systems and prevents thermal pollution of reservoirs. In film-type cooling towers, which are widely applied in power engineering and industry, one of their key elements is the heat-transfer surface, i.e., the sprinkler, which drains the film of cooled water. The cooling efficiency of such towers, depends largely on the ability of sprinklers to transfer heat from water to air.The aim of this work is to propose a new film-type cooling tower, where the high-efficient heat-transfer surface with spherical dimples, found as a result of a complex of experimental investigations is used as the sprinklers. An important feature of the proposed cooling tower as compared to typical film-type apparatus consists of the fact that the sprinklers are arranged in the tower space not vertically, but under a certain angle to the horizont. We have developed a construction diagram of new filmtype cooling tower. We have considered variants of sprinklers layout in blocks and sections of the cooling tower. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2016.02.052 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
52 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2016, вип. 2 (45)
Підприємства теплоенергетичної галузі у
цілому споживають дві третини свіжої води,
яка іде на промислові потреби з водних джерел.
Застосування градирень – апаратів для охолод-
ження води атмосферним повітрям у системах
оборотного водопостачання – забезпечує дуже
істотну економію природної води у порівнянні
з прямоточними системами і запобігає тепло-
вому забрудненню водойм. Відведення низько-
потенціального тепла від циркуляційної води
на теплових і атомних електростанціях за допо-
могою градирень – це найдешевший спосіб,
який дозволяє зекономити не менше 95 % сві-
жої води. У плівкових градирнях, які широко
поширені в енергетиці та промисловості,
одним із основних їх елементів є теплообмінна
поверхня – зрошувач, по якому стікає плівка
води, що охолоджується. Від здатності зрошу-
вача ефективно віддавати тепло від води до
повітря багато в чому залежить охолоджувальна
спроможність градирні.
В Інституті загальної енергетики НАН
України в результаті комплексу експеримен-
тальних досліджень знайдено високоефективну
теплообмінну поверхню, яка може бути вико-
ристана як зрошувач плівкової градирні [1, 2].
За коефіцієнтом тепловіддачі ця поверхня
майже утричі перевищує показники для гладкої
поверхні. Рельєф поверхні утворюється сфе-
ричними лунками певних діаметра та глибини,
розташованими у шаховому порядку на певній
відстані одна від одної. Саме сферичні лунки є
ефективними турбулізаторами стікаючої плів-
ки води і інтенсифікаторами тепловіддачі від
неї до повітря. Розроблення конструкції нової
плівкової градирні виконується на основі отри-
маних раніше даних щодо геометричних харак-
теристик зрошувачів, режимів течії води та
швидкостей повітряного потоку, що обдуває
стікаючу плівку.
Важливою особливістю запропонованих
градирень у порівнянні з типовими плівковими
є те, що зрошувачі розташовуються під певним
рекомендованим кутом нахилу до горизонту, а
не вертикально. Кут нахилу зрошувачів, який
приводить до найкращої інтенсивності тепло-
обміну, визначений нами експериментально.
На рис. 1 схематично показано запропоно-
ваний зрошувач у вигляді листа відповідного
матеріалу (сферичні лунки розміщуються на
усій його поверхні, а на рисунку показано лише
частину). Такі зрошувачі можуть бути викона-© В.В. ДУБРОВСЬКИЙ, 2016
УДК 536.24 В.В. ДУБРОВСЬКИЙ, канд. техн. наук, ст. наук. співр.
Інститут загальної енергетики НАН України,
вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03680, Україна
ПЛІВКОВА ГРАДИРНЯ ІЗ ПРОФІЛЬОВАНОЮ ПОВЕРХНЕЮ ЗРОШУВАЧІВ
Розроблено конструктивну схему нової плівкової градирні із профільованою поверхнею
зрошувачів. Пропонується використовувати як зрошувач знайдену високоефективну
теплообмінну поверхню зі сферичними лунками. На відміну від типових плівкових гради-
рень із вертикально розташованими зрошувачами, у запропонованій градирні зрошувачі
розташовуються під певним кутом нахилу до горизонту. Розглянуто варіанти компоновки
блоків та секцій плівкової градирні.
К л ю ч о в і с л о в а: конструктивна схема плівкової градирні, блок зрошувачів, ступінь
охолодження.
53ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2016, вип. 2 (45)
Плівкова градирня із профільованою поверхнею зрошувачів
Рис. 1. Зрошувач зі сферичними лунками
ні, наприклад, із оцинкованої сталі певної тов-
щини. Основне – це забезпечити запропонова-
ний рельєф поверхні, який призводить до
інтенсивної тепловіддачі від плівки води до
повітря. Для зрошувачів може бути використа-
но стандартні листи металу певної довжини L.
Але, оскільки запропонована градирня при-
значена для поперечної (перехресної) взаємодії
фаз вода – повітря, ширина зрошувача не має
бути занадто великою. Вона повинна забез-
печити приплив свіжого повітря, що обдуває
стікаючу плівку у поперечному напрямку.
Нагадаємо, що при протіканні повітря над теп-
лою водою воно нагрівається, і інтенсивність
теплообміну зменшується. Зрошувач з боків
обмежений невисокими бортиками, які пере-
шкоджають стіканню плівки води з поверхні.
Висота бортиків (наприклад, 10 мм) визнача-
ється товщиною стікаючої плівки, яка пов’яза-
на із заданою густиною зрошування.
На рис. 2 (рис. 2, а – в аксонометрії) показа-
но вузол градирні з низкою зрошувачів 2, які
розташовуються на каркасі 1 під кутом φ
(рис.2,б) паралельно один одному. Така кон-
струкція складає блок зрошувачів (на рисунку
кількість зрошувачів показано умовно).
Циркуляційна вода подається зверху, тече по
поверхнях кожного зрошувача та стікає з них
униз (рис. 2, б). В конструкції блока треба вра-
ховувати відстань між поверхнями зрошувачів,
яка є важливим фактором забезпечення вільно-
го руху охолоджувального повітря. У типових
плівкових градирнях [3] відстань між верти-
кально розташованими листами може дорівню-
вати 25 мм. З часом, як показала практика екс-
плуатації, зрошувачі можуть жолобитися,
забруднюватися, і це негативно впливає на рух
повітря, що обдуває стікаючу плівку.
У запропонованій нами конструкції блоків,
до яких входить низка зрошувачів, відстань S2
(за нормаллю, див. виноску I на рис. 2, б) між їх
поверхнями становить понад 50 мм, що пози-
тивно відбивається на проходженні повітря між
зрошувачами і, як результат, на покращенні
охолодження плівки. Вплив розміру S2 між зро-
шувачами на інтенсивність тепловіддачі було
визначено раніше в експериментах. Довжина S
та висота h блока (габарити) визначаються
довжиною L зрошувача, їх кількістю у низці та
сумою величин S1 (див. рис. 2,б).
Продуктивність блока визначається витратни-
ми характеристиками рідини на одиницю
поверхні зрошувачів та їх кількістю. При цьому
необхідно дотримуватись виконання рекомен-
дованих умов щодо густини зрошування G/l
[2], тобто товщини стікаючої плівки, при якій
забезпечується найкраща тепловіддача. Треба
відзначити, що одну і ту саму задану продук-
тивність градирні можна забезпечити різними
шляхами: або меншою кількістю зрошувачів
(при цьому утворюється певна товщина плівки
на окремому зрошувачі і відповідний ступінь
охолодження води), або більшою кількістю
зрошувачів з відповідним зменшенням товщи-
ни плівки і покращенням ступеня охолоджен-
ня. Зрозуміло, що другий шлях, попри пози-
тивні моменти, призведе до збільшення габа-
ритів градирні.
У градирні передбачається можливість вста-
новлення блоків зрошувачів один над одним у
вертикальну низку, що складає певну секцію.
На рис. 3 показано схему градирні з двох блоків
висотою H. Оборотна вода подається на зрошу-
вачі 2 верхнього блока 1 цієї секції, стікає по
них і перетікає на нижній блок, звідки попадає
у басейн. Конструктивно низку верхніх зрошу-
вачів 2 зміщено по відношенню до нижньої
низки 3 (див. виноску I на рис. 3) на таку
величину, яка забезпечує вільне перетікання
води зі зрошувачів одного блока на другий.
54 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2016, вип. 2 (45)
В.В. ДУБРОВСЬКИЙ
Рис. 2. Блок зрошувачів градирні
55ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2016, вип. 2 (45)
Плівкова градирня із профільованою поверхнею зрошувачів
Рис. 3. Секція градирні з двох блоків
Ступінь охолодження води в окремому блоці
градирні, окрім, природно, кліматичних умов,
залежить у першу чергу від ефективної про-
фільованої поверхні – основного фактора
інтенсивної тепловіддачі, а також від товщини
плівки стікаючої води (витратної характери-
стики), інтенсивності обдування повітрям
поверхні течії та її довжини. Тобто конструк-
тивні параметри блока та режими течії і обду-
вання повітрям визначають ступінь охолод-
ження. Зі збільшенням кількості блоків, вста-
новлених у вертикальну низку один над одним
із перетіканням води зі зрошувача на зрошувач,
за рахунок подовження течії води і, відповідно,
часу контакту фаз вода–повітря зростає ступінь
охолодження.
На рис. 4 проілюстровано схему градирні з
однією секцією на чотири блоки 1.
Зигзагоподібна компоновка зрошувачів у бло-
ках секції дозволяє за невеликих габаритів гра-
дирні забезпечувати високий ступінь охолод-
ження води. У типових плівкових градирнях із
вертикально розташованими зрошувачами
довжина течії по їх поверхні становить,
наприклад, 8 м, тобто на цю висоту подається
Рис. 4. Секція градирні з чотирьох блоків
вода. У запропонованій градирні із зигзагопо-
дібною компоновкою зрошувачів довжиною
4 м (під кутом 30 град) при подачі води на 8 м
довжина течії дорівнює 16 м. Враховуючи змен-
шення середньої швидкості течії води по про-
фільованій поверхні, ми бачимо, що помітно
зростає час контакту взаємодіючих фаз, і охо-
лодження покращується.
Схему розподілу циркуляційної води на зро-
шувачі градирні може бути здійснено різними
шляхами. Або рідина надходить індивідуально
на кожний зрошувач з подальшим розтіканням
у плівку, або методом розбризкування з форсу-
нок на низку зрошувачів у блоці із забезпечен-
ням рівномірного розподілу по площі зрошу-
вання. Додамо до цього, що наявність поздовж-
ніх бортиків-роздільників на поверхні зрошу-
вача, які можна забезпечити конструктивно,
приводять до кращої рівномірності розтікання
води по ньому.
Запропонована блочна конструкція гра-
дирні забезпечує можливості різного вибору
конструктивних елементів згідно з потрібним
ступенем охолодження циркуляційної води.
Компактне розташування зрошувачів у блоці
та секції призводить до зменшення габаритів
градирні. Градирні великої продуктивності
можуть складатися з кількох секцій у різному
розташуванні на будмайданчику. В таблиці
як приклад наведено дані щодо конструктив-
них елементів запропонованої плівкової гра-
дирні різної продуктивності. Тут довжина
поверхні зрошувача L дорівнює 4,6 м, його
ширина l = 1,2, густина зрошування
G/l = 2,83 м3/(м⋅год), витрата води на один
зрошувач G = 3,4 м3/год.
ВИСНОВКИ
Розроблено конструктивну схему нової
плівкової градирні, у якій застосовуються про-
фільовані зрошувачі з високоефективною теп-
лообмінною поверхнею. На відміну від існую-
чих типових схем градирень пропонується роз-
ташовувати зрошувачі під певним кутом нахилу
до горизонту. Запропоновано оригінальну ком-
поновку зрошувачів у блоках та секціях градир-
ні, що дозволяє маневрувати її продуктивністю,
ступенем охолодження циркуляційної води та
габаритами.
1. Шрайбер А. А. Обобщение опытных дан-
ных по теплообмену пленки жидкости, сте-
кающей по гладким и профилированным
поверхностям, с воздухом / А. А. Шрайбер,
В.В. Дубровский, А.М. Подвысоцкий //
Промышленная теплотехника. – 2010. –
Т. 32, № 4. – С. 21–27.
2. Дубровський В.В. Тепловіддача на про-
фільованих поверхнях промислових плівко-
вих градирень / В.В. Дубровський, О.М.
Підвисоцький, М.С. Гришук, А. П. Неділько
// Проблеми загальної енергетики. – 2014. –
Вип. 3 (38). – С. 50–56.
3. Пономаренко В.С. Градирни промыш-
ленных и энергетических предприятий /
В.С. Пономаренко, Ю.И. Арефьев. – М.:
Энергоатомиздат, 1998. – 376 с.
Надійшла до редколегії 19.05.2016
56 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2016, вип. 2 (45)
В.В. ДУБРОВСЬКИЙ
Таблиця – Конструктивні елементи градирні
|
| id | systemreorg-article-545 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:17:32Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/e7/38388cd1ca62a425624847d93166a6e7.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5452026-07-18T12:57:41Z A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface Плівкова градирня із профільованою поверхнею зрошувачів Dubrovskyi V.V. construction diagram of film-type cooling tower, block of sprinklers, degree of cooling. конструктивна схема плівкової градирні, блок зрошувачів, ступінь охолодження. The application of cooling towers, i. e., apparatus for water cooling by atmospheric air in water-recycling systems provides a significant economy of natural water as compared with once-through systems and prevents thermal pollution of reservoirs. In film-type cooling towers, which are widely applied in power engineering and industry, one of their key elements is the heat-transfer surface, i.e., the sprinkler, which drains the film of cooled water. The cooling efficiency of such towers, depends largely on the ability of sprinklers to transfer heat from water to air.The aim of this work is to propose a new film-type cooling tower, where the high-efficient heat-transfer surface with spherical dimples, found as a result of a complex of experimental investigations is used as the sprinklers. An important feature of the proposed cooling tower as compared to typical film-type apparatus consists of the fact that the sprinklers are arranged in the tower space not vertically, but under a certain angle to the horizont. We have developed a construction diagram of new filmtype cooling tower. We have considered variants of sprinklers layout in blocks and sections of the cooling tower. Застосування градирень – апаратів для охолодження води атмосферним повітрям у системах оборотного водопостачання – забезпечує дуже істотну економію природної води у порівнянні з прямоточними системами і запобігає тепловому забрудненню водойм. У плівкових градирнях, які широко розповсюджено в енергетиці та промисловості, одним із основних її елементів є теплообмінна поверхня – зрошувач, по якому стікає плівка води, що охолоджується. Від здатності зрошувача ефективно віддавати тепло від води до повітря багато в чому залежить охолоджувальна спроможність градирні.Мета цієї роботи – запропонувати нову плівкову градирню, у якій в якості зрошувачів використовується знайдена в результаті комплексу експериментальних досліджень високоефективна теплообмінна поверхня зі сферичними лунками. Важливою особливістю запропонованої градирні у порівнянні з типовими плівковими є те, що зрошувачі розташовуються у просторі градирні під певним кутом нахилу до горизонту, а не вертикально.Розроблено конструктивну схему плівкової градирні. Розглянуто варіанти компоновки зрошувачів у блоках та секціях градирні. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-10 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/545 10.15407/pge2016.02.052 System Research in Energy; No. 2 (45) (2016): The Problems of General Energy; 52-56 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (45) (2016): Проблеми загальної енергетики; 52-56 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/545/481 Copyright (c) 2016 Dubrovskyi V.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | construction diagram of film-type cooling tower block of sprinklers degree of cooling. Dubrovskyi V.V. A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title | A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title_alt | Плівкова градирня із профільованою поверхнею зрошувачів |
| title_full | A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title_fullStr | A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title_full_unstemmed | A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title_short | A film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| title_sort | film-type cooling tower with a profiled sprinklers surface |
| topic | construction diagram of film-type cooling tower block of sprinklers degree of cooling. |
| topic_facet | construction diagram of film-type cooling tower block of sprinklers degree of cooling. конструктивна схема плівкової градирні блок зрошувачів ступінь охолодження. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/545 |
| work_keys_str_mv | AT dubrovskyivv afilmtypecoolingtowerwithaprofiledsprinklerssurface AT dubrovskyivv plívkovagradirnâízprofílʹovanoûpoverhneûzrošuvačív AT dubrovskyivv filmtypecoolingtowerwithaprofiledsprinklerssurface |