Открытые градирни

Открытые градирни выполняются двух типов: брызгальные, т. е. с разбрызгиванием воды при помощи сопел, и капельные с решетником из деревянных планок или брусков.

Открытая градирня брызгального типа представляет собой, по существу, небольшой брызгальный бассейн, огражденный со всех сторон жалюзийными стенками, препятствующими выносу наружу водяных капель, увлекаемых воздухом. Малым градирням этого типа с площадью примерно до 6 м-и числом сопел до четырех придается в плане форма квадрата. В центре квадратной шахты, образованной ограждением, устанавливается пучок сопел. В более крупных градирнях шахта имеет в плане форму вытянутого прямоугольника и сопла располагаются несколькими рядами в шахматном порядке.

Движение воздуха через такую градирню, как и в других охладителях открытого типа, происходит в основном за счет силы ветра. Вода, падающая в виде капель и частью стекающая тонкой пленкой по внутренним поверхностям жалюзи, охлаждается протекающим воздухом и собирается затем в расположенном снизу поддоне или резервуаре.

Разбрызгивающие сопла применяются преимущественно центробежные тангенциального типа, как менее подверженные засорению. Сопла устанавливаются, небольшой производительности в целях равномерного распределения разбрызгиваемой воды по площади шахты. Рабочий напор перед соплами принимается от 3 до 5 м вод. ст., в более редких случаях выше, в пределах до 12—14 м вод. ст. Чаще сопла направляют вниз, так как это обеспечивает более равномерное распределение воды, уменьшает унос и позволяет ограничить высоту градирни.

Для лучшего продувания их ветром более крупные брызгальные градирни выполняются с шахтой шириной не более 4—6 м, а увеличение площади градирни достигается за счет большей ее длины, причем длинная сторона прямоугольной шахты располагается нормально к направлению господствующего летом ветра. Число рядов сопел по ширине шахты принимается не более четырех. Расстояние между рядами сопел составляет 0,8—1 м, расстояние от крайних сопел до жалюзи 0,4—0,5 м и до 1 м при соплах, направленных вверх.

Сопла устанавливаются на высоте от 1,5 до 4 м над уровнем воды в резервуаре. Увеличение этой высоты благоприятно отражается на охладительном эффекте, но лишь до определенного предела. Охлаждение воды происходит наиболее интенсивно на начальном участке ее пути, где высокая разность температур воды и воздуха и парциальных давлений пара сочетается с наиболее высокой начальной скоростью капель. Когда же капли достигают установившейся скорости, интенсивность теплообмена снижается. Поэтому расположение сопел выше 3,5 — 4 м не дает уже существенного результата.

В малых градирнях вода подводится к соплам по центральному стояку, а в более крупных градирнях по расположенному сверху, вдоль длинной оси градирни, горизонтальному распределительному трубопроводу с ответвлениями для крепления сопел. При значительной протяженности распределительного трубопровода вода подается в него с двух сторон или в нескольких точках по длине.

Жалюзи выполняются из досок шириной до 20 см, расположенных по длине горизонтально, а по ширине наклоненных под углом 45—60 ° к горизонтали и немного перекрывающих друг друга по высоте для уменьшения уноса. При выходе воздуха через жалюзи направление его движения изменяется, в результате чего часть захваченных им капель отделяется и попадает на доски, с которых уловленная вода стекает вниз. Доски, образующие жалюзи, вставляются в пазы, сделанные в деревянных стойках каркаса, и могут не прибиваться гвоздями. Расстояние между стойками принимается около 1 м. При направлении сопел выходными отверстиями вверх часть шахты, расположенная выше сопел, ограждается сплошными дощатыми стенками для уменьшения потери воды от уноса. Когда этого требуют условия пожарной безопасности, каркас и жалюзи изготовляются из железа.

Брызгальная градирня благодаря ее малому весу может устанавливаться при недостатке места на крыше здания или на специальном помосте. В зависимости от размеров градирни и места ее установки (на земле или на крыше здания) водосборный резервуар делается из железобетона, бутового камня, кирпича или в виде деревянного поддона с обшивкой из оцинкованного железа.

Примерные размеры открытых брызгальных градирен приведены в таблице:

Примерные размеры брызгальных градирен

Они относятся к градирням с направленными книзу соплами. Плотность орошения составляет в таких градирнях 1,5—3 м3/м2 час. Наибольшая производительность градирен этого типа составляет около 350 м3/час, а длина градирни достигает 30 м.

Открытые градирни капельного типа применяются для более широкого диапазона производительностей, чем брызгальные градирни. Капельные градирни состоят из оросительного устройства или короче оросителя, водораспределительного устройства, жалюзи и водосборного резервуара.

Простейшая открытая капельная градирня небольшой производительности имеет деревянный каркас, на котором через каждые 0,5—0,6 м по высоте укреплены решетки из прутьев, уложенных горизонтально на расстояниях 0,3—0,5 м друг от друга. На решетки укладывается хворост. Теплая вода подается сверху через разбрызгиватели и, стекая с одного слоя хвороста на другой, охлаждается, после-чего поступает в деревянный водосборный резервуар. Градирня открыта со всех сторон и не имеет жалюзи. При производительности 3-3,5 м3/час она выполняется с площадью основания 1,2*1,2 м и высотой 1,4 м, при производительности около 10 м3/час площадь основания составляет 2,2*2,2 м и высота 2,7 м. Малые капельные градирни выполняются еще в виде вертикального ряда расположенных друг над другом, переливных желобов.

В более крупных капельных градирнях оросительное устройство выполнялось одно время из горизонтальных металлических сеток или переливных желобов с зазубренными сверху бортами, но сейчас применяется почти исключительно решетник из деревянных планок. Деревянные планки сложной формы (например, с продольными желобками на верхней грани) также не получили распространения, так как они не обнаружили каких-либо преимуществ перед простыми нестроганными планками прямоугольного сечения. Применяющиеся планки имеют толщину 1-1,5 см и ширину 5-8,5 см, иногда и больше. Они укладываются в 8—12 ярусов по высоте оросителя и в один или два ряда на каждом ярусе, причем двухрядное шахматное расположение является в последнее время более распространенным. Во избежание стекания воды на одну сторону оросителя планки укладываются через один или два яруса с переменой направления в горизонтальной плоскости на 90 °.

Планки пришиваются гвоздями к горизонтальным схваткам деревянного каркаса (подрешетинам), расположенным через каждые 1,2—2 м, или же собираются на стороне в готовые щиты стандартных размеров, укладывающиеся затем на подрешетины. Применение стандартных щитов значительно облегчает сборку и ремонт оросителя. Расстояние между ярусами решетника по высоте (высота яруса) составляет от 60 до 120 см, большей частью 75-90 см, число ярусов не превосходит, как правило, 12, но в отдельных случаях доводится до 20-23, что связано с увеличением затраты энергии на насосы, из-за необходимости подачи воды на большую высоту.

Оросители небольших градирен имеют в плане форму квадрата, а более крупные градирни — форму вытянутого прямоугольника с шириной оросителя, — расположенной в направлении господствующего летом ветра,— не более 4 м (без учета жалюзи).

Для улучшения работы градирни в периоды штилей ороситель разделяется в некоторых конструкциях на две части центральным воздушным коридором шириной 0,8—1 м, расположенным вдоль длинной оси градирни, но эффект от такого мероприятия едва ли. может быть значительным.

Так как в непосредственной близости к уровню земли скорости ветра снижаются, не рекомендуется выбирать высоту оросителя ниже 4,5—5 м. При высоте оросителя менее 7— 8 м целесообразно уменьшить также его ширину. Наиболее благоприятным соотношением между высотой и шириной оросителя считают от 2:1 до 3:1.

Распределение поступающей воды по площади оросителя осуществляется при помощи расположенных в верхней част градирни деревянных желобов со сливными трубками или железных, а иногда также деревянных или асбоцементных труб с разбрызгивающими соплами.

Для распределения воды в небольших градирнях применяются также деревянные переливные желоба, боковые стенки которых имеют сверху вырезы. Благодаря вырезам переливающаяся через края бортов вода разделяется на отдельные струи. Лучшее распределение воды обеспечивается желобами со сливными трубками, вставленными в отверстия в днищах. Вытекающая через трубку струя ударяется о разбрызгивающую розетку, и вода, раздробленная на капли, падает затем на верхний ряд решетника.

Сливные трубки и разбрызгивающие розетки изготовляются из глазурованного фарфора, стекла и пластмассы. Применение железных трубок и розеток не рекомендуется, так как из-за коррозии они быстро разрушаются. Они выполняются часто с закругленным входным краем для плавного входа воды. Верхний край трубок располагают на 3—5 см выше дна жолоба для предохранения от попадания в них грязи или ила. Как показало проведенное ВТИ исследование работы розеток различных типов, розетки с плоской рабочей поверхностью или с широкими и пологими выступами на этой поверхности дают очень узкую орошаемую зону, имеющую форму кольца, с очень неравномерным распределением в ней воды. Лучшее распределение воды дают розетки с узкими радиальными желобками по бортам, разделяющие воду на отдельные струйки, распадающиеся затем на капли.

Для хорошего разбрызгивания воды розетка должна быть расположена на 0,5—0,8 м ниже выходного отверстия сливной трубки и строго по отвесу под ней. Трубки устанавливаются; на расстояниях 0,5—1,0 м друг от друга. При этом водяные факелы, образуемые отдельными розетками, перекрывают друг друга, и хотя распределение воды в каждом факеле и при лучшем типе розеток остается неравномерным, достигается достаточно удовлетворительное распределение воды по площади оросителя.

В открытых капельных градирнях водораспределительное устройство такого типа выполняется большей частью в виде одного или двух широких деревянных желобов, расположенных сверху, параллельно длинной стороне градирни. Иногда оно состоит из магистрального жолоба без сливных трубок, расположенного вдоль длинной оси градирни, и отходящих от него в обе стороны под прямым углом узких распределительных лотков с трубками.

Широкие желоба, перекрывающие оросительное устройство, рекомендуется закрывать сверху настилом из съемных деревянных щитов с целью предохранения их от попадания пыли, золы и других загрязнений, а особенно для защиты их от солнечного света, действие которого наряду с благоприятной температурой воды способствует интенсивному развитию в желобах водорослей.

Для изготовления больших водораспределительных желобов должны применяться доски толщиной не менее 5 см, для малых — не менее 2,5—4 см. Доски соединяются между собой в шпунт, а в нижних углах желобов прибиваются трехгранные рейки. Длинные желоба стягиваются через каждые 0,8—1 м деревянными хомутами из брусков толщиной от 4 до 8 см в-зависимости от размеров жолоба.

При распределении воды с помощью сопел или разбрызгивателей сверху градирни, вдоль ее длинной оси, укладывается магистральный трубопровод, от которого отходят расположенные перпендикулярно к нему ответвления (трубы небольшого диаметра). На концах последних устанавливаются сопла или разбрызгиватели. Они располагаются в 2 ряда по ширине градирни, по одному с каждой стороны трубопровода, на расстоянии от трубопровода и от жалюзи, равном одной четверти ширины оросителя. Со стороны тупикового конца на водораспределительном трубопроводе для возможности его промывки устанавливается торцевая задвижка. Сопла применяются; обычно тангенциального типа с диаметром выходного отверстия до 25 мм. При направлении сопел выходными отверстиями кверху создаваемые ими водяные факелы увеличивают общую поверхность охлаждения и высота решетника может быть соответственно снижена. Сопла устанавливаются при этом на 2—2,5 м ниже верха градирни. Такая конструкция требует сравнительно высокого напора воды перед соплами (не менее 3,5—4 м вод. ст.), лишь отчасти компенсируемого уменьшением высоты решетника.

Сопла и разбрызгиватели обеспечивают равномерное распределение воды по площади оросителя при изменении гидравлической нагрузки градирни в широких пределах, тогда как водораспределительные желоба с трубками переполняются при больших расходах воды и неравномерно распределяют ее при малых расходах. Деревянные желоба требуют, кроме того, постоянных ремонтов и чистки, но вследствие их простоты находят все же широкое применение.

Водораспределительное устройство требует в эксплуатации, надзора и обслуживания, применение соответствующей смазочно охлаждающей жидкости. Поэтому всегда предусматриваются .постоянная лестница для доступа к нему и настилы, позволяющие подойти к любому жолобу или соплу.

Кроме основного водораспределительного устройства, часто устраивается еще вторая система водораспределительных труб или лотков, устанавливаемая примерно на одной трети или на половине высоты оросителя и предназначенная для работы в зимнее время. При этом верхняя водораспределительная система на зиму выключается, что уменьшает возможность как обмерзания самой градирни, так и образования наледей на прилегающей территории. Нижнее водораспределительное устройство состоит или из двух проходящих по длине градирни труб с боковыми отверстиями с обеих сторон каждой трубы, расположенными на равных расстояниях друг от друга, или из деревянных лотков с трубками, но меньшего диаметра и расположенными более часто, чем в верхней системе, из-за необходимости ограничивать высоту лотков и высоту падения струи. Лучше применять здесь переливные желоба с вырезами сверху боковых стенок, так как доступ к сливным трубкам в нижнем водораспределительном устройстве затруднителен.

Открытые капельные градирни, за исключением небольших установок или устанавливаемых над поверхностью водоема (пруда или озера), ограждаются со всех сторон с помощью жалюзи для уменьшения уноса водяных брызг из оросителя.

Жалюзи изготовляются из дерева, иногда из оцинкованного гофрированного железа. Деревянные жалюзи состоят из широких или узких дощатых щитов, устанавливаемых под углом 45—60 ° к горизонтали, а когда необходимо еще сильнее ограничить унос — из «решетчатых» щитов более сложной конструкции.

Узкие щиты, типа применяющихся для брызгальных градирен, выполняются из одинарных досок шириной от 15 до 30 см, причем между жалюзи и решетником в этом случае оставляется как дополнительное средство для уменьшения уноса коридор шириной 0,6—0,8 м. Широкие дощатые жалюзийные щиты изготовляются каждый из 5—7 или более досок шириною по 12—20 см и толщиной 2,5 см, соединяющихся между собой в шпунт или в четверть или же выполняются в виде настила из досок, немного перекрывающих друг друга и скрепленных гвоздями. Так как образующиеся в оросителе мелкие водяные капли легко увлекаются воздухом и плохо задерживаются узкими жалюзи, последние применяются для капельных градирен редко. Даже широкие жалюзи не предохраняют при сильных ветрах от значительного уноса.

Уменьшение уноса может быть достигнуто устройством дополнительных — «вторичных» — жалюзи, расположенных под прямым углом к основным или горизонтально. В последнем случае уловленная горизонтальными вторичными жалюзи вода вновь падает с них в виде капель, но уже значительно более крупных, что уменьшает возможность увлечения их уходящим воздухом. Устройство вторичных жалюзи связано с большим или меньшим увеличением сопротивления проходу воздуха и уменьшением из-за этого охладительного эффекта градирни. Его можно, однако, рекомендовать как мероприятие для борьбы с уносом на существующих уже градирнях, когда необходимо устранить большую потерю воды и увлажнение прилегающей к градирне территории. Попытки применить жалюзи с поворотными щитами, наклон которых можно было бы менять в зависимости от силы ветра, не увенчались пока успехом из-за быстрого засорения и коррозии приводного механизма.

Понижение уноса при меньшем сопротивлении для прохода воздуха обеспечивается решетчатыми деревянными жалюзи. Жалюзи выполнены здесь из стандартных щитов двух размеров, устанавливаемых вертикально. Щиты состоят из тонких планок, расположенных таким образом, что направление движения воздуха при проходе через щит изменяется дважды. Для уменьшения сопротивления щиты через один по высоте смещены на 0,7-1 м от решетника. При этом сверху оставлен дополнительный свободный проход для поступающего и уходящего воздуха, а снизу устроено наклонное днище для стока уловленной воды. Щиты, примыкающие к оросителю, имеют высоту примерно вдвое меньшую, чем смещенные щиты.

Каркас открытой капельной градирни, на котором располагаются решетник, водораспределительное устройство и жалюзи, состоит из раскосных ферм, соединенных между собой в продольном направлении горизонтальными и наклонными связями. Соединения элементов деревянного каркаса осуществляются на врубках с установкой в наиболее ответственных узлах стяжных болтов. Каркас прикрепляется к фундаменту анкерными болтами во всех местах расположения стоек. При металлическом каркасе более крупные его элементы (например стойки) выполняются иногда из чугуна.

Водосборный резервуар градирни выполняется из железобетона, кирпича, бутового камня или бутобетона. В небольших градирнях стенки резервуара служат часто основанием для каркаса градирни, в более крупных градирнях ширина и длина резервуара принимаются на 0,2—0,3 м большими, чем внешние габариты оросителя, и основанием для каркаса служит днище резервуара. Для обеспечения водонепроницаемости под днищем резервуара часто укладывается с тщательной трамбовкой слой мятой глины толщиной 0,3—0,4 м или суглинистого грунта с содержанием глины не менее 40%.

Глубина резервуара принимается около 2 м. В резервуаре устанавливаются переливная и спускная трубы, соединенные с канализацией. Небольшие градирни для лучшего продувания их ветром устанавливаются иногда на крыше здания или на легких опорных железных конструкциях и тогда имеют деревянные или железные поддоны.

Более крупные капельные градирни разделяются на несколько секций. Секционирование осуществляется путем соответствующего разделения водораспределительного устройства и резервуара. Каждая секция водораспределительного устройства должна иметь самостоятельный подвод воды и постоянные или съемные щиты в желобах для отключения ее от других секций. В резервуаре устанавливаются разделительные стенки и отдельные отводящие, переливные и спускные трубы в каждой секции. При выполнении резервуара из кирпича разделительные стенки должны иметь проемы, чтобы при опорожнении какой-либо секции горизонт воды в соседних секциях понижался до верха проема. Это предохраняет от возможности значительной фильтрации воды под разделительной стенкой и размыва грунта под ней.