Испарительное охлаждение циркуляционной воды - Берман Л.Д.

Автор: Берман Л.Д.

Теги: прикладные науки медицина технология строительство водоснабжение

Год: 1949

Похожие

Пресные воды и их жизнь

Века и воды

Тайная жизнь воды

Химия и микробиология воды

Текст

Л. Д. 'БЕРМАН

ИСПАРИТЕЛЬНОЕ
ОХЛАЖДЕНИЕ
ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ
ВОДЫ
ОПЕЧАТКИ
Строка
Напечатано
Должно быть
Стра- |
1’“~ нцца '
формула (5-16)
Формула (6-13)
ерм t в — Испарительное охлаждение циркуляционной воды.
МОСКВА
1949 ЛЕНИНГРАД
эт—5—3
В книге рассматриваются теоретические основы и прак-
тика испарительного охлаждения промышленной циркуляци-
онной соды в прудах, брызгальных бассейнах и градирнях.
В первой части книги излагаются вопросы теплообмена при-
испарительном охлаждении, теория и некоторые вопросы-
гидравлики охладителей; во второй части описываются кон-
струкции еодоохлаждающих устройств, методы их теплового'
расчета и основные правила зксплоатации охладителей.
Книга предназначена для инженерно-технических работ-
ников, занимающихся проектированием., эксплантацией и
исследованием охладителей циркуляционной воды, и может
служить учебным пособием для студентов втузов и для слу-
шателей факультетов заочного повышения квалификации ин-
женерно-технических работников. ।
Редактор Я- М. Рубинштейн Технический редактор Л, М Фридкин?
Сдано в пр-во 21/1V 1949 г. Подписано к печати 1/XII 1949 г.
Объем 27,5 и- л.-}-3 вклейки 31 уч.-изд, л, Тираж 2 500-
Формат бумаги бОХЭЗ1/^ 43 000 тип. знак в 1 п. л..
А-15140 Заказ № 2147
Типография ГосэнергоизДата. Москва, Шлюзовая наб., 10
ПРЕДИСЛОВИЕ
Испарительное охлаждение циркуляционной воды получи-
ло очень широкое применение в различных отраслях нашей
промышленности и, в частности, в энергетике. Устройства, в
которых осуществляется испарительное охлаждение воды, вы-
деляются среди многочисленных типов теплообменных аппа-
ратов своеобразием протекающего в них процесса теплообмена,
сопровождающегося переносом вещества, сильно отличаются
по своим конструктивным особенностям, а также по условиям
их эксплоатации. Изучению рабочих процессов этих устройств,
разработке их рациональных конструкций и правил эксплоа-
тации в СССР за последние двадцать лет было посвящено
большое число работ, описанных, главным образом, в специ-
альных журналах и сборниках.
Предлагаемая работа имеет целью дать собранное в одной
книге систематическое изложение основных вопросов теории,
проектирования и эксплоатации охладителей циркуляционной
воды и этим облегчить практическое использование богатого
опыта, накопленного в данной области советскими специали-
стами. Наряду с этим ее задачей является также помочь пра-
вильной постановке продолжающихся у нас исследований в
области испарительного охлаждения воды. Первоначально
эта книга была задумана как переработанное издание моно-
графии автора «Градирни», вышедшей в 1941 г., но затем
круг рассматриваемых в ней вопросов был расширен с тем,
чтобы охватить и другие типы применяющихся в промышлен-
ной практике водоохлаждающих устройств, в которых исполь-
зуется принцип испарительного охлаждения.
Книга разделена на две части. В первой части рассматри-
ваются теплообмен при испарительном охлаждении и вопросы
теории охладителей, разработкой которых занимались в СССР
Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский ин-
4 Предисловие
ститут ям. Ф. Дз^жинского (ВТИ), Всесоюзный научно-иссле-
довательский институт гидротехники (ВНИИГ), Сектор прудо-
вого хозяйства СЗО ТЭП и некоторые другие организации.
Вопросы теории испарительного охлаждения излагаются в
книге под углом зрения решения практических задач, связан-
ных с конструированием и расчетом охладителей.
Вторая часть книги непосредственно касается практики ис-
парительного охлаждения циркуляционной воды. В пей рас-
сматриваются конструкции охладителей, области применения
охладителей различных типов, методы их теплового расчета и
основные правила эксплоатации. Описание конструкций дается,
главным образом, по материалам трестов Теплоэлектропроект,
Промэнергопроект и Центр оэнер го монтаж, обладающих боль-
шим опытом в области проектирования охладителей. Кроме
того, использованы материалы и ряда других организаций, а
также описываются некоторые, представляющие интерес для
нашего читателя, зарубежные конструкции охладителей. Изла-
гаемые методы теплового расчета базируются как на теорети-
ческих решениях, описанных в первой части книги, так и на
чисто эмпирических данных, систематизированных ВТИ, по-
скольку более строгие методы расчета оказываются пока при-
ложимыми далеко не ко всем типам охладителей. В главе об
эксплоатации охладителей использованы в первую очередь
материалы ВТИ и ОРГРЭС. В ней даны также некоторые
сведения о водном режиме в циркуляционной системе.
Ряд ценных указаний был сделан при просмотре рукописи
проф. Я- М. Рубинштейном и инж. В. Н. Покровским, которым
приношу свою благодарность. Выражаю также благодарность
инж. В. В. Абрамову, И. Э. Апельцину, Е. М. Бурмейстеру,
Г. Г. Джанибекову, К. И. Корбушу и Б. С. ФарфоровскоМу,
любезно предоставившим мне ряд материалов, использован-
ных в книге.
Автор
z СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие...................................... . . . . 3
Основные обозначения .. . .............................. 7
Введение ......................................... ....... 9
Часть первая
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Глава первая. Теплообмен при испарительном охлаждении ... 12
1-1. Особенности испарительного охлаждения ......... 12
1-2. Свойства влажного воздуха...................... 16
1-3. Строение воздушного потока..................... 22
1-4. Основные законы распространения тепла и массы .... 25
1-5. Количество переданного тепла и испарившейся жидкости 33
1-6. Условия и критерии подобия.................... 37
1-7. Связь между коэффициентами тепло- и массоотдачи ... 42
1-8. Опытные данные................................. 45
1-9. Теоретический предел охлаждения . ............. 58
Глава вторая. Теория охладителей.......................... 63
2-1. Охлаждение воды в открытом водоеме (в пруду) .... ^63^
2-2. Охлаждение воды в брызгальном бассейне........
2-3. Процесс в закрытом охладителе. Теоретический расход '“х
воздуха........................................ 73
2-4. Охлаждение воды при противотоке (расход воздуха выше
теоретического)................................. 77
2-5. Определение поверхности охлаждения и температуры
охлажденной воды................................ 84
2-6. Охлаждение воды при противотоке (расход воздуха ниже
теоретического)............................... 87
2-7. Охлаждение воды при поперечном токе..... . . 93
2-8. Первое упрощенное решение для закрытого охладителя
(противоток) ..... .............................. 95
2-9. Второе упрощенное решение для закрытого охладителя
(противоток и поперечный ток)........... . 100
Глава третья. Вопросы гидравлики и распределения воздуха
в охладителях............................................ ПО
3-1. Течение воды в открытом водоеме ................ПО
3-2. Механическое распиливание воды соплами.........117
3-3. Распиливание воды в решетнике ............ 127
3-4. Течение жидкости в пленочном охладителе........140
3-5. Сопротивление оросительного устройства потоку воздуха .146
3-6, Распределение воздуха в противоточном охладителе ... 153
6
Содержание
Часть вторая
ВОДООХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Глава четвертая. Типы и конструкции охладителей..............162
4-1. Классификация охладителей......................... 162
4-2. Характеристики охладителей (основные определения) . . 164
\ 4-3. Охлаждающие пруды.................................. 169
* 4-4. Брызгальные бассейны...............................гЛП)
4-5. Открытые градирни..................................’20о
4-6. Башенные градирни — брызгальные и капельные .... 225
4-7. Башенные градирни — пленочные и комбинированные . . 249
4-8. Вытяжные башни.....................................265
4-9. Вентиляторные градирни........................... 274
4-10. Материалы для охладителей.........................292
4-11. Области применения охладителей различных типов . . . 296
Глава пятая. Тепловой расчет охладителей.....................301
5-1. Общие замечания. Задание для расчета ......... 301
5-2. Расчет охлаждающих прудов........................ 308
5-3. Расчет поверхности охлаждения противоточной градирни 315
5-4. Расчет поверхности охлаждения градирни по упрощенным
методам. Размеры оросителя.......................... 323
5-5. Расчет вентиляции градирен....................... 336
5-6. Поверочные расчеты башенных градирен...............341
5-7. Опытные зависимости для градирен...................346
5-8. Расчет водораспределительного устройства градирни . . 367
5-9. Определение основных размеров брызгального бассейна
5-10. Определение количества добавочной воды............365
Глава шестая. Эксплоатация охладителей......................369
6-1. Общие положения...................................369
6-2. Контроль работы охладителей.......................371
6-3. Уход за капельными и пленочными градирнями........380
6-4. Уход за брызгальными градирнями й брызгальными бас-
сеймами...........................................
6-5. Уход за водосборными резервуарами и опарными кокет-
рукциями .... .............................387
6-6. Уход за охлаждающими прудами.....................389,
6-7. Эксплоатация охладителей в зимнее время ....... 390
6-8. Водный режим в циркуляционной системе ........ 399
6-9. Расчеты и контроль водного режима ................409
6-10. Борьба с цветением и зарастанием охладителей .... 420
ПРИЛОЖЕНИЯ
I. Физические константы воды ....................... 426 [
И. Физические константы воздуха при давлении 1 ома . - . 426
Ш. Давления насыщенного водяного пара (в ama) при тем- ;
пературах от 0° до Ю0°С........................... 427
IV. Теплосодержание влажного воздуха .......................... f
V. Влагосодержание воздуха...................
VI. Удельный вес влажного воздуха....................430
VII. Психрометрическая диаграмма. « _............- > . 431 !
Библиография........................................ 432
Алфавитный указатель..........,........................ 437 i
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
теплоемкость1 влажного воздуха*, ккал/кг °C.
с — теплоемкость1 сухого воздуха, ядсйл/яг °C,
сп —теплоемкость1 водяного пара, кксиЦкг °C.
сем теплоемкость влажного воздуха1, отнесенная к 1 кг смеси,
ккал/кг °C.
— теплоемкость жидкости (воды), !скал}кг °C.
d—действительный или гидравлический диаметр, лш или м.
f— удельная поверхность охлаждения,
/уд удельная площадь активной зоны охлаждающего пруда,
лт2 сутки]м\
f,F — поверхность охлаждения, .и2.
F — полная площадь активной зоны пруда, ж2,
Гд —действительная поверхность зеркала пруда, м*.
Fap — площадь оросителя градирни, ж2.
F — воздушное сечение оросителя градирни, л*.
gc —производительность сопла, ти/чйс или
—удельная гидравлическая нагрузка орошаемой поверхности
(на 1 пог. ж), кг]м час.
Ge—расход добавочной воды, кг]час, т]час или м^час.
G.K — гидравлическая нагрузка охладителя (количество охлаж-
даемой воды), кг/час, m/час или
G6 —расход воздуха, кг)час.
Ga — количество испаряющейся воды, кг/чдс, т,]час или я?]час.
И — напор воды перед соплом, ж вод, ст,
Н6 , Н— высота оросителя, башни и всей градирни, м.
Z, i6A —теплосодержание влажного воздуха*, ккал'кг.
Г, ^"ал — теплосодержание насыщенного влажного воздуха*, ккал;кг.
ie—теплосодержание сухого воздуха, ккал!кг.

in — теплосодержание водяного пара, ккал]кг,
F
- Р— — коэффициент использования охлаждающего пруда.
kp — коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту парциаль-
ных давлений, м/час.
v, рп— парциальное давление водяного пара во влажном воздухе,
ата.
р" —парциальное давление пара в насыщенном воздухе, ата.
р& — барометрическое давление, ата или мм рт. ст.
ре —парциальное давление сухого воздуха, ата.
Ръ Р& — потери воды вследствие испарения, уноса и продувки, %.
q — плотность орошения, м^м* час.
Q — тепловая нагрузка охладителя, ккал]чаа.
с - теплота испарения воды, ккал/кг.
Re , — газовые постоянные для сухого воздуха и водяного пара.
кгм/кг град.
1 При постоянном давлений.
Отнесены к 1 кг сухого воздуха в смеси.
g Основные обозначения
t— температура воды, СС.
£]—температура поступающей в охладитель воды, °C.
4—температура охлажденной воды, СС*
te —естественная температура воды в пруду, °C.
Т— абсолютная температура, °К.
— объем оросителя, л3.
Уй -%- объемный расход воздуха, я*/час.
да—Хскорость, м/с&к.
ws , w0 — абсолютная и относительная скорости воздуха в оросителе
градирни, м/сек,
— скорость жидкости, м/сек.
х— влагосодёржание воздуха, кг/кг.
х”—влагосодержапие насыщенного воздуха, кг/кг.
Z—полное сопротивление градирни или сила тяги, мм вод, ст,
а—коэффициент теплоотдачи, ккал/м^ час °C,
—объемный коэффициент теплоотдачи, ккал/м* час °C.
— коэффициент массоотдачи (испарения), отнесенный к раз-'
ности парциальных давлений пара, кг/м? час ат,
— коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности влаго-
содержаний, кг/лА час (кг/кг).
—объемные коэффициенты массоотдачи, кг/м3- нас ат я
кг/мЛ час (кг/кг).
7— удельный вес, кг/м3.
'(9 — удельный вес воздуха, кг/м%.
7^,—удельный вес воды, кг[м%.
С—коэффициент сопротивления.
ft—температура воздуха, °C.
1— коэффициент теплопроводности, ккал!м час °C.
<?е
) = q— — относительный расход воздуха, кг/кг.
аг — теоретический расход воздуха, к?/кг.
|а— коэффициент динамической вязкости, кг сек/м*.
и— коэффициент расхода сопла и сливной трубки.
v— коэффициент кинематической вязкости, л^/сск.
у
р = — —плотность, кг секР/м4.
г—температура влажного термометра или предел охлаждения,
°C.
ср—относительная влажность воздуха.
F
2 = Q— — приведенная поверхность охлаждения, м2/м^ ат,
ширина зоны охлаждения (перепад температур воды), СС.
А/—разность теплосодержаний воздуха, ккал/кг.
Параметры влажного воздуха в охладителе
fti, f1( рр ii — наружный воздух (входящий в охладитель).
fta, fa, Ль х* — уходящий воздух.
Рр Хр 4 — насыщенный воздух у поверхности жидкости при началь-
ной температуре воды
р%, х?, 4 — насыщенный воздуху поверхности жидкости при тем-
пературе охлажденной воды t2.
ВВЕДЕНИЕ
Осуществление грандиозной программы социалистической
индустриализации нашей страны привело наряду с ростом
старых промышленных районов к созданию многочисленных
новых центров промышленности во всех республиках СССР,
Выполняемая сейчас программа нового мощного подъема про-
изводительных сил Советского Союза, намеченная товарищем
Сталиным, предусматривает дальнейший рост промышленности
во всех частях страны.
Одной из многих задач, разрешения которых требует созда-
ние новых промышленных предприятий, является обеспечение
их водой. Разнообразие требований, предъявляемых при этом
отдельными отраслями промышленности, а также особенности
отдельных районов СССР в отношении наличия водных ресур-
сов, качества и возможности использования имеющихся при-
родных вод, приводят к применению и различных технических
решений.
В ряде важнейших отраслей промышленности, таких, как
энергетика, химия, металлургия и др., приходится сталкиваться
с необходимостью отведения больших количеств тепла при
низких температурах. В качестве среды, воспринимающей это
тепло в производственных аппаратах, используется большей
частью вода, играющая здесь роль охладительного агента. На
цели охлаждения расходуется преобладающая доля из боль-
шого количества воды, потребляемого промышленностью.
Применение охлаждающей воды связано в одних случаях
с осуществлением самого технологического процесса, например,
с конденсацией отработавшего пара после расширения его в
паровых двигателях или со сжижением продукта химического
производства, в других — с предохранением от быстрого раз-
рушения под влиянием высоких температур отдельных элемен-
тов конструкций, например цилиндров двигателей внутреннего
сгорания или кладки производственных печей. В зависимости
от назначения охлаждающей воды требования, предъявляемые
к ней в отношении ее температуры и качества, т. е. содержа-
ния различных примесей, могут быть весьма разнообразны.
Большей частью предъявляются требования, чтобы темпе-
ратура воды не превосходила определенного, сравнительно не-
высокого предела, а содержание в пей примесей не приводило
)0 Введение

бы к образованию отложений в системе или коррозии метал-
лических частей. Это диктуется условиями протекания произ-
водственных процессов, а также требованиями надежности и
экономичности работы установок. Так, на паротурбинных элек-
тростанциях повышение температуры охлаждающей воды вле-
чет за собой увеличение расхода топлива на выработку элек-
троэнергии, а при известных условиях и понижение распола-
гаемой мощности; на нефтеперерабатывающих заводах и в
ряде химических производств оно связано с уменьшением вы-
хода продукции, а иногда с потерей наиболее ценных ее со-
ставляющих, например, легкокипящих фракций нефти; на хо-
лодильных установках оно приводит к понижению их холодо-
производительности и т. д. К. таким же результатам приводят
и отложения (накипь, слизь) на охлаждаемых поверхностях,
ухудшающие теплообмен. Когда охлаждение имеет целью
поддержание температуры металла или кладки в допустимых
пределах, органические или минеральные отложения могут
вести к чрезмерному повышению этой температуры и в том
случае, если температура охлаждающей воды сравнительно
невелика.
Температурный режим охлаждаемых аппаратов требует
обычно наряду с достаточно низкой температурой поступаю-
щей воды также и ограничения нагрева ее в системе. Это при-
водит к большим расходам воды, достигающим для отдельных
предприятий тысяч и даже десятков тысяч кубических метров
в час (электростанции, металлургические и нефтеперерабаты-
вающие заводы и др.). Лишь в сравнительно немногих слу-
чаях может допускаться значительный нагрев воды, вплоть до
температуры кипения (например, «горячее» или «кипящее»
охлаждение двигателей внутреннего сгорания), что позволяет
заметно снизить ее расход.
При наличии достаточного по мощности водного источника
(реки, озера или др.) большей частью применяется прямо-
точная система водоснабжения, при которой забираемая из
источника вода используется однократно для целей охлажде-
ния и затем сбрасывается. Но такая система водоснабжения
может быть осуществлена далеко не всегда. Препятствиями к
этому могут являться как недостаточный дебит водного источ-
ника, так и техническая, сложность и высокая стоимость тре-
бующихся сооружений.
Последнее может обуславливаться необходимостью подачи
воды на большое расстояние или большую высоту; значитель-
ными колебаниями уровня воды в реке, затрудняющими
устройство водозабора; сильной минерализованностью воды
или загрязненностью ее химически агрессивными примесями,
требующими дорогостоящей очистки, и т. д. Удаленность вод-
ного источника или высокая стоимость воды, например, в го-
родах, где возможно получение ее только из питьевого водо-
Введение
11
мровода, могут приводить к отказу от прямоточного водоснаб-
жения и в случаях незначительного расхода охлаждающей
.воды (небольшие холодильные и силовые установки, транс-
форматорные и ртутные подстанции, радиостанции и т. д.).
Когда применение прямоточного водоснабжения оказывает-
ся невозможным или экономически нецелесообразным, может
быть осуществлено непосредственное воздушное охлаждение
или охлаждение с помощью воды, циркулирующей в замкну-
той системе и выполняющей роль промежуточного теплоноси-
теля между охлаждаемым устройством и наружным воздухом.
В последнем случае систему водоснабжения называют обо-
ротной, а воду, циркулирующую в замкнутой системе, цир-
куляционной водой.
Непосредственное использование в качестве внешней тепло-
воспринимающей среды воздуха получило очень незначитель-
ное распространение. Обуславливается это в основном очень
низким коэффициентом теплоотдачи от охлаждаемой поверх-
ности к воздуху, вследствие чего требуемая поверхность
охлаждения возрастает в несколько десятков раз сравнительно
с водяным охлаждением, и малой теплоемкостью воздуха, вы-
зывающей высокую затрату электроэнергии* на подачу боль-
ших его количеств с помощью вентиляторов.
Указанные недостатки воздушного охлаждения сохраняют-
ся и при оборотной системе водоснабжения, когда воздух
используется для охлажде-
ния циркуляционной воды в
поверхностных теплообмен-
никах (калориферах или ра-
диаторах).
Значительное повышение
интенсивности теплообмена
между циркуляционной во-
дой и воздухом, а также
уменьшение потребного ко-
личества воздуха достигают-
Фиг. 1-1. Схема оборотного водо-
снабжения.
I—охлаждаемый рабочий'аппарат; 2—во до ох-
лаждающее устройство; 3 -резервуар охлаж-
дешюй воды; 4—циркуляционный насос;
й —добазочная вода; 6—сброс йоды.
ся в случае применения кон-
тактных охладителей, ис-
пользующих принцип и с п а-
рнтельного охлаж-
дения воды (фиг. 11). При этом охладитель может быть
выполнен из более дешевых и менее дефицитных материалов,
а затрата мощности на вентиляторы или вовсе отпадает, или
становится во много раз меньшей, чем при поверхностных охла-
дителях.
Благодаря этим преимуществам испарительное охлаждение
циркуляционной воды получило преобладающее применение в
систем ах оборотного водоснабжения.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ТЕПЛООБМЕН ПРИ ИСПАРИТЕЛЬНОМ ОХЛАЖДЕНИИ
1-1. ОСОБЕННОСТИ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Под испарительным охлаждением жидкости понимается
охлаждение ее в результате процессов тепло- и массообмена,
возникающих при непосредственном соприкосновении свобод-
ной поверхности жидкости с каким-либо газом или же смесью
газов, например атмосферным воздухом. Понижение темпера'
туры жидкости происходит при этом в результате:
а) теплоотдачи соприкосновением;
б) излучения;
в) поверхностного испарения жидкости.
Роль каждого из этих процессов в охлаждении жидкости
может быть различной в зависимости от физических свойств
и параметров жидкости и газа. В рассматриваемых ниже
охлаждающих устройствах, где обменивающимися теплом сре-
дами являются вода и атмосферный воздух, в течение большей
части года преобладающую роль в охлаждении воды играет
поверхностное испарение, посредством которого от воды отво-
дится до 80—90% всего количества отдаваемого ею тепла. При .
низких температурах наружного воздуха роль поверхностного
испарения снижается и доля отдаваемого водой тепла, прихо-
дящаяся на теплоотдачу соприкосновением, увеличивается до
50—70% против 10—20%<в летнее время.
Теплообмен излучением большей частью не играет суще-
ственной роли в водоохлаждающих устройствах и его не при-
нимают во внимание. Исключением являются открытые водо-
емы с большим зеркалом (охлаждающие пруды), где солнеч-
ная радиация и излучение водной поверхности существенно
отражаются на охлаждении воды.
Механизм процесса поверхностного испарения жидкости
при температурах ниже точки кипения согласно кинетической
теории следующий Ч Вследствие беспорядочного теплового дви-
жения молекул жидкости скорости их в очень широких преде-
1 О. Д. X в ел ь с о н. Курс физики, т. 1, изд. 5-е, ГИЗ, 1923, стр. 430;
В. В. Шулейкин, ЖРФ ХО, ч. физ., т. 58, 1926, стр. 527; А1. Бара-
наев, «Успехи химии1-, т. VIJ, 1938, вып. 8, стр. 1231 и др.
§ Id ] Особенности испарительного охлаждения 13
лах отклоняются от среднего значения. Часть поверхностных
молекул, обладающих кинетической энергией, достаточной для
преодоления сил сцепления, вырывается в расположенную над
поверхностью жидкости газовую среду. Вследствие столкнове-
ний этих молекул между собой и с молекулами газа они ча-
стично отражаются обратно к поверхности жидкости, где вновь
отражаются от нее или же поглощаются жидкостью. Часть
вырвавшихся или отраженных от поверхности жидкости моле-
кул проникает в результате диффузии и конвекции в газовую
среду и уже безвозвратно теряется жидкостью. ‘
Количество испарившейся жидкости представляет собой,
таким образом, разность между количеством па молекул жидко-
сти, оторвавшихся от ее поверхности вследствие теплового
движения, и количеством пк молекул, вновь поглощенных
жидкостью при ударах о ее поверхность, т. е.
(1-1)
где п — количество молекул, отвечающее видимому испаре-
нию с единицы поверхности в единицу времени.
Жидкость теряет при испарении наиболее быстро движу-
щиеся молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энер-
гия, оставшихся молекул уменьшается или, иначе говоря, тем-
пература жидкости становится ниже. Избыточную энергию
вырвавшихся молекул, затрачиваемую на преодоление сил
сцепления и работу увеличения объема при испарении, назы-
вают теплотой испарения.
При испарении в газовую среду скорость удаления моле-
кул пара от поверхности в результате диффузии и конвекции
ничтожно мала сравнительно со скоростью испускания моле-
кул жидкостью. Поэтому в слое, непосредственно прилегаю-
щем к поверхности жидкости, происходит быстрое накопление
молекул пара, прекращающееся, когда парциальное давление
пара в этом слое достигает значения, при котором устанавли-
вается равенство (1-1).
Если рассматривать процессы испускания и обратной кон-
денсации молекул, как происходящие независимо друг от
друга, то значения пи и пк можно считать пропорциональными
соответственно давлению насыщенного пара р" при темпера-
туре поверхности жидкости и парциальному давлению
пара р* в прилегающем к поверхности слое. Принимая
в качестве первого приближения одинаковый коэффициент
пропорциональности для обоих процессов, можно для коли-
чества молекул п при установившемся состоянии системы
написать следующую зависимость:
р*), (1-2)
где /С—коэффициент пропорциональности.
14 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл. X
С другой стороны, согласно существующим представлениям
можно принять, что количество молекул пара /г, удаляю-
щихся от поверхности, пропорционально разности давления
р* и парциального давления пара р в окружающей
среде на достаточном удалении от поверхности. Обозначая
соответствующий коэффициент пропорциональности через
можем написать
п = К!(р* — р). (1-3)
Приравнивая правые части уравнений (1-2) и (1-3) и решая
полученное равенство относительно р*} находим:
(1-4)
Как показывают теоретические и опытные данные, при.
испарении воды в воздухе под атмосферным давлением коэф-
фициент К в несколько сот раз больше коэффициента /С,
Поэтому в уравнении (1-4) можно пренебречь значениями
К'р и К' сравнительно с Кр" и К. Тогда
р* == р". (1-4а)
Отсюда следует, что хотя, строго говоря, при испарении,
давление пара над поверхностью жидкости несколько ниже
давления насыщения, отвечающего температуре этой поверх-
ности, практически этим отличием можно обычно прене-
брегать, считая, что пар у поверхности жидкости
является насыщенным1.
Поверхностное испарение жидкости происходит при р"^>р
независимо от того, выше или ниже температура жидкости,,
чем температура газа, омывающего ее поверхность. При этом
испарение жидкости всегда связано с ее охлаждением.
В отличие от этого перенос тепла в результате теплоотдачи
соприкосновением (теплопроводности и конвекции) может
происходить как от жидкости к газу, так и от газа к жидкости
в зависимости от того, какая из этих сред имеет более высо-
кую температуру.
Когда температура жидкости выше температуры газа,
охлаждение ее происходит в результате совместного действия
поверхностного испарения и теплоотдачи соприкосновением.
1 Некоторыми авторами, в том числе Аккерманом, высказывалось
предположение о значительном понижении парциального давления пара
у поверхности жидкости сравнительно с давлением.насыщения, отвечаю-
щим температуре этой поверхности. Но, как нам неоднократно прихо-
дилось уже отмечать, этот взгляд основывается па неправильной обра-
ботке опытных данных, в частности по испарительному охлаждению во-
ды в градирнях, и не подтверждается более надежными данными.
§ 1-1 ] Особенности испарительного охлаждения 15
Температура газа при этом повышается. Напротив, когда тем-
пература газа выше, чем температура жидкости, теплоотдача
соприкосновением приводит к охлаждению газа и передаче
части его тепла жидкости. Но пока количество этого тепла
меньше количества тепла, теряемого жидкостью благодаря по-
верхностному испарению, охлаждение жидкости не прекра-
щается. Оно происходит до тех пор, пока направленный от
газа к жидкости поток тепла вследствие теплоотдачи сопри-
косновением не становится равным затрате тепла на испаре-
ние. В этом случае достигается теоретический предел
охлаждения жидкости.
Из сказанного видно, что при испарительном охлаждении
наряду с обычными явлениями переноса тепла большую роль
играет процесс испарения, сопровождающийся' переносом ве-
щества или массы. Количество отдаваемого жидкостью тепла,,
а также возможный предел ее охлаждения определяются при
этом не только температурой охлаждающей газовой среды,
но и содержанием в ней паров данной жидкости. Температура
газовой среды может при этом как повышаться, так и пони-
жаться, тогда как содержание в ней паров жидкости и тепло-
содержание парогазовой смеси растут. Поверхностное испаре-
ние позволяет осуществить охлаждение жидкости не только до
начальной температуры охлаждающей среды, но и до темпе-
ратуры более низкой, что является особенностью, свойственной
только испарительному охлаждению.
Первые работы в области изучения закономерностей испа-
рительного охлаждения жидкостей относятся примерно к сере-
дине XVIII в. Одним из основоположников научного исследо-
вания в этой области является ближайший сотрудник М. В.
Ломоносова известный русский физик акад. Г. В. Рихман.
Экспериментальные исследования Г. В. Рихмана, опубликован-
ные в докладах Петербургской Академии наук охватили ряд
вопросов теплообмена и испарения, в том числе:
«Исследование свойства, как жидкие тела в сосудах на воз-
духе непременной теплоты в некоторое определенное время про-
стывают...»
или, если пользоваться современной терминологией, исследо-
вание испарительного охлаждения жидкостей в открытых со-
судах при неизменной температуре воздуха. Г. В. Рихман
впервые открыл непосредственно связанное с испарительным
охлаждением влияние смачивания шарика термометра на по-
казания последнего, т. е. явление, использованное уже позд-
нее,. в начале XIX в., для создания психрометра.
, В дальнейшем основное внимание исследователей было на-
1 CommentнН Academiae Sciential urn Imperially Petropolitanae, 1744---
175J.
16 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл. 1
правлено в сторону изучения раздельно протекающих процес-
сов теплообмена и испарения, и в течение длительного периода
изучение испарительного охлаждения производилось, главным
образом, применительно к условиям работы психрометров.
Здесь должны быть отмечены работы русского ученого Н. А.
Зворыкина, относящиеся к концу XIX в.1.
Промышленное использование испарительного охлаждения
потребовало расширения круга этих работ, и в 20—30-х годах
настоящего столетия появляются теоретические и эксперимен-
тальные исследования, посвященные изучению испарительного
охлаждения циркуляционной воды, продолжающиеся по на-
стоящее время.
Из первых отечественных исследований промышленного
характера нужно особо указать на проводившиеся во Всесоюз-
ном теплотехническом институте им. Ф. Дзержинского работы
А. Н, Арефьева в области экспериментального изучения дей-
ствующих охладителей (градирен и брызгальных бассейнов),
а также на проводившиеся в Отделе исследований Л. О. Энер-
гостроя работы Н. М. Вернадского по изучению охлаждающих
прудов, положившие начало разработке у нас в Советском
Союзе теории промышленных охладителей, использующих
принцип испарительного охлаждения воды-.
1-2. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Атмосферный воздух, используемый для охлаждения цир-
куляционной воды, всегда содержит некоторое количество водя-
ного пара, т. е. является влажным. Содержащийся в атмосфер-
ном воздухе водяной пар находится обычно в перегретом со-
стоянии.
Условимся в дальнейшем под сухим воздухом пони-
мать смесь содержащихся в воздухе газов, исключая только
водяной пар, а влажный воздух условно считать состоя-
щим из двух частей: сухого воздуха и водяного пара.
В пределах интересующей нас области давлений и темпе-
ратур сухой воздух и водяной пар, даже если последний нахо-
дится в состоянии, близком к насыщению, могут рассматри-
ваться как идеальные газы. Это позволяет применять для
влажного воздуха те же законы, что и для смеси двух идеаль-
ных газов.
По закону Дальтона давление влажного воздуха должно
равняться сумме парциальных давлений сухого воздуха ps и
водяного пара ря:
Рв=Р' + Р„- (1-Я
1 Н. А. Зворыкин, Определение влажности посредством психро-
метра, Приложение к „Запискам Академии наук", т. И, СПБ, 1881.
§ 1-2]
Свойства влажного воздуха
17
где рЕ— давление смеси, которое для условий охладителей
циркуляционной воды всегда может приниматься равным
барометрическому давлению.
В дальнейлем парциальное давление пара будет обо-
значаться также для простоты без индекса, остальные же
давления всюду отмечаются соответствующими подстрочными
индексами.
Парциальные давления сухого воздуха и пара могут быть
определены из уравнения состояния Клапейрона:
^ ^PT-iO-4 и —£лТ-10-4,
Т3 3 Ъг п ’
(1-6)
воз-
пара
тел-
где Ye и ?л — удельные веса сухого воздуха и пара, дг/лг;
/?й и /?л—газовые постоянные для сухого воздуха и пара,
кгм{кг град;
Т—температура, °К,
Давления р0, рп и рп выражаются здесь и ниже, за
исключением особо оговоренных случаев, в технических
атмосферах (кг/сщ2), в соответствии с чем в уравнения (1-6)
и введен множитель 10~4 с правой стороны.
Газовые постоянные составляют для сухого
1^7 духа £е=29,27 кгм[кг град и для водяного
„.Jfe1'£„“47,05 дгж/кг град.
Для влажного воздуха при атмосферном давлении и
иературах ниже 100° С максимально возможный вес водяного
паРа’ содержащегося в I ж3 смеси, определяется условием,
.'что парциальное давление водяного пара не может превзойти
давление насыщенного пара при данной температуре.
Если в единице объема влажного воздуха определенной
температуры содержится такое количество водяного пара,
'Шк что парциальное давление последнего рп равно давлению
Ой/'его насыщения р'п, то дальнейшее поглощение пара воздухом
уже невозможно, и влажный воздух в этом случае также
называют пасы щ е н н ы м.
Отношение веса п(„ водяного пара, заключающегося в 1 м3
Смеси, к максимальному его весовому количеству, которое
Могло бы в этом объеме содержался, т. е. для смеси с тем-
пературой ниже 100° С к удельному весу ?л насыщенного
1 ||^йодяного пара той же температуры, называется огноси-
^:^.;Тельной влажностью воздуха и обозначается через о.
Принимая, что водяной пар подчиняется законам для
7?^: .-Идеальных газов, т. е, при данной температуре удельный вес
г'>Ц;Пара пропорционален его парциальному дав^Шло;- относи-,.
.. тельную влажность воздуха можно определись как
Л. Д. Берман. ?

И,*:-
18
Теплообмен при испарительном охлаждении
[ гл. I
отношение парциального давления рп пара, содержащегося
в смеси, к давлению р“ насыщенного пара той же темпера-
туры, т. е.
г Уп . _ Ртг z,
?—>—7- (1-/)
>п Рп
Отсюда для парциальных давлений водяного пара и су-
хого воздуха можно написать:
Р*=ЧР„ И Р' = Рв— ЧРп- U’8)
Содержание водяного пара в смеси характеризуется вели-
чиной влагосодержания х, представ ляющей собой
отношение веса водяного пара к весу содержащегося в том же
объеме сухого воздуха1, т. е.
х = С1'9)
Заменяя здесь удельные веса согласно (1-6) и подставляя
численные значения газовых постоянных, получаем, принимая
во внимание (1-8), что
„ = 0 622 = 0,622 ™ 0,622 ~-?Лг „. (1-10)
Ро Рб-Рп Рб-^Л
Величина влагосодержания х" насыщенного воздуха (при
определяет максимальное весовое количество водяного
пара, которое может содержаться во влажном воздухе на 1 кг
заключающегося в нем сухого воздуха, т. е. характеризует
влагопоглощающую способность воздуха при данных рБ и Т.
С повышением температуры воздуха его влаго-
поглощающая способность быстро растет1 2.
Из равенства (1-Ю) следует, что при данном барометри-
ческом давлении парциальное давление пара однозначно
определяется влагосодержанисм, причем
0,622 + х ’ 1)
Влагосодержание определяет также и температуру, до
которой при данном давлении рБ нужно охладить влажный
1 Здесь влагосодержание выражено в кг/к?. В нашей литературе в
качестве единицы измерения для влагосодержания часто применяется
также г/кг, причем оно обозначается при этом через d. Очевидно, что
d ~z 1 000 х.
2 См. приложение V в конце книги.
Свойства влажного воздуха 19
'Жг' воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг
состояния насыщения, или, что то же, чтобы влажный воз-
дух стал насыщенным. Эту температуру называют точкой
росы. При понижении температуры воздуха ниже точки росы
Уу... начинается конденсация пара в объеме воздуха (появление
тумана).
У?- В чистом воздухе при отсутствии ядер конденсации воз-
уУ можно пересыщение пара. Конденсация последнего в объеме
начинается в этом случае при достижении определенной
критической степени пересыщения. Однако, в атмосферном
V/ воздухе, содержащем ионы, а также твердые частицы (пыль
...у.;, и др-), образующие ядра конденсации,’ возможная степень
УУ пересыщения весьма мала, и конденсация пара практически
У? начинается уже при достижении точки росы. Чтобы опреде-
лить точку росы для влажного воздуха с данным влагосо-
:Ж. держанием х, нужно подсчитать но формуле (1-11) парциаль-
ное давление пара рп и по таблицам водяного пара найти
у.соответствующую рп температуру насыщения — это и будет
Уу, точка росы-
У: Удельный вес влажного воздуха определяется как сумма
. удельных весов, содержащихся в смеси сухого воздуха и во-
дикого пара:
У + (1-12)
Как и для всех газов и их смесей, величина удельного веса
У влажного воздуха понижается с уменьшением давления и
у. повышением температуры. Здесь важно еще отметить, что
Jy удельный вес влажного воздуха уменьшается
У с повышением его относительной влажности1
При испарительном охлаждении вес сухого воздуха, содер-
жу жащегося в смеси, не меняется, поэтому удобно при рассмотре-
у нии этого процесса относить теплосодержание и теплоемкость
влажного воздуха не к единице веса смеси, а к 1 кг содер-
у жащегося в ней сухого воздуха, т. е. к количеству смеси
У'.' весом I ; х кг.
Теплосодержание влажного воздуха2 определится при
.у; этом как сумма теплосодержаний 1 кг сухого воздуха и х кг
У.водяного пара:
у Zej"ккал1кг (сухого воздуха), (1-13) У.
У. 1 См. приложение VI.
У 2 Для теплосодержания влажного воздуха часто применяется обо-
У значение 7, но из соображений единообразия обозначений мы сохраняем
УУ для него, как и для теплосодержаний сухого воздуха и водяного пара,
Уу обозначение строчной буквой 7 с соответствующим индексом или без
У.', индекса.
УУ 2*
20 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл. 1
где 10 и in — соответственно теплосодержания сухого воздуха
и водяного пара, кка-л^г.
При определении теплосодержания за нуль принимаются
для сухого воздуха его теплосодержание при 0°С, а для
водяного пара теплосодержание воды при 0° ..
Соответственно для теплосодержания сухого воздуха
имеем:
i -—с I
в в ?
где са —средняя теплоемкость (при постоянном давлении)
сухого воздуха в интервале температур от 0° до
’ td, которую для рассматриваемых условий можно
считать постоянной и равной 0,24 ккал[кг град.
Теплосодержание водяного пара in может быть определено
по таблицам водяного пара или по приближенной формуле
Ь=г+ьЬ
где для области температур, встречающихся в охладителях
циркуляционной воды, можно с достаточной точностью при
любом парциальном,давлении пара принимать: г —595 ккал[кг
и сп = 0,47 ккал} кг град.
Заменяя ie и in в формуле (1-13), получаем:
(г-}-ся/) =0,247-4- х(595 —1~0,47/). (144)
Теплоемкость влажного воздуха1 равна:
сйл ~са х= 0,24-|-0,47-х ккал[кг град. (1-15)
При практических расчетах процесса испарительного
охлаждения можно с достаточной точностью принимать
0,25 ккал[кг град.
Для удобства практических расчетов связь между основ-
ными параметрами влажного воздуха часто представляется
в графической форме. Наиболее широким распространением
пользуется 1ва х или Id - диаграмма Л. К. Рамзина (фиг. 1-2).
На ней нанесены также изотермы, весьма близкие к прямым,
кривые постоянного насыщения (-у = const) и линия, позво-
ляющая находить непосредственно на диаграмме парциальное
давление водяного пара. Для улучшения развертывания линий
<p=const угол между осями координат принят равным 135°.
Диаграмма построена для барометрического давления р$~~
1 В дальнейшем мы не будем оговаривать, что теплосодержание и
теплоемкость влажного воздуха отнесены к 1 кг сухого воздуха в сме-
си, ко это все время следует иметь в виду.
§ 1-2]
Свойства влажного воздуха
21
= 745 ли/ рт. ст., или 1,014 ата. На7 фиг. 1-2 пунктирными
линиями показано определение по этой диаграмме основных
величин для влажного воздуха при температуре его 20° С и
относительной влажности 60% (точка а). Пересечение линии
x=const, проведенной через точку, отвечающую данному
состоянию воздуха (линия ае нафиг. 1-2), с линией <? = 100%
в^агйсодержамие &падула, л кз/нг
Фиг. 1-2, Диаграмма Л. К. Рзмзияи для влажного воздуха.
определяет точку росы (точка с). Для определения предела
охлаждения воды (см. § 1-9) при данном состоянии воздуха
нужно провести лилию гм = const до пересечения с линией
™ 100 % (точка g).
При расчетах охладителей циркуляционной воды обычно
удобнее пользоваться диаграммами и x-t, на кото-
рых также наносятся линии = const Такие диаграммы,
выполненные в более крупном масштабе, приведены в прило-
жениях IV и -V (в конце книги).
, В приложении VI дана зависимость удельного веса влаж-
ного воздуха от его температуры и относительной влажности.
22
Теплообмен при испарительном охлаждении
С гл. I
1-3, СТРОЕНИЕ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
Теплоотдача соприкосновением и поверхностное испарение,
совместное действие которых определяет интенсивность испа-
рительного охлаждения жидкости, являются в свою очередь
сложными процессами. Каждый из них связан с молекулярны-
ми явлениями, как теплопроводность и диффузия, и с моляр-
ным переносом тепла и массы в результате конвекции, т. е,
перемещений достаточно больших сравнительно с отдельными
молекулами элементарных масс газовой среды.
Когда воздух, расположенный над поверхностью жидкости,
имеющей более высокую температуру, неподвижен или, точ-
нее говоря, когда ему не сообщается вынужденного движения,
конвективные токи возникают в нем вследствие повышения его
температуры и влагосодержания у поверхности жидкости. При
нагреве и увлажнении удельный вес паровоздушной смеси
уменьшается, она поднимается кверху, а к поверхности при-
текает более холодный и сухой воздух. Это явление называют
свободным движением или естественной кон-
векцией. Оно способствует увеличению интенсивности
теплоотдачи и испарения при отсутствии вынужденного движе-
ния воздуха.
В охладителях циркуляционной воды воздух большей
частью находится в состоянии вынужденного д в и ж с-
н и я под влиянием внешних факторов (ветра или тяги, созда-
ваемой искусственным путем с помощью вытяжной башни или
вентилятора) и роль свободного движения сравнительно неве-
лика. Интенсивность испарительного охлаждения определяется
при этом в значительной мере строением воздушного потока.
Наблюдается две принципиально различных формы тече-
ния: вязкое или ламинарное течение, при котором
элементарные массы жидкости или газа движутся по траекто-
риям, параллельным друг другу и направленным вдоль глав-
ного направления потока, а скорости их не меняются во вре-
мени, и турбулентное течение, при котором движение
элементарных масс жидкости носит нерегулярный, неупорядо-
ченный характер. При турбулентном течении скорости отдельных
элементарных масс беспрерывно меняются во времени и имеют
также меняющиеся во времени поперечные составляющие,
направленные нормально к главному направлению потока.
Форма течения зависит при прочих неизменных условиях
от скорости потока, причем малым скоростям отвечает лами-
нарная форма течения, а при превышении некоторой скорости,
называемой критической, упорядоченное ламинарное течение
нарушается и переходит в турбулентное. В общем случае ха-
рактер течения зависит помимо скорости от формы и размеров
обтекаемой твердой поверхности и от плотности и вязкости
движущейся среды. Он определяется при данной форме по-
Строение воздушного потока
23
верхности величиной так называемого числа или крите-
рия Рейнольдса
п да'd
где w — скорость течения;
d—характерный размер поверхности;
>—коэффициент кинематической вязкости движущейся
среды.
При обтекании поверхности твердого тела скорость жидко-
сти (газа) непосредственно у поверхности равна нулю, затем
в ср авн ителъно то н ко м,
прилегающем к поверх-
ности слое она быстро на-
растает от нуля до скоро-
сти основного потока, Этот
слой, называют в зависи-
мости от характера тече-
ния в нем л а м и и а р-
ц ы м или турбулент-
ным пограничным
слоем. Но и при турбу-
лентном течении в погра-
ничном слое вблизи, по-
верхности всегда о стае, гея
область, в которой тече-
ние сохраняет ламинар-
ный характер или, точнее,
турбулентные пульсации
скоростей, возрастающие
по мере удаления от по-
верхности, еще настолько
---к----- - К-----
о \Г!аграничный
/ламинарный слой

П)
Наде$анЛций
поток
~ 1 ~ -^Турбулентный
пограничный слой
Ламинарный подслой
Фиг. 1-3. Распределение скоростей при
турбулентном течении жидкости вдоль
плоской поверхности (й) ?и внутри
канала (б).
незначительны, что тече-
ние можно рассматривать как ламинарное (фиг. 1-3,а). Эту
область принято называть ламинарным или вязким
подслоем.
Когда турбулентный поток движется внутри трубы или ка-
нала, т. е. ограничен со всех сторон твердыми стенками, турбу-
лентный пограничный слой может распространяться па все
сечение потока и строение* последнего характеризуется при
этом наличием турбулентного ядра и тонкого ламинарного
слоя вблизи стенок.
В этих случаях турбулентного течения ламинарным
пограничным слоем часто называют прилегающую к
стенке область ламинарного течения, т. е, незначительных еще
амплитуд турбулентных пульсаций.
Переход от ламинарного течения к турбулентному происхо-
дит в случае* течения внутри трубы при значении числа Рей-
24 Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл. I
нольдса, равном 2 300 (считая, что w есть средняя по сечению
скорость, a d — диаметр трубы).
При обычных условиях переход от ламинарного течения
к турбулентному происходит, однако, не внезапно, а постепен-
но и появляется область неустойчивой или так называемой
переходной формы течения, распространяющаяся до зна-
чения Re порядка 10000.
При ламинарном течении распределение местных скоростей
в сечении трубы отвечает параболическому закону, при турбу-
лентном же течении скорости быстро нарастают вблизи по-
верхности—в ламинарном пограничном слое, но в центральной
части потока они сильно выравнены благодаря переносу коли-
чества движения из одной области в другую при поперечных
перемещениях элементарных масс. Примерное распределение
скоростей в последнем случае показано на фиг. 1-3,6. Нужно
иметь в виду, что, говоря о распределении скоростей в области
турбулентного течения, обычно подразумевают усредненные за
достаточно длительный промежуток времени местные скорости,
а не мгновенные их значения, претерпевающие здесь постоян-
ные изменения (пульсации).
Описанное выше строение потока в канале и соответствую-
щее распределение скоростей устанавливаются не сразу при
входе жидкости в канал. Участок канала, на протяжении кото-
рого происходит преобразование начального профиля скоро-
стей в профиль, отвечающий данной форме течения, называют
начальным участком.
В случаях внешнего обтекания тел картина течения услож-
няется явлением отрыва потока. Если форма тела не
является хорошо обтекаемой, поток не охватывает его пол-
ностью, а в определенных точках поверхности отрывается, при-
чем со стороны сбегания потока (кормовой части тела) обра-
зуются вихри. Угол охвата потоком обтекаемого тела зависит
от формы этого тела и значения числа Рейнольдса (фиг. 1-4).
Указанные особенности гидродинамического строения по-
тока очень сильно отражаются на условиях протекания про-
цессов теплоотдачи и испарения. При чисто ламинарном тече-
нии перенос тепла и массы в направлении, нормальном к на-
правлению движения потока, может происходить лишь в ре-
зультате молекулярной теплопроводности и диффузии. Про-
цессы обмена характеризуются при этом сравнительно неболь-
шой интенсивностью. В отличие от этого при турбулентном
течении преобладающее влияние приобретает молярный пере-
нос тепла и вещества, связанный с наличием нерегулярного
движения элементарных масс движущейся среды. Вызываемое
этим беспорядочным движением турбулентное перемешивание
резко повышает скорости процессов тепло- и массообмена. Их
называют в этом случае тур бу лентной теплопров од-
н остью и турбулентной диффузией.
§ 1-4]
'аксны распространения тепла и массы
25-
Наряду с влиянием характера течения движущейся среды;
на процессы обмена нужно отметить и обратное влияние, ко-
торое эти процессы оказывают на строение потока. При нали-
чии теплообмена неравномерное температурное поле, а при
испарении также и неравномерное поле влагосодержания, при-
водит к изменению распределения вязкости и плотности по
сечению потока сравнительно с изотермическим течением одно-
родной среды. В результате этого изменяется также и распре-
деление скоростей: при ламинарном течении в трубе закон,;

*6470 725
Фиг. 1-4. Внешнее обтекание тел.
а—обтекание шара; б—обтекание трехгранвой призмы.
распределения скоростей отклоняется от параболического, а
при турбулентном течении изменяется толщина погранич-
ного слоя.
1-4. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛА И МАССЫ,
Молекулярные процессы теплопроводности и диффузии
связаны с тепловым движением частиц, приводящим в одном
случае к выравниванию в данном объеме температур, а в дру-
гом — концентраций или парциальных давлений составных ча-
стей газовой смеси.
Если в неподвижной среде с неравномерным полем темпе-
ратур выделить изотермическую поверхность, то плотность теп-
лового потока, т. е. количество тепла, протекающее в единицу
времени через единицу площади в направлении нормали п,
составит согласно закону Фурье
(1-16)
где к—коэффициент теплопроводности;
— — градиент температуры в направлении нормали п.
Знак минус в правой части уравнения (1-16) показывает,
что поток тепла направлен в сторону понижения температуры.
”26
Теплообмен при испарительном охлаждении
[ гл, I
Если среда движется и составляющая скорости в на-
правлении п равна wH, то к потоку тепла вследствие тепло-
проводности добавляется количество тепла, переносимое дви-
жущейся жидкостью, и
? = —k^ + w«’c7'> 0-17)
где у—удельный вес среды;
с — весовая теплоемкость при постоянном давлении.
Выражение (1-17) может быть использовано для состав-
ления уравнения теплового баланса элементарного параллеле-
пипеда со сторонами dx, dy и dz, выделенного в объеме
движущейся однородной и изотропной среды. Это приводит
для случая стационарного теплового режима, при допущении,
что физические параметры с и 7 неизменны во всем объеме,
к следующему дифференциальному уравнению распростра-
нения тепла или уравнению теплопроводности
Фурье-Кирхгофа1
дТ , дТ . 5т ( д*Т , д'2Т .
где w и — составляющие скорости в направлениях
трех координатных осей;
а — — коэффициент температуропроводности.
Для неподвижной смеси двух газов или жидкостей при
неравномерном поле концентраций составных частей смеси
имеем по закону Фика, что количество данного вещества,
.диффундирующего в единицу времени через единицу пло-
щади, составляет:
= (М9)
где kc — коэффициент диффузии;
дС
— градиент концентрации в направлении нормали п.
При движущейся смеси через единицу площади протекает
еще количество рассматриваемого вещества wwC,h соответ-
ственно
о- — -’-да С, (1 -.20)
й - ОП и * 4 7
1 Подробнее см. в курсах теплопередачи. В приведенном уравнении
опущен вследствие его малости член, отвечающий тепловому эквивален-
ту механической работы сил вязкости (внутреннего трения).

1-4] Законы распространения тепла -и массы 27
ж

.где С — концентрация данного вещества, т. е. его количество,
содержащееся в единице объема,
С помощью (1-20) можно получить, полагая коэффициент
диффузии неизменным, дифференциальное уравнение распро-
странения вещества или уравнение диффузии:
дС , дС । дС г /WC , д2С , д'2С \ .
- /
Сопоставление дифференциальных уравнений теплопро-
водности и диффузии показывает, что оба процесса подчи-
няются аналогичным законам. Описывающие их уравнения
(1-18) и (1-21) построены совершенно одинаково и разли-
чаются лишь входящими в . них физическими параметрами.
Выводы, вытекающие из этой аналогии, как будет видно из
дальнейшего, сильно облегчают исследование и практические
расчеты испарительного охлаждения.
Уравнения (1-19) по (1-21) сохраняют свою силу при
выражении количества диффундирующего вещества g, а соот-
ветственно и концентрации С, как в единицах массы, так и
веса. При практических расчетах обычно пользуются весо-
выми единицами, которые и приняты в дальнейшем изложе-
нии. Концентрация вещества С совпадает при этом с его
удельным весом.
При рассмотрении испарительного охлаждения (по причине,
указанной ниже, на стр. 32) для элементарного закона диффу-
зии вместо (1-20) обычно пользуются выражением
0-20а)
где kp — коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту
д парциального давления;
— градиент парциального давления рассматриваемого
вещества.
В случае изотермических условий, т. е. при урав-
,] некие (1-20а) вытекает непосредственно из (1-20), если заме-
нить в последнем концентрацию согласно уравнению состоя-
; ния Клапейрона. При этом, обозначая газовую постоянную
Диффундирующего вещества через R, получаем следующее
соотношение между коэффициентами диффузии:
kc = kpRT. (1-22)
Если концентрация С выражается в кг/лг3, парциальное
давление р в кг/л«5, а величина g в кг/лг час, то коэффи-
циент kc выражается в м?1час и kp— в м1час.
28 Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл. Г
Оба коэффициента диффузии — kc и kp — зависят в ос-
новном от природы перемешивающихся газов, давления и.
температуры, зависимостью же их от концентраций газов,
хотя она, строго говоря, и существует, обычно можно пре-
небрегать. Но коэффициент kc для данной смеси двух газов
один и тот же независимо от того, диффузия какого из
газов рассматривается, тогда как коэффициент kp различен'
для двух диффундирующих компонентов газовой смеси.
Обозначим величины, относящиеся к каждому из двух
перемешивающихся газов, соответственно индексами 1 и 2.
Тогда для коэффициентов диффузии kpl и kp^ исходя из
(1-22) и принимая еще во внимание, что kcl-:-.kc^ можно*
написать:
kp 1__#э
&р Э

(1-23).
где у — молекулярный вес.
Значения коэффициента k для диффузии водяного пара
в воздухе, подсчитанные по Махе 1 с учетом соотношения'
(1-22), приведены на фиг. 1-5.
Выражению элементарного закона диффузии в форме1
уравнения (1-20а) отвечает дифференциальное уравнение-
диффузии
™ + ™ ^ + w^.= k + ^(1-21аУ
* дх 1 Уду ' я dz Р\дх2 оу2 1 dz^j
Применение уравнений (1-20а) и (1-21а) вместо (1-20) и
(1-21) Tie нарушает отмеченной выше аналогии между зако-
нами распространения тепла и вещества (массы).
Указанная аналогия может быть распространена с извест-
ными ограничениями на явления как молекулярного, так и тур-
булентного обмена. Но для правильного использования этой
аналогии необходимо отдавать себе отчет в причинах, ограни-
чивающих область закономерного ее применения.
Аналогию можно было бы считать полной, если бы наряду
с одинаковым построением дифференциальных уравнений рас-
сматриваемым процессам отвечали бы также одинаковые гра-
ничные условия, т. е. одинаковое распределение в начальном
сечении потока и по поверхности температур в случае тепло-
обмена и парциальных давлений пара в случае испарения, и
одинаковое в обоих случаях распределение скоростей в потоке..
Однако, процесс испарения связан с образованием потока-
вещества, направленного нормально к поверхности, а следова-
1 По Джиллиленду значения коэффициента диффузии для системы
водяной пар—воздух при температуре 26° С на 3,8% выше, а при тем-
пературе 59° С на 0,6% выше, чем по Махе.

Законы распространения тепла и массы
29
дельно и с появлением поперечной составляющей скорости
протекающей среды, чего нет в случае чистого теплообмена 1.
Рассмотрим раздельно протекающие процессы переноса
тепла и вещества при вынужденном одномерном движении
газовой среды вдоль поверхности, в одном случае представляю-
щей собой твердую или жидкую стенку, в другом — поверх-
ность испаряющейся жидкости 1 * 3.
Фиг. 1-0. Коэффициент диффузии водяного пара в воздухе.
В случае распространения тепла присутствие поверхности,
ограничивающей объем газа, отражается только на граничных
условиях, которые должны приниматься при решении уравне-
ния (1-18). Гидродинамические условия характеризуются при
этом, как отмечалось, отсутствием поперечной составляющей
скорости протекающей среды, т. е. скорости, направленной по
нормали к поверхности.
Иначе обстоит дело для потока вещества при движении
1 Здесь имеется в виду усредненная во времени скорость, а не мгно-
венная пульсационная скорость.
3 Приведенные выше выражения для элементарного закона диффу-
зии предполагают, что интенсивность этого процесса определяется, толь-
ко наличием градиента концентрации или парциального давления диф-
фундирующего вещества. При испарении жидкости подобный изотер-
мический процесс диффузии практически никогда не имеет места;
<ш всегда сопровождается теплообменом, влияющим в свою очередь и
на интенсивность переноса вещества. Однако, возможны условия, когда,
разностью температур жидкости и парогазовой среды можно пренебречь,
приближенно рассматривая процесс как изотермический.
30 Теплообмен -при испарительном охлаждении [ гл. Г
парогазовой смеси вдоль поверхности испаряющейся1
жидкости.
При поверхностном испарении парциальное давление пара-
понижается от значения ,р'п на поверхности жидкости до зна-
чения рп в основной массе паровоздушной смеси. При неиз-
менном общем давлении смеси р/;, т. е.
Л,— ?я + рй=-'const,
где рв— парциальное давление газа, градиенту парциальных
„ dp„
давлении пара отвечает градиент парциальных
давлений газа
dPs... _<*рп
dn dn
Соответственно газ должен диффундировать в направле-
нии, противоположном направлению диффузии пара, т. е.
к поверхности жидкости. Но так как поверхность жидкости
непроницаема для газа, то возможность постоянного его
потока, направленного к поверхности, исключается: это
приводило бы к постоянному накоплению газа и по ышению-
его давления у поверхности, что невозможно. Перемещение
частиц газа, направленное к жидкости, должно поэт му
вызывать появление компенсирующего поперечного потока-
всей парогазовой смеси в обратном направлении.
Скорость поперечного потока определяется из условия,
что поток газа gs в направлении нормали п к поверхности
должен быть равен нулю, т. е.
d.n,
где —скорость поперечного потока;
Сд — весовая концентрация газа;
k— коэффициент диффузии для газа.
Заменяя здесь k через коэффициент диффузии для
dP а
пара k согласно (1-23) и через — находим, что
_____kpn . dpn
Св-'рв dn ’
где Rn и Re — газовые постоянные для пара и газа.
1-4] З'акопы распространения тепла и массы ЗГ
Количество протекающего в направлении нормали п водя-
ного пара при концентрации его Сп составляет:
После подстановки найденного выше значения находим::
„ =_А ,2X±f«.?« = _A
рп рв dn рп
~ в (1 -24)
р„ dn ' u Zi>'
Из уравнения (1-24), полученного
дует, что поперечный поток, возникающий при
ограничивающей поверхности испаряющейся жидкости, уве--
Р,-
личивает количество протекающего пара в раз сравни-
Рв
тельно со случаем беспрепятственной диффузии обеих пере-
мешивающихся сред. Поэтому одной из предпосылок для
распространения указанной выше
протекающие
Стефаном, сле-
наличии
аналогии на раздельно
протекающие процессы теплоотдачи и испарения является
условие, что при испарении можно пренебрегать отличием
от единицы, т. е. что парциальное
д а в л е-.
и массо-
возмож-

величины
ниепара в парогазовой смеси мало.
Для совместно протекающих процессов тепло-
обмена при испарительном охлаждении сохраняется
ность различия граничных условий по температуре и по.
парциальному давлению, но различие гидродинамических
условий отпадает, так как поперечный поток вещества
является одновременно и носителем тепла. Из последнего
следует, однако, что условия распространения тепла у по-
верхности при испарительном охлаждении отличаются от
условий при теплоотдаче от твердой стенки. Пренебрегать,
этим отличием можно лишь при сравнительно малом попе-
речном потоке, т. е. при малых разностях парциаль-
ных давлен ийпар а, а соответственно и—т емператур.
В случае совместного протекания обоих процессов уело- .
вия усложняются еще тем, что неравномерное поле концен-
траций оказывает влияние на тепловой поток, а поле темпе-
ратур— на поток вещества1.
В выражение (1-17) для теплового потока в этом случае
должен быть добавлен член, отвечающий явлению так назы-
ваемой термодиффузии, а в выражение д^я потока веще-
ства (1-20а)—добавлен член, отвечающий явлению „диффу-.
'адч', 1 См. Д. А, Франк-Каменецкий, Диффузия и теплопередача,
в химической кинетике. Изд. Академии паук СССР, М., 1947, стр. 151 и ел..
32 Теплообмен при испарительном охлаждении фгл. 1
знойной теплопроводности". По теории Энскога-Чеимена
имеем при этом:
Ч-~~+ т + А/гт~RJ'g* (1-17а)
гп
И
g— k (dp + kT- р“-d^+Wu-^T. (1-206)
где kT—„термодиффузионное отношение", являющееся без-
размерной физической константой для данной бинар-
ной смеси;
у и с — удельный вес и теплоемкость смеси при постоянном
давлении;
Д —тепловой эквивалент механической работы.
Остальные обозначения прежние.
Величина термодиффузионного отношения kT зависит от
природы газов, составляющих данную смесь, и их концен-
траций. При небольшой разнице между молекулярными весами
обоих газов и малой концентрации одного из них численное
значение k? весьма мало и во многих практических случаях
можно пренебречь в приведенных формулах членами, содер-
жащими kT. В частности, это может быть сделано в первом
приближении для обычных условий испарительного охлаж-
дения циркуляционной воды. Формулы Энског а-Чепмена
переходят при этом в обычные формулы для потоков тепла
и вещества. Для потока вещества получаем при этом вы-
ражение (1-20а), в которое входит градиент парциального
давления, а не градиент концентрации. Поэтому пользование
градиентом парциального давления в случае неизотерми-
ческой диффузии считают более точным, чем пользование
градиентом концентрации.
Выше, рассматривая законы распространения тепла и ве-
щества, мы понимали под теплопроводностью и диффузией
чисто молекулярные процессы переноса, вызываемые тепловым
движением частиц. В практических же условиях приходится
наиболее часто встречаться с турбулентным течением паро-
газовой смеси, а следовательно, и с явлениями турбулентного
обмена. В этом случае в дифференциальных уравнениях
переноса в форме Кирхгофа (1-18) и (1-21) величины и
Ж, должны рассматриваться как мгновенные скорости, которые
могут быть представлены каждая в виде суммы средней и
пульсационной скоростей, а коэффициенты X и kp должны
быть заменены ^аналогичными коэффициентами для турбу-
лентной теплопроводности и турбулентной диффузии. По-
следние оказываются сильно зависящими от координат и
претерпевают изменения от нуля у поверхности, вдоль кото-
рой движется среда, до больших значений на некотором
Количество переданного тепла
33
• удалении от этой поверхности. Не касаясь деталей, отметим,
что законы распространения тепла и вещества при этом
также оказываются идентичными, благодаря чему указанная
выше аналогия распространяется с соответствующими огра-
ничениями и на случай турбулентного течения парогазовой
среды.
Если коэффициенты турбулентного обмена обозначить
соответственно через и kc{m)i то для них можно на-
писать:
кс (т)
Для того чтобы количественные соотношения между
молекулярными и молярными явлениями, сопутствующими
обычно друг другу, были одинаковыми, должно быть:
А _ \т)
ке
или, принимая во внимание предыдущее равенство и соотно-
шение (1-22):
а____а __ а .
ТсА™ кс ~~ ~~
(1-25)
Это условие может быть иначе сформулировано, как
необходимость равенства между собой или близости числен-
ных значений критериев Прандтля для тепло- и массообмена
(см. § 1-6).
Т аким образом, для испарительного о хлаждения при
. турбулентном течении парогазовой смеси рассмотренная ана-
v логия может считаться приближенно справедливой при сле-
дующих условиях: а) разности парциальных давлений пара
должны быть невелики по сравнению с абсолютными значе-
ниями парциальных давлений, а соответственно должны быть
.малы и разности температур; б) значения а и kt или Крите-
£ риев Прандтля для тепло- и массообмена должны быть близ-
г ни между собой. Процессы в водоохлаждающих устройствах
? обычно в достаточной мере удовлетворяют этим условиям.
1-5. КОЛИЧЕСТВО ПЕРЕДАННОГО ТЕПЛА И ИСПАРИВШЕЙСЯ
ЖИДКОСТИ
Аналитическое решение задачи о тепло- и массообмене
, представляет большие трудности, особенно при турбулентном
’’ течении движущейся среды. Существующие решения для
: Некоторых частных случаев, основывающиеся на так назы-
; ваемой гидродинамической теории обмена, имеют ограничен-
Л. Д. Берман.
34 Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл. Г
ную область приложения и могут рассматриваться лишь как
теоретическое приближение, нуждающееся в дальнейшей
уточнении по мере развития представлений о структуре-
турбулентного потока. Поэтому для количественной оценки
интенсивности процессов тепло- и массообмена при решении,
практических задач большей частью пользуются эмпириче-
скими зависимостями.
Количество тепла, переданного соприкосновением, выра-
жается при этом, как
Q7 - : 7 (/ — &) р ккал!час, (1 -26}
и количество испарившейся жидкости1, как^
(1-27)
где а — коэффициент теплоотдачи, ккал/м1 2час град;
t и & — температуры поверхности жидкости и протекающей
газовой среды, °C;
— коэффициент массоотдачикг/м2час ат;
рп и р — парциальные давления пара на поверхности жидко-
сти и в ядре потока, ата.
Коэффициент теплоотдачи а и коэффициент массоотдачи
р определяются опытным путем.
При испарительном охлаждении указанные процессы,
являются взаимосвязанными, но общее количество тепла,,
отданного при этом жидкостью, условно разделяется на две
части и выражается в виде суммы
Q = Q, + a (t - В) F + (р" - р) F, (1-28)
где
Q^rQa^r^’~p)F (1-29)
представляет собой количество тепла, затраченное на испа-
рение жидкости. Здесь г — теплота испарения, ккал[кг.
1 Часто для определения количества испарившейся^ жидкости поль-
зуются получающейся из уравнения (1-24) формулой Стефана. Но эта
формула выведена для случая переноса вещества путем чисто молеку-
лярного процесса диффузии пара через неподвижный слой газа конеч-
ной толщины. Применение ее в случае движущейся парогазовой среды,
особенно когда течение турбулентное, связано с необходимостью введе-
ния фиктивной „высоты диффузии0 (или толщины .приведенной плен-
ки1), что лишь усложняет расчетные формулы, не приближая их к пра-
вильному отображению физической картины явления.
2 Его называют также „коэффициентом испарения1, „коэффициентом
пара отдачи11 и т. и. Принятый здесь термин является более общим и
пригоден при любых процессах массообмена между парогазовой средой
и поверхностью.
§ 1-5] Количество переданного тепла 35

В формулах (1-27) и (1-29) разность р”—р заменяется
с, иногда разностью концентраций пара С”—С кг[м3 и соот-
£ ветственно вводится коэффициент массоотдачи 0 выражае-
| мый в м!час. При неизотермическом процессе испарения,
| т, е. когда температуры жидкости и газа различны, счита-
| ется, однако, более правильным пользоваться разностью
?;•: парциальных давлений.
I При практических расчетах испарения часто для Ga при-
Г меняется также выражение, включающее в себя вместо раз-
ности парциальных давлений пара разность влагосодержаний
воздуха.
I/ Согласно формуле (1-11) парциальные давления пара мо-
t гут быть выражены следующим образом:
И х + Ф622 'РВ>
j где хп и х — влагосодержания воздуха на поверхности жидко-
7 сти и в ядре потока;
? 0,622 — отношение газовых постоянных воздуха и
/ м
I пара -в - .
I \ /
| Поскольку величина 1,61 х мала по сравнению
L с единицей, можно приближенно, но с большой степенью
| точности принять:
। 0,622 ’ (* оГб22^~ 1,61 -Г (1 — 1,61 X).
£ Принимая соответственно
! Р" = 1,61 РБх”- (1—1,61 х”),
I /Г- 1,61/7/;Х- (1 — 1,61 X)
| и подставляя эти значения р1Г и р в формулу (1-27), полу-
| чаем:
| = 1,61 р}$р (х"—х}-[1—1,61 (х"4-х)]-/\ (1-30)
I В литературе это выражение дается, однако, в более
В упрощенном виде. Пренебрегая в формулах для р” и р зна-
। чениями х” и х сравнительно с 0,622, что равноценно при-
| равниванию единице множителя, стоящего в формуле (1-30)
I в квадратных скобках, обычно принимают:
I Gu=\fi\pl.^(<x"-x)-F = Mx’'-x)F, (1-30а) I
I 3*
36
Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл, !
где 1,61 = рБ$р— коэффициент массоотдачи,
отнесенный к разности влагосодержаний, ягг/жЧш? (кг/кг).
Эта формула применяется довольно часто, и поэтому
следует указать, что если коэффициент не найден непо-
средственно из опыта для данных условий, а определяется
путем пересчета по величине £ (или а), то упрощение, при-
нимаемое при получении формулы (1-30а), может иногда
приводить к значительной погрешности. Это обуславлива-
ется тем, что допускаемые при таком упрощении относи-
тельно. небольшие погрешности в определении р,( и р могут
быть велики по отношению к входящей в формулу (1-27)
разности р”—р, которая мала сравнительно с абсолютными
значениями парциальных давлений.
Из сопоставления формул (1-30) и (1-30а) следует, что
при одинаковых значениях рр последняя дает значения G№,
превышающие подсчитанные по формуле (1-30) в
Л- 1'-з,
раза или на 100 %, где Дх= 1,61 (х"4-х).
Для условий охладителей циркуляционной воды величи-
на Ю0 Д,. может достигать 15%, а в некоторых случаях и
более высоких значений.
Более точной, как мы видели, является формула (1-30),
т. е.
Оа = ?х(х"-х)Р, (1-ЗП
где
₽'ж= 1.61 рД1-\) Р, - (i-дл,.
При распиливании воды на капли, когда точное опреде-
ление свободной поверхности воды F связано с большими
трудностями, часто пользуются объемными коэффициен-
тами тепло- и массоогдачи, т. е. коэффициентами, отнесен-
ными не к единице поверхности охлаждения, а к единице
активного объема охладителя. В этом случае формулы для
Q и Ga. приобретают вид:
(/-&)!/; (1-32)
& -р) а-зз)
где V—активный объем охладителя, а коэффициенты
составляют:
«F „ К?
% v » Ppv — ~у“ И — ~v'

>§ 1*6]
Условия и критерии подобия
3?
и выражаются: av в ккал; м^час град, р—кг;м3час ат и
— кг]мгчас (кг1кг).
Пользуясь формулами (1-26) и (1-27) или их видоизмене-
ниями, следует иметь в виду, что в них влияние всех фак-
торов, сказывающихся на интенсивности рассматриваемых
;> процессов,-за исключением влияния только их „движущей,
силы" (разности температур или парциальных давлений),.
находит отражение в численных значениях коэффициентов
/а и Поэтому оба опытных коэффициента оказываются
зависящими от физических свойств и скорости протекающей
среды, конфигурации, размеров и состояния омываемой ею
g поверхности и т. д. Это ограничивает возможности перене-
' сепия опытных данных, полученных при одних условиях,
4'на те же или аналогичные процессы, протекающие при дру-
тих условиях, Такое перенесение опытных данных может
быть произведено только при соблюдении ряда требований,
устанавливаемых теорией подобия.
1-6. УСЛОВИЯ и КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ
До настоящего времени в практике расчетов испаритель-
f кого охлаждения иногда применяются грубо эмпирические
формулы для определения коэффициентов тепло-и массоотда-
.. чи, например, вида
a = a~j-bw,
£ ~ с 4- dw,
(Ь34)
различными

где щ...скорость воздуха, м;сек\ а, Ь, с и d — постоянные.
Многочисленные формулы этого типа с
Значениями постоянных, различающиеся еще иногда тем,
что в них вместо w входит квадратный корень из w, дают
сильно расходящиеся между собой численные значения
опытных коэффициентов. Объясняется это тем, что эти фор-
мулы учитывают влияние на а и £ лишь скорости воздуха,
Тогда как другие условия, при которых велись опыты, ле-
Жащие в их основе, были различны.
Обобщение опытных данных может быть закономерным и
' Приводить к практически ценным выводам лишь при обработ-
этих данных с учетом требований теории подобия.
. Теория подобия устанавливает, что принадлежность явле-
ний к одному классу, определяющаяся общностью характери-
зующей их системы’ основных физических уравнений, недоста-
точна для суждения о подобии этих явлений между собой.
Недостаточно также установить тот факт, что они протекают
в одинаковых гидродинамических условиях, а тем более огра-
ничиться условием одинаковой скорости движущейся среды,
.поскольку эта скорость сама по себе не определяет полностью,
,38 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл, 1
как указывалось уже выше, даже и гидродинамических
условий.
Не останавливаясь на подробном изложении теории подо-
бия, которое можно найти в специальных работах и курсах
теплопередачи1, приведем лишь некоторые необходимые нам
сведения.
Подобными называются физические явления, разли-
чающиеся только масштабом величин, которыми они характе-
ризуются (например, геометрических размеров, физических
параметров, скоростей движения, разностей температур и т. д.).
Значения каждой из этих величин могут меняться в пределах
данной системы, а также различаться между собой по вели-
чине для сходственных точек двух подобных систем. Но отно-
шения местных значений каждой из этих величин для всех
сходственных точек подобных систем должны выражаться
одним и тем же числом, называемым множителем преобразо-
вания. Так, например, для скоростей w должно быть:
_ с
w2" w-3" ‘ ‘' wn"
где cw—множитель преобразования для скоростей, верхние
индексы при да обозначают принадлежность к той
или иной системе, а нижние индексы — номера
сходственных точек.
Группа подобных явлений должна удовлетворять требова-
ниям подобия условий однозначности и характери-
зоваться одинаковыми значениями критериев подобия.
Требования подобия условий однозначности могуть быть
сформулированы следующим образом:
1) явления должны протекать в геометрически подобных
системах, например, ограничивающие систему поверхности
должны иметь геометрически подобную конфигурацию;
2) поля характёрных физических констант (плотность,
коэффициенты теплопроводности и вязкости и др.) должны
быть подобны;
3) начальные и граничные условия должны быть подобны,
т. е. распределение характеризующих данное явление величин
(скоростей, разностей температур и пр.) должно быть подобно
в начальный, момент во всех сходственных точках систем
(если процесс неустановившийся) и в любой момент времени
на всех ограничивающих эти системы поверхностях.
Критериями подобия называют безразмерные комплексы
физических величин, полученные путем преобразования мето-
1 М. В. Кирпичей, М. А. Михеев и Л. С. Э й г е н с о п.
Теплопередача, Энёргоиздат, 1940; М. А. Михее в, Основы теплопере-
дачи, Госэяергоиздат, 1947; А. А. Г у хм ан, Физические основы тепло-
передачи, Энергоиздат, 1934.
1-6] Условия и критерии подобия 3g
.дами, устанавливаемыми теорией подобия, основных диффе-
ренциальных уравнений, математически описывающих явления
данного класса. Для класса явлений тепло- и массообмена в
движущихся средах такими уравнениями являются дифферен-
циальные уравнения движения, сплошности, распространения
-тепла или соответственно диффузии вещества, а также урав-
нения обмена на границах.
Для всей группы подобных явлений критерии подобия (ха-
рактеризующие гидродинамические условия, физические свой-
ства среды и пр.) имеют одинаковые значения. При измене-
нии тех или иных критериев подобия в общем случае подобие
явлений нарушается, а следовательно изменяются и значения
-остальных критериев подобия. Но поскольку эти явления от-
носятся к одному и тому же -классу и происходят в геометри-
чески подобных (или сходственных, однообразных) системах,
между различными критериями подобия должна существовать
определенная связь. Форма этой связи или критериаль-
ной зависимости устанавливается опытным путем.
Задача экспериментирования сводится при этом к опреде-
лению зависимости между ограниченным числом комплексов
величин взамен исследования влияния каждой из этих величин
и отдельности.
Так, для стационарного процесса теплообмена между дви-
жущейся средой и стенкой критериальная зависимость имеет
^ид:
ЛГя=Ф ^Re, Gr, Prt 0, (1-35)
где = у — критерий Нуссельта, характеризующий интен-
сивность теплообмена на границе движу-
щейся среды;
Re — — критерий Рейнольдса, характеризующий гидро-
динамический режим потока при вынужден-
ном движении;
* М— критерий Грасгофа, характеризующий усло-
вия свободного движения жидкости под влия-
нием разности удельных весов;
fev \
.Рг = --у~ ——-критерий Прандтля, характеризующий физи-
ческие свойства среды;
I
---отношение характерных размеров поверхно-
сти, определяющее геометрические свойства
системы;
d, I — основные или определяющие размеры (диа-
метр канала, высота его или др,);
40 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл. $
л —- коэффициент теплопроводности;
w — скорость;
у —удельный вес;
с — теплоемкость при постоянном давлении;
> — коэффициент кинематической вязкости;
— температурный коэффициент объемного рас-
ширения среды;
— разность температур, определяющая разность
плотностей среды;
а — /---коэффициент температуропроводности,
-[С
Единицы измерения для величин, входящих в состав кри-
териев подобия, должны выбираться таким образом, чтобы
для последних получались отвлеченные (безразмерные) чис-
ленные значения.
Величина^-, введенная в формулу (1-35), не является
критерием подобия, и при геометрически вполне подобных
системах, отношение каких-либо геометрических размеров,
не должно входить в критериальное уравнение. Такое отно-
шение вводится, когда рассмотрению могут подвергаться
не вполне подобные геометрически, но однообразные систе-
мы, например, каналы с одинаковой формой сечения и раз-
личной длиной. В последнем случае отношение ™ представ-
ляет собой отношение длины капала к определяющему раз-
меру, например диаметру или ширине сечения канала.
Зная из опыта вид функции (1-35), можно для каждого
частного случая определить величину коэффициента тепло-
отдачи
а — J Gr, Рг,~у (1-35а>
Аналогия между механизмами процессов теплопровод-
ности и диффузии приводит для случая переноса массы при
поверхностном испарении к такой же системе критериев
подобия, что и для теплообмена между жидкостью и стен-
кой, с той только разницей, что в критерии Нуссельта ко-
эффициент теплоотдачи заменяется коэффициентом массоот-
дачи и коэффициент теплопроводности — коэффициентом
диффузии, а в критерии Прандтля коэффициент темпера-
туропроводности заменяется коэффициентом диффузии. При
этом в критерий Нуссельта для массообмена должен вво-
диться коэффициент диффузии, отнесенный к тому же пара-
метру, что и коэффициент массоотдачи, т. е. к градиенту
парциальных давлений или концентраций в зависимости от
того, применяется ли коэффициент массоотдачи р или р(1, а
§1-6] Условия и критерии подобия 41
в критерий Прандтля— коэффициент диффузии, отнесенный
к градиенту концентраций.
Отличая критерии для массообмена индексом D, полу-
чаем соответственно:
Выражение для критерия Грасгофа также отличается в
этом случае от приведенного выше для теплообмена, но
причина этого уже иная.
В общем случае, когда изменение плотности среды мо-
жет обуславливаться как изменением температуры, так и
состава среды (например, влажности воздуха), подъемная
сила, вызывающая свободное движение, пропорциональна
Л ——Ь а критерий Грасгофа имеет вид:
Gr~
\ /с г'
где у, Л? и Т—'удельный вес, газовая постоянная и абсо-
лютная температура среды (смеси) в основ--
ной массе;
Rf и Tf—то же на поверхности.
При неизменном составе среды, т. е. когда R=Rf, выра-
жение в скобках может быть заменено через что и
делается при рассмотрении теплообмена движущейся среды
с твердой стенкой. При испарении же жидкости изменяется
влажность воздуха и нужно пользоваться полным выраже-
нием для критерия Грасгофа. Это относится, однако, не
только, как часто указывают, к массообмену, но в равной
мере и к теплообмену при испарительном охлаждении.
Для стационарного процесса поверхностного испарения
имеем аналогично (1-35) и (1-35а):
№о=Фо(/?е, Gr, PrD, (1-36)
=4 -ф« (*«> -Gr> Pro- /) • (1'3ба>
При свободном движении газовой среды значения крите-
рия Рейнольдса исключаются из уравнений (1-35) и (1-36),
( тогда как при вынужденном движении и достаточно вы со-
;; ких значениях можно обычно пренебрегать влиянием
42
Теплообмен при испарительном охлаждении
[гл. I
свободного движения и не включать в эти уравнения кри-.
дерия Грасгофа. В последнем случае
Ки = ф(Ре, Рг, (1-37)
3 и J s
№„ = ФлДе, PrD, f). (1-37а)
При соблюдении подобия граничных условий вид функ-
ций Ф и Фр в формулах (1-35) и (1-36) должен быть оди-
наков. Но это верно лишь с теми оговорками, которые бы-
ли сделаны выше (§ 1-4) в отношении справедливости ана-
логии между явлениями теплопроводности и диффузии. Кро-
ме того, дополнительное ограничение вносится еще тем
обстоятельством, что формула (1-36) не учитывает условий
распространения тепла в жидкости.
При поверхностном испарении затрата тепла на изменение
.агрегатного состояния вызывает в жидкости тепловой поток,
направленный к границе раздела фаз. Если систему основных
дифференциальных уравнений, характеризующих процесс испа-
рения, дополнить уравнением распространения тепла в жидко-
сти, а также уравнениями движения последней, то они дадут
новые критерии подобия, которые должны быть добавлены к
указанным выше1.
Отмеченные ограничения не лишают все же возможности
пользоваться уравнениями (1-35) и (1-36) для условий охла-
дителей циркуляционной воды. В частности, как подтверждают
опытные данные, эти уравнения позволяют сравнительно точно
установить количественную связь между коэффициентами теп-
ло- и массоотдачи. Но в то же время опыты обнаруживают
необходимость введения в некоторых случаях коррективов к
этим уравнениям, что будет еще показано ниже при рассмот-
рении результатов экспериментальных работ.
J-7. СВЯЗЬ МЕЖДУ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ТЕПЛО-И МАССООТДАЧИ
Определяя коэффициенты тепло- и массоотдачи из уравне-
ний (1-37) и (1-37а), получаем, что при вынужденном движе-
нии эти коэффициенты должны находиться между, собой в
следующем соотношении:
а -
(1-38)
1 С. С. Кутателадзе, Теплопередача при изменении агрегатного
состояния, Машгиз, 1939.
§1-7] Связь между коэффициентами тепло- и массоотдачи 43
Вид функций Ф и Фл устанавливается обычно эмпири-
ческим путем, причем, как было показано ’ранее, из анало-
гии между явлениями теплопроводности и диффузии сле-
дует, что эти две функции должны быть тождественными.
Большей частью опытные данные для определенных преде-
лов изменения рассматриваемых критериев представляются
в виде степенных функций.
Принимая степенной вид функций Ф и Фп и учитывая,
что при соблюдении указанной выше аналогии постоянные
в формулах для теплоотдачи и испарения должны быть
одинаковыми, можем написать для случая вынужденного
движения
Nu=C'Ren-Pr" (£>}, (1-39)
М<0=С./?е-.Рг"Г/.у, (1-40)
и, соответственно,
а-= cRemPrn(-£Y, (1 -39а)
а \а j ’ 4 '
u-40a)
где коэффициент с и показатели степени т, п и s являются
постоянными числами.
Из (1-39а) и (1-40а) получаем1:
Л k 1/РГ\П— А lkPRnT\” /1 4П
~ Ц а ) ’
где kp — коэффициент диффузии пара в воздухе.
Если в соответствии с условием (1-25) принять, что
PrD = Рг или
то из (1-41) будем иметь:
— zzzz--- — у r RT или о™ —Y г (1-42)
kp * СЛГ '-п I СМ '--СМ 4 '
Для воздуха при атмосферном давлении значения крите-
риев Рг и PrD в довольно широких пределах изменения тем-
1 Нужно иметь в виду, что в случае влажного воздуха физические
< константы среды (удельный вес, коэффициент теплопроводности, тепло-
емкость и др.), входящие в критерии подобия, относятся к смеси.
44
Теплообмен при испарительном охлаждении
пературы остаются практически постоянными и в интервале
от 0° до 100°С составляют: /V —0,72 и Рг 0,63. Показа-
тель степени, п согласно опытным данным колеблется как
при течении среды внутри канала, так и при внешнем
обтекании поверхности в довольно узких пределах
от 0,3 до 0,4. При этом для воздуха I — ) — 1,04 -~
\prDj
1,05/ т. е. сравнительно мало отличается от единицы. От-
ношение ~ также мало изменяется в зависимости от темпера»
туры, и для обычных условий охладителей циркуляционной
воды получаем из (1-41)
= 0,33 -ы 0,35 ккал ат/кг град.
р
Подставляя в (1-42) из(1-30а)
в и принимая во вни-
мание, что RT = —, получаем1:
Is
я о у* __________л ^см 13
Ь"~ с'й 6 Рб~ см^7 *РгГ'СелРв'
(1-43)
(1-44)
где и сСЛ1 — удельный вес и теплоемкость влажного воз-
духа, отнесенные к 1 кг смеси;
свл—теплоемкость влажного воздуха, отнесенная к
1 кг содержащегося в нем сухого воздуха.
Приближенно принимают также
QA
(1-44а)
так как при малом парциальном давлении пара в воздухе
Ре 1.
Ра
Величина свл меняется в узких пределах и доставляет
около 0,25 ккал/град кг.
Таким образом, аналогия между явлениями теплопровод-
ности и диффузии и теория подобия приводят к практиче-
ски важному выводу о том, что коэффициенты тепло-
имассоотдачи должны находиться между со-
бой в определенном и мало изменяющемся для
1 На формулу (1-44) распространяется сказанное в § 1-5 о погреш-
ности, к которой может приводить применение формулы (1-30д).
I -8] Опытные данные 45
практической области температур количест-
венном соотношении.
Еще до того, как эта связь между коэффициентами
-тепло- и массоотдачи была установлена теоретическим путем,
ряд исследователей обнаружил ее, анализируя чисто эмпи-
фические данные, полученные при изучении работы психро-
метров. Более поздние опыты также подтвердили практиче-
ское постоянство отношения — для указанной выше области
температур и дали довольно близкое количественное совпа-
дение с результатами подсчетов по приведенным формулам1.
# Полученные соотношения для а и (или рх) сохраняют
-свою силу и для объемных коэффициентов тепло-? и массо-
отдачи. Но критериальные уравнения (1-35) и (1-36) или (1-39)
и (1-40) не могут быть непосредственно распространены на
объемные коэффициенты, поскольку последние зависят уже
не только от факторов, влияющих на а и (или pj, но и
от факторов, определяющих величину поверхности охлаж-
дения F.
1-8. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ
Мы остановимся — за некоторыми исключениями — на ре-
зультатах тех экспериментальных исследований теплоотдачи
и испарения, обработка которых производилась с учетом
требований теории подобия.
В ряде работ получены опытные данные только для коэф-
фициента теплоотдачиI * 3 или только для коэффициента массо-
отдачи. В этих случаях оценка коэффициента, для которого
; отсутствуют непосредственные опытные данные, может быть
. произведена, исходя из соотношений, приведенных в преды-
дущем параграфе. Следует, однако, иметь в виду, что опре-
: деление таким путем величины по данным о теплоотдаче
с твердой поверхности вследствие различия гидродинамиче-
ских и граничных условий может приводить к значениям
/коэффициента массоотдачи, преуменьшенным на 10—20%.
Эмпирические формулы, приводимые ниже, относятся к
теплоотдаче и испарению в воздухе, и влияние критериев
Рг и PrD не рассматривается вследствие отмечавшегося уже
ранее практического постоянства значений этих критериев
для воздуха в широкой области температур.
I Некоторыми авторами сделаны попытки уточнить эти зависимо-
сти, но мы не останавливаемся на этих работах, так как, помимо спор-
ности предложенных выводов, внесенные в формулы изменения, практи-
чески не отражаются на.величине отношения для условий охлади-
телей циркуляционной воды.
3 Здесь" речь идет только о коэффициентах теплоотдачи, отнесен-
. |яых к поверхности раздела стенки (или жидкости) и воздуха.
46
Теплообмен при испарительном охлаждении
[гл. В
В водоохлаждающих устройствах наиболее часто прихо-
дится встречаться с испарением и теплоотдачей с поверх-
ности водяных капель, имеющих сферическую форму.
Из существующих опытных данных для теплообмена
взвешенных сферических частиц или падающих капель с
окружающей средой более достоверными следует считать-
полученные Д. Н. Вырубовым1 во ВТИ и Д. Н. Ляховским^
в ЦКТИ, Для значений критерия Рейнольдса выше 150 (оп-
ределяющий размер — диаметр частицы d) этими авторами,
дается зависимость
Nu^c-Re^, (1-45)-
где, по Вырубову, при 150 2 500 с™ 0,54 и, по Ляхов-
скому, при 150 30 000 с — 0,62. Физические константы
отнесены при обработке опытов к температуре воздуха.
Критериальные зависимости вида (1-45) можно часто-
упростить, выразив входящий в них комплекс физических
констант как некоторую функцию от температуры или даже
приняв постоянное его значение для заданного интервала
давлений и температур. В частности, формула (1-45) для
теплоотдачи в воздухе при давлении 1 ата и температурах
от 0° до 1001 2 э может быть представлена в следующем при-
ближенном виде:
(1-45а>
откуда, принимая согласно (1-43) Л-~ 0,35. получаем:
^ = 0.35 /! (М6>
Здесь, по Вырубову, Ь — 3,0 и, по Ляховскому, £—3,4.
Указанные опыты проводились с твердыми частицами,
(шариками), но формула (1-46) получила подтверждение и в.
1 Д. Н. Вырубов, „Журнал технической физики*, т. 9, 1939, №21».
стр. 1923.
2 д. Н. Ляхозский, „Журнал технической физики’, т. 10, 1940,.
№ 12, стр. 999; „Котлотурбостроение’, 1947, №5, стр. 29. В более поздней
работе Ь. Д. К ацн е л ь с о н и Ф. А. Тимофеева (см. „Котлотурбо-
строение*, 1948, № 5, стр. 16), обобщившие наряду с результатами указан-
ных выше и своих собственных опытов также данные опытов Лойцянского-
и Шваба (ЦАГИ), Сокольского (ЛПИ) и Фреслинга, предложили для ши-
рокой области изменения критериев Re и Рг несколько более сложную
зависимость. Но для значений Re от 150 до 3 200 результаты их опытов,
практически совпали с результатами опытов Вырубова и Ляховского.
§ 1*8]
Опытные данные
47
в
(1-48}
опытах Д. Н. Вырубова по испарению свободно падающих
капель1.
При приближении Re к нулю значение критерия Нус-
сельта для шара стремится к предельному значению Л/я0—2.
Поэтому для малых значений Re эмпирическая зависимость
Ми от Re дается обычно в виде двучленной формулы
Ми — Z — c-Re”. (1-47}
По. опытам А. П. Сокольского2, постоянные в этой фор-
муле при Re < 200 составляют; с—0,16 и л=0,67.
Однако, для области малых значений Re необходимо еще
считаться и с тем обстоятельством, что вынужденное дви-
жение среды оказывается при этом соизмеримым со свобод-
ным движением. Д. Н. Ляховский предложил для указанной'
области, основываясь на своих опытах, следующую формулуг
включающую в себя также критерий Грасгофа:
Mu — (aJrb^Re)*Grn,
I.. где для 5 и 1 <-Gr<-35:
I л = 2,75; 6 = 0,0594 и п — Re*(0,0024—0,00048*Re\
| а для 20^/^ -<Г20 и 35<Gr<1500:
g а = 3,07; 6=0,0361 и п = 0,0572—0,000477*Re.
g:, Здесь "критерий Грасгофа относится к случаю чистого
Ш теплообмена.
В случаях стекания воды в охладителях в виде тонкой
Цдленки коэффициенты тепло-и массоотдачи зависят по-
|}мимо прочего от формы и размеров поверхности, по кото-
рой стекает вода. Опыты, проведенные автором во ВТИ, по-
цр/казали, что и в этих случаях для различных форм поверхно-
]|||!'стей, применяющихся в промышленной практике, могут быть-
применены степенные зависимости вида
Ж?'
Nu — c*Rem, (1-49)
NuD^cD-Rem. (1-50}
Опыты по испарению и теплоотдаче с поверхности водя-
ной пленки, стекающей внутри узкого прямоугольного ка-
'.щ, ] 1 Д. Н. В ы р у б о в, Сборник МВТУ „Рабочие процессы двигателей'
внутреннего сгорания", Машгиз, 1946.
' 2 А. П. Сокольский и Ф, А. Тимофеева, Сборник „Нееле-
Дй- '..Дование процессов горения натурального топлива", Госэнергоиздат, 1948,.
i; Ж стр. 175.
48 Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл. 1
нала1, обнаружили в пределах изменения Re от 5000 до
27 000 две области, для которых законы изменения 2V« и Nun
в зависимости от Re различны (фиг. 1-6). Одна из них соот-
ветствует переходной форме течения, другая — развитой
турбулентности воздушного потока. Кроме того, значения,
критерия Re*, при которых наблюдается переход от одной
формы течения к другой, а также постоянных в формулах
(1-49) и (1-50) оказались зависящими от температуры охлаж-
Фиг. 1-6. Коэффициент массоотдачи при испаре-
нии с поверхности движущейся водяной пленки.
даемой воды. Последнее может быть объяснено тем, что
формулы не включают в себя критериев, характеризующих
условия течения жидкой пленки и распространения в ней
тепла.
Значения cD и т, полученные в этих опытахЕ 2, охватив-
ших как изотермические, так и неизотермические режимы,
приведены в табл. 1-1, значения Л нанесены на фиг. 1-7.
?р
1 Л. Д. Берман, Сборник ВТИ „Исследование процессов регули-
рования, теплопередачи и обратного охлаждения*, ГОНТИ, 1938, стр. 130;
.Журнал технической физики*, т. 9, 1939, № 3, стр. 148.
2 Зависимости, полученные для области развитой турбулентности
воздушного потока, -хорошо подтвердились позднее и опытами, прове-
денными Н, М. Михайловыми полупромышленных условиях при сте-
кании воды по асбошифермым щитам высотой 6 м (см. Сборник ВТИ
„Проблемы сушильной техники", вып. II, ГЭИ, 1941, стр. 49). Проведен-
ные недавно аналогичные опыты Симпсона и Шервуда (Refiig,
Eng. v. 52, 1946, № 6, р. 535) велись при малых расходах воды, явно
не обеспечивавших полного смачивания поверхности^ вследствие чего их
результаты не представляют общего интереса.
Опытные данные
49
Т а б л и ц а 1-1
Значений постоянных с0 и т в формуле (1-50) для водяной пленки
внутри прямоугольного канала (при противотоке)
Средняя тем- <
пература воды,;
°C
18
30
40
Переходная область
я?* т
7 300 (0,001) 1 (1,18)
9 400 0,00086 ) 1,18
0,00074 .
1,18
12 500
i Турбулентная область
(/ге>лв*>
0,8
0,8
0,8
т
0,0294
0,0280
0,0267
Фиг. 1~7. Отношение коэффициентов тепло- и
массоотдачи при испарительном охлаждении
движущейся водяной пленки.
I'
Данные относятся к -^24,4, Критерий Re подсчиты-
вался по скорости воздуха относительно движущейся пленки.
, В качестве определяющего размера был принят гидравличе-
ский диаметр d (удвоенная ширина) канала, Физические
"константы относились к средней температуре воздуха.
Если приближенна принять для рассматриваемых условий
зависимость
от --, полученную Я. М. Рубинштейном1 для
.теплоотдачи
внутри круглой трубы, то для значений , от-
от указанного, приведенные в табл, 1 величины
. личающихся (
г должны быть умножены на коэффициент
Г . , /7 - -• 0.71
Экспериментальные точки для значений полученных
Рд
;?в этих же опытах, ложатся немного ниже теоретической
линии (фиг, 1-7), что объясняется влиянием на показания
1 Я. М. Рубинштейн, цитированный выше Сборник ВТИ „Ис-
следование процессов,,.", стр, 31.
'4 Л, Д, Бермен,
IIIIIIIIII
SO Теплообмен при испарительном охлайсДейий [ гл. 1
термометра, расположенного непосредственно за рабочим
участком экспериментальной установки, мелких капель, уно-
сившихся воздухом и смачивавших время от времени тер-
мометр. Учитывая, что последнее приводило к несколько
преуменьшенным против действительных значениям коэффи-
циента а, совпадение опытных значении у с теоретическим
?Р
можно считать достаточно близким.
Для пленки жидкости, стекающей внутри круглой трубы,
Джиллиленд и Шервуд1 получили при = 43,8 и 2 000 Re <
-6 20000:
0,019(1-51)
Их опыты велись только, при изотермическом режиме, т. е.
при температуре испаряющейся жидкости, приблизительно
равной температуре воздуха. Сопоставление данных, относя-
щихся к этому режиму, дает очень близкое совпадение ре-
зультатов опытов для прямоугольного канала и круглой
трубы.
Опыты автора во ВТИ по теплоотдаче с поверхности попе-
речно обтекаемых брусков2 велись при отсутствии испарения.
В табл. 1-2 приведены значения с и т в формуле (1-49) для
брусков треугольного (отношение длин сторон 1:1:1,41) и
Таблица 1-2
Значения постоянных с и т в формуле (1-49) для поперечно
обтекаемых трехгранных и прямоугольных брусков
(Re от 3 000 до 20000)
Форма Сечения бруска Расположение ^брусков s пуч- [ ке 7Г д Постоянные с j т
Треугольная Шахматное 2,60 2,76 0,159 0,75
1:1:13 2,60 4,42 0,177 0,72
О 2,60 5,52 0,166 0,72
0 2,60 6,63 0,154 0,72
9» 2,60 11,6 0,151 0,72
3,70 6,63 0,147 0,72
Коридорное 2,60 6,63 0,156 0,72
Каскадное 6,50 8,28 0,125 0,75
Одиночный брусок — — 0,218 0,61
Прямоуголь- Шахматное 2,10 6,28 0,179 0,72
ная 2:1 Ступенчатое 3,14 6,28 0,163 0,72
Одиночный брусок — *'' - 0,234 0,66
1 Джиллиленд и Шервуд, Ind. Eng.
р, 516.
г См. „Известия ВТИ“, 1940, № 8, стр. 18.
Chem., v. 26, 1934, № о,
Опытные данные
прямоугольного (2:1) сечения при различном их расположе-
нии в пучках (фиг. 1-8) и 3 000 < Ate <20 000.
В качестве определяющего размера принята величина
= “ , где и— периметр сечения бруска, а скорость воздуха
отнесена к набегающему потоку. Физические константы от-
носились к средней температуре воздуха и поверхности, но
Шахмыпн&в КариЗщыю шумное
Фиг. 1-8. Схемы расположения трехгранных и четырехгранных брусков
в пучках.
для обычного диапазона температур в охладителях можно
при пользовании этими данными с достаточной точностью оп-
ределять физические константы и по средней температуре
воздуха.
При >> 6,5 ~ 7 дальнейшее увеличение расстояния
между рядами брусков практически не отражается уже на
коэффициенте теплоотдачи (фиг. 1-9) и, вводя постоянное
значение для комплекса физических констант, можно при-
ближенно принимав (при /<60°С):
' (1-52)
где для трехгранных брусков а “ 10 и 0,028, а для
четырехгранных — а ~ 12,9 и b = 0,072.
4*
S2 Теплообмен при испарйтслЬном охлаждении [ гл. 1
Влияние на теплоотдачу угла 0 между направлением
воздушного потока и широкой гранью одиночного трех-
Фиг. 1-9. Влияние продольного шага на
теплоотдачу пучка трехграппых*брусков.
гранн-'го бруска по-
казано на фиг. 1-10.
Для бруска с прямо-
угольным сечением’
изменение & от 90°
до ISO'*1 приводит к
снижению а прибли-
зительно на 12 %.
Влияние направле-
ния воздушного по-
тока по отношению
к продольной оси
бруска в этих опы-
тах не было исследо-
вано и показано на
фиг. 1-11 по данным
для круглых труб.
Для теплоотдачи
водяной пленки на
поверхности засып-
ки из колец Рашига
с нерегулярной за-
грузкой Н. М. Жа-
воронков и И. Э.
Фурмер1 получили
при 2 500 ^/^<30000 и’г30<^С^'100:
Ци = 0,009 Re°’7-Re^,
(1-53)
Фиг. 1-Ю, Влияние направления воздушного потока на
теплоотдачу трехгранного бруска.
1 Н. М. Жаворонков, Гидравлические основы скрубберного про-
цесса и теплопередача в скрубберах, зд_ яСове'1Ккая наука11, 1944.
и
§ 1-8]
Опытные данные
53
этом случае с изменением
Фиг. 1-11. Влияние угла атаки на теплоотдачу
круглых труб.
где ---критерий Рейнольдса для жидкости;
'X
и ''ж — скорость и коэффициент кинематической
вязкости жидкости1;
d—определяющий размер канала.
Значительное влияние критерия Рейнольдса ReM для
жидкости связано, в
объема насадки и
смоченной поверх-
ности колец в зави-
симости от гидрав-
лической нагрузки.
Для регулярно за-
груженных колен
коэффициент тепло-
отдачи практически
не зависит от ги-
дравлической на-
грузки.
При подсчете кри-
териев, в том числе
и ReM„ в них вво-
дился в качестве
определяющего раз-
мера эквивалентный
диаметр, равный
учетверенному отно-
шению свободного
объема засыпки к ее
поверхности. Для не-
сметен ных керамиче-
ских колец размерами (наружный диаметр, высота и толщина
стенки) ' от 15x15x2 мм до 50x50X5 мм отношение
эквивалентного диаметра к действительном}7 диаметру колец
составляет приблизительно от 0,56 до 0,72, возрастая с увели-
чением размера колец. Для орошаемых колец свободный объем,
а следовательно, и эквивалентный диаметр уменьшаются с
повышением интенсивности орошения. Скорость воздуха w
берется при нормальных условиях (0сС и 760 мм рт. ст.) и
относится к набегающему потоку, т. е. подсчитывается для
сечения, не загроможденного засыпкой. Вместо линейной
скорости воды в критерий введена плотность ороше-
1 При введении вместо ш(Л, плотности орошения, выраженной в
Mjwc (см. ниже), коэффициент кинематической вязкости должен бьпв
выражен в мЧ!игг>
54 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл. 1
ния д, имеющая ту же размерность и составлявшая в опы-
тах от 3,5 до 10 м?/м? час (или м/час).
Для температур воздуха до 80—90°С и указанных раз-
меров колец можно также пользоваться следующей прибли-
женной формулой (да в м/сек при нормальных условиях и
д в м3/м1 2 3 час):
a~7,lw°’V< (Ь53а)
Довольно многочисленны, но весьма разноречивы опытные
данные по испарению в открытых водоемах1. Эти
данные, как и данные по теплоотдаче в водоемах, обработаны
большей частью в виде эмпирических зависимостей вида фор-
мул (1-34). Они основываются частью на лабораторных наблю-
дениях, но преимущественно на наблюдениях за испарением ‘
воды в небольших сосудах — пловучих испарителях или кало-
риметрах — в естественных метеорологических условиях. Пло-
щадь зеркала воды в сосуде составляет обычно около 1 м2.
Для перехода к условиям большого водного бассейна изме-
ренная высота слоя испарившейся воды умножается на попра-
вочный («редукционный») коэффициент, оцениваемый отдель-
ными исследователями по-разному. Принимаемое его значение
составляет в среднем около 0,75—0,80.
Отсутствие постоянных зависимостей между испарением с
поверхности водоемов и показаниями испарителей не дает,
однако, возможности установить постоянное значение редукци-
онного коэффициента для испарителя определенной конструк-
ции, что очень сильно ограничивает область применения рас-
сматриваемых формул.
Из эмпирических зависимостей этого типа приведем здесь
широко применяющуюся для больших открытых водоемов фор-
мулу Карпентера
11,9+1,6 да (1-54)
и предложенную недавно формулу Крицкого, Менке ля и Рос-
сийского2
™ 12,3 + 3,7 да, (1-55)
где да — скорость ветра в м/сек [в формуле (1-55) на высоте
1 м над зеркалом воды3].
1 См., например, Д. И. Б и би ко в и Ф. М. Сотяич енко, ,Извес-
тия НИИГ“, т. 23, 1938, стр. 26; статьи В. В. Паотровича, С. И
Руденко и др. в сборнике „Вопросы гидрофизики", Труды ГГЙ
вып. 11, Гидрометеоиздат, 1941.
3 С. Н. Крицкий, М. Ф. Менке ль и К. И. Российский, Зим-
ний термический режим водохранилищ и рек, Госэнергоиздат, 1947.
3 По данным Руденко (см. цитированные выше Труды ГГИ), форму-
ла Карпентера дает близкое совпадение с результатами обработанных
иу уатериадов по испарению в ряде бассейнов пдощадьр) от 20 м? ц
§ 1-8] Опытные данные 55
Следует подчеркнуть незакономерность распространения
таких формул на область малых скоростей ветра, где уже ве-
лика роль свободного движения воздуха.
Более строгая зависимость, не говоря о влиянии мало ме-
няющихся для интервала положительных наружных темпера-
тур физических констант, должна была бы отражать влияние
формы и размера зеркала водоема. В этом отношении инте-
ресны предложенные некоторыми авторами для рассматри-
ваемого случая полуэмпирические формулы, не получившие,
однако, достаточной практической проверки. Так, акад. Лей-
бензон ], исходя из гидродинамической теории обмена, получил
для испарения жидкости с прямоугольной плоской поверхности
формулу обычного вида
/V«fl =CD./?e°-6,
где в качестве определяющего размера принята сторона
прямоугольника L в направлении движения ветра. Отсюда
о
Для испарения с плоской поверхности воды в неподвижный
воздух, т. е. для условий свободного движения воздуха, Бэлтер
и др.2 предложили эмпирическую зависимость
--0,643 (Gr(1-56)
пригодную для области 1.0z ^Gr-PrD < 2-108. Опыты велись
ими с небольшим круглым сосудом, диаметр которого состав-
лял 0,3 м, Диаметр сосуда принят в качестве определяю-
щего размера, а физические константы отнесены к средней
температуре поверхности жидкости и воздуха.
Рассмотрим также некоторые данные по объемным
коэффици ента м, представляющие наибольший практи-
ческий интерес для случаев, когда точное определение поверх-
ности охлаждения затруднительно. Последнее относится к
охладителям, в которых вода разбрызгивается с помощью со-
пел или стекает в виде пленки и капель в решетнике из дере-
вянных брусков. Дак будет подробнее показано ниже, величи-
на поверхности охлаждения, приходящаяся на единицу актив-
выше при подстановке в нее скорости ветра на высоте 9 Принимая
это и приближенно пересчитывая коэффициент при w в формуле (!-54>
применительно к скорости ветра на высоте 1 ж, получаем около 2,5
вместо 1,6.
1 Л. С. Лей бензон, „Известия Академии наук СССР/ сер. гео-
граф. и геофиз., 1940, № 3,, стр. 285.
2 Б э л т е р, Гордон, Гриффин, Ind. Eng. СЬеш.. у. 38,. 1.946.,
№ 6, р. 596, ' ’ ’
56
Теплообмен при испарительно?^ охлаждении
[гл. I
кого объема охладителя, меняется в этих случаях в зависимо-
сти от количества поступающей воды и скорости воздуха, что
отражается и на значениях объемных коэффициентов тепло-
и массоотдачи.
Произведенная нами ранее обработка некоторых опытных
данных показала, что объемный коэффициент массоотдачи для
решетника градирен пропорционален
весовой скорости воз-
духа в степени 0,55—
0,60 и плотности оро-
шения в степени при-
близительно 0,3—0,4.
Близкий к этому ре-
зультат дают также и
более новые опыты
Лихтенштейна1. 1 а
фиг. 1-12 нанесена за-
висимость объемного
коэффициента массоот-
дачи от плотности
орошения при различ-
ных весовых скоростях
воздуха по дан-
ным этих опытов. Фор-
ма, размеры и распо-
ложение брусков в
исследовавшемся ре-
шетнике показаны на
графике. Воздух двигал-
ся снизу вверх. Темпера-
тур а посту пающейводы
составляла 38 — 46СС,
Три кривые, относя-
Фиг. 1-12. Объемный коэффициент массо-
отдачи для решетника й зависимости от
плотности ор л ш ени и.
щиеся к значениям дауй, от 0,87 до 2,28 мг/д? сек и q от 2 до
14 ш3/ш3 час, могут быть с большой степенью точности сов-
мещены в одну, если отложить по оси ординат величину
^„/(^Лв)0’03» причем в двойных логарифмических координа-
тах получаем при этом практически прямую линию. Это по-
зволило нам выразить результаты указанных опытов с по-
мощью эмпирической формулы
о гот / - 1 \О,ЬЗ 0,39
Ы,= 035(®Х) Я
(1-57)
Весовая скорость воздуха отнесена здесь к полному сече-
нию противоточного охладителя.
’ Л и х т « и ш т s й н, Trans, А8МП, v. бф 1943, М 7, р, 779.
Опытные данные
57
? Влияние температуры поступающей воды на ^Л.г, эти опыты
£ не позволяют обнаружить, так как они а елись в узком
; интервале начальных температур воды. Подсчеты же объем-
у ного коэффициента массоотдачи для решетника по другим
у опытам, как правило, обнаруживают понижение его с уве-
личением температуры поступающей воды, подобно тому,
как это указывалось выше для испарения с поверхности
водяной пленки1. Следует только иметь в виду, что такие
опыты часто ведутся при расходе воздуха ниже „теорети-
ческого" (см. § 2-3), а подсчет коэффициента массоотдачи
оез учета этого оостоя-
тельства приводит к пре-
f" уменьшенным его зна-
чениям и сильно преуве-
: личенному влиянию на
него температуры водьь
г В первом приближении
; можно считать, что ко-
< эффициент обратно
пропорционален абсолют-
1 ной температуре посту-
? дающей воды в степени
1,1. С учетом этого фор-
> муле (1-57) может быть
: придан следующий вид:
J ( , ШбЗ 0,39
0-57 а)
где Т — температура по-
ступающей воды, иК.
Платность орошения, д чар
Фиг. 1-13. Объемный коэффициент мас-
соотдачи для брызг а л иной градирни в
зависимости от плотности орошения
=1,03 кг[о№сек).
1—12 сопел типа А га высоте 2 МО лмД 2—
в сопел типа В на высоте 1 ИО м,и; сопел
типа В на высоте 2 140 мм.
F "Значения объемного коэффициента массоотдачи для про-
< тивоточного охладителя с разбрызгивающими соплами2 при-
> ведены на фиг. 1-13. Сечение охладителя составляло 0,6 X
? X 0,915 м. Опыты велись с соплами двух размеров—малыми
(тип А) производительностью 31 кг [час при напоре 7 м. вод, ст.
и более крупными (тип В) производительностью
283 кг!час при том же напоре. Сопла располагались на вы-
соте 2,14 м и 1,17 ад Коэффициент 3.,, изменялся прибли-
зительно пропорционально квадратному корню из напора
или прямо пропорционально количеству подававшейся воды.
Увеличение высоты расположения сопел снижало коэффициент
массоотдачи, отнесенный к единице активного объема охла-
1 То же, как было нами показано ранее (см. книгу „Градирни11,
стр. 30), обнаруживают опыты на охладителе с кольцами Рашига и при
разбрызгивании зоды соплами.
8 К э л т г, р и Хор и, Trans. ASHVE, v, 49, 1943, р, 309.
58 Теплообмен при испарительном охлаждении [гл, 1
дителя, вследствие того что наиболее интенсивное испарение
воды происходит вблизи сопел, а также, невидимому, и из-за
попадания части воды на стенки.
Данные фиг. 1-12 и 1-13 нельзя, конечно, распространять
на охладители, заметно отличающиеся по конструкции от
испытывавшихся.
1-9. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПРЕДЕЛ ОХЛАЖДЕНИЯ
Как уже указывалось, при испарительном охлаждении
может быть достигнута температура воды, более низкая,
чем температура воздуха. Рассмотрим теперь подробнее, ка-
ков при этом теоретический предел охлаждения.
Предположим, что охлаждается определенный объем воды,
свободная поверхность которой омывается движущимся
воздухом, содержащим водяной дар, но не насыщенным
(<р< 1); СЛОЙ воды достаточно тонок, чтобы можно было
пренебрегать изменением температуры по толщине этого
слоя, а расход воздуха настолько велик, что можно не при-
нимать во внимание изменение его состояния при протекании
над поверхностью жидкости. Кроме того, примем, что лучис-
тым теплообменом можно пренебрегать.
Пусть в начальный момент температура воды t выше
температуры воздуха &. Вследствие теплоотдачи соприкос-
новением и испарения температура воды начнет понижаться,
В какой-то момент времени будет достигнуто равенство
температур и количество тепла, передаваемого посред-
ством соприкосновения, станет равным нулю. Но испарение
при этом не прекратится, поскольку по условию воздух не
насыщен водяным паром и парциальное давление пара р -в
воздухе будет оставаться более низким, чем давление пара
р" на поверхности жидкости.
Испарение обусловит дальнейшее понижение температуры
поды, и она станет ниже температуры воздуха. Вследствие
этого вода начнет уже получать тепло от воздуха посред-
ством соприкосновения. Дальнейшее охлаждение воды будет
определяться разностью количеств тепла, расходуемого ею
на испарение и получаемого посредством соприкосновения.
По мере. понижения температуры воды испарение ее будет
замедляться и расход тепла на испарение становиться ниже/
тогда как количество тепла, получаемого водой от воздуха,
будет ’ возрастать, пока при некоторой температуре воды
t~x эти количества тепла не уравняются между собой.
Когда это будет достигнуто, охлаждение воды прекратится,
хотя испарение ее и приток тепла к ней от воздуха будут
продолжаться. Процесс испарения воды при неизменной
температуре т за счет тепла, получаемого ею от воздуха^
будет длиться до тех пор, цока вся вода не испарится,
t-9] Теоретический предел охлаждения
59
Температура т и есть тот предел, ниже которого охлаж-
дение воды уже невозможно, поэтому ее называют преде-
лом охлаждения. Из сказанного ранее следует, что
‘ предел охлаждения достигается, когда
— p)F, (1-58)
'где 5 — свободная поверхность воды;
р’\— давление насыщенного водяного
пара при температуре м
Из равенства (1-58) видно, что в каж-
дом отдельном случае величина предела
Т.охлаждения определяется температурой
& воздуха и парциальным давлением р
! содержащегося в нем водяного пара или
относительной влажностью tp воздуха.
' Это равенство показывает также,
(что вода не может быть охлаждена до
температуры точки росы tpi отвечающей
(данному состоянию омывающего ее по-
верхность влажного воздуха. Если обо-
значить давление насыщенного пара,
'отвечающее точке росы, через рцто
(согласно сказанному в § 1-2
При охлаждении воды до темпера-
туры tp правая часть равенства (1-58)
t обратилась бы в нуль, а левая его
(часть сохранила бы положительное зна-
чение, так как т. е. такой случай
невозможен. При ненасыщенном
воздухе Ср<И) предел охлаж-
дения всегда выше точки росы
' 'и приближается к последней с увеличе-
нием относительной влажности воздуха.
Только при ю™1, т. е. когда воздух
Фиг. 1 14. Психрометр.
(насыщен водяным паром, предел охлаждения и точка росы,
равные при этом температуре воздуха 0, совпадают между
собой. Это наглядно показывает х-диаграмма для влаж-
!. кого воздуха (фиг. 1-2).
Отмеченная выше связь между величинами, характери-
( дующими состояние влажного воздуха, и пределом охлажде-
уния издавна используется для определения влажности воз-
(духа с помощью так называемого психрометра.
Психрометр представляет собой прибор, состоящий из
•.двух одинаковы^, термометров (фиг. Ь14). Ртутрьгй пщрик
gO. Теплообмен при испарительном охлаждении [ гл, 1
одного из термометров, называемого влажны м1, плотно обтя-
гивается какой-либо гигроскопической тканью, свободный
конец которой погружается в сосуд с водой. Шарик дру-
гого термометра, называемого сухим, остается открытым.
Через некоторое время, после того как психрометр поме-
щен в воздух, влажность которого должна быть определена,
вода, пропитывающая ткань на шарике влажного термо-
метра, охлаждается до температуры т, и термометр начи-
нает показывать эту температуру. Сухой термометр пока-
зывает при этом действительную температуру & воздуха.
Зная температуры 0 и -т, можно найти из таблиц соответ-
ствующие им давления р'гъ и pv" насыщенного водяного пара
и подсчитать на основании уравнения (1-58) парциальное
давление пара в воздухе:
р = р".-^ (»-) = /',-А(»-=), (1-59)
а также относительную влажность воздуха
rr „
Формулу (1-59) называют психрометрической фор-
мулой, а разность температур — 't) — психрометри-
ческой разностью.
В действительности вследствие влияния радиации на пока-
зания влажного термометра величина входящего в психро-
метрическую формулу коэффициента А отличается от значе-
ния . Она определяется обычно по эмпирическим дан-
ным, хотя имеются попытки определения се теоретическим
путем.
Подтверждаемая многочисленными опытами малая зави-
симость психрометрического коэффициента А от т хорошо
согласуется с теоретическими данными для отношения
Влияние радиации приводит к зависимости коэффициента
А от скорости воздуха да, омывающего шарик влажного
термометра. Опытные и теоретические данные показывают,
однако, что с повышением скорости воздуха влияние ее
уменьшается и при скоростях выше 2,5-:-“3 м1сек коэффи-
циент А можно считать практически постоянным, не завися-
щим от скорости воздуха. При меньших же скоростях воз-
духа необходимо учитывать, что показание т влажного тер-
мометра тем выше, чем меньше скорость воздуха, а сле-
довательно, и психрометрический коэффициент А должен
быть выше.
1 Его называют также ,,мокрым" или „смоченным" термометром,
§ 1-9 ] Теоретический предел охлаждения б!
Для устранения необходимости вводить поправку иа
скорость ветра психрометр снабжают иногда вентилятором,
искусственно создающим движение воздуха около термомет-
ров, а ртутные шарики последних защищают от лучеиспу-
скания экранными трубками. Такие психрометры называют
аспирационными.
Гидрометеорологической службой СССР принят коэффици-
ент A = 0,0007974/3s при •w = 0,8 м[сек (обычный психрометр
Августа, установленный в нормальней метеорологической
будке) и А = 0,000662/?а. при высоких скоростях воздуха
(аспирационный психрометр Ассмана). Здесь барометриче-
ское давление рБ выражается в мм рт, ст. Давления р и
в формуле (1-59) при этом также должны выражаться в
мм рт. ст.
Из сказанного видно, что при одних и тех же условиях
(В, ?» Лд) психрометр Августа показывает более высокое
значение температуры влажного термометра, чем аспирацион-
ный психрометр. Соотношение между значениями -с по
показаниям психрометров двух различных типов можно
определить следующим образом.
Обозначим показания влажных термометров и психроме-
трические коэффициенты индексом 1 для психрометра Авгу-
ста и индексом 2 для аспирационного психрометра. Тогда
на основании (1-59), поскольку величина р не зависит от
способа измерения, можем написать:
(1-60)
откуда
X;-/Л (1-60
-а
Здесь р"т r — Разложив эту функцию в ряд Тэйлора, по-
лучим:
Р -с, Р та — i ^7 ; VI ‘2/ I 2 > d~? i 3' i •••
\ ; -я
Так как в нашем случае ряд быстро сходящийся, огра-
ничимся первым его членом, т. с. примем:
Л - Л,=Ш -ы (1-62)
Из (1-61) и (1-62) находим, что
Д7=т,—(л1дД-)(—Ы. (1-63)
12 >'аР \ л
•Д: 1
62 Теплообмен йрй йспзрительной охлажлейий f гл. 1
Вводя сюда указанные выше значения психрометриче-
ских коэффициентов и обозначая
получаем:
о
1,35'10-4*/?,, -пгсАтгч--
’ /л п 4-7,97-10-4Д£
{1-64)
Фиг. 1-15. Поправка к показанию влажного термометра по псп- »
хрометру Августа (т5) для определения предела охлаждения.
Значения Дг, подсчитанные по формуле (1-64) для давле-
ния дл. —-755 мм рт. ст., приведены на фиг. 1-15. Значения
п определялись при подсчете с помощью таблиц насыщен-
ного водяного пара.
Температура т влажного термометра, измеренная при
/достаточно больших значениях w (> 2,5-4-3 м!сек)> может
^рассматриваться как теоретический предел охлаждения воды
при данном состоянии воздуха1. Если же измерена темпера-
тура влажного термометра по психрометру Августа, то для
'определения предела охлаждения нужно рз этой темпера-
туры вычесть величину Дт, подсчитанную по формуле (1-64)
.или найденную на фиг. 1-15.
1 Психрометрический график, показывающий зависимость t от S при
различных ?, см. в приложениях. С его помощью можно определять т
по заданным & и у или находить влажность воздуха f по г и заме-
ренным с помощью психрометра Ассмана.
§ 2-11
Охлаждение йодЫ в Открытом водоеме
63
ГЛАВА ВТО Р А Я
ТЕОРИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
2-1. охлаждение воды в открытом ВОДОЕМЕ (В ПРУДУ)
В водоохлаждающих устройствах условия испарительного
охлаждения отличаются от рассмотренных выше при опреде-
лении теоретического предела охлаждения тем, что охлаждает-
ся не постоянный объем воды, а вода все время заменяется,
поступая в охладитель с одной температурой и выходя из него
с другой, более низкой температурой. Изменяет свое состояние
и протекающий над поверхностью воды воздух.
Когда охлаждаемая вода течет в открытом водоеме или
канале, движение воздуха над ее поверхностью обуславливает-
ся ветром и естественной конвекцией. При отсутствии ветра
Фиг. 2-1. Характер свободного движения охлаждающей среды над тепло-
отд ающей поверхностью.
а—ноиержносгь небольших, размеров; 6--поверхность неограниченных размеров.
характер свободного движения воздуха над зеркалом воды,
как это можно судить по опытам акад. М. В. Кирпичева 1 с го-
ризонтальными теплоотдающими плитами (фиг. 2-1), должен
зависеть от размеров зеркала. Роль естественной конвекции и
ее влияние на характер движения воздуха заметно понижа-
ются по мере увеличения скорости ветра.
Так как воздух, омывающий поверхность воды в пруду,
ничем не отграничен от окружающей атмосферы, нельзя опре-
делить, какое именно количество воздуха непосредственно
участвует в процессе тепло- и массообмена. Это лишает воз-
можности выразить количества переносимого тепла и массы
через средние величины, характеризующие изменение состоя-
ния воздуха: его температуру, относительную влажность (или
парциальное давление пара) и теплосодержание. Аналитиче-
ское исследование испарительного охлаждении в этих усло-
виях, называемых обычно условиями внешней задачи, очень
сложно и требует Для того, чтобы задача была определенной,
привлечения зависимостей, основывающихся на детальном
1 М. В. Кирпиче в, Труды Государственной физико-технической
лаборатории 1929, вып. 9.
64
Теория охладителей
[гл. 2
анализе гидрод’инамических явлений. Гидродинамическая тео-
рия испарения с плоской поверхности в турбулентном потоке
разрабатывается применительно к условиям испарения в есте-
ственных водоемах и с земной поверхности уже в течение
многих лет Г но построение полной теории наталкивается на
значительные трудности из-за неоднородности атмосферы и
сложности механизма турбулентной ди*ффузии. Предложенные
решения содержат большое число допущений, нуждающихся
еще в экспериментальной проверке, и не могуч’ быть непосред-
ственно распространены на условия испарительного охлаж-
дения.
Обстановка при охлаждении воды в открытом водоеме
(пруду) усложняется еще тем, что обычно водоем имеет не-
правильные очертания в плане и неправильный рельеф дна;
вода, подлежащая охлаждению, подается в него и затем заби-
рается с одной какой-либо стороны, и траектория струи между
местами подачи и забора воды имеет сложную криволинейную
форму; ширина струи пл ходу ее движения меняется, а там,
где она не заполняет полностью сечения водоема, образуются
вихревые области.
Все это вынуждает при решении практических инженерных
задач принимать для испарительного охлаждения в открытых
водоемах сильно упрощенную сравнительно с действительной
схему процесса, из которой мы и будем в дальнейшем исхо-
дить.
Действительная поверхность пруда заменяется при этом
согласно предложению И. М. Вернадского1 2 з «площадью актив-
ной зоны’», под которой понимается площадь- фиктивного' пру-
да, в котором все струи параллельны, а начальная и конечная
температуры воды те же, что и в действительном пруду. Отно-
шение площади активной збны F к действительной поверхно-
сти пруда Fd
называют коэффициентом использования пруда.
1 См,, например, М. И. Будыко, Испарение в естественных усло-
виях, Гидром етеоиздат, Л., 1918.
з Н. М. Вернадский и Б. В. Проскуряков, Опыт теории и
практики расчета прудов-холодильников, ГНТИ, 1931, Сохраняя в даль-
нейшем исходную схему „активной зоны", принятую в этой работе, мы
вносим существенные изменения в самое решение? Более ранние рабо-
ты по расчету охлаждающих прудов (Кнорре, Кочерина, Алексеева
и др.) описаны в статье А. А. П е т р о в а, Материалы по гидрологии, гид-
рографии и водным силам СССР, вып. XVI, ГЭИ, 1933. Единственная по-
пытка теоретического решения задачи о тепловом расчете охлаждающих
прудов, известная нам в иностранной литературе (Антониу, Die War-
me, Jhg. 65, 1942, № 36, S. 313), базируется на ошибочных предпо-
ложениях и лишена поэтому практическом ценности.
« 2-1 ]
Охлаждение воды ,в открытом водоеме
При указанной схеме течение воды в пруду уподобляется
течению ее в открытом канале постоянной ширины и глубины
(фиг. 2-2), причем принимается, что температура воды по ши-
рине струи неизменна, а коэффициенты тепло- и массоотдачи
одинаковы для всей поверхности.
Рассмотрим охлаждение воды на элементарном отрезке,
пути dy в такам канале,. Ось Y направим навстречу движе-
нию воды. Ширина струи равна Ь$-
К сечению ab (фиг. 2-2) подходит G кг^час воды со
средней температурой t и от сечения cd уходит G— йСж
кг[час с температурой t — dt, где ЖСж— количество воды,
испарившееся на элементе поверхности df—b^dy. Общее
количество тепла, отданного
водой, составляет при этом
dQ=СД—
где сж— теплоемкость воды,
ккал/кг град.
Производя сокращения и
пренебрегая членом высшего
порядка малости, получаем
отсюда
<2-0
Величина dQ может быть
также определена и другим
путем. Вода отдает тепло
воздуху посредством соприкос-
новения, затрачивает тепло на частичное испарение и теряет
количество тепла, содержавшееся в испарившейся воде. Кро-
ме того, она получает тепло за счет солнечной радиации и
частично .излучает его обратно. Количество тепла, отдавае-
мого через ложе пруда, весьма невелико, и им можно пре-
небречь. Обозначив дополнительный приток тепла, представ-
ляющий собой разность количества тепла, получаемого за
.. счет солнечной радиации, и потери тепла в результате обрат-
ного излучения, через qt ккал[м? час, можем написать:
dQ^a(t — й) г. dGM cj • dG:w — qд - df, (2-2)
где I? — температура на поверхности воды;
— теплота испарения при температуре .
Учитывая незначительность количества испаряющейся во-
ды, примем G ~ Ож и введем также сж^\ ккал^кг град.
5 Л. Д Берман.
6б Теория охладителей гл, 2
1огда, приравнивая правые части уравнений (2-1) и (2-2) и
принимая во внимание, что
(2-3)
будем иметь:
Ц — й) Л-г^Р(р'{ — р) — q^df, (2-4)
где Ож—количество поступающей в пруд воды;
р{ — давление насыщенного пара при температуре .
Это единственное уравнение, которое может быть состав-
лено для данного случая, исходя из рассмотрения теплового
баланса. Если полагать, что температура /^является одно-
значной функцией средней температуры воды t в сечении
струи, то в уравнении (2-4) остаются еще три независимые
переменные: температуры I и Н и давление р. Поэтому обыч-
но вводят еще допущение, что состояние воздуха при его
движении над зеркалом воды сохраняется неизменным.
Такое предположение, позволяющее свести число неизвест-
ных в уравнении (2-4) до одной, допустимо при весьма ма-
лой длине пути воздуха над поверхностью воды, в остальных
же случаях оно может приводить к заметному преувеличению
количества отдаваемого водой тепла. Эта погрешность может
быть уменьшена, если влияние повышения температуры и
влагосодержания воздуха при движении его над зеркалом
воды приближенно учесть, определяя коэффициенты я и
как усредненные по поверхности и соответственно введя в
формулы для них множитель, зависящий от средней темпе-
ратуры воды, формы поверхности и размера ее в направле-
нии движения воздуха. В настоящее время нет еще, однако,
надежных опытных данных, которые позволили бы устано-
вить влияние перечисленных факторов, и отмеченную по-
грешность приходится компенсировать путем соответствую-
щей оценки коэффициента использования пруда.
При указанном допущении имеем: и р7-ръ где
индексом 1 отмечены параметры наружного воздуха до со-
прикосновения его с водой.
Температуру воды на поверхности, учитывая возмож-
ность значительной глубины водоема и неравномерности рас-
пределения температур по вертикали, иногда выражают через
среднюю температуру воды t при помощи переходного коэф-
фициента kh, т. е. — причем коэффициент kb считают
для всей поверхности пруда постоянным. В действительности,
однако, значения переходного коэффициента меняются по хо-
ду транзитной струи и зависят от ряда факторов (интенсив-
ность солнечной радиации, перемешивание воды по глубине
§ 2-1 J
Охлаждение воды' в открытом водоеме
67
потока и др.), влияние которых не может быть обычно учте-
но сколько-нибудь строго. Поэтому величина kh приобретает
смысл чисто эмпирического коэффициента. Мы не будем его
вводить при решении уравнения (2-4), принимая ™ I и со-
ответственно давление р\ равным давлению рц насыщенного
водяного пара при температуре /, а влияние неравномерности
распределения температур воды по глубине струи учтем вве-
дением аналогичного эмпирического коэффициента в выра-
жение для поверхности активной зоны пруда.
Для давления насыщенного водяного пара примем линей-
ную зависимость от температуры
— щ-ф- nt, (2-5)
где т и п— постоянные
для заданного интервала
температур.
При сравнительно узких
пределах изменения темпе-
ратуры воды в пруду по-
грешность, связанная с при-
менением линейной зависи-
мости (2-5), очень незначи-
тельна, так как спрямление
кривой рп — Ф (£) произво-
дится при рассматриваемом
решении лишь на небольшом
участке, отвечающем задан-
ной зоне охлаждения воды.
Для условий охлаждения
циркуляционной воды эта
погрешность может быть
Фиг. 2-3. Спрямление участка кривой
давлений насыщенного пара.
практически сведена на-нет, если соответствующий участок
кривой давлений АВС, построенной по таблицам насыщен-
ного водяного пара (фиг. 2-3), заменить .прямой, проходящей
не через точки А и С, отвечающие начальному и конечному
значениям давления (ра и р"2 ), а через точки Д' и Сг, от-
вечающие давлениям
II ' 1Г и Л а
р} — ьр" и уъ — '^р;
где можно принимать:

II . п л 'г
Pl +/>2 ~~ 2Рт
(2-6)
(2-6а)
4
58 Теория охладителей [гл. 2
Здесь р"т —давление насыщенного пара при средней темпе-
ратуре воды
/ __й -bjy
'•? - - 2 •
Произведя в уравнении (2-4) замены в соответствии со
сказанным выше, перепишем его следующим образом:
G^dt = {(а+ nr$p}d—
или А (/—())<//, (2-7)
где (2-7а) 6 = t (2-76) а -4- пг$р
Рассмотрим охлаждение воды в пределах от некоторого
промежуточного сечения с координатой /, которому отвечает
температура воды t (здесь ^>£>^2), до сечения водозабора,
которому при принятом направлении оси К отвечает /=0 и
температура воды /2.
Разделяя переменные и интегрируя уравнение (2-7) в пре-
делах от 0 до / и от до t, получим:
i— о
(7
= Л -,п
гУ~ 9 *
Введем в знаменатель этого равенства упоминавшийся
выше поправочный коэффициент, учитывающий влияние не-
равномерности распределения температур по глубине потока.
Так как численное значение вводимого нами коэффициента
должно мало отличаться от значения переходного коэф-
фициента1 /гЛ =, сохраним и в этом случае обозначение
kh . Тогда
Ож $—®
/=лл'-1п^=1’ <2-8)
откуда
1 Это можно видеть, если провести описанный выше вывод, введя
в исходное уравнение
§ 2-1 ] Охлаждение, воды в открытом водоеме 69
где обозначено
0=-/.
и е — основание натуральных логарифмов.
Уравнение (2-9) выражает собой закон изменения темпе-
ратуры воды по ходу ее движения в рассматриваемом водо-
еме (фиг. 2-4). Крайние значения температуры воды и t2
получим, подсгавив сюда соответственно з™/ и з~0, где
Фиг. 2-4. Изменение температуры воды
.в пруду по ходу потока.
есть удельная пло-
щадь активной зоны и
F — полная площадь
активной зоны.
Из уравнения (2-8)
имеем:
(2-8а)
или
. 1 , 6 — 9
’ п4 б~ *
(2-86)
После простых пре-
образований можно отсю-
да -получить для началь-
ной и конечной темпера-
тур воды
(2-9а)
и
(2-96)
тдё a-~~.Akn и t2 есть перепад температур воды
или так называемая зона охлаждения.
Формула (2-8а) или (2-86) может быть использована для'
определения при расчете охлаждающего пруда требуемой
площади активной зоны, а формулы (2-9а) и (2-96) — для оп-
ределения температур воды при известном F или f д. Для
этого нужно предварительно подсчитать величину дл, от ко-
торой зависит значение 0 (об определении qсм. §’ 5-2).
Теория охла дителе й
f гл. 2
Величину дл можно заменить в расчетных формулах вели-
чиной так называемой темпера ту р*ы воды в естест-
венном состоянии, представляющей собой температуру
воды в пруду -при тех же метеорологических условиях, но
при отсутствии подвода тепла извне с поступающей водой,
т. е. при Д/-0.
В последнем случае имеем из (2-4):
—(2-10)
где te—температура воды в естественном состоянии, С;
Ps^re.—Деление насыщенного пара и теплота испарения
при температуре (в дальнейшем будем принимать
Примем, что коэффициенты а и Ър сохраняют при всех
режимах одинаковые значения, что не вполне точно, но мо-
жет быть принято для практических расчетов, если коэффи-
циенты аир выбирать с некоторым запасом.
Тогда из (2-76) и (2-10), принимая согласно (2-5) и (2-6),
что
пь~ р', — nL ор",
находим;
При данном Д/разность 6 — te практически зависит только
от , т. е. от степени приближения температуры охлаж-
денной воды к температуре воды в естественном состоянии.
Эта зависимость представлена ниже в графической форме на
фиг. 5-5 (стр. 312).
Упрощающие допущения, принимаемые в настоящее время
при практических решениях задачи об испарительном охлаж-
дении воды в открытом водоеме, позволяют рассматривать
та'кие решения только как первые, довольно грубые прибли-
жения, неточности которых должны компенсироваться при
расчетах значениями опытных коэффициентов.
2-2. ОХЛАЖДЕНИЕ ЙОДЫ В БРЫЗГАЛЬНОМ БАССЕЙНЕ
В брызгальном бассейне над поверхностью водоема уста-
навливаются разбрызгивающие насадки-сопла, через которые
подается поступающая вода. Выходные отверстия сопел на-
правляются обычно кверху. При выходе из сопла водяная
§ 2-2 ] Охлаждение воды в брызгальном бассейне
71
струя распадается на капли, поднимающиеся сначала
кверху под некоторым углом к вертикали, а затем под влия-
нием силы тяжести падающие вниз в водосборный бассейн
(фиг. 2-5). Каждая капля движется по траектории тела, бро-
шенного иод углом кверху и встречающего на своем пути со-
противление воздуха. Но вследствие того что размеры, угль?
вылета и начальные скорости отдельных капель различны, тра-
ектории их движения также нс совпадают между собой, и вы-
ходящая из сопла вода образует заполненный движущимися
каплями «факел».
Фиг. 2-5. Схема брызгам» пог о бассейна.
Движение воздуха в пределах бры зга л иного бассейна, как
и в случае охлаждающего пруда, обуславливается наличием
ветра и естественной конвекцией, причем связанная с послед-
ней и направленная кверху вертикальная составляющая ско-
рости воздуха несколько возрастает благодаря эжектирующему
действию выходящих из сопел водяных струй. Так как, с одной
стороны, расположенное на пути воздуха большое число водя-
ных факелов создает' значительное сопротивление его движе-
нию в горизонтальном направлении и понижает' составляющую
скорости в этом направлении, а, с другой стороны, более раз-
витая поверхность воды и большая интенсивность тепло- и
массообмена при распиливании воды на капли малых разме-
ров приводит к более значительному нагреву и увлажнению
воздуха, роль свободного движения даже при наличии ветра
должна быть, пивидимому, более значительна в брызгальном
бассейне, чем в охлаждающем пруду. Характер движения воз-
духа должен при этом приближаться к показанному на
..фиг. 2-1,6, причем области подъема воздуха соответствуют ли-
Теория охладителей [ гл. 2
ниям, вдоль которых расположены сопла, а более холодный и
сухой воздух притекает от краев бассейна и сверху, гю кори-
дорам, оставляемым между рядами сопел.
Притекающий, воздух, пересекая водяной факел, омывает
падающие вниз капли, уже подвергшиеся охлаждению, а за-
тем уже капли, только образовавшиеся при выходе струи из
сопла. Благодаря отсутствию перемешивания воды на ее пути
от выхода из сопла до падения в водосборный бассейн (селpi не
считать только столкновений и слияния капель соседних факе-
лов), температура на поверхности капель, определяющая тем-
пературный напор и разность парциальных давлений, может
по мере их охлаждения заметно отклоняться от средней темпе-
ратуры воды и в тем большей степени, чем крупнее капли и
чем выше их начальная температура,
Существенным отличием условий охлаждения воды в
ёрызгальном бассейне от условий в охлаждающем пруду яв-
ляется то, что скорость движения воздуха, отражаясь на ко-
личестве его, участвующем в процессе теплообмена, в то же
время не является определяющей для коэффициентов тепло-
и массоотдачи. Последние зависят от скорости воздуха относи-
тельно поверхности движущейся жидкости, а скорости движе-
ния самих капель, особенно на начальных и конечных участ-
ках их траекторий, где они достигают 6—12 м!сек, во много
раз превосходят при средних ветрах абсолютные скорости дви-
жения воздуха в пределах, брызтального бассейна. Поэтому
скорости движения капель и определяют в основном относи-
тельную скорость воздуха, а соответственно и значения коэф-
фициентов тепло- и массоотдачи. Значения этих коэффициен-
тов изменяются в довольно широких пределах для капель,
отличающихся по размерам, а также для одних и тех же ка-
пель на различных участках их. пути.
Из сказанного видно, что условия протекания процесса ис-
парительного охлаждения в брызгальном бассейне еще более
сложны, чем в охлаждающем пруду. Этим объясняется тот
факт, что для брызгальных бассейнов мы не располагаем пока
сколько-нибудь удовлетворительным 'решением задачи об
охлаждений воды, которое позволяло бы производить хотя бы
приближенный их тепловой расчет. Известей ряд попыток дать,
такое решение (работы Г. Г. Джанибекова, Н. Н. Терентьева,
Н. Н. Петруничева, П. И. Лебедева и др.), но. авторы их вы-
нуждены были при этом исходить из предпосылок, довольно
далеких от реальных условий охлаждения воды в брызгаль-
ных бассейнах.
Описанное в литературе решение инж. Г. Г. Джанибекова ’
1 См. курс „Водоснабжение промышленных предприятий и населен-
ных мест* под ред. Н, Н, Гениева, ч. И, Госстройиздат, 193$, стр. 6Ц
а сл.

дтттЪж
ГГЛТШ*
лгплшй
lllllh
пицц
llllUds
И1Й
- § 2-3 ]
Процесс в закрытом охладителе
73
является, по существу, попыткой распространить па брызгаль-
ные бассейны метод теплового расчета, разработанный для
г противоточных охладителей закрытого типа с вынужденным
t движением воздуха и заданным количеством последнего.
Определение количества участвующего в процессе воздуха
производится при этом, исходя из предположения, что в брыз-
£ сальном бассейне вся масса воздуха движется в горизонталь-
if ном направлении с одинаковой скоростью, равной расчетной
Ж
Ц скорости ветра. Решение же произведено для случая противо-
щ. тока, что не соответствует ни принятой схеме движения воз-
духа, ни действительным условиям.
| Инж. Н. Н. Терентьев1 пользуется для построения рас-
у четных графиков одним лишь уравнением теплового баланса
вида (2-4), вводя допущения о постоянстве как параметров
& воздуха, так и температуры воды, причем для воздуха он
I принимает его параметры и р, до соприкосновения с во-
( дой, а для воды среднюю температуру

ZJ
___б 4~ б
СР~"" ' 2
м.штт

Такое далеко идущее упрощение решения не мож’ет дать
надежных оснований для распространения опытных данных
на условия, отличающиеся от тех, при которых они непосред-
ственно были получены.
Попытка более полно учесть гйдродинамичские условия
. работы брызгального бассейна сделана применительно к двух-
мерной (плоской) задаче в работе А. Н. Патрашева. ЬЪ эта
работа содержит ряд спорных положений2 и также далека
еще от решения поставленной задачи дать теоретическую ос-
нову для теплового расчета брызгальных бассейнов.
Отсутствие аналитического решения задачи, об охлаждении
воды в брызгальном бассейне вынуждает пока пользоваться
для этих охладителей чисто эмпирическими данными.
1111Е:11
2-3. ПРОЦЕСС В ЗАКРЫТОМ ОХЛАДИТЕЛЕ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ
РАСХОД ВОЗДУХА

Й-
..&
Г"1
гптгш
Для закрытого охладителя, сечение которого ограничено со
всех сторон стенками, известно количество протекающего через
него и участвующего в процессе охлаждения воздуха,
значения начальных и конечных параметров воды и
Средние
воздуха
птгпш

1 Н. Н. Терентьев, „Водоснабжение и санитарная
1940, .Ж 1, стр. 24.
2 Например, в исходной системе дифференциальных уравнений отсут-
ствует уравнение распространения массы, в уравнениях движения опу-
щены подъемные силы, хотя рассматривается свободное движение возду-
ха, и т. д.
техника**,
Теория охладителей
могут быть в этом случае связаны между собой уравнениями
теплового и материального балансов.
Закрытое водоохлажлающее устройство схематически изо-
бражено на фиг. 2-6. Пусть через него протекает вода в ко-
личестве Ож кг/час, охлаждаясь с температуры до темпе-
ратуры Z2; в противоположном направлении над поверхностью
воды протекает воздух в количестве Gs кг'яас, и его темпе-
ратура повышается с до 8g, а влагосодержание — с л*! до
х>. При этом возрастают также парциальное давление содер-
жащегося в воздухе водяного пара с pt до р2 и теплосодер-
жание воздуха1 с до i2.
Фиг, 2-6. Схема закрытого охладителя.
Количество тепла, отданного водой, составляет:
Q =^G с L~~(G ~G.,}c ГО (А
а количество тепла, воспринятого воздухом:
где сж — теплоемкость воды, в дальнейшем принимаемая рав-
ной 1 ккал1кг град;
Gu — количество испарившейся воды, кг!;час.
Так как при установившемся процессе Q^:::~Qe, то от-
сюда получаем следующее уравнение теплового баланса’-
Ож(«, - « + ОЛ = О, (2-12)
Материальный баланс (баланс влаги) определяется равен-
ством между количеством испарившейся жидкости и прира-
щением влагосодержания воздуха.:
О.^ОДх,-^). (2-13)
1 Здесь и ниже для простоты опускаем индекс ад при обозначении
теплосодержания влажного воздуха.
§ 2-3] Процесс s закрытом охладителе
Уравнения (2-12) и (2-13) являются, однако, недостаточ-
ными для решения задач, связанных с испарительным охлаж-
дением, поскольку заданными являются обычно только рас-
ходы и начальные параметры воды и воздуха и неизвестными
остаются температура охлажденной воды и 2 параметра, ха-
рактеризующие состояние уходящего влажного воздуха. Урав-
нения тепло- и массообмена (1-27) и (1-28) могут быть напи-
саны лишь в дифференциальной форме, поскольку входящие
в эти уравнения параметры все время меняются по ходу воды
в охладителе. Поэтому возникает задача решения системы
дифференциальных уравнений, которая может быть составлена
для элемента поверхности воды.
Прежде чем перейти к формулировке и решению этой за-
дачи, необходимо разграничить два принципиально отличных
случая испарительного охлаждения, возможных в закрытом
охладителе.
Рассмотрим для этого, как изменяются условия охлажде-
ния воды при неизменном ее расходе и неизменной начальной
температуре, но при меняющемся расходе воздуха.
Пусть сначала расход воздуха велик по сравнению с рас-
ходом охлаждаемой жидкости, причем поступающий в охлади-
тель воздух, который может быть влажным, нс насыщен водя-
ным паром и его конечная относительная влажность при вы-
ходе из . охладителя также не достигает еще 100 %. Если мы
начнем затем понижать расход воздуха, степень его насыще-
ния при выходе из охладителя будет возрастать,’.пока при не-
котором расходе не будет достигнута конечная влажность
100%. Такой расход воздуха, при котором достигается полное
его насыщение в самом конце пути над свободной поверх-
ностью охлаждаемой жидкости, мы будем в дальнейшем на-
зывать теоретик е с к и м расходам,
Уменьшение расхода воздуха ниже теоретического не мо-
жет уже повлечь за собой дальнейшего увеличения его конеч-
ной относительной влажности, хотя в результате повышения
температуры уходящего воздуха его влагосодержание продол-
жает возрастать. Воздух насыщается в этом случае еще до
того, как достигает конца своего пути над поверхностью
жидкости. Условия охлаждения воды в начальной (по ходу
воздуха) части охладителя, где относительная влажность воз-
духа ниже 100 %, существенно отличаются от условий в
остальной его части, где воздух уже насыщен паром. Увели-
чение влагосодержания воздуха в последней зоне может про-
исходить лишь в меру повышения его температуры и соответ-
ственно законы изменения-температур и парциальных давле-
ний должны быть здесь иными, чем в начальной зоне.
Пар, приобретающий у поверхности жидкости температуру
] последней, проникая в поток более холодного воздуха, охлаж-
дается. вследствие чего несколько повышается общая темпера-
76 Теория охладителей [гл. 2
тура протекающей в охладителе п ар своз л ушной смеси. Коли-
чество переносимого таким путем тепла обычно незначительно
и им, как правило, пренебрегают. При расходе воздуха ниже,
теоретического явление, однако, усложняется, так как в зоне
насыщенного воздуха при большой интенсивности испарения
часть пара, проникающего в воздух, не может быть послед-
ним поглощена. Поэтому здесь должно иметь место не только
охлаждение пара по мере удаления его от поверхности
жидкости, но и частичная конденсация проникающего в воз-
дух пара1. Последнее сопровождается дальнейшим повыше-
нием температуры смеси за счет теплоты конденсации. Даже
при сравнительно небольшом количестве конденсирующегося
пара количество выделяющегося тепла оказывается настолько
значительным, что им нельзя уже пренебрегать при составле-
нии теплового баланса.
Таким образом, при рассмотрении испарительного охлаж-
дения в закрытом охладителе следует различать два случая;
1) когда расход воздуха выше или равен теоретическому
и изменение состояния воздуха вдоль поверхности охлаждения
характеризуется непрерывным увеличением его относительной
влажности;
2) когда расход воздуха ниже теоретического и изменение
состояния воздуха, а вместе с тем и условия охлаждения воды
различны для двух участков поверхности охлаждения.
В последнем случае можно различать I (начальный) уча-
сток, на1 котором относительная влажность воздуха нарастает
от некоторого его начального значения до 100%, и II участок,
где относительная влажность воздуха постоянна. Если началь-
ная влажность воздуха равна 100%, имеется только I! уча-
сток.
Величина теоретического расхода воздуха зависит в каж-
дом отдельном случае от начального состояния воздуха и тем-
ператур охлаждаемой воды. Так, при начальных параметрах
воздуха, отвечающих летним условиям Москвы, и при пере-
паде температур воды 5° С теоретический расход воздуха
(кг воздуха на 1 кг воды) составляет 0,3—0,7, а при пере-
паде температур воды 20° С он возрастает до 1,8—2,2. Рас-
ходы воздуха ниже теоретического отвечают обычно малым
относительным расходам или высоким начальным влажностям
воздуха, а также высоким перепадам температур воды.
Особенности протекания процесса при режимах, опреде-
ляющихся нами как режимы с расходами воздуха ниже тео-
ретического (наличие зоны насыщенного воздуха, частичная
конденсация пара в этой зоне), упускаются обычно из виду
1 Не исключена частичная кондепсацяя проникающего' к воздушный
поток пара и в зоне ненасыщенного воздуха, по там роль этогр явле-
ния должна быть, повилимому, незвдчцгедьной.
fj 2-'l ’ Осаждение вод^ при противотоке "77
при исследованиях испарительного охлаждения, в частности
при обработке опытных данных, что приводит иногда к непра-
вильному определению коэффициентов тепло- и массоотдачи,
а в некоторых случаях и к ошибочным теоретическим выво-
дам Ч Между тем, с расходами воздуха ниже теоретического
приходится нередко встречаться при анализе работы как опыт-
ных, так и промышленных охладителей, особенно башенных
градирен.
2-4. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ ПРИ ПРОТИВОТОКЕ (РАСХОД
ВОЗДУХА ВЫШЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО)
Рассмотрим теперь охлаждение воды на элементе ее пути
dy в охладительном устройстве, изображенном на фиг, 2-6,
предполагая, что расход воздуха равен теоретическому или
выше последнего. Будем также полагать ширину струи воды
на всем се пути неизменной и равной а температуру воды—
одинаковой по всей ширине струи.
Аналогично (2-2), опуская только дл, поскольку лучис-
тым теплообменом в данном случае допустимо пренебречь,
можем написать для количества тепла, отданного на путиdy*
dQ--a(tf — $)-df-\-rl-dGllc-lrclletl-dGjic =
= «(^ — «)<//+ hdG^, (2-14)
где i"n = сж' tf A- rf — теплосодержание, пара при температуре tp
df — bQ-dy — элементарная площадка.
Уравнение (2-1) сохраняет в этом случае свою силу без
изменений, и из (2-1), (2-3) и (2-14) получаем:
[e(tt-В) + г, UP"-p»-df = G^c^dt. (2-15)
Воздух, движущийся навстречу воде в количестве
Q кг/час (считая по сухом}’’ воздуху), повышает свое тепло-
содержание на пути dy на G^di. Часть этого тепла затра-
чиваетс;! на повышение температуры воздуха и содержав-
шегося в нем ранее пара с &° до остальная часть
представляет собой теплосодержание пара, вновь проник-
шего в воздух в результате испарения воды, т. е.
dQ = Gt-di = Ge-clll-db + iltdG:K, (2-16)
где сзг — теплоемкость влажного воздуха, ккал/кг град;
1 Подробнее см. Л. Д. Берман, „Известия ВТИ“, 1940, № 10—11,
стр. 17.
7S Теория охладителей [ r/J. 2
in— теплосодержание содержащегося в воздухе водя-
ного пара, ккал]кг.
Можно с. достаточной точностью принять, что
где сн —теплоемкость водяного пара при постоянном давле-
нии, ккал < кг град.
Тогда из (2-14) и (2-16)
А, я ~ »W + Й — 4) - dGxc ~
или
G^c8A-dh^KAt-^df, (2-17)
где
К^±~~Чр-Р} (2-17а)
есть коэффициент, учитывающий перенос тепла водяным
паром, проникающим от поверхности жидкости в воздуш-
ный поток. При малых разностях парциальных давлений
можно принимать X^l,
Повышение влагосодержания воздуха на пути dy состав-
ляет G&-dx. Так как оно равно количеству dGjfc испарив-
шейся жидкости, можем написать:
dG'3№ ™ (Р"~Р) df^ Ge>dx. (2-18)
Но согласно (1-10)
dx~ 0,622-4/р—
и, следовательно,
p)df=0fi22G„-d У'- ] . (2-19)
•> \РЬ р I
Уравнениями (245), (2-17) и (2-19) можно воспользоваться
для решения задачи о распределении температур и парциаль-
ных давлений в противоточном охладителе. Решение этой за-
дачи дает необходимые зависимости также и для определения
требуемой поверхности охлаждения или охладительного эф-
фекта при заданной поверхности.
Подобные решения, пригодные при расходах воздуха, боль-
ших или равных теоретическому, предложены рядом авторов.
Охлаждение воды при противотоке
Эти решения связаны с введением некоторых упрощающих
предпосылок и при практической равноценности в отношении
степени их точности существенно различаются между собой по
сложности и возможностям практического использования
полученных зависимостей. Так, примененный Аккерманом 1
прием замены исходной системы уравнений -интегральным
уравнением типа Вольтерра не позволил довести решение в
общем виде до получения конечных расчетных формул.
Б. В. Проскуряков1’, применивший приближенный прием за-
мены подинтегральной функции, довел решение до конца, но
не получил в явной форме искомых зависимостей для темпе-
ратур и парциальных давлений, вследствие чего применение
этого способа для решения отдельных частных задач также
очень сложно. Возможно, однако, решение рассматриваемой
системы уравнений достаточно простым методом без приме-
нения каких-либо искусственных приемов и в то же время без
ущерба для точности получаемых результатов сравнительно с
указанными более сложными способами решения3.
Будем исходить из следующих допущений, довольно хо-
рошо удовлетворяющихся в условиях охладителей циркуляци-
онной воды:
1) коэффициенты я, и Ка, а также мало зависящие от
температуры физические константы г и се1 могут быть при-
няты постоянными для всей поверхности охлаждения;
2) парциальные давления водяного пара в протекающем
воздухе весьма малы сравнительно с. очень незначительно
меняющимся полным давлением паровоздушной смеси и мо-
жет быть принято, что рБ — р-'~ риср — const, где р —
среднее парциальное давление сухого воздуха;
. 3) количество испаряющейся воды незначительно и можно
принять, что Ож_у--аж;
4) температура воды на поверхности может быть принята
равной средней температуре воды в данном сечении, т. е,
tf—t (соответствующее давление насыщенного пара—>//');
5) для давления насыщенного водяного пара в рас-
сматриваемых незначительных пределах изменения темпера-
туры воды может быть принята линейная зависимость от
температуры согласно уравнению (2-5).
Первые три допущения не требуют особых пояснений.
Возможность введения четвер того допущения подтвержда-
ется подсчетами, произведенными как для пленочных4, так
1 Г. Аккерман, Ingenieur-Archiv, Bd. 5, 1931, № 2, S. 124.
3 Б. В. Проскуряков, „Известия НИИГ", т. 16, 1935, стр. . 12,
' 3 Л. Д. Берман, Сборник ВТЙ „Исследование процессов регулиро-
; вания, теплопередачи и обратного охлаждения4, ГОНТИ, 1938, стр. 107.
?. 4 Аккерман, цитированное сочинение.
80 Теория охладителей [гл. 2
и для капельных1 охладителей, в которых вода подвергается
многократному перемешиванию. Что касается пятого допу-
щения, то выше (§ 2-1) уже отмечалось, что связанная с ним
погрешность очень незначительна для условий охладителей
циркуляционной воды и может быть практически сведена
на-нет, если ввести поправку с помощью уравнения (2-6а).
Принятые допущения позволяют рассматривать систему
уравнений (2-15), (2-17) и (2-19) как систему из трех сов-
местных обыкновенных дифференциальных уравнений пер-
вого порядка с постоянными коэффициентами. Такая система
может быть решена, например, методом двукратного диф-
ференцирования с последующим исключением неизвестных
функций. Мы получаем при этом в рассматриваемом нами
случае дифференциальное уравнение 3-го порядка без сво-
бодного члена, содержащее только производные от неизвест-
ной функции. Решение подобного уравнения не представляет
никаких трудностей и может быть доведено до конца.
Заменим величину через относительный расход воз-
духа
а в качестве независимой переменной введем величину
что позволит пользоваться конечными формулами и в случаях,
когда точная величина поверхности охлаждения неизвестна.
Введем, далее, для упрощения следующие обозначения:
а =
и & = -Рв'ср-
свр. и 0,622 л
1,61 ,
Л
и примем для воды, что сж~ 1 ккал!кг град.
Тогда рассматриваемые уравнения (2-17), (2-19) и (2-15)
с учетом всех принятых допущений могут быть переписаны
следующим образом2:
^=а (Z-8), (2-20)
'g. = Z>(p”-p), (2-21)
(;_&) + ' (/>’'_р), (2-22)
и Гр
1 Л. Д. Берма н, Исследование рабочих процессов градирен. Диссер-
тация, МЭИ, 1044. *
в Здесь и ниже для простоты опускаем индекс при величине г.
§ 2-4] Охлаждение воды при противотоке gj
где
р" =т-\- nt.
Решение этой системы уравнений приводит к линейному
дифференциальному уравнению 3-го порядка относительно
любой из переменных t, & и р. С точки зрения практиче-
ского удобства получаемых конечных формул предпочтитель-
ным оказывается решение относительно &. Получаем при этом
1 /' ! т а \ «"-ft f / г г а \ d$ Л
L ДД_£_ГЯ 4J ah ^агп^р — (J
d<^ ! \ 1 j d<& у d'M ,
(2-23)
Уравнению (2-23) соответствует характеристическое урав-
нение
у3 4- Му- + Му = 0, (2-24)
где
М~а~\-Ь — гл — ,
Р.Д
М= ab — агп — b ~ ,
рр
Один из корней уравнения (2-24) равен нулю, остальные
два корня определяются решением простого квадратного
уравнения:
у2 + -j- = 0, (2-24а)
откуда
Подставляя значения М и АГ, находим, что
ЛР — 4W=(а — b 4- гп — в-- V 4- 4/тг - >0,
т. е. не может быть ни мнимых, ни равных корней yt и у2.
Возможен, однако, случай, когда один из этих двух кор-
ней равен нулю и уравнение (2-24) имеет двукратный корень.
Последнему случаю отвечает равенство ЛГ=О или
am -Mb ~ = ab , (2-25)
г??
Подставляя сюда значения а и Ь, получаем:
5Ы. + 0,622 — = 1 (2-25а)
К. 1 ’ Р,.ер -
6 Л. Д. Верман.
82
Теория охладителей
[г-к 2
откуда 1
Л“~ 7в1 "т • (2-26) т-'-+0,622 К 7 & я Рд.ср
Так как А олг» п 0,622 dp" dx" 0,622 — — 77 “77- , Рщ Рв.ер lU dt
то равенство G (2-25а) после подставки и введения сж ^Ж
принимает вид:
rGt dx"=GMc^U. (2-27}
Из (2-15), (2-17) и (2-18) имеем для элемента поверхности
7-G/<,-^a + ''Gs-^ = G^-*. (2-28)
Равенства (2-27) и (2-28) становятся тождественными в
случае, когда изменения температур воды и воздуха одина-
ковы по величине, т. е. d$~ai, а изменение влагосодержа-
ния протекающего воздуха равно изменению влагосодержа-
ния насыщенного воздуха у поверхности жидкости, т. е.,
dx^dxf*. При отсутствии испарения первому из этих усло-
вий (db — dt) соответствовало бы равенство водяных экви-
валентов обменивающихся теплом веществ:
G с - G с .
ж ж ц вл
В случае испарительного охлаждения благодаря^величению
влагосодержания воздуха теплоемкость последнего как бы
dx
возрастает на величину г и если ввести понятие приве-
cs г dx
денной теплоемкости воздуха с’8— -]-/ , то выражение
(2-27) приобретает при указанных условиях аналогичную'
форму
G с — Gc'
Ж Ж в в’
т. е. случаю равенства приведенных водяных эквивалентов
отвечает наличие двукратного корня уравнения (2-24).
Вид общего интеграла уравнения (2-23) различен в за-
висимости от наличия или отсутствия кратных корней у ха-
рактеристического уравнения (2-24).
§ 2t4j Охлаждение воды .при противотоке S3
Когда все три корня характеристического уравнения раз-
личны, общий интеграл уравнения (2-23) имеет вид:
где и у2 — корни квадратного уравнения (2-24а):
г? —основание натуральных логарифмов;
Clt С2, С:.— постоянные интегрирования.
Подставляя это значение & в уравнения (2-20) и (2-22),
находим для рассматриваемого случая искомые законы изме-
нения температур и парциального давления пара1:
а^С^+С^-НСз, (2-29)
t — ^-C2h2ey^ ^-CSf (2-30)
р=С,~ (</ — hY J • еЛ"4- C2 у (</-*,; <?'*" + p",
(2-31),
где обозначено:
и р" определяется уравнением (2-5).
Характеристическое уравнение имеет двукратный корень
при Лг-0. в этом случае два корня уравнения (2-24) равны
нулю, для третьего же имеем:
—М
Интегрирование уравнения (2-23) дает при этом
& — С -р C2w-|- Cg, (2-29а);
Z = Cp^“ + Cyy + J + C31 (2-30а)
р = С^и~к'е^^сРр<1-\'\ + р’', (2-31Д,
где
1 Здесь не учитывается, конечно, влияние нестабилизированиого ре-
жима на начальном участке течения, поскольку « и приняты постоян-
ными.
6*
34 Теория охладителей [гл. 2
Из (2-29а) и (2-30а)
dt~~(CJiyeyw + C2).d<o.
Как мы видели выше, равенству приведенных водяных
эквивалентов должно отвечать А'--0 и d^ — dt и, следова-
тельно, в этом случае должно быть:
C.ye^^C^he^-
Так как -^-=7^0, то также h--\ Н-~ F 1 и последнее ра-
венство может быть удовлетворено только при Cj —0*.
Следовательно, в частном случае, когда при Af — 0 равны
также приведенные водяные эквиваленты,
(2-296)
/ = £> + С2-У + С3, (2-306)
р = р"+с/уТ. ' (2-316)
Уравнения (2-296) по (2-316), учитывая еще принятое выше
допущение 5, показывают, что в данном случае мы получаем
для изменения температур и парциальных давлений линей-
ные законы.
Постоянные интегрирования Ст, С2 и С3, входящие в при-
веденные выше формулы, определяются в отдельных слу-
чаях по заданным граничным условиям, которые могут быть
различны в зависимости от характера поставленной задачи.
2-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУРЫ
ОХЛАЖДЕННОЙ ВОДЫ
При определении требующейся величины поверхности ох-
лаждения Р заданными являются обычно пределы охлажде-
ния воды и начальное состояние воз духа. Имеем при этом
следующие условия (за начало отсчета поверхности f или
соотзегсгвеняо аргумента у> принято сечение со стороны
входа воздуха):
при ш — 0 t = /3; & = //' —у?"— Ърп\ p^zp}; (2-32)
* К равенству С, — 0 можно прийти и иным путем, решая относи-
тельно постоязлых интегрирования уравнения (2-29а), (2-30а) я (2-31а)
при граничных условиях (2-32).
§ 2-5 ] Определение поверхности охлаждения .85
(2-34)
(2-35)
(2-36)
При со / = /р p,f = p~ — bp"> (2-33)
? U ж
где F — полная величина поверхности охлаждения.
Предполагаем ЛГ^О. Тогда, решая уравнения (2-29),
(2-30) и (2-31) относительно Съ С2 и С3 при начальных усло-
виях (2-32), находим:
__«3 th — 8Т) {d — А3) аг (р2 —Pj — o/9
1 — — (Л __ Ь)
__(ta — frj) (d — ftQ 4- ar (pl —Pi — fo")
2 “ ' 7а'(Л— >’i)
C3-— -&i Сг C2.
Зная постоянные интегрирования, можно определить 2 из
уравнения (2-30) и условия (2-33), согласно которым
h = + C2h^~ + С3. (2-37)
Решать уравнение (2-37) относительно-Q нужно подбором.
Для условий работы водоохлаждающих устройств решение
обычно может быть облегчено, так как второй член суммы,
стоящей в правой части этого уравнения, оказывается очень
малым сравнительно с остальными слагаемыми. Если прене-
бречь им, получаем следующую простую зависимость:
Здесь принято, что есть корень характеристического
уравнения, получающийся при знаке плюс перед радикалом.
Правильность решения, полученного с помощью приближен-
ной формулы (2-38), может быть проверена путем подста-
новки найденного значения & в уравнение (2-37). При задан-
ных Ож и величина U определяет и требуемую величину
поверхности охлаждения Е.
Аналогичным путем могут быть найдены постоянные
интегрирования и величина 2 и в случае, когда ЛГ—О, пред-
ставляющем меньший практический интерес.
Подставляя найденные значения постоянных интегриро-
вания и £i в уравнения (2-29) в (2-31) или (2-29а) и (2-31 а),
нетрудно уже найти и значения 08 и р.>, характеризующие
состояние уходящего воздуха.
С помощью уравнений (2-29) по (2-31) могут быть также
определены и промежуточные значения величин t, 8 и р для.
86
Теория охладителей
[гл- 2
случая, когда Лг^40, На фиг. 2-7 приведены кривые темпе-
ратур и парциальных давлений для трех случаев, различаю-
щихся между собой степенью охлаждения воды.
Когда поверхность F известна и требуется определить
конечные значения величин & и р} заданными являются
обычно условия:
при W—0 и р~~р^ (2-39)
при t~tv (2-40)
Температура, "С
Фиг. 2-7. Распределение температур и парциальных давлений при проти-
вотоке.
Часто условие (2-40) заменяется заданным перепадом
температур воды
— (2-40а)
прячем значения и 4 неизвестны.
При условиях (2-39) и (2-40) получаем систему уравнений
(Л4^0):
»i =C,-LC24-C3. (2-29в)
Л = С,А17й+СДеЛЙ+С3 (2-30в)
А — С1 (d — hy) + С2 ~ (d — Л3) 4- р'^ — Ър”. (2-31 в)
Если задано условие (2-40а), уравнение (2-306) заменяет-
ся следующим:
AZ = с Д - 1)+C.h, (/’й — 1). (2-30г)
§ 2-6 J Охлаждение воды при противотоке 87
При Аг—О формулы соответственно видоизменяются.
Так как температура /3 является искомой, то неизвестно
и значение давления р%, входящего в уравнение (2-31в). Это
не позволяет непосредственно найти величину /3. Последней
приходится задаваться и затем уточнять ее путем последо-
вательных приближений.
Как и в случае определения F, система уравнений (2-29в)—
<2-31 в) может быть решена в общем виде относительно
€\, С3 и С3. Получаемые прн этом формулы оказываются
очень громоздкими и представляется более удобным численное
решение этих уравнений для отдельных частных случаев.
При найденных таким путем значениях постоянных интегри-
рования могут быть определены конечные и промежуточные
значения ty & и у.
Практическое использование полученных зависимостей тре-
бует наличия опытных данных по коэффициентам тепло- и
массоотдачи или по крайней мере по одному из них. Реше-
ние частной задачи о нахождении состояния уходящего воз-
духа возможно, однако, и в случае отсутствия этих данных.
Для этого достаточно, не определяя раздельно и А, найти
величину 11 и, пользуясь ею, подчитать и /?3.
2-6. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ ПРИ ПРОТИВОТОКЕ (РАСХОД ВОЗДУХА
НИЖЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО)
При расходе воздуха ниже теоретического систему урав-
нений (2-20)—(2-22) нельзя уже распространять на всю по-
верхность охлаждения. Как было показано в § 2-3, в этом
случае имеется два участка поверхности жидкости, для ко-
торых условия охлаждения различны.
I участок (по ходу воздуха) может быть назван зоно’й
ненасыщенного воздуха. Условия охлаждения не отли-
чаются здесь от тех, которые имеют место при расходе воз-
духа выше или равном теоретическому. Поэтому для I участ-
ка пригодны зависимости, полученные в § 2-4, с той только
разницей, что начальная температура воды tx и конечные'
параметры воздуха 02 и р% должны быть соответственно за-
менены величинами i', и р\ отвечающими состоянию воды
и воздуха на границе между I и II участками. В частных
случаях, когда поступающий воздух является насыщенным,
I участок может совсем отсутствовать.
Иные условия имеют место на II участке или в зоне
насыщенного воздуха, где увеличение влагосодержа-
ния воздуха может иметь место лишь в связи и в количествен-
ном соответствии с повышением его температуры и где проис-
ходит, как отмечалось ранее, частичная коденсация пара, про-
никающего в воздушный поток. Указанные особенности долж-
88
Теория охладителей
[гл. 2
ны быть учтены при составлении уравнений теплового и ма-
териального балансов для рассматриваемого участка1.
Если через х£ обозначить влагосодержание насыщенного
воздуха при температуре В- и через . тоже при темпе-
ратуре то приращение влагосодержания воздуха на
элементе поверхности охлаждения df составит для зоны
насыщенного воздуха
= -4 = 0,622 (-4^— - А' )- (2’41)
РЦ—р» '
где р& и — давления насыщенного пара при темпера-
турах & и 0 4-
Разность
dGK^dGx — G -dx (2-42)
определит количество сконденсировавшегося водяного пара.
Влага, образовавшаяся в результате конденсации, может
или уноситься воздушным потоком, или же смешиваться с
охлаждаемой водой, несколько понижая ее температуру. Так
как в последнем случае изменение температуры воды очень
незначительно, мы не будем его в дальнейшем учитывать.
Уравнения (2-17) и (2-18) оказываются для зоны насы-
щенного воздуха уже неприложимыми. Условие материаль-
ного баланса определяется в этом случае равенствами (2-41)
и (2-42).
Примем
Р& А)4-Л& Рк Р$ Р'в. ср'
Тогда из (2-41)
, 0,622 . ,
dx— - -dp
Ps.cp
и соответственно
d0< = = М.Р”-Р)-df-0,622-^ .dp. (2-42а)
Гв.Ср
Вместо уравнения (2-17) имеем:
G, c„-df> = aKa(i - Vt-df+r^dG,, (2-43)
ИЛИ
о.ев/9 = аА'«Г —й)</+^ 1₽р(Р"—p)-df— 0,622 P^-dp .
L Га‘сР
_________ (2-43a)
1 Л. Д. Берман, „Известия ВТИ“, 1940, № Ю—11, стр.. 17..
§ 2-6 ] Охлаждение воды при противотоке 89
Кроме того, имеем, как и раньше, для охлаждения воды
на элементе поверхности:
°ж cwdi ~ — 0) df+ ri <W' •df- (2’44>
Через ri и ra выше обозначены значения теплоты испаре-
ния, отнесенные соответственно к температурам воды и
воздуха.
Учитывая сравнительно узкие пределы изменения тем-
ператур воды и воздуха, примем и в этом случае для соот-
ветствующих давлений насыщенного пара в рассматривае-
мых интервалах изменения t и & линейную зависимость
от температуры:
р" = т, + л/.
Р — + пД
где tnt, nt, и zz,_ — постоянные для заданных интервалов
температур воды и воздуха.
Как и прежде, коэффициенты а и 3 а также мало зави-
сящие от температуры величины г и свя могут быть приняты
в пределах рассматриваемого участка поверхности охлаж-
дения постоянными.
Примем сж = 1 ккал] кг град, rf~~r^r, /<а~1 и для
упрощения обозначим:
I «Г f г а f
ar = г 4- гд ; b’ — - Ц- г/г&;
0,622 « *.
- —
л. .. *
h'-
^ = fp-
' иж
d' = r (т{ — mJ — r(z?2 — pt — nft2 + л Д— Ър’ .
Тогда уравнения (2-43а) и (2-44) могут быть представле-
ны в следующем виде:
1 Дш *
(2-45)
£ / __ L я I < _
hf h' h' da> 1
(2-46)
откуда следует, что dt — h'd$.
При сделанных допущениях коэффициенты в формулах
(2-45) и (2-46) можно рассматривать как постоянные. Решая
обычным путем эту систему из двух обыкновенных линей-
ных дифференциальных уравнений 1-го порядка, получаем:
ус»
+c3j
(2-47)
90 Теория охладителей 3 гл. 2
,. V® г Ъ d /о .'|о>
t — Cfte (2-48)
где
, b’
у-- а,— Тг.
h
Парциальные давления пара вполне определяются в дан-
ном случае температурами & и t, так как по условию и в
ядре потока пар является насыщенным.
Примем за начало координат (ш=:0) границу между I и
П участками.
То1да при ш — 0 и & —{И. Находим, исходя из этого
условия, постоянные интегрирования
___ a'f— &ТУ Ц- d'
1 “ a'fa' — b' *
c3 —Ср
Принимая во внимание, что при <о — Ц} t — ib находим
для II участка:
о | «Ч] — Ь'С2 (Г_ 2,3 , — Оа -yd'
,.Цт“ у — у“ д'Г—‘ (2-4У)
Зная законы изменения температур и парциальных давле-
ний в зонах ненасыщенного и насыщенного воздуха, можно
определить требуемую для заданных условий величину по-
верхности охлаждения и состояние уходящего воздуха. Ход
решения при этом следующий. Сначала производится предва-
рительный расчет. Определяя Й, &2 и /?5 обычным путем, как
и в случае к>- строим кривую Ф(ш), где — относи-
тельная влажность воздуха. Точка пересечения этой кривой
>с линией 100% определяет границу между I и II уча-
стками. Граница эта может быть уточнена путем пересчета
I участка при новом значении п, отвечающем начальной и
конечной температурам воды на этом участке. Затем пере-
считывается уже с помощью полученных выше уравнений
для зоны насыщенного воздуха И участок.
При пересчете II участка для определения величины п{].
требуется знать температуру уходящего воздуха $2. Эта
температура находится подбором с помощью формулы
»г = 9' + ^-', (2-50)
полученной из приведенных выше зависимостей. Так как /?/
мало меняется с изменением температуры 02, величина по-
следней может быть найдена очень быстро, обычно уже после
первого подсчета, при котором hf определяется, исходя из
значения ’%, полученного при предварительном расчете.
§ 2-6]
Охлаждение воды при противотоке
91
На фиг. 2-8 приведены в графической форме результаты
подобного расчета для частногй примера. Пунктирными ли-
ниями нанесены данные предварительного расчета, сплошны-
ми—уточненных пересчетов I и II участков. Хотя предвари-
тельный расчет дал значение —102%, сравнительно мало
превышающее 100%, протяженность зоны насыщенного воз-
духа оказалась довольно значительной, около 75% от всей
Фиг. 2-8. Изменение температуры воды и пара-
метров воздуха при расходе воздуха ниже
теоретического.
поверхности охлаждения. Значение 12, составившее по пред-
варительному подсчету 1,2, возросло при окончательном рас-
чете благодаря наличию зоны насыщенного воздуха до 1,4.
О Укажем еще на вытекающие из сказанного выше выво-
ды в отношении обработки опытов при расходах воздуха
ниже теоретического. ' В этом случае для определения на
основании опытных данных численных значений коэффици-
ентов тепло-и массоотдачи следовало бы пользоваться фор-
мулами

’(2-51)
8
{р" ~Р)ср-^
(2-52)
92
Теория охладителей
[гл. 2'
где (i — х>) и (р,} — р)гр означают средние разности темпера-
тур и парциальных давленийл
Однако» количество сконденсировавшегося пара G* обыч-
но не может быть непосредственно измерено» и его можно
определить лишь косвенным путем — из расчета, задаваясь
теоретическим значением отношения ~ . Последнее позво-
ляет подсчитать величину £1, а затем и G;: по формуле
О.=°ж [° (р" - P'ict, - Ю, - *,)] (2-53)
Совпадение опытных данных с теоретическим расчетом
проверяется путем сопоставления замеренных и подсчитан-
ных значений €2. Температура уходящего воздуха полностью
определяет в данном случае его состояние, так как уходя-
щий воздух является при рассматриваемом режиме насы-
щенным.
При расходе воздуха, равном или выше теоретического,
GK=0 и формулы (2-51) и (2-52) переходят’в обычные фор-
мулы для определения указанных коэффициентов.
Подсчеты показывают, что уже при сравнительно неболь-
ших значениях GK, составляющих 5 — 15% от количества
испарившейся воды, применение обычных формул для под-
счета а и £ вместо формул (2-51) и (2-52) приводит к пре-
увеличению а в 1,3 —1,5 раза и к преуменьшению на
5—15%. Отношение ~~ при этом преувеличивается в 1,4—
1,8 раза.
Изложенные выкладки, в которых мы пользовались усред-
ненными по сечению параметрами воздуха, не учитывают
усложняющую явление неравномерность распределения темпе-
ратур и влагосодержаний в воздушном потоке. Эта неравно-
мерность должна, невидимому, усиливать явление конденса-
ции пара, проникающего в воздушный поток. По всей вероят-
ности, она должна также приводить к появлению, хотя и не-
значительной, местной конденсации пара и при расходах воз-
духа, несколько превышающих теоретический Ч
Требует еще изучения вопрос о влиянии своеобразных усло-
вий обмена в зоне насыщенного воздуха на значения коэффи-
циентов тепло- и массоотдачи. Поскольку же позволяют
судить имеющиеся данные, для этой зоны можно принимать
те же значения указанных коэффициентов, что и для зоны не-
насыщенного воздуха.
1 Об образовании пересыщенного лара и его конденсации в объеме
парогазовой смеси при неравномерном распределении температур см.
работы А. Г. Амелина, ДАН, т. 58, 1947, № 8, стр. 1673 и „Коллоидный
журнали, т. 10, 1948, Хе 3, стр. 169.
§2-7] Охлаждение воды при поперечном токе
93
2-7. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ТОКЕ
Рассмотренный выше случай противотока воды и воздуха
является наиболее выгодным с точки зрения использования
поверхности охлаждения, так как ему отвечают наибольшие
значения средних разностей температур и парциальных дав-
.лений. В практических условиях соображения компоновки во-
доохлаждающего устройства иногда приводят к отказу от ис-
пользования преимуществ противотока и осуществлению пере-
крестного или поперечного тока, при котором воздух движется
в направлении, нормальном к направлению движения жидко-
охладителей циркуляци-
сти. параллельный ток в практике
он ной воды встречается редко.
Фиг. 2-9. Схема движения воды и воздуха при попе-
речном токе.
При поперечном токе решение в общем виде задачи об
испарительном охлаждении сильно усложняется, и такое ре-
шение пока не предложено. Для определения в отдельных
частных случаях распределения температур и парциальных
давлений при поперечном токе можно воспользоваться прибли-
женным графическим методом интегрирования I
Рассмотрим охлаждение воды, стекающей по двум парал-
лельным вертикальным плоскостям (щитам), между которыми
в горизонтальном направлении движется воздух (фиг. 2-9).
' Выделим на поверхности жидкости элементарную пло-
щадку d2/' -dx-dy (фиг. 2-9,а). Количество воды, протекаю-
щей в направлении у на ширине грани dx этой площадки,
составит g^dx к г [час, где — расход воды на 1 я шири-
ны струи (кг/м час}. Количество воздуха, протекающего в
направлении х на ширине грани dy, составит:
1 Д. Н. Бибиков, „Известия НИИГ", т. 23, 1938, стр. 273.
94
Теория охладителей
[ гл. 2
где g3 — 3 600 ws yg {кг/м?час — скорость воздуха в м/сек,
7в — удельный вес воздуха в кг/м31 и b— ширина канала в л/).
Сохраняя допущения, перечисленные в § 2-4, исключая
только равенство температур воды по ширине струи, мо-
жем для случая поперечного тока составить следующую
систему уравнений, аналогичную системе уравнений (2-20)—
(2-22):
^ =<»(<_»), (2-54)
g=*(/>"-/,), (2-55)
« = = ' (2-56)
tJp &ж &ж
Фиг, 2-10, Построение интегральных кривых,
где
, г ^рРв.ер ______ ^рРз.ср
а — 3 600», 7,.,.с,., ' ° — 36ОТ<СД4^622* “ П2б<7м 4 ’
' k= ....................;
Если теперь всю поверхность охлаждения разбить на ряд
небольших площадок, как это показано на фиг. 2-9Д, то при
заданных начальных условиях (/р /?Д и /у) можно найти
для площадки 1-1 из уравнений (2-54) и (2-55) значения1
и, подставив последние в (2-5G), определить также
/ dt \
(. ду )
\ /у = й
J Величина pi' находится из таблиц по заданному значению Так-
же находятся значения р" и при последующих операциях.
§ 2-8]
Первое упрощенное решение
95
Полученные значения производных определяют наклон
начальных касательных к интегральным кривым рассматри-
ваемых дифференциальных уравнений. Наносим эти каса-
тельные на графики до^ пересечения их с ординатами xt и
(фиг. 2-10, прямые Z). Затем находим средние значения пере-
менных 8, р, I и pv, отвечающие нанесенным отрезкам каса-
тельных, и, подставляя их в уравнения (2-54) по (2-56), вновь-
подсчитываем для этой же площадки значения производных
и , Отвечающие последним отрезки
на графике выше
прямых /. Повто-
операцию, пока
прямых
щита
Фиг. 2-11. Распределение температур
воды при поперечном токе.
_о& др_
дх~’ дх
2 ложатся
или ниже
ряем эту
направления двух послед-
них прямых не будут отли-
чаться между собой лишь
на очень малую величину.
Так же строятся отрезки
прямых сначала для всех
площадок ряда I, затем ряда
/I и т. д., что позволяет
определить ход температур и
парциальных давлений в пре-
делах всей поверхности.
Полученное описанным
способом распределение тем-
ператур воды при попереч-
ном токе показано на фиг.
2-11 (по Бибикову).
Графический метод ин-
тегрирования может быть
использован и в случаях,
когда величина полной поверхности охлаждения F заранее
неизвестна. Построение кривых заканчивается при этом на1
том горизонтальном ряду, для которого средняя температура'
охлажденной воды отвечает заданному ее значению. Таким'
путем может быть определена требуемая величина поверхно-
сти охлаждения.
При расходе воздуха ниже теоретического в описанный-
способ расчета должны быть внесены соответствующие изме-
нения.
2-8. ПЕРВОЕ УПРОЩЕННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ЗАКРЫТОГО
ОХЛАДИТЕЛЯ (ПРОТИВОТОК)
Изложенные выше в § 2-4 по 2-7 решения позволяют про-
изводить необходимые расчеты как при теоретическом анализе
работы закрытых охладителей, так и при их проектировании.
96 Теория охладителей (гл. 2
Они дают возможность разграничить принципиально отлич-
ные друг от друга режимы работы охладителей при расходах
воздуха выше и ниже теоретического и установить отвечаю-
щие различным режимам изменения промежуточных и конеч-
ных параметров процесса. При практических расчетах полу-
ченные решения позволяют определить не только требуемую
величину поверхности охлаждения, но и состояние уходящего
,из охладителя воздуха.
Однако, для повседневных практических расчетов, особенно
когда требуется просчитать и сопоставить между собой боль-
шое число различных вариантов, эти методы оказываются
довольно сложными и желательно иметь упрощенное решение,
хотя бы и за счет некоторого сужения области его примене-
ния. Наличие более точных решений является при этом необ-
ходимой предпосылкой для выяснения допустимой области
применения того или иного упрощенного метода расчета.
Сложность расчетных формул обуславливается в рассмат-
риваемом случае зависимостью количества тепла, отдаваемого
водой при испарительном охлаждении, от разностей двух пара-
метров (температур и парциальных давлений). Упрощение их
может быть достигнуто следующими способами: а) использо-
ванием упрощающих предположений в отношении законов из-
менения основных параметров процесса, т. е. законов измене-
ния температур и парциальных давлений вдоль поверхности
охлаждения, и б) введением взамен температуры и парциаль-
ного давления нового параметра для определения «движущей
силы» данного процесса.
Так как и тот и другой способ могут находить практическое
применение, мы остановимся на обоих этих способах.
Первое упрощенное решение рассмотрим применительно
к случаю противотока1.
Будем исходить из следующих уравнений теплового и
материального балансов для охладителя (при = 1):
Ч~ ™ &в' (4 (2-57)
« % - ад, (2-58)
. (р" — . F = Ga • (х2 — хх), (2-59)
где (/—0)сри (?"— р)ср — соответственно средние по поверх-
ности значения разностей температур и парциальных дав-
лений.
1 См. Л. Д. Берман, „Теплосиловое хозяйство0, 1938, №11, стр. 34.
§ 2-8]
Первое упрощенное решение
97
Из уравнения (2-57) имеем для теплосодержания уходя-
щего воздуха
; _। J_Af ’ г1~Г А i (2-60)
где Ga — —t,; kz=-A ^ж
и г 1 _ Ga(i. 6 )- (2-61)
Так как G« = 0«-O2 — г
и Q = Qa+QB==G,(is-ZI),.
то 1 В.-Й Za“J r(i + <r (2-62)
где и ~ 1 ^2 i'l | r ' Л3—X-i . (2-63)
есть отношение количества тепла Q переданного соприко-
сновением, к количеству тепла Q^, затраченному на испаре-
ние воды.
Разделим теперь почленно друг на друга уравнения (2-58)
и (2-59).
Получаем при этом
17 _ $3 "•
" (/'—р) ср * С^л ' А'3 — ’
а
откуда, если принять 0,35 ккал ат/кг град и с8Л =
= 0,25 ккал1кг град.
»2 -= »! J- 1,4 (X, - х,)• . (2-64)
Если задаться каким-либо законом изменения температур
и парциальных давлений, например логарифмическим или ли-
7 Л. Д. Еерман.
98 Теория охладителен {гл. 2
нейным, то можно подставить в уравнение (2-64) соответст-
вующие выражения для (/ —- &) и (р!> — р) , которые бу-
дут включать в себя значения параметров для воды и воз-
духа в начальном и конечном сечениях охладителя.
При заданных значениях температур воды (^, /3) и на-
чальных параметров воздуха хг) неизвестными в урав-
нении (2-64) будут три величины, отвечающие состоянию
уходящего воздуха: и Как следует из сказанного
в § 1-2, состояние уходящего влажного воздуха при данном
барометрическом давлении полностью определяется значени-
ями каких-либо двух из этих параметров, причем в рассмат-
риваемом случае они не могут выбираться произвольно, а
должны соответствовать теплосодержанию 4, найденному из
уравнения (2-60). Это позволяет, задаваясь различными -зна-
чениями 63 и <р3, отвечающими данному теплосодержанию
уходящего воздуха /а, и находя из таблиц или диаграмм со-
ответствующие значения р$ и Л'2, подбором решить уравне-
ние (2-64) относительно i>2. Определив состояние уходящего-
воздуха, можно, пользуясь уравнением (2-58) или (2-59), под-
считать также требуемую величину поверхности охлаждения Л
Решение это, естественно, получается более простым,
если принять линейное изменение температур и парциальных
давлений вдоль поверхности охлаждения. При этом средние
разности температур и парциальных давлений в уравнении
(2-64) для случая противотока равны средним арифметическим.
Мы получили выше (§ 2-3), что при принятых в основ-
ном решении допущениях температуры и парциальные дав-
ления изменяются по линейному закону в случае равенства
приведенных водяных эквивалентов жидкости и влажного
воздуха. Но, как подтверждают поверочные расчеты, и при
условиях, отклоняющихся от указанного, можно во многих
случаях с достаточной степенью точности пользоваться
средними арифметическими значениями разностей темпера-
тур и парциальных давлений. Такое упрощение может при-
меняться в довольно широких пределах изменения задан-
ных . расчетных параметров, когда задача ограничивается
только определением состояния уходящего воздуха, например
при расчете естественной тяги, или определением теорети-
ческого расхода воздуха, и в более ограниченных пределах,
когда нужно определить требуемую величину поверхности
охлаждения.
Для уточнения средней разности парциальных давлений
следует при ее определении уменьшать значения р^ и р%г
Па величину Ър”, определяющуюся уравнением (2-6 а).
Введя в формулу (2-64)
§ 2-8]
Первое упрощенное решение
99
получаем:
-------i—г- J---->
И

’---- (2-65)
?1 4- 2 • «Д — Pl — p-i ' 7
Решение этого уравнения удобнее производить графи-
ческим путем, откладывая до оси абсцисс предварительно
принятые значения i%, а по оси'ординат — значения &>, под-
считанные по уравнению (2-65). Точка пересечения получен-
ной кривой с прямой линией, проходящей через начало
координат под углом 45° к осям, определит искомое зна-
чение &2.
Для поверхности охлаждения имеем из (2-59):
Ов -{хз — xj
(2-66)
Когда перепад температур воды Д/ не превосходит при-
мерно 10° С и температура, охлажденной воды на 5—7° С и
более превышает температуру наружного воздуха, здесь
также можно принимать величину (p" — /?)fp равной средней
арифметической разности парциальных давлений. $о для
условий, отклоняющихся от указанных, более точные ре-
зультаты при определении F дает средняя логарифмическая
разность
(.Р''—Plp
РзП- (Pg-- ДО
p\j— <лр" —pY
тогда как для определения &2 по формуле (2-65) необходи-
мости в таком уточнении большей частью не возникает.
Последнее объясняется тем, что в формуле (2-64) или
(2-65) входит в одно из слагаемых отношение средних
разностей температур и парциальных давлений, и допуская
одинаковые по знаку и близкие по порядку величин отно-
сительные погрешности в определении этих разностей, мы
получаем весьма малую ошибку при подсчете. Ь2; при опре-
делении же поверхности охлаждения с помощью' формулы
; (2-66) погрешность в оценке средней разности парциальных
давлений полностью отражается на результате расчета.
На случае поперечного.тока мы здесь останавливаться
; не будем. В этом случае практической необходимости в
? 7*
100 - Теория охладителей [гл- 2
применении рассмотренного способа решения, оказываю-
щегося при поперечном токе более сложным, обычно не воз-
никает и может быть использован способ упрощенного ре-
шения, описываемый ниже.
2-9. ВТОРОЕ УПРОЩЕННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ЗАКРЫТОГО
ОХЛАДИТЕЛЯ (ПРОТИВОТОК И ПОПЕРЕЧНЫЙ ТОК)
Другой путь упрощения расчетных зависимостей связан
с введением взамен температуры и парциального давления
нового параметра. Использование этого приема оказалось
возможным благодаря установлению определенного соотноше-
ния между коэффициентами тепло- и массоотдачи. Это поз-
волило представить количество тепла, отдаваемого водой при
испарительном охлаждении, в виде простой зависимости” от
разности теплосодержаний воздуха1.
Рассмотрим сначала теплообмен при противотоке, '
Согласно (244) при t имеем Для элемента поверх-
ности df (фиг. 2-5)
dQ~-a-(t — &)-df '^0^. (2-67)
Воспользуемся для количества' испарившейся жидкости
выражением
' $Ож~$х(х''~-x')-df. .(2-68)
Заменяя соответственно dG^ в уравнении (2-67)' и при-
нимая во внимание соотношение (1-44а), получаем:'
dQ = [а (/—&) ф- С f^(A" - х)] * *df=
~ (* — *>) -г О"—х)] • (2-69)
Подставим сюда
е,,~е.+‘:пх.
C^r + c^.l.
Тогда, учитывая еще, что согласно (1-14)*
А Ф, Меркель, VDI-Forschungsheft, № -275. 1925. Предлагались
также другие параметры („охладительный потенциал", эквивалентная
температура и нр.), н зависимости от разности которых выражалось
количество тепла, передаваемого при испарительном охлаждении, но они
значительно менее удобны для практического применения,
* Как это уже было принято выше, при обозначении теплосодержа-
ния влажного воздуха опускаем индекс вл.
§ 2-9] Второе упрощенное решение 101
получим из (2-69) после простых преобразований
dQ = • (Z" — Z) df> (2-70)
где i" =Ф(0 — теплосодержание насыщенного влажного воз-
духа на поверхности жидкости, ккал]кг;
i — Ф(1>л.)—теплосодержание влажного воздуха в ядре
потока, ккал/кг.
В интегральной форме это равенство может1 быть пред-
ставлено следующим образом:
F
Q = jJx(p"-I-)4/=^.A'c,-F, (2-71)
о
где Дг —-средняя разность теплосодержаний воздуха,
ккал] кг.
Для определения средней разности теплосодержаний Д/,р
Меркель ввел допущение о линейном изменении t и i по
ходу воды. Это допущение, которое не было чем-либо
обосновано, привело к довольно сложному способу опреде-
ления Д/ . Точнее, но требует кропотливых подсчетов, при-
ближенное числовое интегрирование уравнения (2-70), пред-
ложенное Г. Г. Джанибековым1. Более простой метод может
быть получен1 2, если использовать с небольшим видоизмене-
нием способ, применяющийся для решения некоторых других
аналогичных задач, например для расчета абсорбционных
аппаратов.
Из (2-57) и (2-71) имеем (при к кал] кг град)'
’<? =4 -Ож м -=О, (i, - £,) = -Р, (2-72)
где Д£ = tx— /2 — перепад температур воды, °C;
k — поправочный коэффициент, определяющийся
формулой (2-62).
. Аналогично '(2-72), для элемента поверхности dft принимая
с достаточной точностью k —const, можем написать:
—1- ^(Г — i)-df, (2-73)
1 Г. Г. Джаин беков, Методология теплового расчета охладителей
промышленных вод. Материалы ТЭП, 1933— 1934-г.
2 Л. Д. Берман, .Известия ВТЙ“, 1941, № 2, стр. 12.
102
Теория охладителей
[гл. 2
Фиг. 2-12. Изменение теплосодержаний
воздуха на поверхности жидкости и в
потоке (случай противотока).
Фиг. 2-13. К определению инте-
грала Z.
Отсюда
₽.r J l’ ~ 1
A
и из (2-72) и (2-74)
(2-74)
(2-75)
где
Gs
Интеграл / может быть определен графическим методом.
На фиг. 2-12 по оси ординат отложены теплосодержания
воздуха i, по оси абсцисс температуры воды t. Кривая АВ
отвечает условиям равновесия жидкой и паровой фазы, т. е.
£=и", где in— теплосодержание насыщенного воздуха при
температуре I. Если действительное состояние воздуха ха-
рактеризуется точкой С, расположенной ниже этой кривой,
то для соответствующего сечения охладителя разность I" — i
определится отрезком ДС.
Подставляя в уравнение (2-60) вместо и С промежу-
точные (текущие) значения этих величин i и I, получим еле-
§ 2-9]
Второе упрощенное решение
103
дующую зависимость между теплосодержанием воздуха й
температурой воды в каждом сечении охладителя;
i = + (2-76)
Пусть начальному и конечному состояниям системы отвеча-
ют на фиг. 2-12 точки С (zlf /2) и D (Z2, /j). Тогда все промежу-
точные теплосодержания воздуха определятся прямой CD, на-
клон которой составляет -А, т. е. при данном k зависит только
ял
от относительного расхода воздуха X. Определив с помощью
фиг. 2-12 значения Z" — i, отвечающие различным значениям г,
можно построить показанную на фиг. 2-13 кривую
=~Ф (г) и найти величину интеграла /, равную площади,
заключенной между этой кривой, осью абсцисс и ординатами
и
Решение значительно упрощается, если для заданного
интервала температур / зависимость = также предста-
вить в виде прямой линии. Связанная с этим погрешность
.может быть сведена до очень незначительной величины даже
при наиболее высоких перепадах температур воды, встре-
чающихся в охладителях, при помощи того же приема,
который был применен нами выше (§ 2-1) для давлений на-
сыщенного пара.
Заменим соответствующий отрезок кривой Z" прямой ли-
нией, проходящей не через точки, отвечающие крайним зна-
чениям I" (А и В, фиг. 2-12), а через точки А' и Вг, отвеча-
ющие теплосодержаниям:
Л .fT
1ц Ы ,
Jf л if.
Ч=Ч-М',
где примем:
8г" = (2-77)
Здесь — теплосодержание насыщенного воздуха при тем-
_____________ р -р .
пературе tcp ™ в ккал/кг.
Так как при замене кривой АВ прямой линией А'В’ от-
резки А'С, B’D и другие, отвечающие промежуточным зна-
чениям i’f — i, располагаются между двумя прямыми, то и
зависимость I” — i от i также должна быть линейной;
Z" — г = а ь < I,
104
Теория охладителей
[ гл. 2
где а и b — постоянные.
Получаем отсюда
diz=± —
и
i& &я
/ - J _ 1 f HCtlL) „ 1 ,
J i" „ j — b J I" - i — b •1П
где
i/i i2 и iK— ip
Для определения b воспользуемся условиями:
при i — 1г i,f —i — Ык;
при i=z2 1Ц — i~ Ы .
Тогда находим, что
b •— .
Eg — Z|
Из (2-72), (2-75), (2-78) и (2-79), учитывая, что
AZh = AZj — St",
Д^ — Д/2
получаем окончательно
д/ — ._2^.\72А/2_
где — —ц — разность теплосодержаний на стороне
входа воды;
Zj — разность теплосодержаний на стороне
выхода воды.
Формула (2-80) позволяет очень просто подсчитать сред-
нюю разность теплосодержаний, не прибегая к графическому
определению величины /. Расчет не отличается при этом
от обычного расчета теплопередачи.
Если начальная и конечная разности теплосодержаний
сравнительно мало различаются между собой, то можно-
пользоваться и средней арифметической разностью, т. е.
Ду — ^г*« .4" л
™ —2— — 2 — 01 .
§ 2-9]
Второе упрощенное решение
105
' Расхождение между средней логарифмической и средней
арифметической разностями не превышает 4% при
; 015<-.Л^Лг<2.
’ шэ — ы
При малых перепадах температур воды (Д£ до 5 — 7° С)
можно принимать or" — 0 и тогда разность теплосодержаний
по формуле (2-80) оказывается равной обычной средней
логарифмической 6
Когда используемые опытные значения коэффициента
массоотдачи отнесены не к разности влагосодержаний, гак
это принято при выводе формулы (2-71), а к разности пар-
циальных давлений, в эту формулу следует ввести попра-
вочный множитель.
Замена в выражении (2-68) коэффициента через
согласно (1-31) затруднила бы дальнейший вывод. Поэтому
определим приближенное значение искомого поправочного
коэффициента, исходя из следующих соображений.
Применение коэффициента ‘Рр =?= 1,61 рБ - ^при-
водит к преувеличению количества испарившейся жидкости
в 1 4~&г раз, где Дг —1,61 (х"+-х). Во столько же раз
преувеличивается при этом и количество тепла, затрачивае-
мого на испарение жидкости. Примем ради простоты для
всей поверхности охлаждения
У V*
Д v =1,6^ — const, (2-81).
где
= х^ -ф- х<£ -4- х2.
Тогда для поправочного коэффициента можно написать-/,
pg I
г __ _s + 1 + 4 _ 1 + ь (1 + д j
~~ ~~ * + Г (1 т£)(1
или
р г*_ 1 Т г (1 4~ 9)8 о,-»..
С ~ (1 + 0(Г+0,8.VX) (^ 82)
и соответственно
'(} = ?, -1,61 рБ-C-Mv -Р=$р -F, (2-83)
где
С' —1,61 рБС.
1 Этот же вывод был получен для малых At другим путем Гоголи-
ным. См. А. А. Г о го лип, Обратное охлаждение воды в холодильных
установках, Пищепромиздат, 1940.
106
Теория охладителей
[гл. 2
Для летних условий, когда величина $ = QJQ& обычно
невелика, можно без существенной погрешности упростить
выражение для С, приняв в нем s = 0. При этом получаем:
С =__________- --
1 + 0,82л; *
(2-82а)
Если применяется объемный коэффициент массоотдачи,
величина поверхности F заменяется в формуле (2-71) или
(2-83) величиной активного объема охладителя.
Формула (2-71) была предложена для случая противотока.
К этому же случаю относится и полученная нами формула
(2-80). Для можно, однако, применить формулу (2-71)
и к случаю поперечного тока, если соответственно опреде-
лить величину средней разности теплосодержаний.
По своему построению формула (2-71) аналогична обыч-
ному уравнению для теплопередачи
Q=^-U„-C
отличаясь от последнего только тем, что вместо коэффи-
циента теплопередачи К в нее входит величина и вместо
разности температур — разность теплосодержаний воздуха.
Эта аналогия может быть продолжена, если для тепло-
содержания насыщенного воздуха в заданной зоне охлажде-
ния приближенно принять, как это было сделано выше,
линейную зависимость от температуры. В этом случае
количество тепла, отдаваемого жидкостью и восприни-
маемого воздухом, может рассматриваться как пропор-
циональное разностям j теплосодержаний Z"—и /2 — Л, по“
добно тому, как при теплопередаче (без испарения) оно про-
порционально разностям температур участвующих в тепло-
обмене сред (считая, что теплоемкости их не меняются).
Отмеченная аналогия позволяет использовать в рассма-
триваемом случае зависимости, полученные Нуссельтом1 для
случая теплопередачи при поперечном (перекрестном) токе.
Для этого нужно только заменить в соответствующих выра-
жениях Нуссельта температуры через теплосодержания воз-
духа. Получаем при этом для случая поперечного тока воздуха

(2-34)
где коэффициент является функцией двух величин:
1 В. Ну ссельт, Techn. Meeh. u. Thermo dyn. Bd. 1, 1930, № 12, S.147.
§_2-9] ...
Второе упр-ощенное решен:!г
107
Фиг, 2-14. Отношение средних разностей
теплосодержаний воздуха при поперечном
токе ) и при противотоке (AZcp).
Связь между величинами X, д и £ выражается сложными
аналитическими зависимостями, которые мы не будем здесь :
приводить, а ограничимся графиком, показывающим, как из-
меняется отношение разностей теплосодержаний при попе-
речном токе и противотоке в зависимости от т1 и £ (фиг. 2-14).
Из графика видно, что средняя разность теплосодержаний
при поперечном токе всегда ниже, чем при противотоке.
При пользовании описанным упрощенным решением нужно
иметь в виду следующее.
Уравнения (2-67) и (2-68) могут применяться при любом
расходе воздуха, независимо от того, больше или меньше он
теоретического расхода. Объемная конденсация пара при
расходе воздуха, меньшем теоретического, приводит лишь к
внутреннему перераспределению тепла во влажном воздухе,
но не меняет зависи-
мости (2-69) для об-
nt е го_ко л и честна тепла,
отданного водой. Од-
нако, при этом изменя-
ется температура воз-
духа О и его влагосо-
держапие х, а выра-
жение для теплосодер-
жания протекающего
.воздуха должно вклю-
чать в себя значение х,
отвечающее насыщен-
ной паровоздушной сме-
си при температуре
и дополнительный член,
учитывающий теплоту
жидкости, образовав-
шейся при конденсации.
Соответствующие дополнительные члены появляются так-
же в формуле (2-70) и уравнении теплового баланса (2-57).'
Поэтому приведенные выше расчетные формулы отно-
сятся, строго говоря, только к расходу воздуха, большему
пли равному теоретическому, хотя ими можно пользоваться в
известных пределах и при
Другим обстоятельством, ограничивающим область при-
менения этих формул, является невозможность определить
с их помощью температуру и относительную влажность ухо-
дящего воздуха. Они позволяют определить расчетным путем
лишь его теплосодержание.
Состояние уходящего воздуха можно приближенно опре-
делить, исходя из предположения, что теплообмен происходит
,, j
при неизменной температуре воды, составляющей tcp,
(2-85)
при темпе-
(2-86)
108 . Теория охладителей [гл. 2
и изменение состояния воздуха изображается на zx-диаграмме
прямой линией1. Тогда
__ 2g - /]
Lm— //
где i —теплосодержание насыщенного воздуха
ратуре tcp .
Из (2-85) имеем:
1т~ О
Определив из теплового баланса теплосодержание г2 и
подсчитав &2, можно с помощью диаграмм влажного воздуха
найти и относительную влажность ср2.
Упрощающие предположения, положенные в основу
вывода формулы (2-86), заметно ограничивают, однако, допу-
стимую область применения указанного способа определения
состояния уходящего воздуха. Этот вывод предполагает, что
изменение состояния воздуха на элементе его пути в охла-
дителе можно рассматривать как результат простого смеше-
ния основной массы поступающего влажного воздуха с насы-
щенным влажным воздухом, образующимся у поверхности;
жидкости, что не отвечает действительному протеканию про-
цесса. Помимо того эта условная схема применяется к случаю
охлаждения жидкости лишь в результате испарения при со-
хранении ее температуры неизменной на всей поверхности;
влияние теплоотдачи соприкосновением этой схемой вовсе
не учитывается. Поэтому формула (2-86)' может приме-
няться только как грубо приближенная при расчетах для не
очень высоких значений и наиболее жаркого летнего
Qa
времени, когда величина сравнительно мала и влия-
нием Q на изменение состояния воздуха можно пренебре-
гать. При других условиях, особенно когда определение со-
стояния уходящего воздуха необходимо для расчета естест-
венной тяги, лучше пользоваться описанным выше первым
упрощенным решением. Эти ограничения касаются только
формулы (2-86) для определения &2 и не относятся к расчету
поверхности охлаждения с помощью формул (2-71) или (2-83)..
В табл. 2-1 сопоставлены результаты расчетов для част-
ного примера, произведенных по методу, изложенному в.
§ 2-5, и по упрощенным методам, изложенным в предыду-
1 А. А. Гоголин, цит. соч., стр. 66.
'§ 2-91
Второе упрощенное решение
109
тем и настоящем параграфах1. Подсчеты относятся к летним
условиям и к случаю сравнительно высокого перепада
температур воды А/™: 25° С.
Т а б л и ц а 2-1
Результаты расчетоз противоточного охладителя
Температуры воды; = 55° и £3 = 30°.
.Поступающий воздух: 03 = 25,б°; ^“0,6 и п— 1,143 кг/лг3.
Барометрическое давление 1,033 ата.
Относительный расход воздуха д = 3.
Метод расчета
i Детальный
|расчет по § 2-5
Первый упро- Второй упро-
щенный метод щепный метод.
Приведенная поверхность охла-
ждения й rz F ж3/л£3 ат 0,778 0,807 0,803
-Уходящий воздух: температура . 29,8 29,7 30,2
относительная влажность 0,95 0,94 0,90
удельный вес ...... 1,125 1,126 1,123
Разность удельных весов yj— 0,018 0,017 0,020
Таблица 2-1 показывает, что расчеты дают расхождение
.в величине требуемой поверхности в пределах 3—4%, при-
чем по упрощенным методам величина поверхности охлаж-
дения получается немного большей, т. е. с некоторым запа-
сом. В отношении определения состояния уходящего воздуха
первый упрощенный метод дает более близкое совпадение
с результатами, полученными по детальному расчету; для
-более низкой температуры наружного воздуха это преиму-
щество первого упрощенного метода должно было бы про-
явиться еще заметнее.,
Следует в заключение отметить большое влияние на ре-
зультаты расчета поверхности охлаждения по упрощенным
методам введенных выше поправок ор" и of". Не вводя по-
следних, мы получили бы для рассмотренного примера значе-
ния й (или преуменьшенные более чем на 20% сравни-
тельно с полученным по детальному расчету. Роль этих
поправок тем значительнее, чем выше перепад темпе-
ратур воды и чем ниже средняя разность парциальных дав-
лений пара или теплосодержаний воздуха.
1 См, ниже числовые примеры 5-3, 5*1 и 5-7.
J1Q Вопросы гидравлики и распределения воздуха
{гл. 3
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА
В ОХЛАДИТЕЛЯХ
3-1. ТЕЧЕНИЕ ВОДЫ В ОТКРЫТОМ ВОДОЕМЕ
При рассмотрении охлаждения воды в открытом водоеме
мы предполагали, что водяная струя сохраняет одинаковую
глубину и ширину па всем ее протяжении. В действительности,
однако, вследствие неправильных очертаний берегов и пере-
менной глубины водоема (пруда, озера) струя имеет непра-
вильную форму. Она не всюду заполняет сечение водоема, и в-
последнем образуются «заводи» и «водовороты», поверхность
которых слабо используется для охлаждения воды. Чтобы
правильно оценить активную площадь зеркала воды, необхо-
димо установить картину течения в водоеме.
Для вновь проектируемого пруда это наиболее надежно
может быть сделано путем изучения течения на модели водо-
ема. Опыты на модели позволяют также наметить, а по-
скольку модель уже осуществлена, то и сравнительно просто
проверить эффективность различных способов изменения кар-
тины течения воды в желаемом направлении.
Для плоских (двухмерных) потоков, характеризующихся
тем, что составляющая скорости в направлении вертикальной
оси равна нулю, применяются также приближенные теорети-
ческие методы построения течений. Хотя сведение простран-
ственной задачи к плоской всегда связано с известными откло-
нениями от реальных условий, такие методы дают в ряде слу-
чаев, в; частности для потоков в каналах с плавными очерта-
ниями берегов *, удовлетворительные результаты. Когда по-
ток не заполняет сечения русла, условия сильно усложняются
и степень надежности приближенных методов построения те-
чений становится значительно меньшей.
Мы вкратце рассмотрим здесь способ построения течений
в открытых водоемах, применяющийся в практике проектиро-
вания охлаждающих прудов.
Путь к построению картин течения в форме «ортогональ-
ных сеток» для движений, отличающихся от потенциальных,,
был намечен в работе А. А. Саткевича 3. В этой работе пока-
зано, что наряду с зависимостью, выражающей условие равно-
весия сил, действующих в направлении течения (уравнение
Бернулли), может быть аналогичным образом получена зави-
симость для сил, действующих перпендикулярно к направле-
1 М. А. Вслйкааов, Динамика русловых потоков,Гидрометеоиздат»
1945. '
А, А. С а т к е в и ч, „Известия Российского гидрологического инсти-
тута", 1924, № 9, стр. 33.
§3-1] Течение воды в открытом водоеме 111
нию течения. Последние возникают при движении жидкости
по криволинейному пути и представляют собой центробежные
силы и уравновешивающие их силы давления.
На фиг. 3-1 представлен в плане элемент плоского потока.
Если направить ось X вдоль линии тока, а ось У по нормали
к ней, то для рассматриваемого элемента в случае установив-
шегося движения могут быть написаны следующие два урав-
нения:
а) уравнение равновесия сил в продольном направлении
dh \ dw , г г.
лг „ _.г г —-0;
& дх 1 дх 1 х ’
б) уравнение равновесия сил в
поперечном направлении
^+<=0’ 0-2)
где h — координата по направлению
глубины потока;
w — скорость течения;
g— ускорение силы тяжести;
— сила трения;
— радиус кривизны траекто-
рии движения. Фиг. 3-1. Элемент плоского
Основываясь на этом, И. М. Бер- потока.
надский1 попытался математически
решить задачу построения линий тока в открытом водоеме..
Приняв ряд упрощающих предположений, ои интегриро-
вал уравнения (3-1) и (3-2) совместно с уравнением не-
разрывности и получил таким путем уравнение, связывающее
между собой геометрические параметры «планового пояса»,
т. е. участка струи, заключенного между двумя поперечниками
(кривыми, пересекающими под прямым углом линии тока).
Это основное уравнение используется затем для графического
построения ортогональной плановой сетки, элементарные клет-
ки которой являются криволинейными прямоугольниками.
Практическое применение получил предложенный тем же
автором приближенный графический метод построения тече-
ний, при котором условия (3-1) и (3-2) используются для про-
1 Н. М. Бе. рн адский, Теория турбулентного потока и ее приме-
нение к построению течений в открытых водоемах, ГЭИ, 1933 и дит.
соя. Н. М. Б е р н а д с к о г о и Б. В. Проскурякова (см. стр. 64).
Н. М. Вернадским сделана также попытка решения пространственной
задачи, но лежащие в ее основе представления о механизме турбулент-
ного течения не могут быть признаны правильными.
||2 Вопросы гидравлики и распределения воздуха |[гл. 3
верки ориентировочно нанесенной ортогональной сетки из ли-
ний токов и поперечников Ч
Для построения ортогональной сетки поток делится на не-
сколько струй с равными расходами воды. Как и в исходном
теоретическом решении, принимается, что струи не смешива-
ются между собой, будучи как бы разделенными вертикаль-
ными непроницаемыми перегородками. Сначала ориентиро-
вочно намечается предполагаемое направление движения
воды от места сброса в водоем до водозабора с учетом того,
что из условия наименьшей работы потока все изменения его
направления, обуславливаемые очертаниями берегов или
струенаправляющих сооружений, должны происходить плавно.
После этого приступают к построению сетки.
Построение начинается от выходного отверстия сбросного
сооружения, размер и расположение которого определяют
начальную ширину и начальное направление потока.
Для начального участка, где транзитный поток еще нигде
но касается берегов (фиг. 3-2), Вернадский, исходя из пред-
положения, что струя, примыкающая к неподвижной гори-
зонтальной заводи, сама должна быть горизонтальной, принял
в уравнении (3-1), что —0. Решая затем уравнение (3-1)
совместно с уравнением неразрывности, он получил выра-
жение для „закона расширения струи“ па этом участке.
Полученная зависимость применяется в следующем несколь-
ко' упрощенном виде:
v
b^=b»kx-e',‘<‘ ’ (з-з)
где Ьо и Ьх — ширина струи в начальном сечении и на рас-
стоянии х от выходного отверстия сброса;
и — глубина потока в начальном и рассматривае-
мом сечениях;
h— средняя глубина потока;
е — основание натуральных логарифмов;
п — коэффициент шероховатости ложа по Маннингу.
Когда достигнуто сечение, в котором поток распростра-
няется до одного из берегов пруда, дальнейшее построение
производится путем последовательного перехода от одного,
поперечника к другому по направлению течения.
' 1 Краткое описание приближенного метода построения плана тече-
ний в прудах дается в основном по материалам ЛОТЭП, из которых
позаимствованы также фиг. 3-2 и 3-3. Более подробное изложение
этого метода для случая построения плана течений речного потока
имеется в книге И. И. Леви, Динамика русловых потоков, Госэнерго-
мздат*, 1943, стр. о 7 и сл.
i з-i]
Течение веды в открытом водоеме
из
8 Л. Д Берман.
Фиг. 3-2. Пример плана течения в пруду.
114 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
Пусть АА (фиг. 3-3) есть исходный поперечник и ему
соответствует показанный на рисунке профиль дна. Ширина
отдельных струй намечается, исходя из равенства расходов
воды в них, с учетом отметок дна русла. Затем находятся
длины клеток. При одинаковых глубинах принимается отно-
шение длины клетки 1К к ее ширине Ьк, равное единице
(квадратная сетка); при разных глубинах квадратная клетка
принимается, для начальной (крайней) струи, примыкающей
к берегу или водовороту, от которой начинается построение,
а при определении длин клеток последующих струй исходят
Фиг. 3-3. К построению ортогональной сетки для потока
в пруду.
из приближенной формулы, [основывающейся на теоретиче-
ском решении Вернадского;
где hK— средняя глубина в клетке рассматриваемой струи;
Л, — то же в клетке крайней струи, примыкающей к
берегу или водовороту.
Полученные длины 1К откладываются от исходного по-
перечника ортогональной сетки. Если нормали к осям струй
образуют при этом ступенчатую линию (фиг, 3-3,а), наме-
чается новое распределение, струй по живому сечению по-
тока, пока не будет получен новый поперечник в виде плав-
ной линии (фиг. 3-3,б). Принимая полученный поперечник за
исходный, продолжают построение так же, как зто описано
выше.
§ 34]
Течение воды н открытом водоеме
115
В местах „кризисов" (например, образования водоворотов)
обычно не удается нанести непрерывную сетку и ее прихо-
дится прерывать, начиная построение заново от сечения
для которого с достаточной вероятностью может быть наме-
чено направление поперечника.
Таким же путем, как для транзитного потока, произво-
дится построение плана течений и для водоворотов.
Когда установлен план течений, допускающий нанесение
правильной ортогональной сетки, производится проверка его
с помощью уравнений продольного и поперечного равнове-
сия сил, представленных в следующем виде:
и
9 9 9
Н~ИХ=~2Г—V
(3-4)
^сЬ>
gR
(3-5)
где и Hv — средние отметки свооодной поверхности во-
ды на поперечниках, ограничивающих рас-
сматриваемую клетку плановой сетки, м;
и w2 — средние скорости на тех же поперечниках,
м[сек-,
we— средняя скорость струи на пути 1К между
смежными поперечниками, м;сек\
hc— средняя глубина потока на пути 1К,
п — коэффициент шероховатости ложа водоема
по Маннингу;
1к — длина рассматриваемой клетки, м;
Н' и Ну —отметки свободной поверхности на концах
среднего поперечника данной клетки, м;
Zy —средняя ширина клетки, я;
R — средний радиус кривизны продольной оси
струи в пределах рассматриваемой клетки, я.
В соответствии с результатами проверки в первоначаль-
ный набросок ортогональной сетки вносятся необходимые из-
менения.
Построение плана течений таким методом требует навыка
от исполнителя этой работы, а проверка ортогональной сетки
сильно затрудняется тем, что разности отметок, входящие в
уравнения (3-4) и (3-5), очень малы. Но не только в этом за-
ключается недостаток описанного метода.
Теория, лежащая в его основе, помимо отхода от прост-
ранственной задачи, исходит из допущения как свободного
скольжения отдельных струй друг относительно друга или от-
П6 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
носительно стенок (берегов), так и свободного скольжения их
в местах примыкания к «заводям» и «водоворотам». Формула
(3-3) учитывает растекание струи на начальном участке лишь
вследствие потери скорости, вызываемой трением, и пи в ней,
ни в способе построения ортогональной сетки для основного
участка потока в местах примыкания его к водоворотам не на-
шло отражения турбулентное перемешивание между транзит-
ным потоком и прилегающими слоями воды. Таким образом,
основное отличие условий течения в прудах, заключающееся
в наличии свободных границ потока, не ограниченных стенка-
ми, оказалось обойденным в предложенном решении, рассмат-
ривающем транзитный поток как резко отграниченный от
остальной массы воды.
Разработка метода построения плана течений в прудах яв-
ляется сложной гидродинамической задачей, остающейся пока
нерешенной, и для решения практических вопросов, возникаю-
щих при проектировании прудов, наиболее надежным способом
является сейчас построение моделей.
При исследованиях прудов на моделях должны удовле-
творяться требования, устанавливаемые теорией подобия1.
Модель должна быть геометрически подобна существующему
или запроектированному сооружению (образцу), и скорости
воды в ней должны выбираться, исходя из условия механиче-
ского (динамического) подобия между моделью и образцом
При турбулентном течении и пе слишком малом масштабе мо-
дели можно обычно пренебрегать влиянием на движение
жидкости сил вязкости и поверхностного натяжения, считая,
что единственной силой, определяющей движение в образце и
модели, является сила тяжести. Тогда; одним из условий ме-
ханического подобия является равенство в обоих случаях
критерия Ф р у да
где w —-скорость;
у— ускорение силы тяжести;
I — определяющий размер.
Отсюда видно, что отношения скоростей в модели и об-
разце должны быть равны квадратному корню из линейного
масштаба модели, т. е. при уменьшении геометрических раз-
меров модели сравнительно с образцом в п раз скорости
движения воды в ней должны быть в Vп раз меньше, чем в
образце. Обеспечение при этом в модели турбулентного те-
чения проверяется.по критерию Рейнольдса.
Шероховатость модели должна быть, по возможности, по-
добрана таким образом, чтобы отношение коэффициентов шс-
1 См., например, Гидравлическое моделирование, Госэнергоиздат, 1947.
§ 3-2_ Механическое распиливание воды соплами Ц7
роховатости по Маннингу равнялось корню шестой степени из
масштаба длин. Коэффициенты шероховатости определяются
для моделей путем пробных опытов.
На модели должны быть обеспечены правильные условия
подхода и выхода струй, для чего необходимо воспроизвести
достаточные длины участков реки выше и ниже пруда, а
также водоподводящих и водозаборных каналов.
Наблюдения направлений течения (линий тока) при от-
сутствии струенаправляющих и струераспредслительных со-
оружений и при различном выполнении последних может про-
изводиться на моделях с помощью поплавков, нитей, привя-
занных к проволокам, введением в поток жидкой краски или
другими способами. Для измерения скоростей используются
поплавки, вертушки и трубки Пито.
При моделировании существующего пруда целесообразно
проведение поверочных опытов, результаты которых могут
быть сопоставлены с измерениями в натуре.
Иногда можно допускать искажение масштаба модели,
принимая вертикальный масштаб большим горизонтального и
учитывая это в соответствии с имеющимися правилами при
выборе отношений скоростей.
Изучение течений на моделях может сильно облегчать
правильное решение вопросов, возникающих при проектирова-
нии прудов, при условии достаточной тщательности и проду-
манности подготовки и проведения опытов во избежание
серьезных ошибок в их результатах.
3-2. МЕХАНИЧЕСКОЕ РАСПЫЛИВАНИЕ ВОДЫ СОПЛАМИ
Одним из способов увеличения свободной поверхности
воды, применяющихся в охладительных установках, является
распыливание ее с помощью сопел (форсунок). Вода подается
под напором в сопла и выходит из них в виде струй, распа-
дающихся затем на капли. Такой способ называют меха-
ническим распиливанием в отличие от распилива-
ния жидкости при подаче ее в сопла с помощью струи пара
(пароструйные форсунки) или воздуха.
Для механического распиливания воды в охладителях
применяются сопла трех типов: центробежные, щелевые и
ударные. В соплах Ш&.ЩТ р о^^джмщэ г о типа поступающей
под напором воде назидается вращгЬе*льное движение или пу-
тем тангенциального подвода ее в полый цилиндрический
корпус (т а_н г е и ц и адья ьхе сопла,,), или путем установ-
ки в и утр и "корП уса"и аир ав ляющёго” аппарата, имеющего в ипто -
образные лопасти (винтовые сопла). Щелевые сопла
имеют полый корпус с узкими щелеобразными прорезями для
выхода воды, расположенными, сверху или в боковых стен-
ках. В ударных соплах два или более отверстия раепола-
118 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
гаются таким образом, что выходящие из них водяные струи
сталкиваются друг с другом. Конструкции сопел более под-
робно описываются во второй части книги (§ 4-4).
Характеристики сопел разных типов — их производитель-
ность, размеры водяного факела и дисперсность распыла воды
в зависимости от ее напора — определяются большей частью
опытным путем. Исходя из чисто эмпирических данных, под-
бираются обычно и геометрические размеры сопла. Лишь
сравнительно недавно для сопел тангенциального типа Г. Н.
Абрамовичем1 предложена теория, позволяющая установить
Фиг. 3-4. Схематическое
изображение тангенциаль-
влияние на их работу геометриче-
ской характеристики, представляю-
щей собой соотношение между не-
которыми основными размерами
сопла.
Корпус тангенциального сопла
имеет форму цилиндра с эксцентрич-
но расположенным входным патруб-
ком и центральным ‘Выходным отвер-
стием в одной из торцевых стенок
(фиг. 3-4). Поступающая через вход-
ной патрубок струя жидкости обла-
дает некоторым моментом количе-
ства движения относительно осн кор-
пуса. Поэтому жидкость протекает
через сопло с вращением, и при вы-
ходе из него элементарные струйки
имеют не только поступательную, но
кого сопла. и тангенциальную составляющую
скорости. Выходящие из сопла ча-
стицы жидкости движутся по инерции прямолинейно по ли-
ниям распыла, расположенным так, что тангенс угла между
ними и осью сопла равен отношению тангенциальной состав-
ляющей скорости к осевом w, т. е.
tg Д — -К
ь w
Если пренебречь действием сил трения, то момент коли-
чества движения любой частицы относительно оси сопла дол-
жен сохранять постоянное значение на всем ее пути от вхо-
да в сопло до выхода из него или
(3-6)
где wsx — скорость входа воды в сопло;
1 Г. Н. Аб р а м о в и ч. Сборник ЦАГИ «Промышленная аэродинамика",
изд. БИТ МАП, 1944, стр. 18.
§3-2] Механическое распиливание воды соплами 119
А? — радиальное расстояние от оси сопла до частицы
жидкости во входном отверстии (в дальнейшем в
целях упрощения принимается для любой частицы
равным /?ev);
— тангенциальная составляющая скорости в выход-
ном отверстии; 9
г — радиальное расстояние от оси сопла до частицы
жидкости в выходном отверстии.
Не учитывая весьма малой разности уровней, получаем из
(3-6) и уравнения Бернулли для давления р в любой точке
потока следующее равенство:
где Н— полный напор;
Т — удельный вес жидкости.
Отсюда следует, что вблизи оси сопла (г = 0) скорость
потока должна иметь бесконечно большое положительное
значение, а давление — бесконечно большое отрицательное
значение, что невозможно. В действительности, по мере при-
ближения к оси скорость растет, а давление падает лишь
до тех пор, пока последнее не становится равным атмосфер-
ному давлению. Центральная часть сопла не заполняется
потоком жидкости, в ней образуется воздушный вихрь с из-
быточным давлением в нем 0. Истекающая струя жидко-
сти имеет кольцевое сечение, внутренний радиус кото-
рого равен радиусу воздушного вихря гп, а внешний—‘радиусу
выходного отверстия г.. Давление на внешней поверхно-
сти струи в выходном сечении рс>0. Примерная картина
течения воды внутри тангенциального сопла изображена на
фиг. 3-5. Наличие воздушного вихря подтвердили непосред-
ственные наблюдения при опытах ЦАГИ с соплом больших
размеров, имевшим стеклянную торцевую стенку.
Живое сечение выходящей струи жидкости составляет:
(г3с - = =ТД. (3-8)
а объемный расход жидкости в единицу времени
= = (3-9)
где 1---------— степень заполнения выходного отверстия
б?
или „коэффициент живого сечения" сопла;
120
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
[гл. 3
wa ~ -Д-----эквивалентная скорость истечения, отвечаю-
кг;
щая полному заполнению потоком пло-
щади fc выходного отверстия;
Р — коэффициент расхода сопла.
Кольцевой элемент жидкой струи радиусом г и толщи-
ною dr, расположенный в устье сопла, будет находиться в
равновесии, если разность давлений на его боковую поверх-
ность dp будет уравновешиваться центробежной силой:
да? да? "i ,
dp—-din =—*P'dr,
где dm — масса кольцевого элемента с боковой поверхностью,
равной единице;
Y — удельный вес жидкости.
Интегрирование этого уравнения приводит к равенству
2 •••••” 2
д wu
7 2g 2g
где — тангенциальная скорость на границе воздушного
вихря.
Сопоставление полученного равенства с (3-7) позволяет
заключить, что поступательная скорость в выходном сечении
сопла должна быть постоянной величиной.
Уравнение (3-7) после подстановки р— рт = 0
дает для значения поступательной скорости
W2
_______ Т_Т “'«STl
2g п ’
(3-7а>
Можно, далее, найти, что тангенциальная скорость на
границе вихря (г-г^) составляет:

— W *
&
ат
^вх'Г'
17
где — радиус входного отверстия (фиг. 3-4).
да.
Подставим это значение и ту™ -- в уравнение (3-7а).
Тогда после решения полученного уравнения относительно
найдем:
..... 1/Н^7
/т
?2’ Ф 1 - ?

§3-21 Механическое распиливание воды соплами
121
где введено обозначение для геометрической харак-
теристики сопла
Отсюда
(3-10>
г ей 1 — о
Фиг, 3-5, Течение воды внутри
тангенциального сопла.
Если принять, что устой-
чивым должен быть воздуш-
ный вихрь таких размеров,
при которых обеспечивается
максимальный расход жидко-
сти в сопле, то истинному
значению живого сечения
струи будет соответствовать
максимальное значение ко-
эффициента расхода, т. е
~ — 0. Это условие дает:
Д = (1-?) 1/1, (3-11)
г Г
и соответственно коэффи-
циент расхода сопла состав-
ляет:
2 — <Р
(3-10а)
Пользуясь формулами (3-10а)ги (3-11), можно установить
зависимость коэффициента расхода от геометрической харак-
теристики сопла, представленную на фиг. 3-6. При измене-
нии А от 0 до со коэффициент рас.хода изменяется в преде-
лах от 1 до 0.
Вследствие непостоянства скорости в поперечном сече-
нии выходящего из сопла потока углы распыла для от-
дельных элементарных струек различны. Тангенс бокового
угла распыла определяется отношением тангенциальной со-
ставляющей скорости к осевой
tg а — ----
W
Принимая, что распыл характеризуется некоторой сред-
ней величиной угла, соответствующей среднему значению
122 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
окружной скорости, Г. Н. Абрамович определяет тангенс
этого угла, как
tga = ^> (3-12)
» да >
тде при тангенциальной скорости около стенки выходного
отверстия (г = гД равной wuct
^ас ±"^ае Г с ас
W —--------------— —-------------= —---------
U Ср Гер + г>п < , Гт
1 ~Г г
г с
Геометрическая характеристика сопла
И
t.__. Гс+ гт
ср 2
Выражая даИ(? через
w и <р, а — через ф,
можно получить ИЗ
(3-12)
, 2/7(1 — ?)
ga~ KF(i + /T^i)‘
(3-12а)
Зависимость сред-
него угла распыла от
геометрической харак-
теристики сопла, опре-
деленная с помощью
формул (3-11) и (3-12а),
также приведена на
фиг. 3-6. Нанесенные
фиг, 3-6. Коэффициент расхода и угол
распыла для тангенциального сопла в
-зависимости от его геометрической харак-
теристики.
Кривые нанесены, по теоретическим формулам,
точки—по опытам НАГИ.
на этом графике опытные точки показывают удовлетвори-
тельное совпадение опытных данных с теоретическими как
для у, так с несколько меньшей степенью точности и для а.
Так как благодаря центробежному давлению в выходном
сечении устанавливается фактически не атмосферное давле-
ние, а несколько превышающее его, и перед выходом струи
избыточное давление превращается в скоростной напор, уве-
личивающий осевую скорость, формула (3-12а) дает немного
завышенные значения углов распыла.
Изложенная теория не учитывает действия сил . трения.
При относительно малых напорах воды, когда влияние сил
трения проявляется более заметно, численные значения р- и
а оказываются еще зависящими от напора, убывая вместе с
последним.
:§3-2] Механическое распиливание воды соплами 193
В соплах с осевым подводом воды, не имеющих закручи-
вающих приспособлений, угол распыла струи очень невелик,
что неблагоприятно с точки зрения условий охлаждения во-
ды, В центробежных же соплах, как следует из сказанного
выше, можно, изменяя соотношение их основных геометри-
ческих размеров, в широких пределах изменять и конфигу-
рацию водяного факела.
Опытные данные показывают, что если написать для рас-
хода жидкости
gc^a-H\
где а — коэффициент, зависящий от конструкции и разме-
ров сопла, то показатель степени п несколько отклоняется
обычно от 0,5, достигая 0,55—0,65, что связано с отмечен-
ным выше влиянием сил трения на коэффициент расхода.
Для однотипных сопел с разными диаметрами выходного
отверстия в ряде опытов * получено изменение расхода
жидкости, приблизительно пропорциональное диаметру вы-
ходного отверстия dc в первой степени, т. е.
-Я
'1 ,
&с с
где одинаковыми индексами, обозначены отвечающие друг
др>гу значения gc и dc.
Этот результат также связан с тем, что коэффициент
расхода р в формуле
gc = У pyZgH ~
же остается постоянным.
Если изменение dc не сопровождается пропорциональным
изменением других размеров, т. е. сопла одной серии гео-
метрически не подобны друг другу, то с изменением dc даже
при незначительности сил трения меняется и коэффициент
расхода а при малых размерах сопел или низких напорах
изменение р может вызываться также влиянием трения.
Поскольку один лишь диаметр выходного отверстия не ха-
рактеризует полностью геометрические размеры сопла, ре-
зультаты указанных выше опытов нельзя без проверки пе-
реносить на другие серии сопел.
Очень важными характеристиками сопел являются дис-
персность распыла воды (средний размер и гранулометри-
ческий состав капель) и степень равномерности распреде-
ления жидкости по сечению факела.
1 В. И Блинов. О дисперсности механически распыленной воды
изд. ВТИ, 1931.
124
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
[ гл. 3
Распад истекающей из сопла цилиндрической или коль-
цевой струи на отдельные капли вызывается действием сил
поверхностного натяжения, турбулентностью струи и сопро-
тивлением воздуха Ч
При небольших напорах или, иначе говоря, малых ско-
ростях истечения струи распад ее происходит преимущест-
венно под действием сил поверхностного натяжения и на-
чальных возмущений, вызывающих колебательные движения
в струе. Дисперсность распыла определяется при этом в ос-
новном скоростью истечения струи, зависящей помимо напора
Н от конструктивных особенностей сопла^коэффициента рас-
хода р).
При механическом распиливании жидкости образуются
капли разных размеров. Диаметры наиболее крупных из них
могут в 10—15 раз превосходить диаметры наиболее мелких
капель. В зависимости от принятого способа усреднения диа-
метров капель распределение их по фракциям получается
различным. Наиболее обычно усреднение диаметров капель
по количеству поверхности (яД или объему (dz,):
—тг» d '

я
(3-13)
где nf— количество капель данного
п ni — общее число капель.
Иногда определяют также средний
метр
диаметра
эквивалентный" диа-
(3-1 За)
т. е. суммарная по-
d]'
Развернутая поверхность факела
верхность всех капель, находящихся в каждый данный мо-
мент в объеме факела, составляет:
=r.ndf

и суммарный объем всех капель

Так как для общего числа капель имеем отсюда
К2м. В. И. Едино в, цит. сочд В. И. Б ли нов и Е. И. Фей н-
берг, „Журнал технической физики", 1933, № 5, стр. 712; сборник
„Двигатели внутреннего сгорания', т. I, ОНТИ, 1936 и др.
$ 3-2]
Механическое распыливание воды соплами
125
то можем также написать:
r=6vr-4=e!/,
«I d>
где объем может быть приближенно определен опыт-
ным путем по производительности сопла gc и времени t меж-
ду моментом отсечки факела и моментом прекращения па-
дения воды.
Численные значения d(.^ df> dv и d9 могут заметно раз-
личаться между собой. По количеству всегда преобладают
наиболее мелкие капли, кривые же распределения капель но
поверхности и объему имеют отчетливо выраженные макси-
мумы. При увеличении напора максимум этих кривых сме-
щается в сторону более мелких фракций и диапазон диа-
метров капель суживается., т. е. распиливание становится
более тонким и равномерным.
В. И. Блинов дает для среднего эквивалентного диаметра
капель d9 следующую зависимость от напора:
Ун
где с ит—постоянные для данного типа и размера сопла.
Основываясь на теории распада сплошных струй жидкости,
Блинов нашел теоретическое значение т —3.
К аналогичному результату пришел иным путем И. И. Но-
виков Ч Воспользовавшись изложенной выше теорией Абрамо-
вича и предположив, что для капель отношение объема к
поверхности сохраняется тем же, что и для образующейся
при истечении жидкости из тангенциального сопла кольце-
вой струи, он получил:
где В — численный коэффициент, составляющий 1,89 (опыты
Новикова дали несколько более высокое его значе-
ние, около 2,1);
<7 —поверхностное натяжение жидкости.
Эта приближенная формула дает также зависимость d3
от геометрических размеров сопла, но не включает в себя
диаметра выходного отверстия, тогда как имеются основываю-
1 И. И. Новиков, „Журнал технической физики*, 1948, № 3,
стр, 345.
126 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. ®
щиеся на опытных данных указания, что при сравнительно не-
больших скоростях истечения жидкости с уменьшением диа-
метра выходного отверстия средний диаметр капель также
уменьшается. Изменение отношения длины выходного отвер-
стия к его диаметру по имеющимся данным не сказывается
существенно на распыливании.
Распределение жидкости в сечении факела неравномерно
как по количеству (плотности потока), так и по размерам ка-
пель. Более тонкие фракции капель находятся ближе к центру
факела, а наиболее крупные капли — на периферии факела.
При направлении выходного от-
верстия сопла кверху жидкость
распределяется менее равномер-
но, чем при направлении выход-
ного отверстия книзу1. Завихри-
вание струй в центробежных соп-
лах и сталкивание двух струй в
ударных соплах способствует бо-
лее равномерному распределению
жидкости по поперечному сече-
нию факела.
В охладителях с целью огра-
ничения расхода энергии на на-
копляй различных
3 М-
Фиг. 3-7. Распределение по-
верхности факелов винтовых
сопел по
диаметров при напоре 6
вод. ст. (данные НИИГ).
а—сопло Кер'гинг; б—сопло ЭДОТЭП.
сосы и уменьшения уноса воды
применяются сопла и напоры во-
ды перед ними, при которых раз-
меры образующихся капель срав-
нительно велики. Поэтому часто
говорят не о распиливании, а о
разбрызгивании воды в
охладителях. Тонкое распылив ан ие воды в охладителях неце-
лесообразно и потому, что капли наиболее мелких фракций
при этом полностью испаряются, что увеличивает потерю во-
ды и приводит к увлажнению воздуха, ухудшающему охлаж-
дение остальных капель,
В табл. 3-1 приведены по опытам Бибикова и Рымши1 2 в
НИИГ для центробежных винтовых сопел и по опытам
ЛОТЭП для щелевых сопел типа П-16 данные о производи-
тельности сопел и дисперсности распыла воды, а на фиг. 3-7—
распределение поверхности факела по каплям различных диа-
метров. Для тангенциальных сопел, применяющихся в охлади-
телях, геометрическая характеристика А составляет 0,6—1 и
коэффициент расхода и - - от 0,45 до 0,6, что довольно хо-
рошо согласуется с данными подсчетов по теоретическим фор-
1 И. Н. К у з ь м и н ы х и Э. И. Даугаве т, „ Химическая промыш-
ленность", 1944, № 2, стр. 21.
2 Д. Н. Бибиков и В. А. Рымша, «Теплосиловое хозяйство\
1940, № 3, стр. 22. Консфукции испытанных сопел см, в § 4-4.
§ 3-3]
Распиливание воды в решетнике
127“
мулам Абрамовича. Сопоставление этих цифр с данными*
табл. 3-1 показывает, что коэффициенты расхода для танген-
циальных сопел ниже, чем для винтовых сопел.
I а б лица 3-1,
Результаты испытаний разбрызгивающих сопел
Тип и размеры1 сопла ! Напор Ht м вод- ст. Габариты факела®, м 3 Ч г, и S * 3 w * eg О Рч Коэффициент расхода ц 5ДНИЙПО ПО- >хности дна- тр капель Объем воды и факеле Уф^а f вЯ-7?22Г,кЯ' , — 1
Развернута поверх гtoci факела рф Уф .И2,' м3
радиус rd 5 о S й
а QJ Ч-. £ я-о*
Винтовое— 3 1,75 1,5 13,3 0,908 1,8 0,00435 14,8 3 390 1,Н
МОТЭП 5 2,5 3,0 17,6 0,930 1,5 0,00784 31,2 3 970 1,77
50/26 Л/М 6 2,/з 3,&з 20,0 0,977 1,5 0,0104 41,3 3 990 2,07
Винтовое— 3 1, 75 1,5 10,8 0,863 17 0,0036 12,7 3 350 1,18.
Кертипг 5 3,5 2,5 15,1 0,935 1,6 0,00672 26,8 3 990 1,77
50/24 з*лс 6 4,53 3,03 16,7 0,945 1,5 0,00883 35,2 3990 2,11
Винтовое— 3 1,75 1,5 6,37 0,739 2,8 0,00212 5 2 360 0,79
Спрско 11-А о 2,5 3,0 9,36 0,836 2,5 0,00416 10 2 400 1,07
50/20 мм 6 2,7П 3,53 10,3 0,840 2,4 0,00532 13,5 2 450 1,31
4 4,15 2,5 34,0 1,8 и — —
Щелевое— 6,4 5,65 3,9 43,6 1,6 — — 178..
Петрова П-16 8,1 6,15 4,4 49,3 1,5 —™ — 2,22
- 10 6,5 4,9 54,5 1,4 —„ — 2,18
1 Диаметры входного и выходного. отверстий в .«.и.
а При установке сопел выходными отверстиями кверху. Для сопла П-16 радиус из-
мерен на 1,75 .ч ниже уровня сопла.
а При напоре 6,5 ,-и вод. ст.
Как следует из последнего столбца табл. 3-1, величина
суммарной поверхности капель, отнесенная к единице расхода,
воды, изменяется почти прямо пропорционально напору. Сле-
дует, однако, иметь в виду, что при работе большого количе-
ства сопел в брызгальном бассейне существенное влияние на.
охлаждение воды оказывает не только величина ее свободной,
поверхности, но и условия подвода к ней воздуха, вследствие-
чего увеличение напора воды перед соплами в условиях брыз-
гального бассейна дает меньший эффект в отношении улучше-
ния теплообмена, чем для одиночного сопла. Поэтому нельзя
также оценивать предназначенные для охладителей сопда-з
только лишь по зачениям или по данным о работе оди-
ночных сопел.
3-3. РАСПИЛИВАНИЕ ВОДЫ В РЕШЕТНИКЕ
В охладителях так называемого «капельного» типа для рас-
пиливания поступающей воды применяется решетник, состоя-,
щий из брусков той или иной формы, горизонтальные ряды ко-.
128
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
торых расположены друг под другом в виде этажерки; вода,
подаваемая сверху, обтекает бруски каждого ряда и падает в
виде капель с одного ряда брусков на другой.
Свободная поверхность воды в. решетнике складывается
из трех основных частей (фиг. 3-8): а) поверхности водя-
ной пленки, образующейся на брусках при обтекании их
падающей сверху водой; б) поверхности крупных ка-
пель, образующихся на нижних гранях брусков и падаю-
щих затем вниз; в) поверхности мелких капель —
бр ыз г, образующихся при уда-
рах крупных капель о верхние
грани нижележащих брусков.
Форма и размеры капель, обра-
зующихся на брусках, определяют-
ся условием равновесия сил по-
верхностного натяжения и внешних
сил, действующих на жидкость.
Это равновесие выражается из-
вестным из теории капиллярно-
сти уравнением Лапласа-Гаусса.
Имеется приближенное решение
этого уравнения для капель, сви-
сающих с плоской поверхности,
при бесконечно медленном стека-
нии жидкости, но для капли, от-
Крупные
Фиг. 3-8. Схема распиливания
воды в решетнике.
рыпающейся от смачиваемой
плоской поверхности, теоретиче-
ского решения пока нет. К тому
же при обычных динамических
условиях, характеризующихся конечной скоростью стекания
воды, размеры капель оказываются зависящими также от ско-
рости их образования и от вязкости жидкости.
Экспериментальное исследование распиливания воды в
решетнике, выполненное автором во ВТИ, показало, что при
сравнительно небольших гидравлических нагрузках бруска
gw (до 150—180 кг/м час) образующиеся капли имеют не-
сколько более вытянутую форму, чем теоретическая, получен-
ная для квазистатических условий, и заметно большую длину
шейки перед отрывом. При отрыве основной капли от шейки
последняя также отрывается от бруска и из нее образуются
одна-две более мелкие капли-спутники (фиг. 3-9,а).
С повышением гидравлической нагрузки сначала наблю-
дается дальнейшее удлинение шейки и увеличение количества
и размеров образующихся при отрыве основной капли спут-
ников, а затем появление постоянно стекающих с бруска
струек и образование капель уже в результате распада этих
струек на расстоянии 3—5 см от нижней грани (или ребра)
бруска (фиг. 3-9,6). Капля после отрыва от поверхности бруска
§ 3-3]
Распиливание воды в решетнике
129
пли от струйки приобретает под действием сил поверхност-
ного натяжения сферическую форму.
Вследствие трудно устранимой неравномерности растека-
ния воды по бруску при одной и той же нагрузке наблю-
дается как образование капель непосредственно на нижней
поверхности бруска, таки
стекание распадающихся
затем струек. В резуль-
тате этого, а также обра-
зования спутников, диа-
метры отдельных капель
колеблются в диапазоне
от 1,5 мм 8—11 мм.
Средние диаметры капель
для трех- и четырехгран-
ного брусков при различ-
ных гидравлических на-
грузках приведены в
табл. 3-2. Обозначенья
ср ед ни х диа м етр ов соот-
встствуют здесь форму-
лам (3-13) с добавлением
индекса (к), которым мы
будем отличать «крупные»
капли, понимая под ними
асе капли, образующиеся
при стеканий воды с бру-
Фиг. 3-9. Образование капель на бру-
сках,
а—при малой гидравлический нагрузке (100
кг!м час); б—при большой гидравлической
нагрузке (400 кг/м час).
СКОВ.
Таблица 3-2
Средние диаметры капель срывающихся с брусков, мм
Гидравли- ческая нагрузка бруска £ж> tcziK Трехгранный брусок (50X50x71 лии) Четырехгранный брусок (20 х 40 мм)
dKf ^KV
100 5,9 6,3 6,6 6,5 7,0 7,4
120 6,0 6,2 6,4 — •т*. J —
200 5,6 5,8 6,0 6,1 6,6 ' 7,0
300 5>q 5,2 5,5 4,4 4,7 4,9
400 5,1 5,3 5,5 5,0 5,2 5,5 .
500 5,6 5,7 5,9 5,9 6,1 6,3
Срывающиеся с брусков капли падают большей частью
вертикально вниз. При значительных гидравлических нагруз-
ках наблюдается некоторое отклонение траектории части па-
9 Л. Д. Берман.
]30 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3'
дающих капель от вертикальной. При треугольном сечении
бруска это явление более заметно и происходит, главным об-
разом, благодаря составляющей скорости, направленной под
углом 45° к вертикали, которой обладает вода, интенсивно
стекающая по нижним наклонным граням. При прямоуголь-
ном сечении бруска капли могут приобретать незначительную
горизонтальную составляющую скорости вследствие переме-
вbroom a. h м-
Фиг. 3-10. Коэффициент разбрызгивания для
трехгранных брусков.
щений очагов их образования по нижней грани. Можно, од-
нако, в обоих случаях с достаточной точностью рассматривать
капли, срывающиеся с брусков, как падающие вниз под дей-
ствием силы тяжести без начальной скорости.
Падающие вниз крупные капли при ударе о верхнюю
грань нижележащего' бруска разбиваются на большое число-
мелких капель-брызг, отлетающих от поверхности под разны-
ми углами. На фиг. 3-10 приведены значения «коэффициента
разбрызгивания», представляющего собой отношение количе-
ства жидкости в отлетающих брызгах к количеству жидкости,
попадающей на брусок в виде падающих сверху капель. Из
графика видно, что при обычных значениях высоты свобод-
§ 3-3 ]
Распиливание волы в решетнике <
131
лого падения отрывающихся от брусков капель, составляющих
0,6— 0,7 м, преобладающая часть (60—70%) падающей на
брусок воды разбрызгивается.
Брызги или мелкие капли имеют размеры от десятых .до-
лей миллиметра до 4,5 льч в диаметре, (фиг. 3-11). Средние их
диаметры (дополнительный индекс б) приведены в табл. 3-3^
Таблица 3-3
Средние диаметры мелких капель (брызг)
Гидравлическая 1 8ЫСОтя падения Средние диаметры брызг, мм
нагрузка бруска чае крупны капель hy ДЕ
d6 ср i d6f <!6v
170 0,35 0,87 ! 0,99 1,15
170 0,55 0,79 ! 0,91 1,07
170 0,75 0,85 | 0,98 1,16
340 0,35 0,90 i 1,02 . 1,19
340 0,55 0,84 J 0,99 1,19
340 0,75 0,88 ’ 1,03 1,17
i
Данные этой таблицы получены при падении капель в непо-
движном воздухе. В случае движения воздуха кверху мелкие
капли различных диаметров имеют и различные скорости,
вследствие чего распределение их в объеме решетника, а со-
ответственно и средние для всего, объема диаметры капель не-
сколько изменяются. Как показывают подсчеты, при скорости
воздуха 1 м/сек, средние диаметры капель (брызг) с учетом
различных скоростей падения уменьшаются на 15—18% про-
тив указанных в таблице.
Из-за сопротивления воздуха действительные скорости па-
дающих вниз капель, особенно мелких, меньше скорости сво-
бодного падения.
При падении капель под действием силы тяжести
уравнение их движения может быть написано следующим
образом:
7,эдэ dw
тде т—масса капли;
щг—скорость капли;
F—миделево сечение капли (площадь ее проекций на
поверхность, нормальйу-ю потоку ;
> Р—плотность воздуха;
Z—время;
g — ускорение силы тяжести; -
С1 — коэффициент сопротивления.
Подставляя в уравнение движения найденную опытным
9*
132 Вопросы гидравлики ,и распределения воздуха [гл. 3
путем установившуюся скорость капель различного диа-
> метра и соответственно ускорение f/-- ~ О, можно вычислить
для них значения коэффициента сопротивления С и, ноль-*
Фиг, 3-11. Распределение мелких капель
(брызг) различных диаметров.
1—по количеству; 2—по ДоверхносТй; <?—по объему.
зуясь последними,. найти для капель, падающих из непод-
вижного состояния в покоящийся воздух, значения пройден-
ного пути и скорости в зависимости от времени падения.
При движеиии йоздуха кверху со скоростью we относи-
тельная скорость капли составляет где —
абсолютная скорость капли. Путь, пройденный каплей за
время z сек., Доставит:
г г i
A = j (w0 — wj-dz~ § — fly,-г.

§ 3-3 ]
Распыливание воды в решетнике
133
Сместим начало отсчета времени на — zQ сек., полагая
zQ равным времени, в течение которого капля, падающая
из неподвижного состояния в покоящийся воздух, достигла
бы скорости we. Тогда
А-- J wQ-dz— wez= j wQ-dz—tjwq-dz — wos™
za 0 0
ht — Ao —
где Ил— путь, который капля прошла бы при падении в
покоящемся воздухе за время z0-j-z сек.;
Ло — то же за время z0 сек.
Описанным способом были подсчитаны значения h и w
и определены отношения средней скорости свободного
падения на пути hc к действительной средней скорости
w на том же пути, т. е. значения

нанесенные на фиг. 3-12 в зависимости от диаметра капли и
скорости воздуха. Для капель, которые при данной скорости
воздуха витают в нем, скорость равна нулю, а величина
р. — бесконечности. Диаметры витающих капель при различ-
ных скоростях воздуха составляют:
скорость воздуха, м[сек 0,5 1 2 3 4 5
диаметр капель, мм- - . ........... 0,12 0,23 0,47 0,75 1,1 1,5
Все капли с диаметром, меньшим указанного, увлека-
ются движущимся воздухом кверху. В противоточных ох-
ладителях скорости воздуха не превышают обычно 1—
2 м)сек и увлечение воздухом капель не может, невиди-
мому, играть существенной роли.
Рассмотрим теперь величину удельной поверхности воды в
решетнике, отнесенную к единице его объема. В соответствии
со сказанным ранее она может быть определена как сумма
/ — А + А+А,
где А» А и А — удельные поверхности пленки, крупных, и
мелких капель в м21м3.
Свободная поверхность водяной пленки (если пренебречь
незначительной ее толщиной) приблизительно, равна поверх-
ности брусков решетника. Обозначим через и—периметр со-
134 Вопросы гидравлики и распределения воздуха f гл. 3
чения бруска; 5Х — шаг между брусками в ряду и з2—шаг
между рядами брусков (все размеры в ж). Тогда
Л = 0-15)
Здесь п — поправочный коэффициент, больший единицы,
учитывающий дополнительную поверхность во-
дяной пленкина подрешетинах, стойках и пр.;
Диаметр капли- cLmm
Фиг, 3-12. Отношение средней скорости свободного
падения к действительной средней скорости падения
капли.
& — коэффициент растекания, выражающий долю,
составляемую активной поверхностью пленки при
неполном растекании воды по брускам.
Неполное растекание воды по поверхности брусков начи-
нает обнаруживаться при гидравлических нагрузках ниже
примерно 130 кг/.и час. Приблизительные значения коэффи-
циента растекания в зависимости от приведены па фиг.
3-13.
Если исключить из рассмотрения несколько верхних ря-
дов решетника, где происходит перераспределение посту-
пившей воды, то можно принять, что ?с каждого бруска
падает в виде крупных капель столько же воды, сколько по-
§ 3-3'j Распиливание вйды н решетнике |35
падает на него в виде капель этого рода. Точно так же равны
между собой количества воды, содержащиеся в падающих
на данный брусок и в отлетающих от него брызгах.
Обозначим количество воды (в м3/м2 час), обтекающей
бруски и падающей с них в виде крупных капель, через
qK и отлетающее от них в виде брызг через q6. Бдлыпая
часть последних в количестве aq6 падает на нижележащие
ряды решетника, остальная же часть (1—ц)-^ на другие
бруски Того же ряда.
Фиг. 3-13, Коэффициент растекания для решетника.
Предположим далее, что падающие вниз брызги равно-
мерно распределяются между с нижележащими рядами
решетника. Тогда объем воды, протекающей в единицу време-
ни через какое-либо сечение оросителя между двумя ряда-
ми решетника (плотность орошения), определится выраже-
нием
Я « час-
Отсюда видно, что qK
ной на решетник воды q
меньше полного количества подан-
и составляет цд, где
Я*
1
а /
1+8-Г',2"

q
Здесь обозначено: 8 = --коэффициент разбрызгивания
и Ь — -(значения h и h см, на фиг. 3-8).
136 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл, 3
Коэффициент д учитывает тот факт, что часть воды па-
дает с одного ряда брусков на другой в виде брызг.
Свободная поверхность капель, находящихся в каждый дан-
ный момент в оросителе, зависит при заданной плотности
орошения от размеров капель и от длительности их пребы-
вания в оросителе.
Для капель диаметром d удельная поверхность состав-
ляет:
f „ з______.
3 6J0 dw ’
где — расход воды, приходящийся на капли данного диа-
метра, час\
<з — путь капли, приходящийся на 1 м. высоты оросителя^
в долях единицы;
гд — средняя скорость капли, м/сек.
Суммируя поверхности капель различных диаметров, по-
лучим для удельной поверхности капель, срывающихся с
брусков, следующее выражение:
Z __ JfC VI J/С ZQ Н/,\
А ~~ббб~ ак wK~~”600^77 1
где J* =—*• к3--доля общего объема воды(^), приходящая-
ся на капли диаметром dK-t
iK— количество капель с диаметром dK\
дас п
---отношение средней скорости свободного-
падения к действительной средней ско-
рости капли.
Принимая линейную зависимость от , допустимость
чего подтверждается проведенными нами опытами, полу-
чаем:
и
ТЬ 1 jit fSc №rc dK dK) ср dKf
Z J dK V/ и3 ~ d3 d3 d*-,’
к UKV UKV
где — отношение скоростей падения для капель с диа-
метром dKf.
Следует подчеркнуть, что для определения суммарной
поверхности капель в решетнике 1 нельзя пользоваться, как
1 То же относится к определению поверхности распыленного потока
создаваемого соплами.
£< 3-зп
Распыл ив ание воды в решетнике
137
это иногда делают, просто средневзвешенным их диаметром
d и, в частности, вместо эквивалентного диаметра dK3
принимать величину d
Это можно видеть из следующего примера. Для бруска
с прямоугольным сечением при 5^ = 200 кг\м нас опыты
дают: у, ^ — 6,1 мм\ dK/ — 6,6 мм и zZKt, = 7,0 мм; отсюда
dK== -j—=7,9 лог или приблизительно на 30% превышает
d .
Имеем далее (фиг. 3-8):
Л ск -}- Ь-л .
Здесь -----------—-—коэффициент, зависящий от конст-
рукции решетника и для шахматного расположения брусков
равный 2.
Произведя соответствующие подстановки в уравнении
(3-16), получаем:
f 1 /][ , м t S'J ~ ''/> . ___у?___,___
У g ' 600 * тк ' dK9 ! ззо ' 'dK '^
(3-16а)
Определение поверхности мелких капель (брызг) более
сложно. Помимо того, что они имеют различные размеры,,
они отлетают от верхних граней брусков под разными
углами и с различными начальными скоростями. Вследствие
этого суммирование должно производиться как по различ-
ным диаметрам капель, так и по различным их путям
Учитывая, однако, что преобладающая часть брызг отлетает под
небольшим углом к горизонтали и имеет сравнительно не-
большую горизонтальную составляющую скорости, будем в
виде первого приближения рассматривать их как падающие
вертикально вниз под действием силы тяжести. Тогда, обозначая
величину среднего пути мелких капель через
получаем для удельной поверхности брызг
Л- (3-17)
° 1 330 У s, d6.3 Z
Общая удельная поверхность воды в оросителе опреде-
лится суммой
пг Л—к -|-8 . Л * (3-18)
" 1 3301<^ *dK9 Vm6 -d&a /
138
Вопросы гидравлики и распределения воздуха (гл. 3
Произведенные подсчеты дали для обычного решетника
из трехгранных брусков (фиг. 4-52/) при плотности ороше-
ния 3,5 лр/.ч2 час величину удельной поверхности воды около
'6 м2/м3. Распределение ее показано в табл. 3-4 и на фиг. 3-14.
Т а б л и (I а 3-4
Удельная поверхность воды в решетнике
Наимеяозанйе Коэффициент теплоотдачи «, ккал'М-час^С Удельная поверхность Количество отдаваемого тепла, %
/О
Пленка на брусках .... 14,5 4,41 72,8 28,2
Крупные капли 55,5 0,33 5,5 8,1
Мелкие капли (брызги) . . 100 1,31 21,7 63,7
Всего . . . 37,4* 6,0.5 100,0 100;0
Но для суждения о
роли пленки и капель
различных родов в ох-
лаждении воды недоста-
точно определить только
абсолютные значения их
поверхностей, поскольку
свойственные отдельным
частям поверхности коэф-
фициенты тепло- и массо-
отдачи различны. Поэто-
му в табл. 3-4 и на фиг-
3-14 показано также рас-
пределение общего коли-
чества отдаваемого тепла,
подсчитанное с учетом
различной интенсивности
теплообмена для отдель-
ных частей поверхности
охлаждения. Из подсчетов
* Средневзвешенный.
Пленка Крупные Брызги
капли.
Фиг. 3-14. Распределение поверхности
воды в решетнике.
следует, что в решетнике рассматриваемого типа до 70—80%
свободной поверхности воды приходится на водяную пленку,
лишь около 5% на крупные капли и 15—20% на мелкие кап-
ли-брызги. Но по количеству отдаваемого тепла на первом
месте оказываются мелкие капли. На их долю приходится до
65—70% от всего количества отдаваемого водой тепла, тогда
как на долю пленки приходится до 25—30%. Крупные капли
и в охлаждении воды играют небольшую роль.
~5;;3'-3] Распиливание воды в решетнике 139
При уменьшении расстояния s2 между рядами решетника
по высоте увеличивается удельная поверхность пленки, а в не-
сколько меньшей степени и крупных капель. Но при этом
уменьшается коэффициент разбрызгивания и увеличивается
средний диаметр мелких капель. Поэтому понижение дает
сравнительно небольшой эффект и может оправдывать себя
лишь до тех пор, пока оно не начинает приводить к значи-
тельному увеличению сопротивления проходу воздуха.
Приведенные подсчеты не учитывают некоторых деталей
процесса, например, неравномерности распределения скоро-
стей воздуха в охладителе и возможного слияния (агломера-
ции) части капель при их столкновениях. Тем не менее они
дают достаточно правильные соотношения, ориентирующие в
вопросе о структуре и величине поверхности охлаждения в
решетнике и о роли отдельных частей этой поверхности в
-общем теплообмене
Из этих подсчетов, как и из опыта, следует, что величина
удельной поверхности воды не является постоянной для
данной конструкции решетника, а зависит от количества
подаваемой воды — плотности орошения — q и скорости воз-
духа ^е. При этом отдельные части, из которых составля-
ется поверхность охлаждения, меняются по величине неоди-
наково, и их относительная роль в образовании свободной
поверхности воды и ее охлаждении также меняется.
Как уже отмечалось ранее, это должно отражаться и на
значениях объемных коэффициентов тепло- и массоотдачи,
которые могут быть представлены следующим образом:
а„=а№гД»+“«Л+а«Д
'Здесь коэффициенты и являются усредненными для
:всей поверхности, а коэффициенты, стоящие в правых ча-
стях равенства, отнесены соответственно к единице поверх-
ности пленки, крупных и мелких капель.
Изменение плотности орошения отражается, на величине
активной поверхности пленки только при относительно не-
больших гидравлических нагрузках, когда коэффициент ра-
стекания становится меньше единицы, но заметно сказы-
вается на величине поверхности капель. Поверхность круп-
1 Интересно отметить, что получающиеся при этом объемные коэф-
фициенты тепло- и массоотдачи по порядку величины удовлетворительно
согласуются с опытными данными. Для рассмотренного выше примера
(табл. 3-4) объемный коэффициент массоотдачи получается равным.
$pz/ 650 кг/м^ час ат.
140 Вопросы гидравлики и распределения воздуха {гл. 3
ных капель изменяется приблизительно пропорционально
плотности орошения в степени 1,2—1,4 до тех пор, пока
с ростом гидравлической нагрузки (сверх 350 кз/лг час)
не появляются в большом количестве'стекающие с брусков
струйки воды, что влечет за собой уменьшение свободной
поверхности. Поверхность брызг растет с увеличением q
несколько медленнее вследствие уменьшения степени раз-
брызгивания воды и увеличения среднего диаметра брызг,.
В целом же при нагрузках g3K<Z 350 кг/м час поверхность,
охлаждения растет с увеличением плотности орошения при-
близительно пропорционально q в степени 0,3—0,4.
Увеличение скорости воздуха, движущегося навстречу
воде, также приводит к некоторому увеличению ее свобод-
ной поверхности вследствие понижения при этом скорости
капель. Отражаясь, главным образом, на величине поверх-
ности мелких капель-брызг, которая растет приблизительно*
пропорционально w, в степени 1,1—1,2, увеличение скорости
воздуха мало сказывается на поверхности крупных капель
и, в особенности, на величине поверхности пленки.
3-4. ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ПЛЕНОЧНОМ ОХЛАДИТЕЛЕ
В охладителях 1(пленочного “ типа вода стекает по какой-
либо поверхности—большей частью по плоской поверхности,
расположенной вертикально или под небольшим углом к вер-
тикали,— в виде тонкой пленки. Значительно реже приме-
няется в пленочных охладителях засыпка из колец Рашига.
Для ламинарного течения пленки жидкости по плоской
поверхности совпадающие между собой теоретические зави-
симости, позволяющие определить скорость течения и тол-
щину пленки, были даны Нус'сельтом и Лэмбом. Пред-
ложенное ими решение может быть распространено также
на поверхности, радиус кривизны которых велик сравни-
тельно с толщиной жидкой пленки (например, стенки труб).
Рассмотрим течение ламинарной пленки жидкости по
плоскости, наклоненной к горизонтали под углом В (фиг. 3-15),
Ось X расположим параллельно поверхности по ходу тече-
ния жидкости, а ось Y—нормально к поверхности. Ширину
поверхности в направлении, перпендикулярном плоскости
чертежа, примем равной единице. Будем предполагать, что
силы инерции пренебрежимо малы сравнительно с силами
трения внутри жидкости. При этом расстояние частицы
жидкости от верхнего края плоскости или координата х не
влияет на ее скорость, и последняя зависит только от рас-
стояния у по нормали к поверхности.
Касательное напряжение на грани ab элементарного па-
раллелепипеда, выделенного в слое жидкости, составляет

§ 3-4 j
Течение жидкости в пленочном охладителе
141
--'dx, касательное напряжение на грани de составляет
. dx. Разность касательных напряжений, т. е. вяз-
. костная сила, уравновешивается силой тяжести, проекция
которой на ось X составляет y-sinO-eZ^’^y, где у—удельный
вес жидкости в кг/м3. Отсюда имеем следующее условие
равновесия:
-4-у-sin 9 = 0.
dy 1 1
(3-19)
Фиг. 3-15. Схема стекания и распределение
: Л скоростей б пленке жидкости.
4Х—при неподвижном воздухе; б—прй встречном
движении воздуха с большой скоростью.
По закону трения
Ньютона
’ - (3-20)
где и — коэффициент
динамической вязкости
жидкости, кг сек1м2-,
w — местная ско-
рость жидкости, м/сек.
Из (3-19) и (3-20)
•Ру’Sin 0 — 0.
(3-21)
При интегрировании
этого уравнения одно
из граничных условий
определяется тем, что
скорость жидкости у
стенки равна нулю.
.Если пренебречь трением между жидкостью и воздухом,
то получаем второе граничное условие, что на свободной
поверхности жидкости касательная сила равна нулю. Имеем,
таким образом:
при > — 0 w — 0,
при у ~ у о t — 0,
где у0— толщина пленки, м.
Интегрирование (3-21) при указанных (граничных усло-
виях дает:
7*з1п0 У3\ (3-221
w == •*--— ( V У г, — , V1
11 Ху3
142
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
(гл. 3£
т. е. скорости распределяются в пленке по закону параболы
(фиг. 3-15,й). Максимальная скорость имеет место на свобод-
ной поверхности пленки (у—j/0) 11 равна:
w T_S1I18. 1/ (3-23)
Расход воды на единице ширины потока в единицу време-
ни (кг/.н аде) составляет:
Уо
^=3600 С
3 600 73-sin 0

о
о
— 1 20П‘2,sin8'50.
Отсюда толщина пленки
—
1 200-sin 6 •у3

(3-24>
и средняя скорость пленки
СР
3/
ёж Y
3600/
(3-25>

Из параболического закона распределения скорости по
толщине пленки (3-22) следует также, что
^макс _ 3
Сравнение с опытными данными многих исследователей
хорошо подтвердило теоретические зависимости для у0 и
wrp при значениях критерия Рейнольдса для пленки
Кеж < 1 500. Критерий Рейнольдса определяется при этом
как
rj ______ . ^срЗ-'о____________________£ж
Ж У «с Ж 900 W.g
-где — у0 — гидравлический радиус пленки в я и
= у— коэффициент-кинематической вязкости жидко-
сти, м2/сек.
В условиях охладителей значения ReM, составляют при-
близительно от 80 до 500, т. е. всегда лежат в области, от-
§3-41 Течение жидкости в пленочном охладители 143-
вечающей ламинарному течению пленки; значения толщины
пленки на вертикальной поверхности (sin 0 — 1) составляют
от 0,15 до 0,30 мм и значения средней скорости ее течения
от 0,30 до 0,15 м\сек.
Предложены теоретические решения и для случая дви-
жения воздуха над свободной поверхностью пленки с уче-
том влияния силы трения на границе жидкость — газ, но мы
не приводим их, так как подсчеты с помощью получаемых
таким образом формул подтверждают, что при указанных
выше значениях Rs_№ и обычных в охладителях скоростях воз-
духа (не выше 4—5 Mi сек) можно с достаточной точностью
принимать, что движущийся воздух не влияет па течение
водяной пленки.
Наблюдения обнаруживают, однако, что при достаточно
малых Re^ отвечающих области ламинарного течения плен-
ки, последняя имеет волнистую поверхность, т. е. характер
течения отличается от простого ламинарного. Более подроб-
ное изучение этого явления1 показало, что наличие волн на
поверхности жидкости наблюдается и при неподвижном воз-
духе в пределах значений Реж от 20—30 до 1 500 и только
прй более низких ReM они исчезают. Образование волн свя-
зано с действием капиллярных сил, которые при тонких слоях
жидкости даже в случае небольшого искривления поверх-
ности становятся но их величине сравнимыми с вязкостными
силами.
При волновом или „псевдоламинарном“ течении средняя
толщина пленки ув°'гн зависит от амплитуды волны и, вооб-
ще говоря, она меньше, чем при чисто ламинарном течении,
но различие это невелико,— по теоретическим данным П. Л.
Капицы до 7%,—почему оно и не обнаруживается опытными,
данными»
Средняя скорость пленки при волновом течении
&ЛС
W — -----------—
СР ЪЪМ-^увй0ЛК
составляет соответственно до 1,07 от средней скорости
ПРИ чисто ламинарном течении. Средняя по длине
волны скорость частиц на наружной поверхности пленки,
составляет
^1,24* 1,0/-wcp =1,32 wcp ,
1 П. Л. Капица, „Журнал.экспериментальной и теоретической фи-
зики", т. 18, 1948, пып. 1, стр. 3; П. Семенов, „Журнал технической
физики*, т. 14, 1944, ДЬ 7—8, стр. 427.
144 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
т. е. она несколько. ниже максимальной скорости при лами-
нарном течении, составляющей 1,5 ^7/’
Приведенные данные показывают, что при практических
расчетах, особенно когда задачей является определение о т-
посительной скорости воздуха (т. е. при противотоке
скорость пленки порядка 0,15—0,30 м/сек суммируется с абсо-
лютной скоростью воздуха 1,5—3 м/сек), допустимо пользо-
ваться формулами для простого, ламинарного течения жидко-
сти без введения поправок к ним*
При увеличении скорости воздуха с некоторого ее значения
начинает наблюдаться захват жидкости воздухом, а при еще
больших скоростях — срыв течения пленки или «захлебыва-
ние» охладителя, В охладителях циркуляционной воды ско-
рость воздуха никогда не достигает значений, при которых
возможно их захлебывание, но иногда приближается к значе-
ниям, отвечающим началу захвата жидкости.
Результаты наблюдений 1 за скоростями воздуха, при ко-
торых начинается видимый на-глаз отрыв капель с поверх-
ности пленки, текущей по вертикальной плоскости внутри ка-
нала прямоугольного сечения шириной 50—100 мм, .приве-
дены в табл. 3-5. Данные эти относятся к случаю противотока.
Таблица 3-5
Начало видимого срыва капель с поверхности водяной пленки
. Материал поверхности Гидравлическая нагрузка, Скорость воздуха, отвечающая началу видимого срыва капель, м<сек Источник
Строганые доски 151 6,4 Наблюдения
238 5,0 Д. Н. Бибикова
256 232 4,0 4,2
Стекло 455 732 3,5 3,0 Наблюдения автора
Таблица показывает, что чем выше гидравлическая нагруз-
ка (или #еж), тем ниже скорость воздуха, при которой обна-
руживается срыв жидкости с поверхности пленки. Проведенные
нами специальные опыты показали, что. мельчайшие капельки
отрываются и при более низких скоростях воздуха, но и эти
1 См* цитированную выше статью автора в сборнике ВТИ „Иссле-
дования процессов регулирования, теплопередачи' и обратного охлажде-
ния“, ГОНТИ, 1938, стр. 130 и Д. Н. Б и б и к о в, „Тепло и сила*, 1937,
№ 6, стр. 28.
§ 3-4 j Течение жидкости в йлейочноМ охладителе 145
опыты подтвердили, что срыв жидкости становится значитель-
ным только при указанных «критических» скоростях. При па-
раллельном же течении пленки и воздуха срыв жидкости не
наблюдается согласно опытам А. 3. Краснова до скоростей
30—40 м/сек. Зависимость «критической» скорости воздуха от
гидравлической нагрузки может быть связана со сказанным
выше о влиянии на волнистость поверхности пленки.
При засыпке из беспорядочно уложенных колец Рашид а
наблюдается неполное смачивание поверхности пленкой теку-
щей жидкости. Доля смоченной поверхности колец заметно
понижается (до около 40%) при переходе от верхних слоев
колец к нижним, что должно приниматься во внимание при
определении активной поверхности засыпки 6
Неполное смачивание поверхности наблюдается и при
плоских вертикальных поверхностях, ио лишь в случаях очень
низкой гидравлической нагрузки. Сплошная пленка легче
устанавливается на поверхностях из смачиваемых и гигроско-
пичных материалов, а также на шероховатых поверхностях.
При плоской поверхности из стекла для получения устой-
чивой сплошной пленки в наших опытах требовалось, чтобы
гидравлическая нагрузка, отнесенная к единице ширины щита
с одной его стороны, была не ниже 100 : 150 кг/м час, тогда
как при поверхностях из дерева или асбошифера эта мини-
мальная нагрузка опускалась до 80 кг/м час и ниже, Эти цифры
получены для широких щитов, где сказывается неравномер-
ность подачи воды, которая обычно не может быть полно-
стью избегнута. Они могут быть заметно меньшими при малом
смачиваемом периметре. Известны опыты, когда получалась
устойчивая сплошная пленка на внутренней поверхности сте-
клянной трубки при гидравлической нагрузке всего 36 кг/м час.
При условии растекания воды по всей орошаемой поверх-
ности величина последней определяет и величину поверхности
охлаждения. В общем случае для удельной поверхности охлаж-
дения в оросительном устройстве2 пленочного охладителя
можно написать:
/-“/zspr м2/м^ (3-26)
где п. — коэффициент, учитывающий поверхность водяной
пленки на вспомогательных строительных элементах
конструкции;
1 Подробнее об этом см. циг. Соч, Н, М. Жаворонком.
3 Оросительным устройством называют основную часть охладителя4
в которой непосредственно происходит охлаждение воды (решетник в
капельных охладителях, щиты или иную орошаемую поверхность в
пленочных). См. § 4-5, 445 и 4-7.
10 «1. Д. Вер&аН.
146 Йопросы гидравлики й распределения воздуха [гл. 3
а — коэффициент растекания;
Г--- полная величина орошаемой поверхности, л/2;
V—объем оросительного устройства, м\
Возьмем в качестве примера конструкцию пленочного оро-
сительного устройства из деревянных щитов толщиной 10 мм
с расстоянием между ними 40 мм в свету. При этом полу-
чаем, считая п~ I и е=1, удельную поверхность охлажде-
ния f = 40 м2/м\ т. е. почти в 7 раз большую, чем для рас-
смотренного в предыдущем параграфе решетника (см,
табл. 3-4).
Но и в этом случае нельзя при сравнении эффективности
того или иного типа оросительного устройств^ исходить лишь
из. величины свободной поверхности воды. Коэффициенты
тепло- и массоотдачи, отнесенные к единице поверхности, для
пленочного оросительного устройства из плоских щитов за-
метно ниже, чем для решетника. В то же время устройство из
щитов в пленочном охладителе создает меньшее сопротивле-
ние проходу воздуха. Если исходить из условия равного со-
противления обеих конструкций, т. е, принять для пленочного
охладителя соответственно более высокую скорость воздуха,
то и тогда использование единицы поверхности оказывается
для него ниже (для рассматриваемого примера коэффициент
теплоотдачи для пленочной конструкции составляет 10™-
13 ккал/м2 час °C против 37,5 ккал/м? час СС для решетника).
Поэтому при- прочих равных условиях количество тепла, от-
данного в единице объема, или объемные коэффициенты
тепло- и массоотдачи для пленочного охладителя превышают
соответствующие значения для капельного охладителя не в
6—7 раз, а лишь приблизительно в 1,6—2,5 раза. Более эффек-
тивное использование активного объема охладителя дости-
гается при этом за счет значительного увеличения поверхности
воды, перекрывающего при том нее сопротивлении проходу
воздуха понижение .использования единицы этой поверхности.
В случае применения нерегулярно уложенных колец Ра-
шига коэффициенты тепло-' и массоотдачи для единицы по-
верхности возрастают, но очень сильно растет при этом и со-
противление потоку воздуха.
3-5. СОПРОТИВЛЕНИЕ ОРОСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
ПОТОКУ ВОЗДУХА
Мы видели выше, что повышение скорости воздуха позво-
ляет интенсифицировать теплообмен в охладителях, но при
этом возрастает также их гидравлическое, (воздушное) сопро-
тивление, что является одной из основных причин, вынуждаю-
щих ограничивать принимаемые на практике скорости воздуха
в закрытых охладителях. Из различных сопротивлений, со-
ставляющих в сумме общее сопротивление закрытого охлади-
i 3-S] Сопротивление оросительного устройства 1-47
теля, наибольшим является сопротивление оросительного
устройства.
Согласно теории подобия при вынужденном движении
гидравлическое сопротивление, т. е. падение давления дви-
жущейся среды в канале или при обтекании тел, должно
быть связано с другими величинами, характеризующими усло-
вия течения, функциональной зависимостью
Eu~f(Re),
(3-27)
где Ей — — критерий Эйлера;
Ад— падение давления (разность давлений в двух
точках);
р — плотность движущейся среды;
-w — скорость течения.
Вид этой зависимости определяется на основе опытных
данных. Во многих случаях она может быть представлена в
виде степенной функции
™ с • Rem(3-28)
где с и т— постоянные.
При практических расчетах чаше пользуются вместо
критерия Эйлера так называемым коэффициентом сопротив-
ления
C = p«3 = 2'a- 0-29)
2 f'
Из уравнений (3-28) и (3-29) следует, что
^?ws-c-Rem. (3-30)
4*
Для различных типов решетника, показанных на фиг. 1-8,
опыты автора во ВТИ1 дали значения постоянных с и т в
формуле (3-28), приведенные в табл. 3-6. Критерий Re опре-
делялся, как и при обработке данных по теплообмену (ср.
табл. 1-2), по скорости набегающего потока и в качестве
, и.
определяющего размера вводилась величина а = у , где и —
периметр сечения бруска. Из таблицы видно, что показатель
степени /д при критерии Рейнольдса мал — от 0,04 до 0,07—
т. е. закон изменения сопротивления &р в зависимости от
скорости близок к квадратичному.
1 См. „Известия ВТИ", 1940, № 8, стр. 22.
10*
148 Вопросы гидравлики й распределения воздуха
[гл. 3
Т а б лица 3-6
Постоянные г и т в формуле (3-28)
(!& от 3 000 до 2д ООО)
Форма сечения брусков Рчспо.до'керие брусков й пучке •и а d Число радов л С ZZ 1П
Шахматное 2,60 2,76 6 1,04 0,05
2,60 4,42 6 0,90 0,05
2,60 6,63 8 0,84 0,05
Треугольная 1 : 1 : 1,4 2,60 11,6 5 0,84 0,05
3,70 6,63 6 0,49 0,04
Коридорное 2,60 6,63 6 0,79 0,05
Каскадное 6,50 8,28 5 1,07 0,05
Шахматное 2,10 6,28 6 1,09 0,07
Прямоугольная 2 : 1 Ступенчатое 3,14 6,28 * 6 0,37 0,07
Фиг. 3-16. Сопротивление шахматно-
го пучка трехгранных брусков в за-
висимости от числа рядов.
Изменение продольного
шага между рядами
брусков сказывается на ве-
личине критерия Эйлера
или коэффициента сопротив-
ления лишь пока этот шаг
сравнительно невелик а
проявляется взаимное влия-
ние рядов пучка на условия
обтекания брусков в каж-
дом из них. При этом уве-
личение -J- влечет за собой
а
понижение гидравлического
сопротивления. Но, начиная
от ~ 6,5 ч- 7, отдельные
ряды перестают оказывать
влияние друг на друга в
гидродинамическом отноше-
нии и дальнейшее увели-
sa
чение не сказывается
уже на величине Ей или С при том же числе рядов в пуч-
ке1. При больших , характерных для решетника гради-
рен, можно с достаточной точностью считать сопротивление
пучка прямо пропорциональным числу рядов (фиг. 3-16).
1 Аналогичные результаты были получены Л. С. Эйгенсоном
для пучков круглых труб. См. «Известия ЭНИН", т. 8, 1940, стр. 19,

§ 3-5]
Сопротивление оросительного устройства
149
Большое влияние на сопротивление решетника оказывает
величина шага между брусками по ширине у. Увеличение
у всегда приводит к понижению сопротивления.
Т абдица 3-7
Коэффициент сопротивления 5 на 1 м высоты решетника
j { 1 1 Форма и размеры сечемря бру- 1Расположение брусков Шаг по ши- (Х1] пц
СКОВ в пучке рине я
Треугольная, 50X50X71 мм Шахматное Каскадное ! 0,142 ' 0,355 0,350 0,450 7 9 7'15
Треугольная, 45X45X65 мм Ступенчатое ( 0,183 0,350 з.о
Прям оугольпая, 20 X 40 мм. Шахматное Ступенчатое : 0,080 | 0,120 I 1 0,350 0,350 9,4
Прйм^пйние, Подсчитано для чисел Рейнольдса, отвечающих скорости воздуха
1 м}сек при температуре ЯРС.
В табл, 3-7 приведены для нескольких распространенных
типов решетника-значения коэффициента сопротивления, отне-
сенного к 1 м высоты оросительного устройства. Шахматное и
каскадное расположения трехгранных брусков по величине
гидравлического сопротивления на 1 м высоты решетника
оказываются равноценными. Выделяется своим высоким со-
противлением решетник с шахматным расположением прямо-
угольных брусков. В то же время решетник из тех же прямо-
угольных брусков, но со ступенчатым их расположением,
обладает наименьшим сопротивлением. Переход к ступенча-
тому расположению, связанный с заметным разрежением
брусков в ряду, сильно понижает сопротивление и при трех-
гранных брусках.
Значительно меньшими данными мы располагаем пока о
.величине сопротивления, создаваемого в решетнике дождем
капель. Оно складывается из сопротивлений, оказываемых от-
дельными каплями воды.
Зависимость коэффициента сопротивления от Зе для от-
дельной сферической капли (шара) приведена на фиг. 3-17.
Здесь коэффициент С' относится к закону сопротивления
р — р кг
2 м ’
где Рм—миделево сечение, равное площади проекции обте-
каемого тела на плоскость, перпендикулярную по-
току;
J50 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
w0 — относительная скорость тела, равная при встречном
движении воздуха сумме абсолютной скорости тела
w и скорости воздуха wa.
itt/2
В случае шара гя — ~ и соответственно
Р = p,'Pd8wp
(3-30а)
В качестве определяющего размера при подсчете Re при-
нимается диаметр шара.
Фиг. 3-17. Коэффициент сопротивления шара в зависимости от числа
Рейнольдса,
Если плотность орошения обозначить через q час и
долю общего объема воды, приходящуюся на капли диамет-
ром d через /, то количество капель этого размера на еди-
ницу площади и высоты оросительного устройства соста-
вит:
jgh
?.(№ OdOttwrfS *
6~
h
где л---у-у——- время, в течение которого капля данного
диаметра проходит путь Л, приходящийся
на 1 я высоты решетника, часов;
w — средняя скорость падения капель данного
диаметра, м^сек.
Цз (3-30а) и (3-31) получаем для суммарного коэффици-
§3-5] Сопротивление оросительнсго устройства 151
ента сопротивления дождя воды, отнесенного к абсолютной
скорости воздуха и 1 ж высоты решетника,
. _S*? _ я_____VI
’в 2 400-^JJ суГ"
(3-32)
Определение этого коэффициента сопротивления расчет-
ным путем крайне затруднительно из-за большого разнооб-
разия диаметров капель, падающих с различными скоростя-
ми, Поэтому для практических целей желательно распола-
гать опытными дан-
ными, показываю-
щими зависимость от
плотности орошения
общего коэффици-
ента сопротивления
данного типа решет-
ника:
’р ‘ о’
где Си С —соот-
Г 5
ветственно коэффи-
циенты сопротивле-
ния сухого решет-
ника и дождя воды.
Однако таких дан-
ных в литературе
почти нет,
Фиг/ 3-18. Коэффициент сопротивления гра-
дирни с каскадным решетником в зависимости
от плотности орошения.
Некоторое представление о величине сопротивления,
создаваемого дождем воды, дает фиг, 3-18, на которой пред-
ставлен в функции плотности орошения коэффициент сопро-
тивления для решетника каскадного типа, подсчитанный на-
ми по данным опытов А, Н. Арефьева1. На основании этих
данных доля сопротивления, создаваемого дождем воды, мо-
жет быть оценена при плотностях орошения порядка
2~3 мг]мЪ1шс в 30—40% от общего сопротивления решетника.
Для чисто пленочного охладителя щитового типа, в кото-
ром воздух протекает по каналам прямоугольного сечения,
имеем:
(3-33)
где к — коэффициент трения;
I и d—длина и гидравлический диаметр канала.
Гидравлический диаметр капала равен учетверенной ве-
1 Д. Н, Арефьев, „Известия ВТИ*, 1931, № 2, етр,
152
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
(гл. 3
личине отношения площади канала к его смоченному пери-
метру, т. е.
j 4 __л
(3-34)
или для узкого канала при
Z>2 « Ь, '
^=2*.,.
где Ь{ и Ь.,— длины сторон сечения канала.
Коэффициент X может быть определен по формуле
зиуса для гладких труб:
, 0,3164
гм , ,м,,,, Ц|М ч
Бла-
(3-35)
где для прямоугольных каналов следует вводить в Re гид-
равлический диаметр.
Значение \ подсчитанное по этой формуле, нужно уве-
личить на 5 -н 10%, учитывая добавочное сопротивление,
создаваемое каплями, падающими в небольшом количестве в
канале. Влияние волнистого характера поверхности пленки
на коэффициент трения проявляется по упоминавшимся ра-
нее опытам Семенова только при скоростях воздуха, выше
5 — 6 м1сек. *
При расстоянии между щитами 40 мм, скорости воздуха
в канале 2 м/сек и температуре воздуха 20° С получаем л =
= 0,0375 и коэффициент сопротивления, отнесенный к 1 м
высоты пхитов, г = 1<-1,1. Как отмечалось уже выше, он
много меньше, чем для решетника. Устройство вертикаль-
ных разрывов между досками щитов несколько увеличивает
коэффициент сопротивления.
При засыпке из колец Рашига большое влияние на вели-
чину гидравлического сопротивления оказывает многократ-
ное изменение направления движения воздуха, а также из-
менение проходного сечения из-за нерегулярной укладки
колец и заполнения части сечения водой". Коэффициент со-
противления зависит при этом не только от Ret но и от
плотности орошения.
По опытам ВНИХИ1 сопротивление слоя колец Рашига
размерами 25 х 25 >< 3 мм, уложенных на сетке с, живым
сечением 80%, составляет
&р — [44 • h -|- (0,75 %- 4,6 h\ • • (w0 YB)2,4- ^лгг/ж3,
1 См. А. А. Г оголим, «Холодильная промышленность", 1938, № 4,
стр. 14; более подобные опытные данные для колец Рашига, представ-
ленные в форме графиков, показывающих зависимость потери напора
от скорости воздуха при различных плотностях орошения, приведены §
цитированной выше (стр. 52) работе И. М, Жаворонкова,
§ 3-6]
Распределение воздуха
153
где Л— высота слоя колец, м (составляла в опытах от ОД
до 0,6 лг);
q — плотность орошения, ж3/лг3 час;
— весовая скорость воздуха, отнесенная к полному се-
чению оросителя, кг!м2 час.
Для неорошаемого слоя колец тех же размеров, по Махе,
Сопротивление слоя колец Рашига значительно выше
сопротивления оросительных устройств других конструкций
как пленочных, так и капельных.
3-8. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА В ПРОТИВОТОЧНОМ
ОХЛАДИТЕЛЕ
В охладителях закрытого типа (градирнях) наряду с за-
дачей правильного распределения воды и. создания большой
ее свободной поверх-
ности возникает также
Задача равномерного
распределения воздуха
по сечению охладителя.
Особенно существенно
пр авильное р ешение
этой задачи для проти-
воточных охладителей.
Изучение распреде-
ления воздуха, как и
определение значений
гидравлических сопро-
тивлений отдельных
элементов конструкции,
путем непосредствен-
ных измерений на ра-
ботающих охладителях
наталкивается на зна-
чительные трудности,
так как скорости воз-
духа и перепады дав-
лений здесь очень неве-
лики, а. условия измере- 3-19- Внешний вид модели градирни,
ния крайне неблагопри-
ятны для применения требующихся при этом точных измери-
тельных приборов. Поэтому о распределении воздуха приходит-
ся судить по косвенным данным, например по распределению
температур охлажденной воды или уходящего воздуха. Эти
данные обычно1 искажаются в большей или меньшей мере не-
154 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
равномерностью распределения воды, влиянием ветра' и пр.,
Кроме того, в эксплоатационных условиях затруднительно,
а часто и невозможно осуществление конструктивных изме-
нений с целью выяснить их влияние на распределение воз-
духа.
Для проверки и уточнения теоретических представлений об
условиях и мерах для улучшения распределения воздуха в
охладителях может быть использован метод моделирования.
Внешний вид одной из моделей, исследовавшихся во ВТИ, по-
казан на фиг. 349. При выполнении моделей градирен стро-
гое соблюдение всех условий
подобия 1 оказывается обыч-
но невозможным и прихо-
дится допускать ряд отступ-
лений от них—.продувать «су-
Фиг. 3-20. Схема поступления возду-
ха в оросительное"устройство.
хие» модели, т. е. модели без
воды, заменять при малом
масштабе модели ороситель-
ное устройство «эквивалент-
ными сопротивлениями» или
др., но это; не лишаев иссле-
дования на моделях боль-
шой практической ценности.
Подобные исследования, до-
полняя данные, полученные
в натуре, способствуют усо-
вершенствованию конст-
рукций охладителей.
Схема поступления воздуха в противоточный охладитель
приведена на фиг. 3-20. Воздух поступает сбоку через проем
(окно) АВ и протекает через полость ABCD, которая может
быть названа «воздухораспределителем». Количество воздуха
по ходу его движения в воздухораспределителе все время
уменьшается в результате того, что часть его удалятся через
оросительное устройство BCEF. Так как статическое давление
за последним, как подтверждают опыты, мало изменяется по;
площади охладителя, распределение воздуха может довольно
точно характеризоваться изменением статических давлений в
воздухораспределителе.
Статическое давление в начальном сечении АВ воздухо-
распределителя составляет:
где' рБ — барометрическое давление;
1 См. М. В. К и р п и ч е в и М, А. Михеев, Моделирование тепла-
IW устройств, изд. АН СССР. 1936. ’’
§ 3-6]
Распределение воздуха
155
-средняя скорость воздуха в рассматриваемом се-
чении;
{^—коэффициент сопротивления входа, учитывающий
также влияние неравномерности поля скоростей.
Предполагая сечение воздухораспределителя по всей его
длине неизменным, можем, пользуясь теоремой импульсов,
написать для контрольной поверхности (teed, показанной на
фиг. 3-20:
J- pF=.4 (р dp) F - i- dd dr, (3-36)
где G и w— расход и скорость движения воздуха в направ-
лении горизонтальной оси воздухораспредели-
теля в сечении alp
£ —ускорение силы тяжести;
р— статическое давление в сечении ab;
F — площадь сечения воздухораспределителя;
dJ—проекция на горизонтальную ось воздухорас-
пределителя количества движения воздуха, про-
ходящего через поверхность Ьс\
dT—проекция на ту же ось силы трения.
Так как строгое решение этого уравнения вызывает труд-
ности, введем следующие упрощения: будем пренебрегать
изменением плотности воздуха, а величины J и Т выразим
приближенно через скоростной напор в начальном сечении:
о
^0,
2 ’
(3-37)
где а и Z — коэффициенты и Л— длина воздухораспредели-
теля,
Так как при- допущении у — const
можем, произведя соответствующие преобразования ; и со-
кращения, переписать уравнение (3-36) следующим образом:
ЦП--------------~
г г
(3-38)
Интегрируем уравнение (3-38) в пределах от х—0 до
Я = 2.. Имеем:
при X = 0 р —Ра W — К’о;
при X~L
156
Вопросы гидравлики и распределения воздуха
{гл. 3
Получаем при этом
L I.
— [dJ— IfdT
F J FJ
0 0
или, принимая во внимание (3-37):
р„-Л = (2-а-С)^==(А-С)р_Х% (3-39)
Фиг. 3-21, Распределение статических давлений до и после оро-
сительного устройства (модель с отсасывающим вентилятором).
где /^.-—давление в конце воздухораспределителя и
Л ~ 2 — а.
В зависимости от того, будет ли здесь величина коэф-
фициента сопротивления воздухораспределителя С больше
или меньше А разность рк — р0 может приобретать положи-
тельные или отрицательные значения или, иначе говоря, стати-
ческое давление в воздухораспределителе может возрастать
или понижаться. Соответственно и скорости воздуха в оро-
сителе могут расти или уменьшаться по мере удаления от
входного сечения воздухораспределителя,
При свободном от дождя воды воздухораспределителе,
Когда величина С мала, статические давления растут по ходу
§ з.б]
Ра спределенйе Ьоздухй
157
воздушного потока в результате уменьшения количества про-
текающего воздуха и частичного преобразования кинетической
энергии остающегося потока, скорость которого понижается,
в энергию давления. Удаленная от входного окна часть оро-
сительного устройства оказывается при этом лучше обеспечен-
ной воздухом, чем часть его-,
прилегающая к стороне входа
воздуха. Это подтверждают
как проведенные нами во ВТИ1
опыты на моделях (фиг. 3-21),
так и измерения на промыш-
ленном охладителе (см. ниже
фиг. 4-100). Действительное
распределение статических дав-
лений в воздухораспределителе
усложняется, однако, в этом,
случае явлением отрыва струи
при обтекании верхней кромки
входного окна, приводящего к
образованию вихревой области
и местного сужения потока
разных условиях входа.
Фиг. 3-22. Спектры течения в возду-
хораспределителе.
(фиг. 3-22}а), Чем больше высота воздухораспределителя, тем
меньше протяженность вихревой области и равномернее рас-
пределение статических давлений в остальной части воздухо-
распределителя, Но значительное увеличение высоты воздухе-
1 См, „Известия ВТИ“, 1940, № 3, стр. 23,
158 Вопросы гидравлики и распределения воздуха [гл. 3
распределителя обычно нежелательно вследствие связанного
с этим увеличения высоты подачи воды на градирню.
При А улучшение условий входа воздуха и его рас-
пределения по площади охладителя может быть достигнуто,
приданием плавного очертания верхней кромке входного
окна или, что практически доступнее, постепенным (непрерыв-
но или ступенями) увеличением сечения воздухораспредели-
теля по мере приближения к входному окну (фиг. 3-22,6).
Влияние указанных мероприятий наглядно показывают
результаты опытов на модели градирни с односторонним вхо-.
дом воздуха, представленные на фиг. 3-23. При очень малом
и острой верхней кромке входного окна в значительную
часть оросительного устройства, расположенную со стороны
входа воздуха, последний вовсе не поступает (фиг* 3-23,а).
Ступенчатое увеличение высоты воздухораспределителя в на-
правлении к входному окну приводит к резкому сокращению
неактивной зоны оросительного устройства (фиг. 3-23,6), а
добавление еще козырька, придающего верхней кромке плав-
ное очертание, практически полностью устраняет эту зону
(фиг. 3-23,в).
Когда охладитель имеет в плане форму круга или равно-
стороннего многоугольника, проходное сечение воздухораспре^
делителя уменьшается в направлении к центру, что также
способствует более равномерному рапределению воздуха при
малом С. Но если в воздухораспределителе имеются диамет-
рально расположенные перегородки, разделяющие его на от-
дельные секторы, вблизи перегородок наблюдается картина,
аналогичная описанной выше.
Это видно на фиг. 3-24, где показаны лйнии равных ско-
ростей воздуха по сечению модели градирни с двусторонним
подводом воздуха для случая острой верхней кромки у вход-
ных окон.
В этом случае постепенное увеличение высоты воздухо-
распределителя со стороны входа также способствует более
равномерному распределению воздуха.
При наличии дождя воды в воздухораспределителе и
большой его длине С оказывается больше Л, а статическое
давление в удаленной от входного окна части воздухораспре*
делителя — ниже, чем со стороны входа. Соответственно и ко-
личество воздуха, поступающего в оросительное устройство,
оказывается здесь меньше.
При упоминавшихся выше опытах, проводившихся на «су-
хих» моделях, увеличение £ достигалось путем установки в
воздухораспределителе равномерно распределенных по его
длине металлических сеток. Увеличение числа сеток приводило
к сокращению, а затем к полному устранению неактивной зо-
ны воздухораспределителя со стороны входа воздуха при со*
хранении острой верхней кромки входного окна и одинаковой
% 3-6 j
РасЛреДеЛёпие йалдухй
159
высоте воздухораспределителя по всей его длине (фиг. 3-23,е).
Дальнейшее увеличение ч должно было бы, однако, привести
к уменьшению количества воздуха, поступающего в наиболее
удаленную от входного окна часть оросительного устройства,
что и наблюдается на практике в больших капельных гра-
дирнях.
oempofi'jfi перегородка.
Фиг. 3-24. Линии равных скоростей воздуха в оросителе градирни
с двусторонним входом воздуха по опытам на модели.
Для улучшения подвода воздуха в удаленную часть оро-
сительного устройства в этом случае необходимо уменьшить ч,
например, путем улавливания стекающей воды или концентра*
ции ее в сосредоточенные струи и освобождения таким спосо-
бом сечения воздухораспределителя. Это не исключает целе-
сообразности осуществления в ряде случаев описанных выше
мероприятий, благоприятствующих поступлению воздуха в пе-
риферийную зону оросительного устройства.
Гидравлическое сопротивление оросительного устройства,
не отражаясь на качественной стороне картины распределения
воздуха, влияет на ее количественную сторону, Чем выше это
l(jO Вопросы гпдраилйкп И распределения воздуха [гл, 3
сопротивление сравнительно с сопротивлением воздухораспре-
делителя, тем меньшую роль играет разность давлений^ —р0>
а соответственно меньше и степень неравномерности распреде-
ления воздуха, обуславливаемая понижением или увеличением
статических давлений в воздухораспределителе.
То же относится и к типу оросительного устройства (ка-
пельный или пленочный), влияние которого на распределение
воздуха в противоточном охладителе проявляется в основном
лишь в той мере, в какой различаются гидравлические сопро-
тивления оросительных устройств разных типов. В остальном
же изложенное выше относится в равной мере к охладителям
как капельного, так и пленочного типа.
Поскольку на гидравлическое сопротивление воздухорас-
пределителя и оросительного устройства приходится преобла-
дающая доля общего сопротивления охладителя, влияние со-
противления вытяжной башни, а следовательно, и ее формы
на распределение поступающего воздуха в охладителе не мо-
жет быть существенным.
Некоторое влияние на распределение воздуха может ока-
зывать естественная тяга, возникающая благодаря нагреву и
увлажнению воздуха при протекании его через оросительное
устройство. Сила тяги всегда выше в тех зонах градирни, в
которые поступает меньшее количество воздуха и где вслед-
ствие этого нагрев и увлажнение воздуха более значительны.
Поэтому естественная тяга должна, вообще говоря, способст-
вовать выравниванию распределения воздуха. Но влияние
естественной тяги также не может быть существенным, так
как тяга, возникающая в. оросительном устройстве, обычно не-
велика сравнительно с тягой, создаваемой вытяжной башней
или вентилятором, предназначенными для побуждения движе-
ния воздуха в охладителе.
Неравномерность распределения воздуха, связанная с на-
личием вихревых областей и образованием высоких местных
скоростей воздуха в оросительном устройстве, вызывает зна-
чительное увеличение гидравлического сопротивления охлади-
теля. Поэтому улучшение распределения воздуха влечет за
собой, как правило, и понижение полного гидравлического
сопротивления. Это иллюстрирует таблица 3-8, в которой по
данным опытов на моделях показано, как сказываются на
входном сопротивлении, сопротивлении оросительного устрой-
ства и полном сопротивлении охладителя некоторые из меро-
приятий, обеспечивающих более равномерное распределение
воздуха. Сказанное не касается, конечно, таких мероприятий
для улучшения распределения воздуха, которые сами по себе
вызывают увеличение гидравлического сопротивления охла-
дителя, например, применение водоулавливающих устройств,
резко сужающих живое сечение для прохода воздуха, или др.
§ 3-61
Распределение воздуха
161
Таблица 3-8
Влияние формы верхней кромки входного окна и уступов в ниж-
ней части оросительного устройства на сопротивление охладителя
(градирни)
j Двусторонний
Односторонний
Подвод воздуха
Тип насадки Сопротивление входа й воздухо- 3 распреде- лителя § ороситель- g вого I S" устройства' g- дты) О О К 6 в Капельн 4 И о и 5 К к О m Q Н о «5 И Р И Рич i i £ ороситель-! & ' НОГО {£ I i устройства, g атник)| си о Q СЗ Плево । « * й £ О ад <J г и о fl М вд Ск Ч зный ty О •=; О к
Острая кромка без ус- тупов (фиг. 3-22, а) Закругленная кромка без уступов . . . Острая кромка с ус- тупами (фиг. 3-22,6) Закругленная кромка с уступами .... 100 76 52 52 100 78 78 71 100 79 76 70 100 75 56 44 100 91 84 71 100 90 84 72 100 89 64 55 100 80 62 55
Примела и и е. Сопротивление указано в процентах. За 100% во всех столбцах
принято сопротивление при отсутствии уступов и острой кромке.
Наибольшее влияние на распределение воздуха в прстиво-
тонном охладителе оказывают условия входа его, в частности
гидравлическое . сопротивление воздухораспределителя, и им
следует уделять основное внимание при решении задачи об
улучшении распределения воздуха и понижении гидравличе-
ского сопротивления охладителя.
Л. Д. BepiiaEi.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ВОДООХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
4-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
Испарительное охлаждение жидкости используется чело-
веком с очень давних времен. Но если говорить об охлажде-
нии промышленной циркуляционной воды, то для этой цели
испарительное охлаждение начало применяться во второй по-
ловине прошлого столетия.
Первыми примитивными типами охладителей циркуляцион-
ной воды были хворостяные градирни и небольшие искус-
ственные водоемы (пруды). Градирни были позаимствованы из
практики добычи соли путем выпаривания воды из соляных
озер. Для выпаривания издавна использовались кучи хворо-
ста, орошавшиеся водой из озера. Позднее, с целью улучшить
омывание поверхности воды воздухом, хворост стали уклады-
вать на расположенные друг над другом «этажеркой» ре-
шетки из прутьев или брусьев. Так как процесс выпаривания
рассолов называют градированием, эти устройства получили
наименование «градиры» или «градирни». Такие градирни и
были впервые применены для охлаждения промышленной
циркуляционной воды.
Быстрое развитие промышленности выдвигало, однако,
такие требования в отношении охладительного эффекта, про-
изводительности и компактности охладителей, которые не
могли быть удовлетворены указанными простейшими устрой-
ствами. Это вызвало появление градирен с вытяжной башней,
первая из которых представляла собой старую вышедшую из
употребления дымовую трубу, в нижней части которой было
помещено оросительное устройство из хвороста. Затем
хворост был заменен в градирнях расположенными горизон-
тально металлическими сетками, решетником из деревянных
брусков или лотков и были созданы первые пленочные кон-
струкции с оросительным устройством из вертикальных
металлических сеток или уложенных рядами друг над другом
металлических колец; для подачи воздуха в оросительное
устройство были использованы вентиляторы. С целью улучше-
ния охладительного эффекта прудов начали применяться соп-
§ 4-1 J
Классификация охладителей
163
ла, разбрызгивающие поступающую воду. В течение сравни-
тельно короткого промежутка времени, в 80-х и 90-х годах
XIX в., появились почти все основные типы охладителей
циркуляционной воды, применяющиеся и в настоящее время.
За прошедшие с тех пор более чем 50 лет охладители под-
вергались дальнейшему совершенствованию, и- количество раз-
нообразных их конструкций сейчас очень велико.
Большая работа по улучшению и созданию оригинальных
конструкций охладителей была проделана в СССР рядом про-
ектных и исследовательских организаций, разработавших водо-
охлаждающие устройства, обладающие существенными пре-
имуществами со строительной точки зрения и высокими эко-
номическими показателями.
Как было показано в первой части настоящей книги, усло-
вия для теплообмена при испарительном охлаждении тем
благоприятнее, че?л больше свободная поверхность воды и чем
больше количество и скорость воздуха, омывающего эту
поверхность. Способы, которыми достигаются увеличение
поверхности охлаждаемой воды и интенсивное омывание ее
воздухом, могут быть положены в основу классификации су-
ществующих типов охладителей.
Различные способы увеличения свободной поверхности во-
ды — создание большого зеркала водоема, разбрызгивание
соплами или в решетнике, образование водяной пленки —уже
описывались выше, причем было показано, что эти способы
различаются между собой не только величиной создаваемой
поверхности охлаждения; разная форма этой поверхности и
иные условия для обтекания ее воздухом также существенно
отражаются на охладительном эффекте.
Охладители, снабженные разбрызгивающими соплами,
называют брыз га льны м и, а имеющие оросительное
устройство (решетник, плоские щиты или др.) — в зависимо-
сти от его типа капельными или пленочными. При
сочетании сопел с решетником или последнего со щитами для
образования водяной пленки охладители называют комби-
нированными.
По способу подвода атмосферного воздуха к поверхности
воды охладители разделяются на следующие группы: о т к р ы-
тые илн атмосферные охладители, в которых исполь-
зуются только естественные токи воздуха — ветер и отчасти
естественная конвекция; башенные охладители, в которых
тяга воздуха создается искусственным путем при помощи
высокой вытяжной башни; вентиляторные охладители,
снабженные нагнетательными или отсасывающими вентилято-
рами для создания побудительного движения воздуха, и охла-
дители со смешанной тягой, в которых сочетается
применение вытяжной башни и вентиляторов.
11*
104 Типы и конструкции охладителей [ гл. 4
В соответствии со сказанным все основные типы охлади-
телей могут быть распределены следующим образом:
I. Открытые охладители
1. Охлаждающие пруды.
2. Брызгальные бассейны.
3. Открытые брызгальные градирни.
4. Открытые капельные градирни.
5. Открытые комбинированные градирни (с соплами и
решетником).
II. Башенные охладители
1. Башенные брызгальные градирни.
2. Башенные капельные градирни.
3. Башенные пленочные градирни.
4. Башенные комбинированные (капельно-пленочные) гра-
дирни.
III. Вентиляторные охладители
1. Вентиляторные брызгальные градирни.
2. Вентиляторные капельные градирни.
3. Вентиляторные пленочные градирни.
4. Вентиляторные комбинированные градирни.
IV. Смешанные охладители
Капельные градирни со смешанной тягой.
Различные способы создания развитой поверхности воды
и подачи свежего воздуха применяются, как видно из при-
веденного перечня, в разнообразных сочетаниях. Но некото-
рые из возможных сочетаний, например открытый охладитель
с оросительным устройством пленочного типа, оказываются
практически нецелесообразными и поэтому не применяются.
К отмеченным главным признакам охладителей могут до-
бавлятся и некоторые другие, из которых укажем на направ-
ление движения воздуха по отношению к основному направле-
нию движения воды. В охлаждающих прудах оно меняется
в зависимости от направления ветра, тогда как в других
открытых охладителях, как правило, имеет место поперечный
ток воздуха. Башенные и вентиляторные градирни разделя-
ются по этому признаку на противоточные, поперечноточные
и поперечно-противоточные.
4-2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОХЛАДИТЕЛЕЙ (ОСНОВНЫЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ)
Прежде чем перейти к описанию конструкций охладителей,
рассмотрим основные показатели, которыми характеризу-
§ 4-2] Характеристики охладителей
ю ге я их производительность и обеспечиваемый ими охлади-
тельный эффект.
Основным показателем тепловой работы водоохлаждаю-
щего устройства является температура охлажденной воды,
поступающей 'к потребителю. Но эта температура зависит от
большого числа факторов, и для правильной оценки работы
охладителя необходимо достаточно полно определить условия,
к которым относится указываемая температура воды, а имен-
но нагрузку охладителя и метеорологические условия.
Различают гидравлическую нагрузку !охладителя,
представляющую собой количество Ож охлаждаемой воды,
и тепловую нагрузку, т. е. количество отдаваемого этой во-
дой тепла (ккал/час):
Q = [<Ъ h - - G„ )/2] • 103 ож (tl - у • 103=. д I. юз,
(4-1)
где Ом,— количество охлаждаемой воды, mJ час;
Ga — количество испарившейся воды, mJ час;
tx— температура поступающей воды, °C;
—температура охлажденной воды, °C;
—и — перепад температур воды, °C.
Гидравлическую нагрузку охладителя, а также количество
испарившейся воды, чаще принято выражать в .и3/ч«с. Это
не вносит изменений в формулу (4-1), поскольку удельный вес
воды, мало отличающийся от 1 г/ж3, может быть в ней опущен
так же, как опущено и значение теплоемкости воды.
Расчетную гидравлическую нафузку охладителя иногда
называют его «номинальной производительностью» (по1 воде).
Часто оказывается более удобным рассматривать удель-
ные значения указанных величин, отнесенные к единице пло-
щади Го> занимаемой охладителем. Если вокруг охладителя
имеется защитная зона, жалюзийное ограждение илй воздуш-
ный коридор, занимаемая ими площадь, как правило, не при-
нимается во внимание и под Го понимают «активную» пло-
щадь охладителя.
Удельную гидравлическую нагрузку
0
q-zzz.-p-м31м2 час, или м)час (4-2)
называют плотностью орошения или плотностью
дождя, иногда также высотой орошения или высотой дождя.
Для охлаждающих .прудов чаще применяют обратную
величину, т. е. величину площади активной зоны, приходя-
щуюся на единицу количества охлаждаемой воды, называе-
мую удельной площадью активной зоны. Послед-
нюю относят обычно к суточному количеству охлаждае-
166
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
мой воды. .Обозначая удельную площадь активной зоны
через }уд и понимая под Сж средний часовой расход воды,
имеем:
fyd (4“3)
где Го есть в данном случае полная площадь активной зоны.
Удельная тепловая нагрузка охладителя составляет:
— /скал/м2 час. (4-4)
Перепад температур воды Д/ называют также шириной
зоны охлаждения или просто зоной охлаждения.
Когда в замкнутой (оборотной) системе установлен один
охладитель, зона охлаждения М зависит только от количе-
ства тепла, передаваемого воде в рабочем аппарате (конден-
саторе, цилиндре двигателя или др.), и количества циркули-
рующей в системе воды. Она определяется при установив-
шемся состоянии системы зависимостью
(4-5)
и характеризует лишь условия, но не качество работы
охладителя.
При известном GyK или q зона охлаждения Д/ характери-
зует тепловую нагрузку охладителя и может задаваться
вместо величины Q или q-^t.
Чтобы пояснить последнее, рассмотрим работу охладите-
ля в начальный период после пуска системы. В момент пу-
ска рабочего аппарата в пего поступает холодная вода с
температурой 4 и выходит из него с температурой ==
= /'4-Д/. Пусть при температуре поступающей в него воды ,
4 охладитель не может обеспечить перепада температур
Д7, т. е. отвода всего воспринятого в рабочем аппарате
тепла Q — бы.• А/• Ю:\ Тогда из охладителя вода выйдет уже с
температурой более высокой, чем 4 , и, пройдя через рабо-
чий аппарат, вновь поступит в охладитель с температурой
также более высокой, чем t[. Повышение температуры посту-
пившей в охладитель воды приведет к увеличению количе-
ства отдаваемого в нем водой тепла. До тех пор, пока пос-
леднее не уравняется с количеством тепла, воспринимаемым
водой в рабочем аппарате, нарастание ее температур будет
продолжаться и прекратится лишь после того, как перепад
температур воды в охладителе достигнет значения Д/, опре-
§4-2 J Характеристики охладителей 167
деляющегося равенством (4-5). Чем лучше работает охлади-
тель, тем ниже будут температуры воды ix и Л, при которых
установится это равновесие.
Совершенство работы охладителя как теплообменного ап-
парата можно характеризовать отвечающей заданным усло-
виям величиной высоты зоны охлаждения, под кото-
рой понимают разность /2— s где т — теоретический пре-
дел охлаждения, определяющийся состоянием наружного воз-
духа. Высота зоны охлаждения показывает степень прибли-
жения температуры охлажденной воды к теоретическому
пределу охлаждения.
Когда охладителей несколько и они включены параллель-
но, равенство (4-5) определяет лишь среднее значение Д/ для
всей группы охладителей, в отдельных же из них могут иметь
место различные перепады температур воды,« поскольку в
более совершенных охладителях при том же tx температура
охлажденной воды будет ближе к пределу охлаждения \
чем в хуже .работающих охладителях. Поэтому распределе-
ние тепловой нагрузки между охладителями будет опреде-
ляться не только распределением между ними всего коли-
чества воды, но также и соответствующими значениями
зависящими от качества работы отдельных охладителей.
Для оценки качества работы охладителя иногда пользу-
ются величиной коэффициента совершенства или
эффективности -у], представляющего собой отношение
действительной ширины зоны охлаждения к ее значению при
охлаждении воды от той же начальной температуры до те-
оретического предела, т. е.
Был также предложен ряд аналогичных коэффициентов,
отличающихся от приведенного заменой температур воды со-
ответствующими теплосодержаниями воздуха или определяю-
щихся еще более сложно, но они не получили практического
применения^ Коэффициент и другие предлагавшиеся коэф-
фициенты зависят помимо конструкции охладителя от всех
факторов, определяющих режим его работы, меняясь в до-
вольно широких пределах, и не имеют существенных пре-
имуществ в отношении полноты оценки охладительного эф-
фекта перед более наглядной и отчетливой по физическому
смыслу величиной высоты зоны охлаждения — т.
Температура охлажденной воды или высота зоны охлаж-
дения .при данных метеорологических условиях могут быть
для одного и того же охладителя различными в зависимости
ют удельной тепловой и гидравлической нагрузки, т. е. от
168
Типы и конструкции охладителей
[ гЛ.. 4'
перепада температур воды &Z и плотности орошения q. По-
этому для правильного сопоставления между собой значений.
t2 или 4— г, относящихся к однотипным охладителям, срав-
нение должно вестись для одинаковых Л/, q и -с, а если
охладители открытые, то и для одинаковых скоростей ветра-ж
Если же сравниваются разнотипные охладители, то должны
быть одинаковыми Д/, и w, но плотности орошения могут
быть различными и выбираться для каждого из типов охла-
дителей, либо исходя из принятой практики, либо как эконо-
Фиг. 4-1. Кривая охлажде-
ния.
е.
мически наивыгоднейшие, либо по
какому-либо иному признаку.
Широкое распространение полу-
чило графическое изображение за-
висимости между величинами, ха-
рактеризующими тепловую работу
охладителя. Наиболее часто при-
меняются так называемые кри-
вые охлаждения, показываю-
щие зависимость температуры ох-
лажденной воды 4 от температуры
влажного термометра или предела-
охлаждения (фиг. 4-1). Как правило,
температура 4 при прочих неиз- -
менных условиях тем ближе к
пределу охлаждения чем выше
значение последнего, т. е. летом
4—т меньше, чем зимой.
Каждая кривая охлаждения относится к определенной
тепловой и гидравлической нагрузке охладителя (AZ и q\ а
для охладителей открытого типа или вентиляторных также
к определенной скорости ветра или скорости воздуха в оро-
сителе. Выяснение зависимости температуры охлажденной
воды от возможных колебаний всех этих параметров потре-
бовало бы наличия для данного охладителя большого числа
кривых охлаждения, пользование которыми было бы неудоб-
ным. Поэтому кривые охлаждения дополняются иногда кри-
выми поправок на изменение того или иного параметра или
же применяются более сложные графики типа цомограмм.
Использование в качестве единственной величины, харак-
теризующей состояние наружного воздуха, температуры
влажного термометра не является вполне строгим. Когда
интенсивность испарительного охлаждения зависит от есте-
ственной конвекции или тяги, создаваемой вытяжной башней,,
охладительный эффект при том же значении несколько
ухудшается с увеличением психрометрической разности О —
= &—так как при этом становится меньшим изменение
удельного веса воздуха при одинаковом изменении его тепло-
содержания. Влияние психрометрической разности отража-

§ 4-3
Охлаждающие пруды
169
ется особенно заметно на работе башенных градирен \ Сильно
пониженное барометрическое давление в высокогорных мест-
ностях также несколько снижает охладительный эффект.
Некоторые данные об охладительном эффекте будут при-
ведены при описании различных типов охладителей, а более
подробные данные — в главе об их тепловом расчете.
Полная оценка охладителей не может, конечно, основы-
ваться только на показателях их тепловой работы, а требует
более широкого технико-экономического сравнения их между
собой.
4-3. ОХЛАЖДАЮЩИЕ ПРУДЫ
В качестве охлаждающих прудов используются как есте-
ственные, так и искусственные водоемы. Bi первом случае во-
да охлаждается в естественном пруде или озере, а иногда и
в системе озер, соединенных, между собой. Во втором случае
для охлаждения служит специально сооруженный искус-
ственный бассейн или пруд, образованный путем перегар-ажи-
вания плотиной'русла реки, дебит которой недостаточен для
осуществления прямоточного водоснабжения.
Когда для отвода большого количества тепла используется
несколько близлежащих естественных озер или в дополнение
к существующему озеру строится одно, или несколько искус-
ственных, отдельные озера соединяются между собой при
помощи каналов и водосливов таким образом, чтобы вода
проходила через них последовательно (фиг. 4-2). Это обеспе-
чивает обычно лучшее использование поверхности воды.
Искусственные бассейны применяются для отвода
сравнительно небольших количеств тепла, примерно до
200 000 ккал}час, что требует зеркала воды площадью до
800—1 000 м1 2. Такие бассейны должны иметь одежду для
обеспечения устойчивости и водонепроницаемости стенок и
дна. Они выполняются в виде круглых или прямоугольных
открытых железобетонных резервуаров, расположенных в
выемке э. Сейчас искусственные бассейны редко применяются
для охлаждения воды вследствие их высокой стоимости и
больших размеров площади, необходимой для нх размещения.
Шире распространены крупные искусственные пруды-водо-
хранилища на реках, совмещающие большей частью функции
1 Экспериментальному исследований) влияния психрометрической
разности на работу башенных градирен у нас были посвящены работы
А. Н. А р е ф ь е в а („Известия ВТИ", 1933, №7, стр. 32), за границей—ра-
боты Ланга (WSrme, Bd 55, 1932, № 1 и 2; „Энергетическое обозрение^
вып, теплотехнический, 1933, № 2, стр. 37). Вопрос о влиянии психроме-
трической разности на работу других охладителей еще мало изучен.
3 См, П. А. Остряков, Водоохлаждающие устройства мощных
радиостанций, Связьтехиздат, 1937,
170
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
охладителя и регулятора стока реки. Пруд должен обеспечить
в этом случае запас воды, необходимый для нормальной ра-
боты системы водоснабжения, но в то же время срабатывание
запаса воды не должно приводить к недопустим ому уменьше-
нию поверхности охлаждения в маловодный период. Это тре-
бует выбора отметок пруда на основе детальных водохозяй-
ственных расчетов. Если естественный приток оказывается в
некоторые периоды недостаточным для восполнения убыли
воды в пруду, а возможность срабатывания имеющегося за-
Фиг. 4-2. План электростанции с системой охлаждающих прудов (озер).
паса воды ограничена условиями охлаждения, иногда соору-
жают еще выше охлаждающего пруда дополнительное водо-
хранилище специально для регулирования стока реки. Более
редко применяется для пополнения пруда подкачка в него
воды из другой расположенной поблизости реки.
Среднюю глубину пруда выбирают, по возможности, не
менее 1,5—2 л# и не более 3 м. При слишком малой глубине
пруд сильнее подвержен зарастанию и емкость его недо-
статочна для желательного обычно выравнивания суточ-
ных колебаний температур воды, а при большой глубине удо-
рожаются гидротехнические сооружения и уменьшается
активная поверхность из-за сужения транзитной струи.
Имеющиеся наблюдения показывают, что циркуляционный
поток не распространяется обычно глубже 3 .к, вследствие
§ 4-3 ]
Охлаждающие пруды
171
чего нецелесообразно без особой необходимости превосходить
эту глубину.
Вследствие указанного ограничения глубины воды для
образования искусственных прудов-водохранилищ на реках
применяются относительно невысокие плотины (иногда до
14—15 я). Длина плотины зависит от местных условий и до-
стигает 1—2 км, Плотина должна иметь водоспуск, обеспечи-
вающий пропуск максимальных расходов воды в реке.
Форма пруда-водохранилища в плане и изменение объема
зд поверхности воды в нем при колебаниях ее горизонта зави-
Фиг. 4-3, Искусственные пруды-водохранилища,
1— плотина; 2 —забор охлажденной воды; .? -еброс теплой
воды; 4—перепускной канал (зимний сброс); о—сброс воды
из пруда; б—транзитный поток (заштрихован).
'сят от рельефа местности. Последним определяется в значи-
тельной мере и выбираемая схема циркуляции воды.
Более высокий коэффициент использования поверхности
.воды достигается при вытянутой, постепенно расширяющейся
в направлении течения форме пруда и сбросе теплой воды
в верхнюю, узкую его часть (фиг. 4-3,а). Если сток реки, пи-
тающей пруд, значителен и избыток воды сбрасывается через
плотину в нижний бьеф, осуществление циркуляции по такой
схеме обеспечивает более низкую температуру воды также и
за счет частичного использования прямоточного охлаждения.
Условия для охлаждения воды более благоприятны, когда
узкий и длинный пруд оказывается расположенным таким
-образом, что господствующий летом ветер направлен нор-
мально к направлению течения воды, благодаря чему путь
воздуха над водой невелик. Расположение пруда полностью
определяется, однако, местными условиями и не может быть
произвольно выбрано при проектировании, как это можно,
например, делать для искусственных бассейнов.
172
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
Стрдераспределительная стенка S устье канала
Деревянная струераспредеяителъная стенка
Фцг. 4-4. Струераспределительные сооружения.
Местные условия часто вынуждают также осуществлять
сброс теплой воды в нижнюю часть пруда, а водозабор осу-
ществлять из верхней его части (фиг. 4-3,6).
Обеспечение эффективного использования зеркала пруда
для целей охлаждения воды является одной из основных за-
дач при его проектировании. Исследования, проведенные в
свое время сектором прудового хозяйства Северо-западного
(ныне Ленинградского) отделения Теплоэлектропрсекта (инж.
А. А. Петров, Н. М. Вернадский и др>), позволили разработать
ряд мероприятий, улучшающих работу охлаждающих прудов1.
1 Помимо цитированной выше работы Вернадского и Проскурякова
эти исследования описаны в „Сборниках по вопросам прудового хозяй-
ства электростанций“ под ред. С. В. Григорьева и А, А. Петрова, издан-
ных в 1933 н 1935 гг.
£ 4-3 ]
Охлаждающие пруды
173
При неблагоприятной форме пруда увеличение его актив-
ной поверхности достигается в основном двумя способами:
-а) увеличением общей площади пруда, расположенной между
водосбросом и водозабором, и б) улучшением использования
зеркала пруда за счет увеличения длины и ширины транзит-
ной струи.
Тд-эке при наличии
сменяй
Для увеличения об-
щей площади зеркала
пруда точки сброса и
забора воды распола-
гаются на возможно
большем расстоянии
друг от друга, а в слу-
чае необходимости при-
нимается более высо-
кая отметка воды в
пруду. Кроме того, для
улучшения использова-
ния зеркала пруда при-
меняются так называе-
мые «струер аспредели-
тельные» и «струена-
правляющие» сооруже-
ния.
Струераспреде-
,л и т е л ь н ы е соору-
жения служат для уве-
личения ширины
транзитной струи. Они
представляют собой во-
досливы или стенки со
щелью, расположенной
ниже горизонта воды
(фиг. 4-4). Более про-
стым и дешевым реше-
нием является установ-
ка струер аспредели-
тельной стенки непосредственно в конце расширяющейся части
открытого сбросного канала (фиг. 4-5,а). Струераспредели-
тельные стенки-переборки, пересекающие пруд от одного бе-
рега к другому (фиг. 4-5,6), требуют принятия мер для про-
пуска паводка, предотвращения ледовых затруднений и вы-
полнения ряда других требований водного хозяйства, что вле-
чет за собой усложнение и удорожание их конструкции.
Если возможны большие и быстро нарастающие паводоч-
ные расходы воды, устройство стенок, расположенных поперек
пруда, не рекомендуется, так как при обычных конструкциях
Фиг, 4-5. Схемы расположения струсрас-
пределительных стенок в пруду.
1—сбросной канал теплой воды; 2—струераспреде-
лате ль на я стенка.
174 Типы и конструкции охладителей [гл. 4
они не могут быть быстро разобраны для своевременного
предохранения их от разрушения в периоды паводков*
Ширина щели в струераспределительной стенке опреде-
ляется из условия, чтобы разность горизонтов верхнего и ниж-
него бьефов не превосходила 5—10 см.
Увеличение ширины транзитной струи достигается иногда
и другими способами, например путем устройства над поверх-
ностью воды в пруду деревянного лотка, являющегося про-
должением сбросного канала и пересекающего пруд от одного
берега до другого. Выпуск поступающей'воды из лотка в пруд
производится через расположенные на равных расстояниях по>
его длине отверстия в обоих бортах, что обеспечивает’ как га-
шение энергии потока, так и равномерное распределение воды
по всей ширине пруда.
Во избежание сужения потока при подходе к плотине с
узким проемом для воды, сбрасываемой в нижний бьеф,
устраивают или несколько проемов по длине плотины, и/ш в
теле последней укладывают равномерно распределенные по ее
длине трубы.
Струенаправляющие сооружения предназначены
для увеличения длины транзитной струи. Они выполняются
в зависимости от местных условий в виде дамб или стенок,
расположенных между водосбросом и водозабором таким об-
разом, что удлиняется путь воды в пруду, благодаря чему
увеличивается и активная площадь зеркала пруда (фиг. 4-6).
Дамбы могут строиться из земляных или песчаных грунтов-
(иногда шлаков) или каменной наброски. Дамбы из камен-
ной наброски обычно дороги и применяются редко, преиму-
щественно в случаях уже наполненных прудов, когда земляные
дамбы не могут быть осуществлены, или при наличии доста-
точного количества местного дешевого камня.
Ширина дамбы по гребню выбирается, исходя из условия
производства работ и эксплоатации, в пределах 2—4 м, от-
косы принимаются в зависимости от угла естественного откоса
тела дамбы под водой от 1 : 2 до 1:3 (для камня 1 : 1). В пре-
делах колебаний горизонтов воды в пруду откосы земляной
дамбы крепятся каменной отмосткой (фиг. 4-7). Принимаемое
превышение гребня дамбы над максимальным горизонтом во-
ды зависит от наибольшей протяженности пруда (в направле-
нии, перпендикулярном оси дамбы), определяющей возможную
высоту волны (фиг. 4-8)* Так как струенаправляющие дамбы
являются безнапорными, они не требуют обычно подготовки
основания под них.
Деревянные струенаправляющие стенки выполняются в ви-
де однорядного шпунта при глубине пруда до 1—1,5 м или
в виде двух рядов шпунта с засыпкой между ними грунта,
шлака, торфа или другого материала при глубине пруда до

176
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
3—3,5 ж (фиг. 4-7). На глубоких участках или при скалистом
дне, не допускающем забивки свай, применяются деревянные
струенаправляющие стенки, установленные па затопленном
гребне дамб, подобно тому, как это показано для стр уер аг-
оре делительной стенки на фиг, 4-4 снизу.
Земляная дамба
Фиг, 4-7. Струснаправляющие сооружения.
Правильный выбор расположения струенаправляющих со-
оружений является довольно сложной задачей, тем более, что
в каждом отдельном случае ее приходится решать для новых
условий. При ошибочном же размещении дамб или стенок они
могут оказаться в лучшем случае неэффективными, а в худ-
шем—даже уменьшить активную поверхность пруда. Учитьь
вая довольно высокую стоимость этих сооружений, а в особен-
ности сложность н дороговизну всяких переделок при уже
заполненном пруде, ооычно рекомендуется производить пред-
варительную проверку намечаемого их расположения путем
построения плана течений или опытов на модели. Из сказан-
ного ранее в § 3-1 следует, что второй путь является значи-
тельно более надежным, и .моделирование надо считать необ-
ходимым при проектировании большей части крупных прудов.
§ 4-3]
Охлаждающие пруды
Фиг. 4-8. Превышение гребня
над максимальным горизонтом
пруду (Д/z) в зависимости от
дамоы
воды в
длины
Наряду с удовлетворением основного требования — созда-
ния достаточной активной поверхности воды — пруд должен
удовлетворять и ряду других требований, связанных с обеспе-
чением длительной надежной и бесперебойной работы систе-
мы циркуляционного водоснабжения.
Прежде всего уже при проектировании и сооружении пру-
да должны быть предусмотрены меры по борьбе с его заиле-
нием и зарастанием. Эти меры заключаются в создании пре-
пятствий для попадания в
планктонной и высшей
водной .. растительности.
Основными мероприятия-
ми этого рода являются:
а) тщательная подго-
товка будущей чаши пру-
да путем очистки ее от ра-
стительности, предметов и
строений, гниение которых
может создавать благо-
приятную питательную
среду для фитопланктона
и болотно-водной расти-
тельности;
б) укрепление путем
мощения, одерновки или
засадки быстро растущим
кустарником берегов, мо-
гущих в дальнейшем под-
вергаться размыву;
в) устройство в случае необходимости отстойников, препят-
ствующих попаданию в пруд водной растительности, торфа и
других наносов из впадающих в него рек или ручьев; соору-
жение фильтрующих дамб в устьях оврагов или других спе-
циальных сооружений, препятствующих выносу в пруд взве-
шенных частиц; осветление воды, сбрасываемой из системы
гидрозолоудаления, а также очистка от золы дымовых газов,
если возможно значительное отложение летучей золы в пруду;
г) обеспечение, глубины береговой полосы пруда не менее
1 м путем углубления дна, засыпки или обвалования мелко-
водий;
д) устройство донного водоспуска г для сброса из пруда
нижних слоев воды, имеющих повышенное содержание орга-
нических примесей, являющихся питательными веществами
для растительности;
1 Устройство донного водоспуска требует большой надежности за-
твора, так как при неисправности последнего возможно аварийное
опорожнение, пруда. По этой причине часто отказываются от устройства
донных водоспусков.
12 Л. Д, Вер ма.ц*
178 Типы и конструкции охладителей [гл. 4
е) создание полосы отчуждения вдоль берегов, по которой
должно быть запрещено вспахивание земли; запрещение сбро-
са в пруд фекально-хозяйственных и других сточных вод, со-
держащих органические примеси, и т. п.
Нужно предусматривать, по возможности, такое располо-
жение поверхностного водосброса плотины, которое позволяло
бы сбрасывать в нижний бьеф воду с массой сильно концерн
трированного в результате нагонного действия ветра планкто-
на и плавающего мусора.
Расположение водозаборного сооружения ' выбирается с
учетом распределения температур воды по глубине пруда.
В летнее время верхние слои воды могут иметь более высокую
температуру благодаря действию солнечной радиации. Но при
умеренных глубинах, в пределах примерно до 3 м, разница в
температурах по глубине обычно невелика, так как ветер пе-
ремешивает воду в пруду. При более значительных глубинах,
встречающихся, главным образом, в случаях использования
естественных озер, вода в нижних, придонных слоях может
быть заметно холоднее. Если это связано с наличием доста-
точно мощных донных источников (ключей), питающих озеро,
то может быть целесообразным осуществление водозабора на
большей глубине.
Забор воды из глубинных слоев, где количество планктона
менее значительно, позволяет также уменьшить трудности,
вызываемые цветением пруда. Нужно, однако, учитывать вы-
сокую стоимость глубинных водозаборов и возможность повы-
шенного солесбдержания в нижних придонных слоях воды.
Водоприемник следует располагать в месте, не подвержен-
ном скоплению нагонного планктона (водорослей) и мусора.
Он снабжается обычно очистными сетками с размером ячеек
от 4 X 4 мм до 10 X Ю мм в зависимости от степени загряз-
ненности воды. При наличии в пруду слабоукрепляющихся
видов водорослей рекомендуется применение вращающихся
сеток. Для предохранения сеток от забивания их в зимнее
время донным льдом или шугой к водоприемнику подводится
по перепускному каналу часть теплой циркуляционной воды.
Сооружение перепускного отводящего канала, позволяю-
щего сбрасывать часть или всю нагретую воду в пруд по уко-
роченному пути, может быть необходимым для обеспечения
бесперебойной работы системы водоснабжения не только в
зимнее вр~емя, но и в периоды паводков, когда повышение
уровня воды в пруду приводит к созданию подпора в главном
отводящем канале. Иногда предусматривается также возмож-
ность при максимальных уровнях воды в пруду сбрасывать
нагретую воду в нижний бьеф.
Устройство нового пруда на реке требует заблаговременно-
го проведения довольно большого комплекса изысканий и
§4-3]
Охлаждающие пруды
179
исследований, а также своевременной подготовки чаши буду-
щего пруда’. Все эти работы, включая и сооружение плоти-
ны, должны быть завершены задолго до вступления вэксплоа-
тацию промышленного предприятия, поскольку заполнение
пруда может потребовать нескольких лет.
Фиг. 4-9. Диапазоны среднемесячных температур охлаждающей воды.
I—прямоточное (речное) водоснабжение; II—-охлаждающие пруды; III—башенные градир,
ни и брызгальные бассейны.
Среднемесячные температуры охлажденной воды для пру-
дов, обслуживающих тепловые электрические станции
(Д/ =8—10°), показаны по данным Л, О. ТЭП на фиг. 4-9.
Для сравнения там же приведены температуры речной воды
и охлажденной воды при градирнях и брызгальных басссейнах.
Как видно из графика, пруды при достаточно большой удель-
ной площади активной зоны обеспечивают, особенно зимой,
более низкие температуры воды, чем другие типы охлади-
телей.
Максимальные температуры воды могут превышать сред-
немесячные на 5—8° С. Колебания температуры воды (8^) в
1 См. ,И. А. Лифанов, Организация чаши водохранилища, Госэнер-
гоиздат, 1946.
12*
180
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
течение суток в зависимости от глубины охлаждающего пру-
да (Ji) составляют для летнего времени, до данным А* А. Пет-
рова \-
h м 0,5 1 2 3
3Z °C 4,5 2,5 1,5 1,0
На фиг.
1 м2, полной
туры воздуха при скорости ветра
4-10 показано количество тепла, отдаваемого с
поверхности пруда, в зависимости от темпера-
2,7 м/сек (на высоте 1,5 м)
и разных значениях сред-
ней температуры воды
Фиг, 4-10. Количество тепла, отдаваемого
с единицы поверхности охлаждающего
пруда при различных температурах
воды и воздуха (скорость ветра 2,7 м/сек)
t ср^ Эти данные,
полученные в результате
наблюдений на. ряде дей-
ствующих прудов 2, недо-
статочно полны, в частно-
сти состояние воздуха
характеризуется в них
только температурой по
сухому термометру, и их
нельзя распространять на
любые условия, но они
дают в общем правильное
представление об исполь-
зовании поверхности пру-
дов,
В СССР имеется до-
вольно большое число
действующих прудов; пло-
щадь зеркала наиболее
крупных из них достигает
1,2—1,5 млн. л/2. Стои-
мость устройства прудов сильно зависит от местных условий
н дать для них какие-либо общие технико-эконо'мические по-
казатели нс представляется возможным. Обычно оборотная
система водоснабжения с искусственным охлаждающим пру-
дом требует больших капитальных затрат, чем система с брыз-
гальным бассейном или градирнями.
При расположении сооружений или дорог вблизи пруда
необходимо считаться с возможностью интенсивного тумано-
образования в зимнее время. Туман может распространяться
примерно на 200 м от пруда в направлении ветра.
1 В. Н. Покровский, , Электрическис станции", 1944, №3, стр, 13.
3 Power, 1936, № 3, р. 142.
§ 4-4 j
Брызгальные бассейны
181
4-4. БРЫЗГАЛЬНЫЕ БАССЕЙНЫ
Брызгальные бассейны, как и охлаждающие пруды, пред-
ставляют собой естественные или искусственные открытые
водоемы, но вода подается в них не непосредственно, а через
систему разбрызгивающих сопел, расположенных над поверх-
ностью воды в бассейне (фиг. 4-11). Охлаждение воды в са-
мом бассейне, играет при этом уже незначительную роль
сравнительно с охлаждением капель, образующихся при раз-
Фиг. 4-11. Брызгальный бассейн.
J -подвод теплой воды; 2—распределительные трубопроводы; 3—пучки сопел; 4- опорные
столбики; о— водосборн бЗСССЙ!!,' ^-^6>ТВОД ОЛЛЯЖДСНИЛЙ ВОДЫ ЛЯ
брызгиваиии воды соплами. Подвод свежего воздуха к поверх-
ности воды происходит благодаря ветру и естественной кон-
векции, а отчасти и вследствие эжектирующего действия водя-
ных струй.
Разбрызгивающие сопла устанавливаются иногда над зер-
калом иску сственп ого охл ажд а гот. него пруда - в одо хр анил ища
(со стороны водозабора) для дополнительного охлаждения
воды в летнее время или над естественным озером, если по-
верхность последнего не обеспечивает достаточного охлажде-
ния воды.. Однако, большей частью брызгальный бассейн
представляет собой самостоятельное сооружение, состоящее
182 Типы и конструкции охладителей [гл. 4
из сети распределительных трубопроводов с разбрызгиваю- j
щими соплами и искусственного бассейна, играющего здесь
роль водосборного резервуара. !
/ Малые брызгальные бассейны выполняются в плане круг-
р лыми или прямоугольными. Такие бассейны производитель- ?
г ностью до 500 м^час с числом сопел примерно до 50 шт. рас- \
| полагаются иногда (например, в холодильных установках) ;
выше уровня земли на специальном деревянном шатре, устро- k '
сыном над оросительным конденсатором, или на крыше произ-
Расширенные бездушные коридоры
1 секция И секция
Фиг. 4-12. План двухсекционного брызгального бассейна.
Бедственного здания. Для уменьшения уноса воды ветром они'
окружаются при этом жалюзийным ограждением высотой
3—3,5 ля, выполненным из досок шириной 15 ши, расположен-
ных горизонтально по длине и наклоненных широкой гранью
в сторону бассейна под углом 45° к горизонтали. Когда, бас-
сейн расположен на уровне земли или в выемке, что встре-
чается значительно чаще, жалюзи не применяются, так как
они понижают охладительный эффект брызгального бассейна.
При средних или больших размерах брызгального бассейна
ему придается в плане форма вытянутого прямоугольника
(фиг. 4-12). Длинная ось такого бассейна располагается, по
возможности, нормально к направлению господствующего
летом ветра. При устойчивом по направлению ветре и пра-
$ 4-4]

Брызгальные бассейны
183
сильно ориентированном относительно направления ветра
•брызгальном бассейне длина последнего может быть очень
большой и достигает на практике нескольких cdr метров. Но
активная (т. с. не считая защитных зон) ширина бассейна
в направлении господствующего ветра должна составлять не
более 40—50 я, так как в противном случае41 доступ свежего
Фиг. 4-13. Поперечный разрез брызгального бассейна,
—бетонные плиты; 2- крупный песок; 2а -щебень или галька; 3—мятая г липа; 4—желез*
мне опоры под распределительные трубы: S—роликовые опоры; б—распределительные
трубы; 7--соплодержа1ели; <У—разбрызгивающие сопла-
7 секций
И секций
Фиг. 4-14. Схема распределительных трубопроводов с секционными цен-
тральными коллекторами.
воздуха к расположенным с подветренной стороны водяным
факелам сильно затрудняется и охладительный эффект оказы-
вается здесь недостаточно высоким.
Сопла устанавливаются выходными отверстиями кверху1
на высоте 1,5—2 я, а при расположении .малого бассейна на
1 Нам известна из литературы лишь одна установка (электростанция
Логэн в США), где сопла, расположенные над руслом реки на высоте
около 7,5 м от уровня воды, обращены выходными отверстиями книзу,
В обычных условиях такое расположение сопел едва ли целесообразно,
так как значительный h »дъем сопел связан или с необходимостью уве-
личения напора, создаваемого циркуляционными насосами, или же с
ухудшением распиливания воды из-за уменьшения рабочего напора перед
соплами.

§ 4-4]
Брызгальные бассейны
185
крыше — на высоте 0,6 м от нормального горизонта водр! в
бассейне (фиг. 4-13). Сопла непосредственно или сошюдержа-
тели присоединяются к распределительным трубопроводам,
проложенным через определенные интервалы параллельно,
друг другу. В больших установках распределительные трубо-
проводы присоединяются к общему коллектору, расположен-
ному вдоль одной из длинных сторон бассейна, а иногда по-
средине бассейна вдоль его длинной оси (фиг. 4-14). По длине
каждого трубопровода сопла распределяются равномерно по^
Фиг. 4-16. Тангенциальные сопла.
а - эвольиенгнее; б -Спреко.
Лакатос [поднимающееся) дно
одному или пучками по 3—6 шт. в зависимости от производи-
тельности единичного сопла.
Для облегчения доступа воздуха к поверхности воды при
направлениях ветра, отклоняющихся от направления нормаль-
ного к длинной оси бассейна, между отдельными группами
распределительных трубопроводов оставляются более широ-
кие проходы для воздуха — расширенные воздушные кори-,
доры (фиг. 4-12).
С о п л а применяются в брызгальных бассейнах преимуще-
ственно центробежные (винтовые и тангенциальные), иногда
щелевые и ударные. Конструкции сопел различных типов по-
казаны на фиг. 4-15—4-19, производительность сопел в зави-
симости от рабочего напора воды — на фиг. 4-20. Конструк-
тивные различия сопел одного типа часто обуславливаются.
186
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
лишь патентными соображениями и не являются существен-
ными. Это относится, например, к конструкциям тангенциаль-
ных сопел, показанным на фиг. 4-16 и 4-17. Несмотря на
различное их внешнее оформление, эти сбила при соответ-
ствующем подборе основных геометрических размеров (гео-
Разрез по СВ
Фиг. 4-17. Тангенциальное сопло Марли.
метрической характеристики) можно считать .практически
равноценными.
Существенным преимуществом сопел тангенциального типа*
является меньшая подверженность их засорению. При при-
нятых в настоящее время размерах они имеют сравнительно
с винтовыми соплами более низкий коэффициент расхода,
вследствие чего при тех же диаметрах выходных отверстий и
одинаковых напорах их производительность ниже, чем винто-
вых сопел. Но при невполне чистой воде коэффициент расхода
§ 4-4]
Брызгальные бассейны
187
винтовых сопел в условиях эксплоатзции значительно сни-
жается из-за загрязнений и их производительность падает.
Центробежные сопла требуют тщательного изготовления
отливок и хорошей обработки. Они делаются обычно из брон-
зы, а в последние годы изготовляются У нас также из чугу-
SokoBuQ Sud Развертка tinodiacnio
Фиг. 4-18. Щелевое сопло Петр08'1 (П-16).
па и стали. Чугунные сопла долговечнее стальных,jio нс допус-
кают хорошей обработки внутренних поверхностей.
В СССР довольно широкое распростРанение получило
очень простое в изготовлении щелевое сопло типа .П-16, пред-
ложенное инж. А. А. Петровым. Оно изготовляется из тазовой
трубы диаметром 50 мм (фиг. 4-18). В верхней части отрезка
трубы делаются клинообразные вырезь?» и оставшиеся зубиы
188
Типы и конструкции охладителей
I гл. 4
загибаются к оси трубы. При этом вверху сопла образуется
усеченный конус со щелями по его поверхности и небольшим
круглым отверстием в верхней части. Сопла П-16 обладают
высокой производительностью, что позволяет заметно умень-
шить количество подлежащих установке сопел. Это обстоя-
тельство наряду с простотой конструкции делает их особенно
удобными при необходимости изготовления сопел па месте из
маличных материалов. Щелевые сопла более подвержены за-
сорению сравнительно с соплами других типов. В летнее время
щели могут прочищаться при действующем сопле, в холодное
время чистка сопел требует прекращения подачи воды. Срок
службы железных сопел П-16 менее продолжителен, чем брон-
зовых и чугунных сопел. Из-
за коррозии и износа сопла.
П-16 требуют замены их че-
рез каждые 1—2 года.
Ударные сопла (фиг.
4-19) не-получили у нас ши-,
рокого распространения, хо-
тя вследствие простоты кон-
струкции таких сопел изуче-
ние их работы заслуживает
внимания.
Предлагались конструк-
ции сопел с «дефлекторами»
или «рассекателями», распо-
Фиг. 4-19. Ударное сопло.
лагавшимися снаружи, напротив выходного отверстия корпу-
са, с целью раздробления истекающей струи, но они не оп-
равдали себя, так как даже незначительное нарушение цент-
ровки рассекателя относительно оси выходного отверстия рез-
, ко ухудшало работу сопла.
Сопла крепятся на резьбе. Каждое сопло навинчивается
на прямую или изогнутую трубку-соплодержатель, которая в
' свою очередь укрепляется на резьбе в литой фасонной части,.
• если распределительный трубопровод чугунный, или привари-
вается к распределительному трубопроводу, если он стальной.
Соплодсржатели изготовляются большей частью из труб
диаметром 50 мм. При изготовлении соплодержателей из га-
зовых труб желательна внутренняя их оцинковка. Соцлодср-
жателп должны устанавливаться с уклоном в сторону распре-
делительной трубы, чтобы при выключеш-ш бассейяав зимнее
время они, а также сопла, полностью опорожнялись от воды;
в противном случае замерзание воды может приводить к раз-
рушению соплодержателей и сопел.
На фиг. 4-13 показано линейное расположение сопел в пуч- '
же из 3 шт. и на фиг. 4-21 — радиальное в пучке из 5 шт. При
радиальном расположении сопел небольшой производительно-
сти одно из них устанавливается также в центре пучка. Сопла
§ 4-41
Брызг альвыс б а ссе й н ы
189
типа П-16 устанавливаются по одному на вертикальных ?
стояках (фиг. 4-18). )
Рекомендуемое расположение сопел в пучке и расстояния
между пучками и распределительными трубопроводами указа-
ны в табл. 4-1.
Разбивка сопел должна быть такова, чтобы плотность оро-
шения, отнесенная к активной площади бассейна и к напору
у сопел .5 м вод. ст.,'
не превосходила бы
1,2—1,5 мДм2 час.
Для расширенных
воздушных коридо-
ров расстояние меж-
ду распределитель-
ным и тр у'боп р овод а -
ми увеличивается в
1,3—1,5 раза против
указанного в табл.
4-1. Такне увеличен-
ные коридоры устра-
иваются между
группами из 3—5
распределительных
трубопроводов в
каждой. Если бас-
сейн неблагоприятно
расположен по отно-
шению к направле-
нию господствующе-
го летом ветра, то
целесообразно так-
же устраивать попе-
речные; воздушные
коридоры, увеличи-
вая через определен-
ные интервалы рас-
стояния между пуч-
ками сопел Г| (см. ни-
же фиг. 4-27).
Напор t Н м вод ст
Фиг. 4-20. Гидравлические характеристики
разбрызгивающих сопел.
Рабочий напор воды перед соплами принимается 5—7 м
вод. ст., иногда до 8—10 м вод. ст. Повышение напора при-
водит к улучшению охладительного эффекта и увеличивает
производительность сопел, благодаря чему уменьшается тре-
буемое их количество и сокращаются размеры трубопроводов
и бассейна. По при этом возрастает расход электроэнергии на
циркуляционные насосы и заметно увеличивается унос воды
ветром. Поэтому технико-экономические расчеты не оправды-
2 Н. С. Г л ад у и, «Теплосиловое хозяйство11, 1939, № 6, стр. 42
190
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
Таблица 4-1
Расположение сопел в брызгальном бассейне
Тяп и конструкция сопла Диаметр вход- ного и ВЫХОД- НОГО отвер- стия, мм Число сопел в пучке, шт. Расположе- ние сопел в пучке | Расстояние между сопла- | ми н пучке1, -и Расстояние между пучка- ми й, м Расстояние между распре-1 ? делительными- линиями м 1
Винтовые МОТЭП и Кортинг 50/24 и 50/26 50/20 ‘ 3 Линейное 1,5—2,0 3,0—3,5 10—12-
Спрско 11-А . . . 4 — 5 Радиальное 1,2—1,5 4,0—5,0 6—8
Тангенциаль- ные Эвольвентное . . • 50/25,4 5 Радиальное 1,5 4,0 9
Сцреко 38/22 и 50/29 4—5 JJ 1,2 -1,5 4,0—5,0 6-8-
Марли S-2000 50/27 2 Линейное 1,2--2,4* 2,35 8
Щелевое Петрова, П-16 . . — 1 Одиночное ,— 4,0-4,5 8—10
Ударное Фиг. 4-19 .... 50/12,5 X 2 5 Радиальное 1,3—1,4 4,0—4,2 8
1 Для радиальных пучков — расстояние от центра пучка.
* Меняется от пучка к пучку.
вают применения напоров воды, выходящих за указанные
пределы.
Водораспределительная сеть — коллектор и
распределительные линии — выполняется в практике нашего*
строительства преимущественно из стальных труб со сварны-
ми соединениями и сварными фасонными частями; лишь в ме-
стах соединений труб с задвижками применяются фланцы.
В заграничной практике широко используются чугунные тру-
бы и чугунные литые фасонные части.
Общий коллектор устраивается, когда число распредели-
тельных линий больше двух-трех. Теплая вода подводится к
коллектору или примерно на середине его длины или в не-
скольких точках по длине с целью уменьшения его диаметра
и лучшего распределения воды. Коллектор из стальных труб
укладывается на подвижных катковых или скользящих опо-
рах, расположенных на железобетонных опорных столбах или
непосредственно на вертикальной подпорной стенке водосбор-
ного бассейна. Для восприятия температурных деформаций на
коллекторе устанавливаются компенсаторы, преимущественно
линзовые, а для трубопроводов небольшого диаметра иногда
§ 4-4]
Брызгальные бассейны
191
Промежуточный пучок
вид cfaty
Концевой пучок
Фиг. 4-21. Пучок с радиальным расположением.
сопел.
192
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
также сальниковые. Мертвые опоры между компенсаторами
.располагаются в местах ответвлений распределительных труб.
При мпогосекци окном брызгалки ом бассейне на коллекторе
устанавливаются задвижки, позволяющие отключать отдель-
ные секции бассейна, или каждая секция имеет отдельный
коллектор (фиг, 4-14). Иногда коллектор выполняется из же-
лезобетона и укладывается вдоль бассейна под землей.
Фиг. 4-22. Надводное и подводное расположение
распределительных трубопроводов в брызгальном бас-
сейне,
а—расположение с минимальным превышением над уровнем воды;
б—подводное расположение.
, Каждая распределительная труба снабжается задвижкой
• для возможности отключения ее. Распределительные трубо^
проводы могут быть расположены выше или ниже нормаль-
ного горизонта воды в водосборном бассейне (фиг. 4-22); (
При надводном расположении трубопроводов они лежат
на опорных столбиках, выполняемых большей частью из желе-
зобетона (фиг. 4-23). Устройство столбиков, прорезающих дно
бассейна, может приводить к фильтрации воды и потому при-
меняется преимущественно при водонепроницаемых грунтах.,
; При водопроницаемых грунтах рекомендуется установка опор-
/ ных столбиков в гнездах. Применяются также железные или
деревянные опорные конструкции в виде козел, устанавливае-
; мых на дно бассейна (фиг. 4-13). Когда сопла располагаются
- над естественным озером или охлаждающим прудом, распре-
делительные трубопроводы укладываются на деревянные свай-
ные опоры. Опорные столбики надводных трубопроводов для
предохранения их от обмерзания размещаются, по возможно-
сти, в промежутках между пучками сопел таким образом, что-
а—установка стол-
бика е проразкой
дна; б—деталь ба-
шмака (гнезда) дай
опорного стол-
бика, устанавлива-
емою без прорез-
ки дна.
7—слой утрамбо-
ванного щебня
(103 .мл;); 2— запол-
нение БЫ-уТЫМ
грунтом с послой-
ным трамбованием;
3—песчаная подго-
товка (150 jwjh);
4 —бетонные и литы
(120 л*л<); 5—битум-
ный мат по пери-
метру опоры.
Фиг. 4-23. Железобетонные опорные столбики под распределительные
трубопроводы брызгального бассейна.
13 Л. Д, Берман.
]()4 Типы и конструкций охладителей
[гл. 4
§ 4-4]
Брызгальные бассейны
195
бы обеспечивалось интенсивное омывание их водой, или же
выполняются невысокими с минимальным превышением над
горизонтом воды. В последнем случае расстояние от низа тру-
бы до уровня воды в бассейне принимается 0,1—-0,2 ж.
Трубы укладываются на подвижных опорах с катками из •
чугуна или отрезков стальных труб (фиг. 4-24).
Подводное расположение распределительных трубопрово-
дов преследует цель полностью устранить возможность обра-
зования наледей и разрушения опор в зимнее время. В этом
Фиг. 4-24, Подвижная катковая опора со сварными опорными подушками.,
случае трубы укладываются на деревянные подкладки из
брусьев (фиг, 4-25,fl). Во избежание всплывания труб при от-
сутствии в них воды и заполненном бассейне они укрепляются
в нескольких точках по длине на ' невысоких кирпичных
(фиг. 4-25,6) или бетонных столбиках, установленных на дни- -
ще бассейна. 1
Укладка распределительных трубопроводов ниже уровня
воды в бассейне рекомендуется только для районов с особо
суровыми зимами, так как она затрудняет контроль за состоя-
нием трубопроводов и ведет к некоторому подогреву охлаж-
денной воды.
В конце каждой распределительной линии должно уста-
навливаться промывное сопло; торцовый фланец с отверстия-
ми в нижней части или задвижка, позволяющая осуществлять
постоянную промывку трубопровода и избежать застоя и за-
мерзания воды у тупикового конца при работе зимой с малым
расходом воды через сопла. Можно также предусматривать
в конце каждой трубы снизу отверстие диаметром 15—25 мм,
оставляемое всегда открытым. При установке в конце линии
задвижки она может быть использована для опорожнения рас-
пределительного трубопровода в случае его выключения или

Фиг. 4-25. Опоры под распределительные трубопроводы, расположенные
ниже горизонта воды.
а—деревянная опора; б—кирпичная опора; /—деревянный брус; 2 -хомут из полосового
желе и; 3—кладка из клинкерного кирпича на цементном растворе.
для выпуска части воды в холодное время года помимо сопел.
Так как обслуживание задвижки, расположенной на расстоя-
нии 7—8 м от борта бассейна, неудобно, иногда присоединяют
к тупиковому концу распределительного трубопровода дохо-
дящую почти до борта бассейна трубу небольшого диаметра,
13*
196
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 1
Фиг. 4-26. Автоматическое
дренажное устройство.
на конце которой устанавливается задвижка (см., например,
фиг. 4-27). Для уменьшения расхода воды через сопла в зим-
нее время часто устраивают «холостой выпуск» воды у места
присоединения трубопровода к коллектору или в самом кол-
лекторе. Это не исключает, однако, необходимости предусмат-
ривать возможность выпуска воды со стороны тупикового кон-
ца распределительной трубы для ее промывки. Распредели-
тельному трубопроводу дается уклон ОД—0,2% в направлении
к началу или концу в зависимости от того, где находится вы-
пуск для его опорожнения.
Во избежание замерзания воды в трубах и разрывов по-
следних при неожиданных выключениях брызгальяых бассей-
нов в зимнее время иногда при-
меняются устанавливаемые на кон-
цах распределительных труб авто-
матически действующие дренажные
устройства. На фиг. 4-26 показано
подобное устройство, в корпусе ко-
торого расположен стаканообраз-
ный клапан, прижимаемый давлени-
ем воды к седлу. При выключении
брызгального бассейна пружина от-
тягивает клапан кверху и открывает
отверстие для слива воды из трубы.
Диаметры труб распределитель-
ной сети уменьшаются по ходу во-
ды в соответствии с уменьшением
ее количества и выбираются, исхо-
потеря напора воды не превы-
шала определенного предела. Теплоэлектропроект при-
нимает, что разность напоров для наиболее удаленных друг от
друга сопел не должна быть больше 0,3 ч вод. ст., в заграйич-,
ной практике при среднем напоре перед соплами 4—7 л вод. ст.
иногда допускают потерю напора от входа в коллектор до
наиболее удаленного сопла до 1,5—2 м вод. ст., что позволяет
уменьшить диаметры труб, но связано с большой неравномер-
ностью работы сопел.
Участки из труб различных диаметров соединяются с по-
мощью несимметричных конических переходных патрубков
таким образом, чтобы нижние образующие труб находились
на одном уровне. Этим избегается скопление загрязнений в
местах перехода от большего диаметра трубы к меньшему
при промывке распределительного трубопровода, а также
обеспечивается полное опорожнение трубопровода при спуске
из него воды.
В малых бассейнах из соображений уменьшения количества
фасонных частей и упрощения монтажных работ от умень-
шения диаметров труб по ходу воды часто отказываются.
из условия, чтобы
§ 4*4] Брызгальные бассейны 197
Все неутепленные задвижки снабжаются в нижней части
отверстиями с отводами, через которые зимой пропускается
небольшое количество воды во избежание замерзания задви-
жек. Устройство в пределах брызгального бассейна мостиков
для обслуживания арматуры или консолей для съемных слу-
жебных мостиков не допускается, так как они оказываются
очагами для образования в зимнее время наледей.
Водосборный бассейн должен иметь размеры в
плане, достаточные для создания защитной зоны между край-
ними соплами и бортами бассейна шириной около 7 л, а для
районов с сильными ветрами — до 10 м. Устройство защитной
зоны предусматривается с целью уменьшения уноса воды.
Малые брызгальные бассейны, расположенные на крышах
зданий и огражденные жалюзи, не требуют защитной зоны.
Глубина бассейна, если к нему не предъявляются особые
требования в отношении создания запаса воды,'принимается
1,8 :-2 ж, а нормальный рабочий слой воды в нем—1,5 — 1,7 ж.
В некоторых случаях, главным образом при расширении или
реконструкции существующих брызгальных бассейнов, под
частью сопел устраиваются незаглублент^ые водосборные пло-
щадки с уклоном в сторону бассейна (фиг. 4-27).
Бассейн устраивается большей частью в выемке. Борты
бассейна выполняются в виде пологих откосов, реже в виде
вертикальной стенки. Откосы и дно водосборного бассейна
покрываются соответствующей одеждой (фиг. 4-13 и 4-28)
для предохранения их от размыва падающей водой и для
предотвращения в случае водопроницаемых грунтов фильтра-
ции циркуляционной воды.
Выбор типа одежды бассейна сильно зависит от местных
условий, в первую очередь от геологического строения и фи-
зико-механических свойств грунта, а кроме того, от гидро-
геологических условий, рельефа местности, условий сейсмич-
ности и от наличия местных стройматериалов.
При устройстве бассейна в водонепроницаемых грунтах
(глинах и плотных суглинках) рекомендуется одежда в виде
каменной мостовой на песчаной подготовке. Подготовка из
крупного песка или мелкого гравия служит для удобства пла-
нировки дна и откосов и плотной укладки булыжного или
бутового камня. При отсутствии или высокой стоимости камня
он может быть заменен пропитанным битумом и укатанным
крупным 'щебнем или гравием, клинкерным кирпичом или
бетонными плитами. Бетонные плиты выполняются па месте
в клетках размерами примерно 1,5Х1>5 « из досок, постав-
ленных на ребро и остающихся затем в качестве температур-
ных швов.
При водопроницаемых грунтах (песчаных и гравелистых
грунтах и супесях) также применяется одежда из камня или
бетонных плит, но при этом ниже песчаной подготовки укла™
198
Тины и конструкции охладителей
_______________л____л_ г
[гл. i
дывается слой мятой глины толщиной 30—50 см, играющий
роль гидроизоляции. Водонепроницаемость глиняного экрана
при небольших деформациях грунта (осадка, пучение) .не на-
c&v&vi# а-а
“Фиг. 4-27. Брызгальный бассейн с незаглубленными водосборными пло-
щадками под крайними распределительными трубопроводами,
J подвод теплой волы, 2 забор воды из бассейна; 3подвод добавочной воды; 4—отвод
&оды в канализацию, 5-продуи«а; 7—ластовой асфальт толщиной 25 мм; щебеночное
основание (I/O мм).
рушается. Глина при укладке ее тщательно очищается от по-
сторонних предметов и трамбуется слоями не более 10 см.
Устройство глиняного экрана хорошо оправдало себя в
практике нашего строительства и получило'поэтому широкое

200 Типы и конструкции охладителей [ гл. 4
распространение. Необходимо, однако, следить за тем, чтобы
укладка глины не производилась при наружных температурах
ниже 0°, так как в противном случае не обеспечивается доста-
точная плотность гидроизоляционного слоя. При отсутствии
глины может применяться одежда из бетонных плит по подго-
товке из тощего бетона с гидроизоляционной прослойкой из
асфальтовой мастики. Доски, применяющиеся при бетонировке
плит, в этом случае удаляются, а швы заполняются мастикой,.
Асфальтовая мастика составляется из 30% битума (марки III
или IV) и 70% заполнителя (известковый порошок, портланд-
цемент). В качестве облицовочного и гидроизоляционного ма-
териала может быть также использован асфальто-бетон. Под- .
бор состава асфальто-бетона и термического режима приго- с
товления смеси должен производиться в соответствии с пред-
стоящими температурными условиями работы покрытия на
основе лабораторных исследований или имеющегося практи-
ческого опыта. Водонепроницаемость вертикальных железо-
бетонных стенок бассейна достигается нанесением с внутрен-
ней стороны штукатурки на церезитовом молоке.
Особенно жесткие требования в отношении водонепрони-
цаемости одежды брызгального бассейна предъявляются при
макропористых и просадочных (лессовидных) грунтах, так как
фильтрация воды может в этих случаях вызвать как разру-
шение самого бассейна,'так и просадку грунта под другими,,
расположенными поблизости, сооружениями. Два типа одеж-
ды, предложенные Теплоэлектропроектом для бассейнов,,
устраиваемых в лессовидных суглинках, показаны на
фиг. 4-28,в и а. В обоих случаях дно и откосы котлована во
влажном состоянии укатываются катками до получения
уплотненного слоя толщиной не менее 10 см. В конструкции,
показанной на фиг. 4-28,в, на уплотненное основание накла-
дывается экран из разрыхленного жирного суглинка, укаты-
ваемого слоями по 10 см. По экрану укладывается слой из
тощего, бетона, затем битумный слой и бетонные плиты. Во
второй конструкции разрыхленный суглинок обрабатывается
еще черными вяжущими материалами (нагретый каменно-
угольный деготь и битум) в количестве 8—10% от веса сухого
грунта. При лессовидных грунтах применяется также гидро- ’
изоляция из оклеенных материалов, например в виде прослой-
ки из двух слоев рубероида на клебемассе между бетонным
или железобетонным днищем и подготовкой, с устройством'
дренажа основания, предотвращающего возможность подмоч- '
ки грунтов.
Для незаглубленных водосборных площадок .также долж-
ны применяться покрытия типа описанных выше. Применяв-
шееся в некоторых случаях для таких площадок асфальтовое
покрытие по щебеночному основанию не рекомендуется, так
как асфальт растрескивается из-за колебаний температуры и
§ 4-4]
Брызгальные бассейны
201
Деталь направляющей
для шандор
Деталь направляющей
для сеток
Фиг. 4-29. Водоприемный колодец брызгального бассейна.
покрытие довольно быстро ' изнашивается под воздействием
падающей воды.
Большие бассейны всегда разделяются на секции и преду-
сматривается возможность осмотра, ремонта и чистки одной
из секций при работе остальных. Каждая секция оборудуется
своим водоприемным колодцем дли отвода охлажденной воды
и сливным (грязевым) колодцем для промывки и опорожне-
ния бассейна, причем эти колодцы желательно располагать
202
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
на противоположных сторонах бассейна. В приемном колодце
со стороны входа воды устанавливаются плоские очистные
. сетки с ячейками 0,5 \ 0,5 см (фиг. 4-29). Кроме того, здесь
1 предусматриваются пазы, в которые при отключении секции
. закладываются щиты или шандоры. Заглубление водоприем-
ника и отводящих водоводов должно выбираться с учетом
возможности понижения уровня воды в бассейне на 1 л ниже
нормального.
и калодец
Фиг. 4-30. Колодцы для опорожнения бассейна.
Дл11 облегчения опорожнения бассейна и смыва накопив-
шейся в нем грязи дно его должно иметь уклон примерно
0,5% в сторону приямка, обычно закрываемого решеткой. При-
емок соединяется трубой, имеющей на конце задвижку, со
сливным колодцем, от которого отходит канализационный тру-
бопровод. В сливном колодце осуществляется часто и присо-
единение к канализационному трубопроводу переливной тру-
бы, которой снабжается каждая секция бассейна (фиг. 4-30).
' По всему периметру бассейна устраивается засеянная
• газонными травами или покрытая асфальтом площадка шири-
ной около 5 м с уклоном 1,5—2% в сторону бассейна и кюве-
тами по периферии для отвода воды в канализацию или по-
верхностные ливнестоки. Это уменьшает возможность образов
.§ 4-4 ] Брызгальные бассейны 203
зания вблизи бассейна луж и грязи вследствие выноса воды,
а также предохраняет от зайоса в него грязи и пыли,
Брызгальный бассейн должен располагаться на открытой
площадке, доступной со всех сторон действию ветра. При этом
следует добиваться как удовлетворения указывавшегося уже
требования, чтобы узкая сторона бассейна располагалась в
направлении господствующего летом ветра, так и того, чтобы
зимой выносимые из бассейна водяные капли и образующийся
туман отводились от расположенных поблизости сооружений
и дорог. При неровном рельефе площадки желательно, чтобы
уклон ее бькГнаправлен 'в" сторону брызгалыюго бассейна.
Из-за большого выноса воды при сильных ветрах и кон-
денсации пара, содержащегося в уходящем из бассейна воз-
духе, в зимнее время возмржно обледенение сооружений, рас-
положенных на расстояниях до 150—160 м от него, особенно
значительное на расстояниях до 30—40 м. Зимой наблюдается
также интенсивное туманообразование в зоне расположения
бассейна, распространяющееся от него на 200—250 м в на-
правлении ветра. Поэтому необходимо располагать бассейн,
особенно при больших его размерах, на достаточных расстоя-
ниях от ответственных сооружений (зданий, железнодорожных
путей, шоссейных дорог и др.). В практике проектирования
электростанций расстояние от брызгалыюго бассейна до глав-
ного здания и топливного хозяйства принимается в зависимо-
сти от направления господствующего зимой ветра не менее
80 -н 120 м, а до открытой электрической подстанции и линии
высокого напряжения, когда они расположены с подветренной
стороны, 150 м.
Технико-экономические показатели для брызгальных бас-
сейнов с глиняной гидроизоляцией и отмосткой по ней бетон-
ными плитами по данным Центроэнергомонтажа приведены
Таблица 4-2
Расход материалов, объем работ и стоимость брызгальных
бассейнов
Номинальная производи- тельность, Ms[4ae Общая пло- щадь бассей- на, Объем строительных работ Металличе- ские изделия, т Общая стои- мость1, тыс. руб.
Земляные работы, at'1 Укладка ГЛИНЫ, Л1 ^есчат-'ая ] ПОЛ.ГОТОЯ- ка, л13 1 к Бетонные 1 ПЛИТЫ, ЛР Трубы я опоры, т
400 640 1 400 270 100 67 3,0 0,8 46,3
600 780 1 750 320 120 82 3,1 1,0 56,6
1000 I 100 2 400 460 170 ПО 5,9 1,2 78,7
2 000 2 200 ’ 4 500 920 340 200 11,7 1,6 151,0
3 000 3 400 6 800 1400 520 310 23,0 1,8 233,4
6 000 5 600 10 500 2 100 800 500 1 38,7 2,0 363,5
1 В ценах 1935 г.
204
Типы и конструкции охладителей
гл. 4
в табл. 4-2 *. Вес распределительных труб на 1 .и2 площади
бассейна составляет от 6 до 13 кг, в среднем 9 кг. Сроки со-
оружения брызгальных бассейнов сильно зависят от органи-
зации производства работ; при механизации трудоемких видов
работ бассейн площадью порядка 1 000 м2 может быть соору-
жен за 20—30 дней.
Стоимость брызгальных бассейнов, отнесенная к единице'
расхода циркуляционной воды, сильно возрастает при малой
их производительности (фиг. 4-31). Это связано в значитель-
ной мере с тем, что устройство защитной зоны приводит для
малых бассейнов к низкой плотности орошения, отнесенной ко
всей их площади, — до 0,3—0,4 м3/м2 час против 1,0—
4,2 м2/м2 час для бассейнов большой производительности.
Устройство жалюзи также требует снижения плотности оро»
шения. Наибольшие единичные производительности, построен-
ных брызгальных бассейнов достигают около 60 000 м31час.
На фиг. 4-32 приведены кривые охлаждения для брызгаль-
кого бассейна большой производительности. Сплошными ли-
ниями нанесены кривые по опытным данным, пунктирными —
фирменные гарантийные кривые. Последние, как правило, про-
текают более полого, чем опытные кривые охлаждения.
* Приводимые здесь и ниже стоимости охладителей следует рассмат-
ривать как сугубо ориентировочные, так как они базируются на сметных
Данных, относящихся к различным условиям и различным ценам.
§ 4-51
Открытые градирни
_____205
Брызгальные бассейны малых размеров вследствие более
благоприятных условий для поступления свежего воздуха дают
более низкие температуры охлажденной воды.
4-5. 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.
Фиг. 4-32. Кривые охлаждения для
брызгалыюго бассейна (/7= 4,2 м вод.
ст.).
Фиг. 4-33. Открытая брыз-
гальная градирня малой
производительности.
Открытая градирня брызгального типа представляет
собой, по существу, небольшой брызгальный бассейн, ограж-
денный со всех сторон жалюзийными стенками, препятствую-
щими выносу наружу водяных капель, увлекаемых воздухом.
Малым градирням этого типа с площадью примерно до 6 лё’
и числом сопел до четырех придается в плане форма квадрата.
В центре квадратной шахты, образованной ограждением, уста-
навливается пучок сопел (фиг. 4-33). В более крупных градир-
нях шахта имеет в плане форму вытянутого прямоугольника
и сопла располагаются несколькими рядами в шахматном по-
рядке (фиг. 4-34).
Движение воздуха через такую градирню, как и в других
охладителях открытого типа, происходит в основном за счет
206
Типы и конструкции охладителей
[гл.
Разрез ев CU
Фиг. 4-34. Открытая брызгальная градирня с многорядным шахматным,
расположением сопел.
силы ветра. Вода, падающая в виде капель и частью стекаю-
щая топкой пленкой по внутренним поверхностям жалюзи,
охлаждается протекающим воздухом и собирается затем в рас-
положенном снизу поддоне или резервуаре.
Разбрызгивающие сопла применяются преимущественно
центробежные тангенциального типа (фиг. 4-16 и 4-17), как
менее подверженные засорению. Сопла устанавливаются, не-
§4-5] Открытые градирни 207
большой производительности в целях равномерного распреде-
ления разбрызгиваемой воды по площади шахты. Рабочий на-
пор перед соплами принимается от 3. до 5 ж вод. ст., в более
редких случаях выше, в пределах до 12—14 ж вод. ст. Чаще
сопла направляют вниз, так как это обеспечивает более равно-
мерное распределение воды, уменьшает унос и позволяет огра-
ничить высоту градирни.
Для лучшего продувания их ветром более крупные брыз-
гальные градирни выполняются с шахтой шириной не более
4—6 ж, а увеличение площади градирни достигается за счет
большей ее длины; причем длинная сторона прямоугольной
шахты располагается нормально к направлению господствую-
щего летом ветра. Число рядов сопел по ширине шахты при-
нимается не более четырех. Расстояние между рядами сопел
составляет 0,8—1 ж, расстояние от крайних сопел до жалюзи
0,4—0,5 ж и до 1 ж при соплах, направленных вверх.
Сопла устанавливаются на высоте от 1,5 до 4 ж над’уров-
нем воды в резервуаре. Увеличение этой высоты благоприятно
отражается па охладительном эффекте, но лишь до опреде-
лепного предела. Охлаждение воды происходит наиболее ин-
тенсивно 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, интенсив-
ность теплообмена снижается. Поэтому расположение сопел
выше 3,5 -:~4 м не дает уже существенного результата.
В малых градирнях вода подводится к соплам по централь-
ному стояку, а в более крупных градирнях по расположенному
сверху, вдоль длинной оси градирни, горизонтальному распре-
делительному трубопроводу с ответвлениями для крепления?
сопел. При значительной протяженности распределительного
трубопровода вода подается в него с двух сторон или в не-
скольких точках по длине.
Жалюзи выполняются из досок шириной до 20 еж, распо-
ложенных'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 воз-
духа 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 гвоз-
дями. Расстояние между стойками принимается около 1 ж.
При направлении сопел выходными отверстиями вверх часть
шахты, расположенная выше сопел, ограждается сплошными
дощатыми стенками для уменьшения потери воды от уноса
(фиг. 4-35). Когда этого требуют условия пожарной безопас-
ности, каркас и жалюзи изготовляются из железа.
208
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
Брызгальпая градирня благодаря ее малому весу может
устанавливаться при недостатке места на крыше здания или
на специальном помосте, В зависимости от размеров градирня
и места ее установки (на земле или на крыше здания) водо-
сборный резервуар делается из железобетона, бутового камня,
Фиг. 4-35. Внешний вид и разрез открытой брызгаль-
ной градирни с направленными вверх соплами.
кирпича или в виде деревянного поддона с обшивкой из оцин-
кованного железа.
Примерные размеры открытых брызгальных градирен при-
ведены в табл. 4-3. Они относятся к градирням с направлен-
ными книзу соплами. Плотность орошения составляет в таких
градирнях 1,5—:— 3 л«3/^2 час: Наибольшая производительность
градирен этого .типа составляет около 350 мР/час, а длина
градирни достигает 30 м.
Открытые градирни
209
Таблица 4-3
Примерные размеры брызгальных градирен
Номляальнаа производи- тельность, м*1час Площадь, № Габариты, мм
Ширина Длина Высота
1,1 0,85 920 920 1830
2,3 1,5 I 220 1220 1830
4,5 1,9 1 220 1 530 2 750
.10 3,4 1 830 1 830 2 750
20 4,6 2 .140 2 140 3 660
30 8,6 * 2140 4 020 3 050
-50 2о,6 2 140 . 9 660 2 750
50 21,4 2 750 7 780 2 750
50 21.0 4 020 5 240 2 750
100 36,8 ' ' 2 750 13 400 3 660
100 38,8 4 020 9 660 3 660
100 46,3 4 020 И 540 3 660
150 61,5 4 020 15 300 3 660
200 76,4 4 020 19000 3660
250 91,7 - 4 020 22800 3 660
300 106,8 4 020 26 600 3660
.340 122,5 4 020 30 500 3 660
Фиг. 4-36. Хворостяная открытая градирня,
/—циркуляционный насос! 2— охлаждаемый двига-
тель; 3—водораспределитель; 4 -градирня; 5—хво-
рост; fi—водосборный ящик.
Фиг. 4-37, Малая от-
крытая градирня (без
решетника).
Открытые градирни капельного типа применяются
для более широкого диапазона производительностей, чем
брызгальные градирни. Капельные градирни состоят из оро-
14 л, д, Берлин.,
210 Типы и конструкции охладителе!! 1гл. 4
с и т е л ь н о г о устройства или короче оросителя’,
водораспределительного устройства, жалюзи и водосборного
резервуара.
Простейшая открытая капельная градирня небольшой прей
изводительности показана на фиг. 4-36. Она имеет деревянный,
каркас, на котором через каждые 0,5—0,6 м по высоте укреп-
лены решетки из прутьев, уложенных горизонтально на рас-
стояниях 0,3—0,5 м друг от друга. На решетки укладывается
хворост. Теплая вода подается сверху через разбрызгиватели. t
и, стекая с одного слоя хвороста на другой, охлаждается, после
чего поступает в деревянный водосборный резервуар. Градир-
ня открыта со всех сторон и не имеет жалюзи. При произво- й
дитсльности З-ь- 3,5 м?!час она выполняется с площадью осно-
вания 1,2 X ^2 м и высотой 1,4- м, при производительности
около 30 м31час площадь основания составляет 2,2 X 2,2 м и
высота 2,7 м. Малые капельные градирни выполняются еще
в виде вертикального ряда расположенных друг над другом .
переливных желобов (фиг. 4-37).
В более крупных капельных градирнях оросительное
устройство выполнялось одно время из горизонтальных металл
лических сеток или переливных желобов с зазубренными
сверху бортами, но сейчас применяется почти исключительно
решетник из деревянных планок (фиш 4-38 и 4-39). Деревян-'
ные планки сложной формы (например, с продольными желоб-
ками 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-ы- 8,5 см, иногда и больше. Они укладываются в 8—12 яру
сов по высоте, оросителя и в один или два ряда на каждом
ярусе (фиг. 4-40), причем двухрядное шахматное расположе-
ние является в последнее время более распространенным. Во
избежание стекания воды на одну сторону оросителя планки ,
укладываются через один или два яруса с переменой направ-
ления в горизонтальной плоскости на 90°.
Планки пришиваются гвоздями2 к горизонтальным схват-
кам деревянного каркаса (подрешетинам), расположенным
через каждые 1,2—2ун, или же собираются на стороне в гото-
вые щиты стандартных размеров, укладывающиеся затем иа 1
подрешетины (фиг. 4-40,в). Применение стандартных щитов
значительно облегчает сборку7 и ремонт оросителя. Расстояние
между ярусами решетника по высоте (высота яруса) состав-
ляет от 60 до 120 см, большей частью 75 -н 90 см, число яру- 1 * 3
1 Этот термин не вполне удачен, так как здесь правильнее было бы
говорить об „орошаемом' устройстве, но он получил широкое распро-
странение, вследствие чего мы его сохраняем.
3 Применяющиеся иногда и в открытых градирнях ,безгвоздевые“
конструкции капельного оросителя описаны в § 4-6.
§ 4-5]
Открытые градирни
511
Фиг. 4-38,. Открытая капельная градирня (поперечный разрез).
сов 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 боль-*
шую высоту.
Оросители небольших градирен имеют в плане форму
квадрата, а более крупные градирни — форму вытянутого-
прямоугольника с шириной оросителя,—расположенной в на-
14*
212
Типы и конструкции охладителей
[ гл. '4
правлении господствующего летом ветра,— не более 4 м (без
учета жалюзи).
Для улучшения работы градирни в периоды штилей ороси-
тель разделяется в некоторых конструкциях на две части цен-
ёертний ВеЯарасюедепителъный Хселой
Шит решетника
Фиг. 4-39, Открытая капельная градирня (план по верхним и нижним
желобам).
тральным воздушным коридором шириной 0,8—1 м, расноло-
женным вдоль длинной оси градирни, но эффект от такого
мероприятия едва ли может быть значительным.
Так как в непосредственной близости к уровню земли ско-
рости 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 бла-
гоприятным соотношением между высотой и шириной ороси-
теля считают от 2 : 1 до 3: 1.
Распределение поступающей воды по площади оросителя
осуществляется при помощи расположенных в верхней части
градирни деревянных желобов со сливными трубками или же-
§
Открытые градирни
513
Фиг. 4'40, Расположение планок в решетнике открытых капельных градирен.
214
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
лезных, а иногда также деревянных или асбоцементных труб
с разбрызгивающими соплами.
Для распределения воды в небольших градирнях применя-
ются также деревянные переливные желоба, боковые стенки
которых имеют сверху вырезы. Благодаря вырезам перели-
вающаяся через края бортов вода разделяется на отдельные
Фиг. 4-41. Разбрызгивание подаваемой воды с
помощью сливных трубок и розеток.
Фиг. 4-42. Сливные, трубки.
струи. Лучшее распределение воды обеспечивается желобами
со сливными трубками, вставленными в отверстия в днищах.
Вытекающая через трубку струя ударяется о разбрызгиваю-
щую розетку, и вода, раздробленная на капли, падает затем
на верхний ряд решетника (фиг. 4-41).
Сливные трубки и разбрызгивающие розетки изготовляют-
ся из глазурованного фарфора, стекла и пластмассы. Приме-
нение железных трубок и розеток не рекомендуется, так как
Открытые градирни
215 -
из-за коррозии они быстро разрушаются. Типы сливных тру-
бок показаны на фиг. 4-42. Они выполняются часто с закруг-
ленным входным краем для плавного входа воды. Верхний
'край трубок располагают па 3—5 см выше дна жолоба для
.предохранения от попадания в них грязи или ила. Как пока-
лс АВ
Вид сёерту
Фиг. 4-43. Разбрызгивающая розетка.
зало проведенное во ВТИ 1 исследование работы розеток раз-
личных 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 распре-
деление воды дают розетки с узкими радиальными желобками
1 Л. Д. Берман и А. В. Перцев, „Теплосиловое хозяйство*, 1940.
.№ 3. стр. J6.
216
Типы и конструкции охладителей
Г гл. 4
по бортам (фит. 4-43), 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
Расстояние от центра розетки, мм
Фиг. 4~44. Распределение воды розеткой с радиальными
желобками (расход воды через трубку 3 т/час, высота
падения струи 520 жж).
факелы, образуемые отдельными розетками, перекрывают друг
друга, и хотя распределение воды в каждом факеле и при'
лучшем типе розеток остается неравномерным (фиг. 4-44),.
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, расположен-
ных сверху, параллельна 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 распределитель-
ных лотков с трубками (фиг. 4-64,Z).
Широкие желоба, перекрывающие оросительное устройство,
1 В противоточных (башенных или вентиляторных) градирнях пре-
имуществом этих розеток является также и то, что создаваемый ими во-
дяной факел пе вызывает дополнительного сопротивления проходу воз-
духа, связанного в случае розеток некоторых других типов с образова-
нием на стороне выхода с них воды сплошной пленки в форме зонтика,,
перекрывающего часть живого сечения охладителя.
§ 4-5]
Открытые градирни
217
рекомендуется закрывать сверху настилом из съемных дере-
вянных щитов с целью предохранения их от попадания пыли,,
золы я других загрязнений, а особенно для защиты их от
солнечного света, действие которого наряду с благоприятной
температурой воды способствует интенсивному развитию в же-
лобах водорослей.
Фиг. 4-45, Тарельчатый разбрызгиватель и установка его на градирне.
Для изготовления больших водораспределительных жело-
бов должны применяться доски толщиной не менее 5 с.«, 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 разбрызги-
вателей сверху градирни, вдоль ее длинной оси, укладывается':
магистральный трубопровод, от которого отходят расположен-
ные 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 рас-
стоянии от трубопровода и от жалюзи, равном одной четверти
ширины оросителя. Со стороны тупикового конца на водорас-
пределительном трубопроводе для возможности его промывки
устанавливается торцевая задвижка. Сопла применяются;
обычно тангенциального типа с диаметром выходного отвер-
стия до 25 мм, При направлении сопел выходными отверстия-
ми 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
218 Типы и конструкции охладителей ^гл 4
требует сравнительно высокого напора воды перед соплами
(не менее 3,5—4 м вод. ст.)', лишь отчасти компенсируемого
уменьшением высоты решетника.
На фиг. 4-45 показана конструкция тарельчатого раз-
брызгивателя, требующего напора воды лишь 0,5— 1,5 м
вод. ст. Выходящая струя воды, ударяясь о тарелку, частично
разбрызгивается, частично же проходит дальше через ней-
тральное отверстие, имеющееся в каждой тарелке, кроме са-
мой нижней. Постепенное уменьшение диаметров тарелок и
отверстий способствует довольно равномерному распределе-
нию воды.
Сопла и разбрызгиватели обеспечивают равномерное рас-
пределение воды по площади оросителя при изменении гидрав-
лической 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 на-
ходят все же широкое применение.
Водораспределительное устройство требует в эксплоатации ,
надзора и обслуживания. Поэтому всегда предусматриваются
постоянная лестница для доступа к нему и настилы, позво-
ляющие подойти к любому жолобу или соплу.
Кроме основного водораспределительного устройства, часто
устраивается еще вюрая 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 си-
стема па 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 градир-
ни труб с боковыми отверстиями с обеих сторон каждой тру-
бы, расположенными на равных расстояниях друг от друга
(фиг. 4-47), или из деревянных лотков с трубками, но меньшего
.диаметра и расположенными более часто, чем в верхней си-
стеме, из-за необходимости ограничивать высоту лотков и вы-
соту падения струи (фиг. 4-38). Лучше применять здесь
переливные желоба с вырезами сверху боковых стенок, так как
доступ к сливным трубкам в нижнем водораспределитель-
ном устройстве затруднителен.
Открытые капельные градирни, за исключением небольших
установок, вроде показанной на фиг. 4-36, или устанавливае-
мых над поверхностью водоема (пруда или озера), огражда-
ются со всех сторон с помощью жалюзи для уменьшения
уноса водяных брызг из оросителя.
Жалюзи изготовляются из дерева, иногда из оцинкован-
ного гофрированного железа. Деревянные жалюзи состоят из
4-5]
Огкрытые градирни
219
Фиг. 4-46, Различные тины жалюзи открытых1 капельных градирен.
•я—узкие деревянные жалюзи; б, а—широкие деревянные жалюзи; г, 5—основные й „вто-
ричные- жалюзи для уменьшения уноса.
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 гра-
дирен (фиг. 4-46,а), выполняются из одинарных досок шири-
ной 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 до-
щатые жалюзийные щиты изготовляются каждый из 5—7 или
220 Типы и конструкции охладителей [ гл, <
более досок шириною по 12—20 см и толщиной 2,5 см, соеди-
няющихся между собой в шпунт или в четверть (фиг, 4-46,5)
или же выполняются в виде настила из досок, немного пере-
крывающих друг друга и скрепленных гвоздями (фиг. 4-46,в).
Так как образующиеся в оросителе мелкие водяные капли лег-
ко увлекаются воздухом и плохо задерживаются узкими жа-
люзи, последние применяются для капельных градирен редко.
Даже широкие жалюзи не предохраняют при сильных ветрах
от значительного уноса.
Уменьшение уноса может быть достигнуто устройством до-
полнительных — «вторичных»* — жалюзи, расположенных под
прямым углом к основным или горизонтально (фиг. 4-46,а и д).
В последнем случае уловленная горизонтальными вторичными
жалюзи вода вновь падает с них в виде капель, но уже зна-
чительно более крупных, что уменьшает возможность увлече-
ния 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 гра-
дирнях, 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 увен-
чались пока успехом из-за быстрого засорения и коррозии
приводного механизма.
Понижение уноса при меньшем сопротивлении для про-
хода воздуха обеспечивается решетчатыми деревянными жа-
люзи. Градирня с решетчатыми жалюзи типа «Аэратор»
показана на фиг. 4-47. Жалюзи выполнены здесь из стандарт-
ных щитов двух размеров, устанавливаемых вертикально.
Щиты состоят из тонких планок, расположенных таким обра-
зом, что направление движения воздуха при проходе через
щит изменяется дважды (фиг; 4-48). Для уменьшения сопро-
тивления щиты через один по высоте смещены на 0,7 1 м
от решетника- При этом сверху оставлен дополнительный сво-
бодный 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 распола-
гаются решетник, водораспределительное устройство и жалю-
зи, состоит из раскосных ферм, соединенных между собой в
продольном направлении горизонтальными и наклонными
связями. Соединения элементов деревянного каркаса осуще-
ствляются на врубках с установкой в наиболее ответственных
узлах стяжных болтов. Каркас прикрепляется к фундаменту
анкерными болтами во всех местах расположения стоек. При
§ 4-5 J
Открытые градирни
221
металлическом каркасе более крупные его элементы (напри-
мер стойки) выполняются иногда из чугуна.
Водосборный резервуар градирни выполняется из железо-
бетона, кирпича, бутового камня или бутобетона. В небольших
градирнях стенки резервуара служат часто основанием для
каркаса градирни, в более крупных градирнях ширина и дли-
на резервуара принимаются на 0,2—0,3 м большими, чем
Фиг. 4-47. Открытая капельная градирня с решетчатыми жалюзи „Аэра-
тор “ (разрез и фасад).
j—тарельчатые разбрызгивателя; 2—нижнее (зимнее) воюраспрецелйтельное устройство
из дырчатых труб; З—щкты решетника; 4-парные схватки (подрешетины); 5—жалюзий-
ные шиты; б -дощатый настил.
внешние габариты оросителя, и основанием для каркаса слу-
жит днище резервуара. Для обеспечения водонепроницаемости
под днищем резервуара часто укладывается с тщательной
трамбовкой слой мятой глины толщиной 0,3—0,4 м или сугли-
нистого 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 крайне здания или на
легких опорных железных конструкциях и тогда имеют дере-
вянные или железные поддоны.
Более крупные капельные градирни разделяются на не-
сколько секций. Секционирование осуществляется путем соот-
ветствующего разделения водораспределительного устройства
‘22Z_
Типы и конструкции охладителей
£гл. .4
Разрез т C-D
Фиг. 4-48. Жалюзийный щит открытой градирни.
и резервуара. Каждая секция водораспределительного устрой-
ства должна иметь самостоятельный подвод воды и постоян-
ные или съемные щиты в желобах для отключения ее от дру-
гих секций. В резервуаре устанавливаются разделительные-
стенки и отдельные отводящие, переливные и спускные трубы
в каждой секции. При выполнении резервуара из кирпича раз-
делительные стенки должны иметь проемы, чтобы при опо-
рожнении какой-либо секции горизонт воды в соседних сек-
циях понижался до верха проема. Это предохраняет от воз-
можности значительной фильтрации воды под разделительной
стенкой и размыва грунта под ней.
Открытые капельные градирни допускают стандартизацию
и предварительную заготовку в мастерских почти всех элемен-
§ 4
Открытые градирни
223’
Т а б лица 4-4
Расход материалов и стоимость малых открытых градирен
(по нормам и ценам 1944—1945 гг.)
Тип градирни Конструкция жалюзи Номинальная производи- тедьЕоегь, Л?л,'>Г«С 1 Площадь оросителя, .«й ; Число i секций Расход материалов 1 . -pXd ’Ччмиииохэ
Лесмате- риалы, Сталь арматур* ;; пая, лг - . Болты, j । гвозди, f ! ПОКОВКИ ; и пр., кг । Бетон, лБ :
Брызгальная п Одинарная 6 2,6 1 1,9 76 ЦЗ 810
дощатая 12 5,8 1 2,6 — 105 1,5 1 020
13,5 6,3 2 4,9 175 2,7 1 770-
20 9,0 2 6,6 — 220 4,5 2 490
27 12,0 2 8,1 — 280 4,5 2 920'
33,5 16,0 2 9,7 340 4,5 3 370-
Брызгальная Одинарная — 1,5 1 1,1 — 19 —- —
дощатая --- 3,0 1 1,6 29 —
— 6,0 1 2,0 —— 61 — —
12,0 2 3,1 — 97 — —
— 18,0 3 4,1 —• 132 —
24,0 4 5,3 — 167 . — --
Капельная' Накладные 4,9 2,3 1 4,2 280 115- 2,4 I 700
дощатые 8,7 4,0 1 5,7 410 125 3,4 2 290
щиты
23,6 9,0 1 14,4 820 270 6,8 5 220'
44,3 16,0 1 23,3 1 160 330 9,7 7 810'
Капельная*1 Аэратор 42 16,0‘J 1 19,0 1 380 360 11,5 7 600'
52 16,03 1 23,9 1380 385 11,5 8 600-
Капельная6 Аэратор —- 16,0 — 19,1 — 370 —
24,0 — 24,1 — 460 — —
— 32,0 — 29,1 — 565 — —
— 40,0 — 34,4 — 660 — —
— 48,0 — 39,6 — 750 — —.
— 56,0 — 44,6 — 850 —
— 64,0 — 50,1 — 950 —
1 Без земляных работ, трубопроводов и сопел.
3 8 прусов.
а11 ярусов.
4 С железобетонным резериуарпм.
6 10 ярусов, с кирпичным резервуаром-
^24
Тилы и конструкции охладителей
(гл. 4
тов конструкции. Это сильно облегчает и удешевляет монтаж
градирни. Постройка градирни средних размеров (площадь
<оросителя 100 ж2) с кирпичным резервуаром по данным Цен-
тр оэнергомонтажа может быть произведена при надлежащей
.организации работ примерно за
Температура впаэкного термометра^ °C
Фиг,
10-ярусной открытой капельной градир-
ни (7 = 4 м^м2 час; ш=1,5 м!ык).
4-49. Кривые охлаждения для
2—3 недели.
Градирни этого типа
строятся на производи-
тельности от 5 до 1 200-е-
1 500 м3/час при площади
оросителя до 200 м- и *
длине его до 50 м. Из-
вестны единичные уста-
новки, рассчитанные на
производительности до
7 400 мс/час и даже боль-
ше. Длина таких градирен
доходит до 215—305 м
при высоте 14,5—16,5 м й
числе ярусов решетника
16—23.
Плотности орошения,
составляют обычно для "
открытых капельных rpaj
дирен от 3 до 6 час.
Кривые охлаждения для
10-ярусной градирни при
плотности орошения
4 м3/м2 час и скорости
ветра 1,5 м/сек приведены
на фиг. 4-49.
В табл. 4-4 указаны расходы материалов и стоимости не-
больших открытых градирен, брызгальных и капельных, по дан-
ным КТИС Главстройпроекта1 и Молпромпроекта, в табл. 4-5—
то же для более крупных капельных градирен с резервуаром
из кирпича по проектным данным Центроэнер го монтажа 2. ;
Требования к размещению открытых градирен в основном :
те же, что для брызгальных бассейнов, но благодаря наличию
у них жалюзи, уменьшающих унос воды, они могут распола-
гаться более близко к сооружениям и дорогам. Расстояние
крупной градирни от расположенных с подветренной стороны
.сооружений рекомендуется принимать 30—35 ж, а от откры- .
тых электрических подстанций до. 50 ж.. Чтобы обеспечить хо-
рошее продувание ее ветром, разрыв между градирней и
ближайшими сооружениями, близкими к ней по высоте,
должен быть не менее 25—30 ж.
4 час; w
1 КТИС, Малые градирни, вын. II, Стройиздат, 1947 (литограф, издание),
9 В отношении стоимостей охладителей см. сноску на стр, 204.
$ 4-й] башенные градирни — брызгальные и.капельные 225
Таблица 4-5
Расход материалов и стоимость открытых капельных градирен
> с жалюзи „Аэратор4*
„ I Объем строительных работ |
j i лошадь ороси- Число ярусов! Земляные Кирпичная Бетонные Лесомате- Металлп- с о ору же* ЛИЯ, ТЫС-
работы, зг:1 кладка, ,ws работы, Ж риалы, .’К'-1 ческие. из- делия, № руб.
48 12 652 160 И 4 о 731 . 61
96 8 ! 1 460 200 25 59 990 86
112 ю : 1 570 234 29 87 1 793 108
192 101 1 830 390 46 148 2 076 152
< 4-6. БАШЕННЫЕ ГРАДИРНИ — БРЫЗГАЛЬНЫЕ
И КАПЕЛЬНЫЕ
Основным отличием башенных градирен является наличие
высокой деревянной или железобетонной вытяжной башни,
создающей тягу воздуха черё^"орос‘йТёль благодаря разности
удельных весов более холодного и сухого наружного воздуха
и воздуха в башне, подвергшегося нагреву и увлажнению при
проходе через ороситель. Высота деревянной башни, считая от
уровня земли, составляет в зависимости ст производительности
градирни от 16 до 50 м, а при изготовлении башни из железо-
бетона достигает 90—95 л*. Башенные градирни выполняются
брызгалъного, капельного' и пленочного типов.
' В башенных градирнях брызгального типа ороси-
тельное устройство представляет собой один или два яруса
разбрызгивающих сопел, установленных внутри деревянной
вытяжной башни, имеющей квадратное или прямоугольное
сечение (фиг. 4-50). Сопла располагаются на высоте 1,5—2 м
над горизонтом воды в водосборном резервуаре и направля-
ются выходными отверстиями кверху. Башня, начиная при-
мерно от уровня отверстий сопел и до ее устья, имеет плот-
ную дощатую обшивку. Между нижним краем обшивки и
обрезом водосборного резервуара оставляются свободные
проемы-окна для поступающего внутрь градирни наружного
воздуха.
Так как количество охлаждающего воздуха в башенных
градирнях меньше, чем в брызгальных градирнях открытого
типа, для улучшения охладительного эффекта напор воды у
сопел принимается обычно более высоким, порядка 8—10 м
вод. ст. Глухая обшивка башни препятствует значительной
потере воды при более! тонком ее распиливании и увеличении
высоты факела. Эжектирующее действие направленных кверху
водяных струй способствует усилению тяги.
Плотность орошения в таких градирнях должна быть неве-
лика сравнительно с градирнями других типов — порядка
15 Л. Д. Берман.
326
Типы и конструкции охладителей
f гл. 4
2 м'^м2 час и ниже, т. е. приближается к плотности орошения
в брызгальных бассейнах* Это приводит к большим размерам
и высокой стоимости вытяж-
ной башни. ’Вследствие не-
6 л а го пр ият и ы х экономиче-
ских показателей башенные
брызгальные градирни очень
мало распространены.
В отличие, от этого ба-
шенные к а п единые гра-
дирни с деревянным решет-
ником являются одним из
наиболее широко применяют
шцхся типов охладителей.
Капельные градирни выпол-
няются противоточными и
поперечно-противоточными.
Оросите ль и ое у с г-'
р о й с т в о небольшой про-
тивоточной градирни охваты-
вается .башней (фиг. 4-51,а)
а в более крупной градирне—
сопрягается с башней при
помощи шатра (фиг. 4-51.6);
В обоих случаях оно
имеет со всех сторон плот-
ную обшивку и воздух по-
ступает в него через нижние
проемы — входные окна,
Оставляемое между решетни-
ком и резервуаром незапол-
ненное пространство — воз-
духораспределитель — слу-
жит для подвода воздуха во
воздуха .в оросителе противо-1
Фиг. 4-50, Башенная брызгальная
градирня.
все зоны оросителя. Скорость
точной капельной градирни составляет обычно' 0,5—113 hi/сек.
Вода, подаваемая^ па ороситель свёрху^Ъхлад в нем,
падает с нижних ярусов решетника через воздухораспредели-
тель в водосборный резервуар.
В поперечно-противоточной конструкции (фиг. 4-51,г) по
высоте оросителя вместо глухой обшивки устриваются'
жалюзи, через которые поступает преобладающая часть воз-
духа, и лишь небольшая его часть поступает снизу в централь-
ную зону оросителя, работающую по принцип}- противотока.
Одно время строились башенные градирни с чисто поперечным
током (фиг. 4-51ш), позволяющие благодаря отсутствию воз-,
духораспределителя уменьшить высоту подачи воды. Но вслед-
ствие ряда недостатков, свойственных таким конструкциям, в
§ 4-fe] Башенные. граД'лрпв--брызгальные и кабельные 2ЙТ
частности худшей тяги и неиспользования большой площади,
занимаем ой центральной шахтой для отвода воздуха в башню,
они не оправдали себя.
Из разнообразных типов решетника, применявшихся в
башенных градирнях, преобладающее распространение полу-
Фиг. 4-51. Схематическое изображение башенных капельных градирен.
а й б—противоточные градирни; в—поперечноточная градирня; г—поперечно-противо-
точная градирня.
J—воздухораспределитель; 2—оросит ль вое устройство (решетник); .?— водораспредели-
тельное устройство; 4—вытяжная башня; б-водосборный резервуар; 6— отвод охлажден-
ной воды-
тили конструкции из грех- или четырехгранных брусков с шах-
матным, ступенчатым или каскадным расположением (фиг.
4-52). Размеры сечения трехгранных брусков принимаются от
50X50X71 мм до 40X40X57 мм, четырехгранных брусков
40X20 мм. Бруски укладываются широкой гранью горизон-
тально, причем широкая грань трехгранных брусков обра*
щается иногда кверху, иногда книзу, что практически равно-
ценно с точки зрения сопротивления, оказываемого решетни-
ком проходу воздуха. Расстояние между рядами решетника по
228 Типы й Кбйсгруййда охладителей £гл. 4
высоте (высота яруса) принимается 30 -> 36 аи, число ярусов
в противоточном оросителе — до 17 : 19.
Целесообразное расположение брусков в решетнике может
быть установлено только экспериментальным путем. Оно долж-
но обеспечивать достаточную поверхность охлаждения при
минимальном сопротивлении» оказываемом решетником про-
ходу воздуха, причем влияние на охладительный эффект
несколько меньшей поверхности охлаждения может быть ком-
пенсировано (если наряду с этим уменьшается сопротивление)
большим расходом и скоростью воздуха при той» же высоте
башни. Величина поверхности самого решетника, как это
следует из сказанного в § 3-3, не играет решающей роли.
Из приведенной выше (§ 3-5) табл. 3-6 следует также, что
высота яруса при обычных ее значениях не оказывает суще-
ственного влияния на сопротивление противоточного оросителя,
тогда как увеличение шага между брусками в ряду или,
иначе говоря, живого сечения решетника, заметно понижает
сопротивление. С этой точки зрения более благоприятными
являются типы решетника /// и IV (фиг. 4-52), имеющие
обычно более узкие и реже расположенные бруски, чем
решетник Л К тому же они требуют меньшей затраты матери-
ала на бруски. Сравнительные данные для указанных типов
решетника приведены в табл. 4-6.
Решетник II с каскадным расположением трехгранных
брусков имеет несколько более высокое сопротивление на еди-
ницу высоты оросителя, чем решетник Z, требует большей за-
траты материала и сложнее в изготовлении.
Что касается поверхности охлаждения воды, то увеличение
высоты свободного падения капель, т. е. увеличение коэффи-
§•4-6] Башенные градирни — брызгальные и капельные 229
Таблица 4-6
Сравнительные данные для различных типов решетника
Тип решетника (фиг- 4-52) I in IV
Размеры брусков, мм Шаг между брусками в ряду, мм .... Высота яруса, мм . Живое сечение ря- да, %* Объем дерева, % . , 50X30X71 150 350 52,7 100 50X50X71 170 350 58,2 88,2 20X40 120 350 66,7 80,0 50X50X71] 45X45X64 215 | 195 300 1 300 66,5 ! 65,7 81,5 ! 72,7
циентов и гп6 в формуле (3=18)] по меньшей мере компен-
сируется при типах решетника III и IV увеличением коэффи-
циента разбрызгивания сравнительно с решетником I
(фиг. 3-10), а также повышением скорости воздуха, благодаря
меньшему сопротивлению оросителя. Поэтому из рассмотрен-
ных типов решетника более целесообразными являются
типы Ш и IV из более узких и реже расположенных брусков,
причем трехгранные бруски с той же шириной b горизонталь-
ной грани требуют меньшей затраты материала, чем прямо-
угольные. Чтобы избежать значительного провала капель,
бруски должны в этих случаях иметь ступенчатое расположе-
ние со 'смещением от яруса к ярусу на ширину b горизонталь-
ной грани бруска, а расстояние между брусками в ряду долж-
но составлять ЗЬ.
В поперечно-противоточных градирнях за исключением не-
которых специальных конструкций применяются те же типы
решетника, что и в противоточных.
Кроме правильного выбора типа решетника существенно
также обеспечить удовлетворительное распределение
поступающего в градирню воздуха. Решение
этого вопроса зависит от формы и размеров оросительного'
устройства, причем он особенно существенен для больших
градирен.
Небольшие башенные градирни имеют в плане форму квад-
рата или вытянутого прямоугольника, а бблее крупные —
форму равностороннего многоугольника (фиг. 4-53 по 4-56 !) ,
Число сторон многоугольника принимается в зависимости от
размеров используемого строевого леса or 6 до 16, большей
частью 8—10. Форма вытянутого прямоугольника применяется
редко и только при сравнительно небольших размерах гради-
рен, так как она неблагоприятна для высокого сооружения,
воспринимающего большую ветровую нагрузку. .
При увеличении площади, а следовательно, и сопротивлеэ
1 Фиг, 4-55 и 4-56 см. вклейку в конце книги,
30 Типы н конструкции охладителей
[Г,’Ь 4
ния градирни увеличивается также и высота вытяжной башни,
чем достигается поддержание необходимого относительного
расхода воздуха. Принимаемые
сейчас соотношения между разме-
рами оросителя и башни с дере-
вянной обшивкой указаны в табл.
4-7.
Диаметр оросителя больших
многоугольных градирен достигает
30—60 л$, путь воздуха от вход-
ных окон до центральной части
оросителя соответственно 15—
30 Л4. Поэтому наряду с увеличе-
нием высоты башни предусматри-
ваются конструктивные мероприя-
тия для уменьшения сопротивле-
ния, создаваемого в воздухОрас-
250D-
Фйг. 4-53, Башенная капельная i-радирия с небольшой площадью ороси-
теля.
пределителе падающей водой, и для обеспечения более равно-
мерного распределения воздуха но площади оросителя.
Лучшее распределение воздуха достигалось в некоторых
ьонстру кциях путем у ста нов кн п од п р от t г в оточ л ы м оросителем
различного типа водоулавливающих желобов, но это усложня-
ло конструкцию и приводило к повышению общего сопротив-
§ JM>] Башенные градирни — брЕязгадьные и капельные 231

. Фцг. 4~54. Небольшая
капельная градирня
с оросителем,
выступающим
за пределы основания
башни;
ЁаЗ .‘.‘в cfe£^
232
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
Таблица 4-7
Основные размеры башенных капельных градирен с деревянной
башней
Площадь оросителе №
200 500
Общая высота гра-
дирни (от уровня
земли), м . ... .
18 18
Форма оросителя
в плане ...........
Квадрат
Равкостирогниймко-
гоугольниц или прямо-
угольник с узкой сто-
роной 7—12 л«
Равносторонний
много уго льни Е?
Высота подачи во-
ды, м.............
Отношение пло-
щади выходного се-
чения башня к пло-
щади оросителя . .
7—8
0,3—0,4
0,25—0,3
ления градирни. Сложными н недостаточно эффективными ока-
зались и конструкции оросителей с коробами, подводящими
свежий воздух в центральную зону оросителя. Более простым
и удачным решением является устройство горизонтальных
воздухонаправляющих щитов, улавливающих падающую из
оросителя воду и облегчающих благодаря этому доступ воз-
духа в удаленные от входных окон части оросителя.
Установка воздухонаправляющих щитов сочетается в боль-
ших противоточных градирнях со ступенчатым увеличением
высоты воздухораспределителя в направлении от центра Оро-
сителя к периферии за счет постепенного уменьшения числа
ярусов решетника, причем щиты также устанавливаются в
этом случае на разных уровнях (фиг. 4-55). Такая конструк-
ция обеспечивает меньшее сопротивление градирни и лучшее
распределение воздуха, в частности также благодаря увели-
чению высоты входных окон. Последнее необходимо потому,
что с увеличением размеров градирни потребное количество
воздуха растет пропорционально площади оросителя, а пери-
метр последнего увеличивается лишь пропорционально квад-
ратному корню из площади. При сохранении для градирен
разных размеров неизменной высоты окон сильно возрастали
бы скорость и сопротивление при входе воздуха, а увеличение
высоты всего воздухораспределителя было бы связано с соот-
ветствующим увеличением высоты подачи воды. Площадь
входных окон должна составлять, по возможности, Уз и не
опускаться ниже 1/ч от площади оросителя.
§ 4-6 1 Башенпык градирни — брызгальные и капельные 233
По строительным и экономическим соображениям площадь
основания вытяжной башни принимается в больших градир-
нях меньшей, чем площадь оросителя. Если наружная часть
решетника, выступающая за пределы основания башни, имеет
плоское или очень пологое перекрытие, доступ воздуха в нее
ухудшается, и тогда для увеличения количества поступающе-
го сюда воздуха в обшивке оросителя по всему периметру де-
лается один или два до-
п ол 11 ите л ьны х проема
Фиг. 4-57. Распределение воздуха в больших башенных градирнях.
л—-площадь просителя ГОр *=2 4D0 jfB, плотность орошении лН/л4® ч«с; б—/?Ор=
120 лН и /=*3,5 м~1м9 чйс-
(окна) высотой около 0,5 м. Такие градирни называют обычно
поперечно-противоточными, хотя преобладающая часть воз-
духа поступает здесь в ороситель, в том числе и в периферий-
ную его зону, снизу.
Устройство сравнительно невысокого окна в обшивке ие
обеспечивает периферийную часть оросителя достаточным ко-
личеством воздуха, и опа наряду'с наиболее удаленной цен-
тральной частью работает несколько хуже, чем остальная
часть оросителя. Это иллюстрирует фиг. 4-57, на которой по-
казаны построенные нами по данным испытаний двух устано-
вок кривые изменения по радиусу градирни величины
и —
где Д& и ДО- — среднее .по площади оросителя и местное
значение приращения температуры воздуха. Величина р яв-
ляет с/л приближенной мерой относительных расходов воздуха
в различных зонах оросителя-
Приведенный график показывает, что при худших усло-
виях входа воздуха (случай а) у изменяется от 0,8 до 1,2;
тогда как при лучших условиях (случай б) у меняется в зна-
чительно более узких пределах — от 0,94 до 1,03. Дальнейшее
234
Типы и конструкции охладителей
Г гл. 4
улучшение, условий дотупа воздуха в периферийную часть оро-
сителя может быть достигнуто нутом замены плоского пере-
крытия шатром, соединяющим ороситель с вытяжной башней,
и устройством воздушного коридора между решетником и об-
шивкой (фиг. 4-58). Воздушный коридор, защищенный от по-
падания в него воды с крайних розеток с помощью располо-
женной сверху внутренней обшивки, применяется и как одно
из средств для уменьшения обмерзания градирни.
Ширина воздушного
градирен 0,4 -т-0,5 м и
коридора принимается для малых
для больших — до 0,8 н 1 л?.
Фиг. 4-58. Схема оросителя большой
градирни без плоского перекрытия.
Кон ст ру кции, схем ати -
чески изображенные на
фиг. 4-57,6' и 4-58, пра-
вильнее относить с соот-
ветствующими оговорка-
ми к типу противоточных.
Они позволяют обеспечить
сравнительно 'равномер^
ное распределение посту-
пающего воздуха в ороси-
теле без необходимости
увеличения высоты пода-
чи воды рверх 7,5— 8 м
при ПрО1&ВО|ДИТСЛЬНОСТИ
градирни примерно до
7 000—8 000 му час-
При более высоких
во избежание значительного
производительностях приходится
увеличения высоты подачи воды переходить к поперечно-
противоточным конструкциям с обеспечением доступа воздуха
в ороситель по всей или почти по всей его высоте (фиг. 4-59).
Однако, такая конструкция, обеспечивая доступ большого ко-
личества воздуха в периферийную часть оросителя, сильно
понижает количество его, поступающее в центральную часть
оросителя, и степень неравномерности распределения воздуха
очень заметно возрастает.
Для уменьшения сопротивления центральной части ороси-
теля и установления лучшего соответствия между количества-
ми поступающих сюда воды и воздуха в подобных градирнях
применяется разрежение решетника и понижение плотности
орошения в направлении от периферии к центру оросителя;
кроме того, в центральной части оросите л 5/ понижаете я также
число ярусов решетника по высоте. Так, например, в ороси-
теле, показанном на фиг. 4-59, шаг между брусками изме-
няется от 165 мм на периферии до 230 мм в центре и число
ярусов решетника, понижается от 19 до 17; плотность ороше-
ния на наружной трети радиуса оросителя, где осуществляется
поперечный ток, принимается равной 426%, на средней трети--'

236 Типы и конструкции охладителей [гл. 4
80% и на внутренней трети (занимающей по площади около
11%) —30% от средней плотности орошения по всему ороси-
телю. В некоторых конструкциях решетник выполняется из
Фиг. 4-60. Градирня с гиперболической железобетонной башней.
досок, устанавливаемых с разными углами наклона, с тем,
чтобы они направляли воздух к центру оросителя.
Такие мероприятия наиболее широко используются в гра-
дирнях с высокой гиперболической железобетонной башней,
рассчитанных на работу с повышенной плотностью орошения
(фиг. 4-60). Данные по ряду типичных «гиперболических» гра-
дирен и сравнение их с деревянными градирнями по общей вы-
соте сооружения и.плотности орошения приведены' в табл. 4-8 s
§ 4-6^ Ёашенные градирни — брызгальные и капельные 23/
Данные по железобетонным гиперболическим градирням
* Мепыпая производительность сравнительно с градйрией Г обуславливается климатйчесх имя условиями й меньшей высотой оросителя (вы-
сота подачи воды м против 11 л)-
** По пропускной способности водораспределительного устройства.
*=“* Высокий ороситель (высота лодачи воды 11 .и).
238 Типы и конструкции охладителей [ гл. 4
В существующих конструкциях гиперболических градирен
решетник заполняет все пространство между водораспредели-
тельным устройством и водосборным резервуаром. Воздухо-
распределителя они не имеют, и воздух поступает в решетник
только по периферии оросителя в нижней его части. Чтобы
способствовать правильному движению воздуха в оросителе,
нижние ярусы решетника, расположенные на высоте входных
окон, выполняются из трех- или четырехгранных брусков,
верхние ярусы - - из досок шириною 8—12 см и толщиною 1 см,
широкие грани которых располагаются под углом к горизон-
тали (фиг. 4-61). Угол наклона этих граней принимается или
переменный, постепенно нарастающий по мере перехода от
S-200-260
Фиг. 4-61. Типы решетника в различных зонах оросителя гиперболиче-
ской градирни (обозначения зон см, фиг. 4-60).
периферии к центру оросителя и от нижних ярусов решетника
к верхним, или для упрощения конструкции постоянным и рав-
ным около 60°. В последнем случае принимается переменным,
нарастающим к центру, шаг между брусками и досками в
каждом ярусе. Кроме того, предусматривается значительное
понижение плотности орошения по направлению от перифе-
рии к центру: от 170 до 35% от средней.
Следует отметить, что расположение решетника в градир-
нях, типа представленных на фиг. 4-59 и 4-60, в непосредствен-
ней близости К' входным окнам для воздуха требует в райо-
на х с суровыми зимами принятия мер против вылетания на-
ружу брызг, образующих при морозах наледь вокруг градирни.
Опорная конструкция оросителя башенной
градирни представляет собой деревянный каркас из стоек
(обычно 130 X 130 леи), соединенных между собой горизон-
тальными связями. Только в самых малых градирнях (пло-
щадь 10—20 м2), где ороситель целиком помещается внутри
вытяжной башни, он опирается на каркас последней
(фиг. 4-53).
Бруски решетника укладываются на доски-подрешетины
(25 X 120 мм), иногда в вырезы, имеющиеся в подрешетинах,
и прибиваются к ним гвоздями. Для уменьшения количества
§ 4-6 1
Башенные градирни — брызгальные и капельные
239
Фиг. 4-62. Оросительное устройство
,,бсзгвоздевогоа типа.
брызг, попадающих в сторону обшивки оросителя и входных
окоп, крайние 3—4 ряда трехгранных брусков укладываются
иногда одной из узких граней на подрешетины таким образом,
чтобы их широкие грани были направлены к центру оросителя
(фиг. 4-59). Укладка брусков при отсутствии вырезов в под-
решетинах, особенно при переменном шаге между брусками,
производится по предварительной разметке на подрешетина?:
по шаблонам.
Подр ешетины, р ас-
положенные через
каждые 1 ,5—2 ш,
крепятся на неглубО'-
ких врубках (10л«)
и гвоздях к стой-
кам каркаса. На эти
же стойки укладыва-
ются сверху брусья,
служащие опорой
для водораспредели-
тельного устройства.
Имеются так ы.а-
зыв аемые « б ез ввоз.
девые» конструкции
оросителя, в которых
применение соедине-
ний на гвоздях, под-
верженных в усло-
виях градирен кор-
розии, избегается или
сводится к миниму-
му. В таких кон-
струкциях бруски
вставляются в сквоз-
ные прорези в под-
решетинах или укладываются в имеющиеся сверху подреше-
тин вырезы и тогда прижимаются еще сверху планками, при-
биваемыми по концам. Подрешетины или укрепляются в
сквозных прорезях, сделанных в стойках (фиг. 4-62), или за-
жимаются между двумя стянутыми болтами брусьями, из
которых составляется в этом случае стойка. Недостатком этих
конструкций является большая сложность в изготовлении и
затруднительность ремонта оросителя.
Разбивка стоек принимается в небольших градирнях по
прямоугольной сетке, а в больших многоугольных градирнях
также и радиальная. При прямоугольной разбивке стоек ре-
шетник укладывается в одном направлении, параллельно од-
ной из горизонтальных осей оросителя. Такое расположение
допускает более, широкую стандартизацию элементов копструк-
240 Типи и конструкции охладителей [ м. 4
ции оросителя (брусков, подрешетин и др.). При радиальной
разбивке стоек подрешетины также располагаются радиально,
а бруски решетника укладываются в плане концентрическими
многоугольниками, параллельно наружным сторонам ороси-
теля (фиг. 4-56). Эта разбивка белее удобна при радиальной
схеме водораспределительного устройства.
Стойки оросителя устанавливаются непосредственно на дно
водосборного резервуара или на железобетонные столбики, вы-
ступающие на 10—15 см выше максимального уровня воды
в резервуаре. Устройство опорных столбиков способствует
большей долговечности деревянных стоек при работе градирни
с частыми и длительными перерывами, когда не погруженная
в воду часть стоек может просыхать. При непрерывной работе
градирни установка их необязательна.
Воздухе направляющ не щиты укладываются на
горизонтальные связи каркаса оросителя. Ония изготовляются
из шпунтованных досок и имеют по внутреннему и внешнему
периметрам бортики из брусков. Сток воды со щитов осуще-
ствляется через узкие прорези, направленные вдоль пути воз-
. духа и на крайних щитах не доходящие на 1,5—2 к до вход-
ных окон. Снизу, по краям прорезей, набиваются рейки, пре-
пятствующие растеканию воды по нижней поверхности щита.
Щиты, расположенные на разных уровнях, должны в плане
заходить один за другой на 20—30 см. Водонепроницаемость
щитов, необходимая для предотвращения образования наледей
из-за замерзания проникающей через неплотности воды, обес-.
печивается плотным сопряжением досок, конопаткой швов, а
при недостаточности этого и покрытием щитов оклеенной
гидроизоляцией (рубероид, борулин или др.). Если для борь-
бы с обмерзанием предусматривается создание зимой «водяной
завесы» по периферии оросителя, крайние шиты выполняются
поворотными или съемными.
Во избежание значительного выноса ветром падающих с
решетника водяных капель и разбрызгивания воды вблизи
градирни с внутренней стороны обшивки оросителя устраива-
ются над воздушными окнами сборные желоба и, кроме того,
в воздухораспределителе устанавливаются ветровые перего-
родки. Отверстия, а иногда также и короба для стока воды из
желобов, улавливающих воду с обшивки, располагаются про-
тив стоек.
Ветровые перегородки изготовляются из досок,
набиваемых по стойкам каркаса оросителя. При небольших
размерах и прямоугольном сечении оросителя устанавливается
одна ветровая перегородка вдоль его длинной оси или две
расположенные крест-накрест перегородки. В больших градир-
нях устраивается одна или несколько секционирующих пере-
городок в диаметральных плоскостях по всей высоте оросителя
и во всех углах многоугольника короткие радиальные пере-
§ 4-6] Башенные градирни — брызгальные и капельные 241
Обшивка
угли
Ц/мтраяънал
перегородка
Узловая
перегар одка
Фиг. 4-63. Схема расположения пет-
ровых перегородок в большой ба-
шенной градирне (план).
городки, заканчивающиеся на 1—1,5 м выше верха окон; в
углах, па всю высоту входных окон, устраивается наружная
дощатая обшивка (фиг. 4-63).
Для ограничения количества воздуха, поступающего в оро-
си гель зимой, входные окна снабжаются навесными щитами,
убираемыми на летнее время.
Водораспределительное устройство выпол-
няется в виде системы деревянных желобов со сливными труб-
ками и разбрызгивающими розетками (фиг. 4-41 по 4-44).
Другие конструкции (напорные деревянные короба или трубы
из дерева, железа или асбоцемента со специальными разбрыз-
гивателями и др.), предлагавшиеся в разное время, не полу-
чили широкого распростра-
нения в конструкциях ба-
шенных градирен.
В небольших башенных
I ‘р а ди р п я х в о дор а спр с дел и -
тельное устройство не отли-
чается от описанного выше
для откр ыты х кап ел ьн ых
градирен, только широкие
желоба, преграждающие
проход воздуху при противо-
точном оросителе, не приме-
няются. В больших много-
угольных градирнях устраи-
вается несколько* маги-
стральных желобов, расположенных параллельно друг другу
или радиально (фиг. 4-64). Подвод воды в магистраль-
ные желоба осуществляется или сбоку (фиг. 4-64,// и 4-65 Н
или в центре по железобетонному стояку, проходящему через
ороситель (фиг. 4-64,/// и /В), В последнем случае наверху
стояка располагается деревянный или, что лучше, железо-
бетонный раздаточный ящик, к которому присоединяются
магистральные желоба. Для более равномерного распределе-
ния воды между отдельными желобами скорость воды в раз-
даточном ящике должна быть невелика. Для этого ящику при-
дается достаточное сечение и соединение его со стояком осу-
ществляется с помощью конического перехода. Если же тру-
бы, подводящие воду, доходят до дна раздаточного ящика,
рекомендуется устанавливать в последнем решетку, гасящую
энергию выходящей из труб БОДЫ.
При большой площади оросителя, начиная примерно .от
^00 я2, центральная подача воды целесообразнее.
В крупных градирнях над наружной частью оросителя, вы-
ступающей за пределы основания башни, часто устраивается
1 Фиг. 4-65 см. на вклейке в конце книги*
16 Л. Д. Берман.
242 Типы и конструкции охладителей [гл. 4
внешний круговой жолоб. Он представляет собой широкое
кольцевое корыто, перекрывающее почти всю или значитель-
ную долю выступающей части оросителя. Hoi при подаче воз-
духа в эту часть оросителя в основном снизу плоское пере-
крытие, как уже отмечалось, неблагоприятно с точки зрения
распределения поступающего воздуха. Открытый внешний
жолоб быстрее загрязняется золой и пылью, а также более
подвержен зарастанию водорослями (цветению). Избежать

Фиг. 4-64. Схемы водораспределительных устройств.
1—подвод волы (н Ш и JV по центральному стояку); 2 -магистральные желоба;
Л—рабочие желоба! 4--внешний жолоб (корыто).
быстрого загрязнения внешних широких желобов можно как
и в открытых градирнях, закрывая их сверху съемными дере-
вянными щитами.
Магистральный жолоб водораспределительного устройства
иногда выполняется кольцевым’ (фиг. 4-59 и 4-60) и распола-
гается вне контура вытяжной башни. На фиг. 4-66 показан
разрез кольцевого магистрального желоба, разделенного по
всей его длине внутренними стенками на три отсека. Широкий
§ 4-6 ] Башенные градирня — брызгальные и капельные 243
центральный отсек соединен с более узкими боковыми отсе-
ками отверстиями во внутренних стенках с щитками для регу-
лирования распределения воды (на фигуре щитки не пока-
заны). Для выравнивания распределения воды между ради-
альными. рабочими желобами, отходящими от магистрального
жолоба к центру оросителя, они связываются еще между со-
бой посредством круговых уравнительных желобов.
Фиг. 4-66. Трехсекцяонный магистральный жолоб.
. Схема водораспределительного устройства должна быть
увязана с секционированием градирни. При большой площади
градирни предусматривается еще возможность выключения
периферийной или центральной части оросителя или перерас-
пределения между ними нагрузки в зимнее время для преду-
преждения обмерзания градирни. Для возможности отключе-
ния отдельных зон устанавливаются щитовые затворы в жело-
бах. Предпочтительной является схема, допускающая осуще-
ствление необходимых переключений при минимальном коли-
честве щитков. Щитки, используемые для регулирования рас-
пределения воды, снабжаются стопорными устройствами для
крепления их в промежуточных положениях.
Сбоку градирни обязательно устраивается лестница, а в
башне плотно закрывающаяся дверь для прохода на водорас-
пределительное устройство.
Водосборные резерв у а р ы малых градирен
имеют в плане ту же форму, что я ороситель, т. е. квадрат-
ную или прямоугольную. Стенки резервуара, являющегося
одновременно и основанием башни, выполняются из бутового
камня, кирпича или железобетона (фиг. 4-53 и 4-67).
В больших градирнях устраиваются обычно круглые же-
лезобетонные резервуары с диаметром, по возможности, не
более 25 м. Большей частью резервуар располагается не под.
всем оросителем, а только под его центральной частью, чтобы
избежать необходимости пропускать через днище резервуара
опоры под башню. Под наружной частью оросителя устраи-
вается железобетонный поддон — «розста» с уклоном в сто-
16*
‘244
Типы и конструкция охладителей
[ гл. 4
рону резервуара (фиг. 4-55). По внутреннему периметру розе-
ты но предложению инж.- К. И. Корбуш устраивается борт
высотой 25—30 см, благодаря которому на розете создается
слой воды, препятствующий образованию на ней зимой нале-
дей. В нижнюю часть борта закладываются железные трубки
для освобождения розеты от воды при выключении градирни.
Иногда выполняется кольцевой резервуар, расположенный под
наружной частью оросителя, и розета под центральной частью
последнего. Наружные контуры резервуара или розеты долж-
ны выступать на 0,25—0,30 м за габариты оросительного
устройства.
Рззрез хтр В'В
Фиг. 4-67, Водосборный
резервуар малой башен -
пой градирни.
Плотность резервуара и розеты обеспечивается нанесением
штукатурки из жирного цементного раствора с железнением
или торкретированием их внутренних поверхностей, а при во-
допроницаемых грунтах также гидроизоляцией в виде слоя
оклеенного материала или битума между днищем резервуара
и бетонной подготовкой. В случаях осадочных грунтов осуще- >
ствляется еще дренаж на водонепроницаемом основании с от-
водом воды в канализацию (фиг. 4-68).
В строительном отношении резервуар и розета выполняют-
ся обычно раздельно друг от друга и от железобетонной опор-
ной конструкции башни. В гиперболической железобетонной
градирне, где фундамент башни играет роль стенок резервуа-
ра, днише последнего отделяется от фундамента швом, зали-
тым битумом.
Глубина резервуара принимается до 1,8—2 я при макси-
мальном уровне воды-в нем на 0,3—0,5 м ниже обрезй. Более
глубокие резервуары применяются при необходимости созда-
§ 4-6} Башенные градирни — брызгальные и капельные 245
ния-запаса воды для. пожарных
или иных целей, но при этом
сильно затрудняется чистка ре.
зервуара от. скапливающегося
в псм-. шлама. Дно резервуара-
выполняется с уклоном около
0,1% в сторону приямка, слу-
жащего для спуска воды и
удаления грязи. Дно приямка
располагается на 0,3-0,4 м ни-
же дна резервуара. Перед ка-
налом или трубами для отвода
охлажденной воды устанавли-
ваются сетки или решетки.
В больших градирнях сетки
устанавливаются часто в спе-
циальном колодце, к которому
подходят трубы из резервуара.
Это облегчает выемку сеток
для очистки. Рекомендуется
устанавливать двойные сет-
ки 'с отверстиями не более
10X10 мм. В этом же колодце
располагаются обычно* и вы-
пуски для слива воды из резер-
вуара.
При секционировании гра-
дирни резервуар разделяется
железобетонными стенками или
деревянными перегородками
на две пли более части. При
этом каждая секция имеет от-
дельный . отвод охлажденной
воды, спуск в канализацию и
переливную трубу.
Секционирование башенной
градирни не равноценно сек-
ционированию охладителей
других типов, так как выклю-
чение части оросителя связано
не только с соответствующим
уменьшением действующей его
площади, но и с реЭким ухуд-
шением работы других секций
из-за неизбежного попадания в
башню большого количества
холодного воздуха через вы-
246
Типы и конструкции- охладителей
[Таг, 4
ключенную секцию, что приводит к сильному понижению
ТЯГИ. "
Деревянные башенные градирни, быстро просыхающие в
случае их выключения, должны обеспечиваться надежной про-
тивопожарной защитой. Необходимо устанавливать наверху
башни громоотводы. Помимо пожарного водопровода целесо-
Фиг. 4-69. Кривые охлаждения для башенных капельных
градирен.
/—по эмпирической формулеТайбеля; 2, Л, 4—гарантийные кривые:
.5— по Арефьеву.
образно предусматривать также трубопровод от системы
охлаждающей воды для полива башни с двух сторон при
пожаре.
Конструкции вытяжных башен рассматриваются подробнее
ниже в § 4-8.
Технико-экономические показатели1 башенных капельных
градирен приведены в табл. 4-9 по 4-11, опытные и гарантий-
ные кривые охлаждения для некоторых градирен этого типа-—
на фиг. 4-69.
1 В отношении стоимостей охладителей см. сноску на стр. 204.
§ 4-6] Башенные градирни—брызгальные и капельные 247
Таблица 4-9
Расход материалов на сооружение малых башенных градирен
капельного типа1
Площадь оро- сителя, лГ ! Лесомате- риалы, л’ Сталь арма- турная:, кг Болты, кг Гвозди, по- ковки и пр., кг Бетон, лг
6,25 17,4 805 483 82 6,7
14,0 22,9 1 420 437 117 11,8
25,0 32,3 2 230 421 164 18,6
39,0 i 46,3 3 090 625 239 25,8-
1 По данным КТИС Главстройпроекта. Градирни с железобетонным резервуаром.
Т а б л и ц а 4-10
Расход материалов, объем работ и соотношение стоимостей
капельных градирен с башней типа оболочки на железобетонном
рамном основании1
Площадь ороси- теля, «И 2 ! | Земляные рабо- ; 1 ты, м3 * i Бетонная подго- . I тонка, лГ Железобетонные конструкции, .ws Ороситель Башня Соотношение стоимостей2, проценты
Резервуар [ Роэета 1 Рама Всего Дерево, мя Металли- ческие из- делия, кг Дерево, м3 । Металли* ческйе изделия, кг На 1 № площади Общая, | стоимость 1
30 . . 311 3,9
50 — —— — — -л. и»- • ••—л — — —- 278 5,8
100 — — — -— — —, —- — — 211 8,8
200 520 50 — — 125 60 — 45 183 15,3
400 850 70 41 29 115 185 117 270 72. 2200 —
500 1 300 105 1 ' —« 240 150 II 1 80 — 141 29,5
800 1500 120 72 58 156 285 234 540 108 3 300 — —
1 000 2 000 180 — —. 350 295 130 — 117 48,6
1 200 2 200 200 102 87 191 380 350 800 146 4400 —
1 600 2 670 240 131 116 219 466 468 1070 183 5 500 106 70,0
2 000 3 300 300 152 146 241 539 585 1330 218 6 500 102 85,3
2 400 4 000 360 185 174 265 624 702 1600 261 7 800 100 100,0
1 По данным ияж. Г. Г. Джанибекова и К, И. Корбуш.
5 За 100% принята стоимость градирни с площадью оросителя 2 400 лГ.
Градирни рассматриваемого типа строятся на производи-
тельности, начиная от 8—10 м3]час и до очень больших, до-
стигающих для градирни с деревянной башней 12 000 ж3/адс,
а с гиперболической железобетонной башней — 28 000 мА}час
в одном охладителе. .
Плотности орошения принимаются для них в зависимости
от расчетных условий от 2 до 5 л/3/л<2 час, а для гиперболиче-
ских градирен примерно до 7,5 м3/м2>час. Повышение плот-
248
Типы и конструкции охладителей
(гл, 4
Таблице 4-11
Основные технико-экономические показатели крупных башенных,
градирен капельного типа1
Ко и стр у к шгн вытяжной
банши
Расход основных материалов |
400
800
1 070
1 070
2 000
.2 050*
2 400
2 400
1 520
Деревянная, сетчатого
типа....................
С металлическим карка-
сом ..................
С металлическим карка-
сом .............. .
С деревянным каркасом
С металлическим карка-
сом ..................
С металлическим карка-
сом . . ..............
С металлическим карка-
сом .................
С деревянным каркасом
Гиперболическая железо-
бетонная ...............
1 050 178 . 1 104 282 219 62; — ; j
1 650 314 60 374 326'107 46
2 000 2 000 — — ; 579 - 719 774 755 215 163 51
3 300 — 11 000 1 177 307 92 ‘
— — Р 000 1 104 267 . 97
4 000 4 000 — — 4 374 981:300 — 1 410 1 055:345 130 -
— — — 872 1 740|400 .137»
561
603
922
1 По данным Тепдоэлектропроевта иг Промэиергопроекта.
3 В ценах 1436 г.
* Поперечно-противоточная — типа, показанного га фиг. 4-58.
* * Арматура.
ности орошения в гиперболических градирнях достигается за
счет увеличения высоты вытяжной башни (см. табл. 4-8) и
применения более эффективного, но сложного в выполне-
нии оросителя.
В последние годы наблюдается также тенденция и к неко-
торому увеличению высоты деревянных башен с железным
каркасом для крупных градирен с площадью оросителя более
1 300—1 500 м'2. Так, для градирен с площадью оросителя
1 800 м2 общая высота вместо принимавшихся ранее примерно
44 м доводится до 50 м, а в отдельных случаях до 57—601 м,
что позволяет увеличить плотность орошения при том же охла-
дительном эффекте.
Соор ужение башенных градирен, особенно градирен боль-
ших размеров, требующих значительного объема земляных и
железобетонных работ, должно производиться по возможности
в теплое время года. Монтаж деревянных конструкций гра-
дирни в зимнее время также нежелателен, так как при заби-
вании гвоздей в мерзлые доски и бруски дерево трескается.
Срок сооружения градирни сильно зависит от ее конструкции
§ 4-7 j Башенные градирни — пленочные и комбинированные 249’
и местных условий. Он составляет для градирни пдбЩадьЮ’
1 000—1 300 м2 с деревянной башней и железным каркасом
примерно 2 мес., а для градирни площадью около 1 500 м2 с;
гиперболической железобетонной башней высотой 55 мм до-
8—10 мес.
Вследствие независимости охладительного эффекта башен-
ных градирен ст наличия ветра они могут располагаться в
сравнительной близости к другим сооружениям. Этому благо-
приятствуют также незначительный унос воды и отвод уходя-
щего влажного воздуха на большую высоту. Все же при боль-
ших размерах башенных градирен, когда содержащийся в ухо-
дящем воздухе водяной пар нс может быть быстро поглощен-
окружающей более холодной атмосферой, наблюдается конден-
сация этого пара и осаждение образующихся водяных капель,
а также уноса, на --прилегающей территории. Это может при-
водить зимой к образованию гололеда на проводах открытых
электрических подстанций и линий передачи. Поэтому расстоя-
ние от большой градирни до открытой подстанции следует
принимать от 40 до 60 м в зависимости от преобладающего
направления ветра в зимнее время.
4-7; БАШЕННЫЕ ГРАДИРНИ ~ ПЛЕНОЧНЫЕ
И КОМБИНИРОВАННЫЕ
Пленочные градирни отличаются от капельных, главным
образом, конструкцией оросителя-. Развитая поверхность охлаж-
дения создается в них путем слива воды в форме.тонкой плен-
ки толщиной 0,2—0,4 мм по каким-либо поверхностям. Приме-
нялись пленочные оросители из металлических сеток, колец
Рашига, гончарных труб, фасонных кирпичей, наклонных дере-
вянных. планок, деревянных брусков обтекаемой формы,
полотнищ и др., но преобладающее распространение получили
сейчас конструкции с оросителями из деревянных щитов.
Пленочные градирни выполняются, как правило, чисто-
противоточными. Щиты высотой 3—5 м устанавливаются на
расстоянии 4—8 см друг от друга и по остающимся между
ними узким каналам снизу вверх движется воздух, охлаждаю-
щий стекающую по поверхности щитов водяную пленку
(фиг. 4-70). Щиты собираются из уложенных на ребро тонких
досок и либо изготовляются на месте с жестким закреплением
их в оросителе, либо, предварительно заготовляются на стон
роне в виде небольших стандартных элементов,, устанавливае-
мых на место в готовом виде.
При жестком закреплении щитов, принятом в первой оте-
чественной конструкции пленочной градирни, разработанной в
1932 г. строительно-монтажным бюро ВТИ (инж. К. И. Кор-
буш" при участии А. И. Арефьева), доски прибиваются гвоз-
дями к вертикальным рейкам, расположенным на расстоянии
250
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
0,8—1,2 м друг от друга (фиг.- 4-71). К доскам первого’ щита
прибивается следующий ряд реек, к последним доски вто-
рого щита и т. д., пока не заполняется весь ороситель.
Толщина реек выбирается в соответствии с заданным расстоя-
нием между щитами. Рейки служат также опорой для водо-
распределительного устройства. Для этого они выпускаются
Фиг. 4-70. Башенная пленочная градирня.
[выше щитов оросителя и на них укладываются брусья под
желоба. Нагрузка от щитов и желобов передается рейками
горизонтальным брусьям деревянной опорной конструкции.
В другой конструкции, предложенной ВТИ, сборка щитов
осуществляется путем закладывания горизонтальных досок, по
образцу шандор, в зазоры между рейками, набитыми на попе-
речные прогоны из досок, крепящихся по стойкам (фиг. 4-72
и 4-73). Доски щита соединяются между собой в четверть или
в треугольный шпунт. Нижняя доска каждого щита опирается
краями на горизонтальные опорные брусья, благодаря чему

ф«'г.’4-71. Ороситель пленочной градирни (план и разрез).
252
Типы и конструкции охладителей
гл. 4

направляющие и разделительные рейки не воспринимают на-
грузки и могут быть прибиты тремя-четырьмя гвоздями каж-
дая. Свободно закладываемые доски щитов нс пришиваются'
гвоздями.
Волее простой в изготовлении и легче поддающейся ре-
монту является получившая распространение в последние годы
и принятая сейчас Теплоэлектропроектом конструкция из не-
больших стандартных щитов, устанавливаемых в несколько
Плои ёаЗараспредалительлозз устрааства,
ерзштеля и резервуара
ярусов по высоте оросителя. Такие щиты выполняются высотой
0,8 -ч- 1,5 .м и шириной 1,5 -2 м. Доски располагаются в них
не вплотную друг к другу, а с вертикальным зазором между
ними до 4—5 см и скрепляются двумя-тремя рейками, распо-
ложенными на расстоянии до 0,7-т- 0,9 м друг от друга
(фиг. 4-74). Щиты устанавливаются на горизонтальных пар-
ных схватках каркаса оросителя под небольшим углом к вер-
тикали (4,5—5°, иногда до 15°) с изменением направления
наклона щитов на обратное при переходе от яруса к ярусу
(фиг. 4-75). Сопротивление такого оросителя проходу воздуха
несколько выше, чем оросителя из сплошных вертикальных
щитов.
При любой из описанных конструкций для изготовления
щитов следует применять менее подверженные короблению
$4-7] Башенные градирни — пленочные и комбинированные 253
Сёхция яржшпёяя
узкие доски шириной 100 мм и толщиной не более 10—12 мм.
В настоящее врёмя применяются и более тонкие доски—до
6—8 мм, что сильно облегчает конструкцию и повышает ее
компактность. При постоянном омывании их водой щиты из
тонких досок достаточно долговечны. Щиты изготовляются из
нестрогапных досок.
Когда градирня работает периодически с выключениями на
длительные периоды (сезонная нагрузка), условия для сохран-
ности деревянной конструк-
ции неблагоприятны, и в
этих случаях иногда приме-
няют для изготовления оро-
сителя другие материалы,
например пустотелые кирпи-
чи, образующие вертикаль-
ные каналы, внутри которых
по стенкам стекает водяная
пленка (фиг. 4-76,а). Пусто-
телые кирпичи соединяются
на растворе и связываются
-еще железной арматурой.
Такая конструкция очень
долговечна, ио сложна й до-
рога в изготовлении. Тепло-
электропроектом была пред-
ложена более простая и лег-
кая конструкция пленочного
оросителя из асбоцементных
(асбошиферных) листов тол-
щиной 5 мм (фиг. 4-76,6),
но в практике строительства
промышленных градирен
применение асбошпфера в
качестве материала для щи-
тов пока еще не проверено.
Заполнение всей площади
пленочного оросителя, собирающегося из плоских щитов или
фасонных пустотелых кирпичей, активной орошаемой поверх-
ностью наиболее просто достигается при квадратной или
прямоугольной его форме в плане (фиг. 4-72). В этом случае
все щиты могут быть одинаковыми или достаточно щитов
.двух-трех различных размеров, что сильно облегчает массовую
заготовку на стороне стандартных элементов конструкция оро-
сителя. Поэтому и довольно большие башенные градирни пле-
ночного типа имеют иногда квадратный ороситель при много-
угольной или круглой вытяжной башне.
Квадратная 'форма оросителя в плане допускает удобное
-сопряжение его с восьмиугольной вытяжной башней и обыч-
Фиг. 4-73. Крепление щитов
в пленочной градирне.
254
Типы и конструкции охладителей
[ гл. $
но не вызывает затруднений в расположении опор под башню.
Части оросителя (по его углам)» выступающие за пределы
контура башни и имеющие сравнительно пологие перекрытия,
оказываются при этом, как подтверждают опыты ВТИ на мо-
делях, в достаточно благоприятных условиях в отношении по-
ступления в нйх свежего воздуха. Направление щитов, если
они снабжены в нижней части зубчатыми фестонами (см. ни-
же), должно приниматься в каждом из четырех секторов,
образуемых диагоналями, проведенными через вершины квад-
па А 8
фиг. 4-74. Стандартные щиты пленочного оросителя.
рата, параллельным соответствующей стороне квадрата. При
расположении стоек в вершинах квадратной сетки изменение
направления щитов не требует какого-либо изменения их раз-
меров, т. с. увеличения числа типов щитов. Квадратная форма
оросителя была принята в свое время в проекте пленочной гра-
дирни ВТИ, а сейчас принята также в типовой конструкции
Промэнергопроекта.
Для оросительных устройств больших пленочных градирен
применяется, однако, и форма равностороннего многоуголь-
ника (фиг. 4-77), Число сторон многоугольника принимается
равным 8 для градирен производительностью до 7 000 м2/час
и 12 для градирен более высокой производительности. Выбор
многоугольной формы оросителя в плане может иногда обус-
лавливаться конструктивными соображениями, связанными с
устройством опорной конструкции под башню. Недостатком
такого решения является необходимость изготовления больше
§4-7] Башенные градирни — пленочные и комбинированные .255'
Фиг. 4-75. Разрез пленочного оросителя из стандартных щитов
256
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
го числа щитов разных размеров для лучшего заполнения ими
площади оросителя.
Опорная конструкция вытяжной башни, как правило, выно-
сится в пленочных градирнях даже, самых крупных за пределы
ф Элемент сриситапя из юдоцемлнтных лисгпоЗ
Фиг. 4-76. Пленочные оросители из пустотелых
кирпичей и асбоцементных листов.
оросителя, поскольку при обычной для таких градирен высо-
кой плотности орошения площади сечения оросителя и основа-
ния башни оказываются близкими между собой.
Более равномерное распределение воздуха в
оросителе и увеличение площади входных окон может дости-
гаться в пленочных градирнях, как и в капельных, ступенчат
.4 4-7] Башенные градирни — пленочные и комбинированные
2571
Фиг, 4'77, План оросительного устройства пленочной градирни.
1 ' Л. Д, Берман.
258
Типы и конструкции охладителей
[ гл. $
тым увеличением высоты воздухораспределителя в направле-
нии от центра оросителя к периферии. Высота входных окон
и' воздухораспределителя, особенно на стороне поступления
воздуха, должна быть у пленочных градирен большей, чем у
капельных, так как более высокая плотность орошения тре-
бует и соответственного увеличения количества поступающего
воздуха при том же периметре оросителя.
Воздухонаправляющие щиты в пленочных градирнях обыч-
но не применяются. Чтобы освободить проход для воздуха и
уменьшить сопротивление воздухораспределителя, вода, сте-
кающая со щитов, собирается в отдельные струи. В конструк-
ции, показанной на фиг. 4-71, это осуществляется устройством
внизу щитов широких (85—90 см) зубцов, на которые наби-
ваются в 3 ряда пр высоте тонкие планки, образующие благо-
даря скашиванию верхних граней маленькие желобки, направ-
ленные к острию зубца. Стекающие с зубцов струи падают
непосредственно в резервуар или в водосборные желоба.
Устройство желобков для направления стекающей воды вызы-
вает заметное сужение воздушного сечения между щитами
и требует очень трудоемкой работы по изготовлению и на-
бивке большого количества планок. Аналогичными недостат-
ками обладали и другие предлагавшиеся ранее способы сбора
воды (устройство канавок в теле щита, установка желобков
под каждым щитом и др,).
В настоящее время наиболее широко принят способ, пред-
ложенный ВТИ и заключающийся в устройстве снизу щита
фестона из небольших зубцов шириной всего 15—16 см и вы-
сотой 6—8 см (фиг. 4-73 и 4-74). Эти размеры выбраны, исхо-
дя из опйтных данных, таким образом, чтобы вся вода сте-
кала к остриям зубцов, не срываясь в виде капель с их боко-
вых граней. Благодаря этому отпадает необходимость в до-
полнительных устройствах для направления воды,
В пленочных градирнях больших размеров применяется
также уменьшение плотности орошения в направлении от пе-
риферии к центру, но в более узких пределах, чем это делает-
ся в поперечно-противоточных капельных градирнях, примерно'
от 115—120% от средней плотности орошения на периферии
до 75—80% в центре оросителя (фиг. 4-78).
Водораспределительное устройство выпол-
няется в пленочных градирнях так же, Как и в капельных. Для
подачи воды на щиты прежде применялись различные вспомо-
гательные устройства (бруски с канавками, оголовки, перелив-
ные желобки, наклонные щиты и др.), сильно усложнявшие
конструкцию оросителя и увеличивавшие сопротивление про-
ходу воздуха из-за сужения живого сечения. Но, как было
показано ВТИ, в каких-либо специальных приспособлениях
для распределения воды по щитам нет необходимости. При
обычном водораспределительном устройстве, состоящем из
§ '^'1 1 Башенные градирни — пленочные и комбинированные. 259
желобов со сливными трубками и разбрызгивающими розетка-
ми, вылетающие с последних капли двигаются по довольно
пологим траекториям и основная масса их попадает на щиты.
Провал воды между вертикальными щитами высотой около
1,5 м даже при неподвижном воздухе не превышает Зд-5%,
а при большей высоте щитов, и особенно при встречном дви-
жении воздуха, еще более снижается.
pGCf^'j‘o^j£JMue рабочих зк&лобиЗ
Расстояние по радиусу оросителе
Фиг. 4-78. Изменение плотности орошения в пленочной градирне.
В пленочных градирнях большее значение приобретает
вопрос об уменьшении сопротивления движению воздуха, со-
здаваемого водораспределительным устройством, так как более
высокая плотность орошения приводит при тех же скоростях
воды в желобах к значительным размерам последних. Чтобы
избежать сильного уменьшения сечения для прохода воздуха
между желобами, они выполняются узкими и высокими, а
иногда им придается еще более удобообтекаемая форма 5
1 Такие желоба из железобетона применялись и в гиперболи-
ческих градирнях, также работающих с повышенной плотностью
орошения.
260 Типы и конструкции охладителей [ гл. 4
(фиг. 4-79). Для разбрызгивания поступающей воды в пленоч-
ных градирнях могут быть использованы описывавшиеся вы-
ше розетки с бортовыми желобками (фиг. 4-43) или предло-
женные ВТИ несколько видоизмененные розетки этого же типа
(фиг. 4-80). Последние отличаются тем, что число желобков
увеличено в них с 32 до 48, причем чередующиеся желобки
имеют два различных угла выхода воды, благодаря чему со-
здается двухярус пый водяной факел с более широкой активно
орошаемой зоной. В небольших градирнях могут быть также
Фиг. 4-79. Рабочий
жолоб.
Фйг, 4-80. Разбрызгивающая
розетка с двухярусным факе-
лом.

использованы сопла или разбрызгиватели, присоединяемые к
водораспределительным трубам.
Водосборные резервуары пленочных градирен не отлича-
ются от применяющихся в башенных градирнях капельного
типа, но вследствие меньшей площади градирни при той же
производительности резервуары и в больших установках вы-
полняются обычно под всем оросителем или с розетой незна-
чительных размеров.
Основные размеры ряда выполненных башенных градирен
пленочного типа большой производительности приведены в
табл. 4-12.
Смачиваемая поверхность щитов (с обеих их сторон) со-
ставляет в этих градирнях, рассчитанных на обслуживание
конденсационных установок электростанций, 14—16 м2 на
1 м?[час расхода охлаждаемой воды.
Пленочные градирни имеют при той же площади оросителя
несколько более высокую башню, чем капельные градирни, что
§ 47 ] Башенные градирни — пленочные и комбинированные 261
Таблица 4-12
Данные по башенным градирням пленочного и комбинированного
ТИПОВ —8— 10° С)
Тип градираи
Пленочный
Капельно-пле-
НОЧНЕнЙ
1 Площадь оросителя, 1 730 1 160 1 200 1 320 1 150 1 400
д<э 625
Форма в Питано (чис- ло граней равно- стороннего много- угольника) .... 4 8 12 12 12 8 4
Высока щитов, я « 4,4 4,05/4,8 3,75 — — .— —
Поверхность щитов (с обеих сторон), тыс. а/2 84,6 123 47,8
Высота подачи воды, м . . . 8,5 8,2 9 7,8 8 7,5
Полная высота гра- дирни, м .... . 45 40 45 45 50 35
Отношение выходно- го сечения башни к площади ороси- теля 0,61 0,47 0,44 0,45 (0,45)
Производительность, м^час . . . 6200 6 000 8000 10 000 10000 7 000 8 000
Плотность орошения, ,и3/л#‘г час 9,9 8,3 7,0 8,3 7,6 6,1 j 5,7
связано с большей гидравлической и тепловой нагрузкой на
единицу площади.
В проектах пленочных градирен, разработанных Л. О.
ТЭП, приняты следующие соотношения основных размеров:
Площадь оросителя,
Полная высота градирни, л«
Отношение площади вы-
ходного сечения башни
к площади оросителя
120 300 650 800 1 200 1 600
30 35 40 45 45 50
0,35
0,4 — 0,5
Высота подачи воды составляет 7,5 м в градирнях с пло-
щадью оросителя 120 и 300 я2 и Ко—8,5 м в более крупных
градирнях.
Наряду с' чисто пленочными градирнями применяются и
конструкции 1 с комбинированным «к а п ельи о - пл ено ч-
н ы м» оросителем. Такой ороситель состоит частью из решет-
ника капельного типа, частью из щитов. Щиты или распола-
гаются в нижней части оросителя под несколькими ярусами
решетника (фиг, 4-81,а) или же чередуются по высоте ороси-
262
Типы я конструкции охладителей
Г гл. 4
теля с решетником (фиг. 4-81,6). Первая конструкция при-
меняется преимущественно при переделке существующих ка-
пельных градирен с целью повышения их производительности,
вторая — для вновь сооружаемых градирен. Некоторые данные
для граДирен с комбинированным оросителем приведены
в табл. 4-12.
На фиг. 4-82 приведены опытные кривые охлаждения да я
башенных пленочных градирен.
Фиг. 4-81. Оросительные устройства комбинированного
(капельно-пленочного) типа.
При правильном выборе размеров башенные градирни раз-
личных типов '(капельные/ капельно-пленочные, пленочные)
могут обеспечить тот же охладительный эффект и мало раз-
личаются с эксплоатационной точки зрения. Они отличаются
друг от друга требуемой для тех же расчетных условий плот-
ностью орошения, а соответственно и занимаемой площадью'
Примерные соотношения между плотностями орошения для
башенных градирен различных конструкций при одинаковом
охладительном эффекте показывает фиг. 4-83 *.
* График построен по материалам, предоставленным нам и'нж. Е. М.
Бурмейстером. Эти материалы обнаруживают некоторые расхождения с
4~7) Башенные градирни— пленочные и комбинированные
263
Чисто пленочные градирни, являющиеся наиболее компакт-
ными, требуют сравнительно с капельными градирнями боль-
шего расхода лесоматериалов на единицу занимаемой ими
площади. Но благодаря более высокой плотности орошения,
достигающей для них 7—10 .и3Ди2 чась затрата дерева, отне-
сенная к одинаковому количеству охлаждаемой воды, оказы-
вается для пленочных градирен при обычной сейчас небольшой
толщине щитов практиче-
ски той же, что и для ка-
пельных градирен. Объем
планировочных, земляных
и железобетонных работ
для пленочных градирен
всегда меньше, чем для
капельных.
Кап ел ыю - пленочные
градирни занимают по
плотности орошения про-
межуточное положение
между чисто пленочными
д ' капельными градир-
нями.
Некоторые технико-
экономические показатели
башенных пленочных гра-
дирен приведены в табл.
4-13 *. Единичная произ-
водительность таких гра-
дирен достигает 16 000
м^/час. Размещение их на
тер ритор ии пр о м п р ед-
приятия легче, чем капель-
ных градирен, вследствие
их большей компактности.
Фиг. 4-82. Кривые охлаждения для
башенных пленочных градирен.
Переоборудование капельного оросителя на пленочный
может быть применено в случае необходимости для повыше-
ния производительности существующей градирни. Но посколь-
ку высота вытяжной башни капельной градирни не позволяет
обычно обеспечить достаточно эффективное использование
чисто пленочного оросителя, более целесообразно в таких слу-
чаях переходить на капельно-пленочный ороситель, заменяя
щитами только нижние ярусы решетника.
опытными данными (ср. нанесенную' на фиг. 4-83 пунктиром опытную
кривую для капельных градирен), но позволяют наглядно и в основном
правильно характеризовать использование занимаемой площади градир-
нями различных типов.
* В отношении стоимостей охладителей см. сноску на стр. 204.
264
Типы и конструкции охладителей
Фиг, 4-83. Плотности орошения для башенных градирен различных
конструкций при одинаковых расчетных условиях (г=~18,6°С),
Таблица 4-13
Расход материалов и стоимость башенных пленочных градирен
•й S й Лесоматериалы, jws 0 W

я Рч £ а и , л ь j И Ь
ф й из а ч ф о « у О ' Ея- КТЗНЬИСИ йедарйе делите устрой оросит § g О - ё ч 43 о F. £
S "5 С ь ф £ о к <£ М и Ф Ф я Л Л О А is Я SC § ей < № ф ё <р э 4ft
120 147 27 120 57 177 34 203
290* 950 116 16 48 248 143 391
300 — 271 43 ~~~ 251 90 341 60 371
500 — 408 77 -||»и 408 116 524 67 513
650 — 485 96 — 503 150 653 91 635
800 —. 576 167 — 591 165 756 И1 942
1200 ““—. 730 239 876 210 1 086 141 1 041
1 500 — 780 288 1 104 405 1 509 190 —
* С дёрепяяньш каркасом башки я кирпичным резервуаром (проект ЦЭМ);. осталь-
ные с металлическим каркасом и железобетонным резервуаром (проекты Л. О, ТЭП).
1 В ценах 1945 г. для условий Донбасса.
§ 4'8] Вытяжные башни
4-8. ВЫТЯЖНЫЕ БАШНИ
Вытяжная башня вследствие ее значительной высоты тре-
бует довольно большой затраты материалов и вызывает наи-
большие трудности при сооружении башенной градирни.
В эксплоатации она требует специального надзора и периоди-
ческих ремонтов для сохранения достаточной плотности и ме-
ханической прочности.
Благодаря доступности и невысокой стоимости дерева наи-
большее распространение получили деревянные башни с дере-
вянным или железным каркасом, но за последние годы все*
шире применяются для больших градирен, особенно в райо-
нах, бедных лесом, также и железобетонные башни. Цельно-
металлические (железные) башни, одно время получившие*
в некоторых странах сравнительно широкое распространение,
не оправдали себя вследствие высокой стоимости и недолго-
вечности из-за коррозии. Очень дороги и поэтому не получили
распространения башни из кирпича.
Деревянные башни малых градирен имеют обычно квадрат-
ное или прямоугольное сечение. Каркас их состоит из ряда
основных стоек-мачт, связанных горизонтальными брусьями
и раскосами (фиг. 4-53 и 4-54). С внутренней стороны к кар-
касу крепится обшивка из вертикальных шпунтованных досок.
Для больших башен более целесообразной с точки зрения
устойчивости сооружения является круглая форма сечения или
приближающаяся к ней форма равностороннего многоуголь-
ника. Деревянные башни крупных градирен раньше выполня-
лись многоугольными с каркасом из плоскостных ферм, но
затем эта конструкция башен была заменена более экономич-
ными. Значительными преимуществами в отношении затраты
материала, простоты сооружения и устойчивости обладает
бескаркасная круглая деревянная башня типа консольной до-
щатой оболочки, конструкция и теория расчета которой были
разработаны инж. А. Л, Шубиным1. Башня-оболочка, требую--
щая затраты дерева, приблизительно на 30% меньшей сравни-
тельно с каркасной башней, и примененная в свое время для
довольно большого числа градирен, состоит из двух рядов
досок, наклоненных в противоположные стороны под углом
45° к горизонтали, и не имеет ферменных стоек (фиг. 4-84).
Общий амортизационный срок может достигать для такой
башни по оценке ИНИГ1С 15—20 лет. Но она обладает
тем недостатком, что все ес элементы являются рабочими
частями оболочки, вследствие чего ремонт башни сильно за-
трудняется. Поэтому предпочтение отдается каркасным баш-
ням, в которых обшивка не служит рабочей частью несущей
конструкции.
1 См. составленную А. А. Шубиным главу в книге И. Т. Благо в з,
Градирни, Энергоиздат, 1933, стр. 137.
266
Типы и конструкции охладителей
[ ГЛ. 4
Для облегчения деревянного каркаса Теплоэлектропроект
использовал принцип башни Шухова. В разработанной им кон-
струкции вытяжной башни каркас выполняется из прямых
стоек, расположенных по образующим гиперболоида вращения
(фиг. 4-85). Это обеспечивает жесткую систему, хорошо со-
противляющуюся ветровой нагрузке.
Центрсэнергомоптажем предложена другая, несколько бо-
лее дешевая, конструкция каркасной башни «сетчатого» типа,
Фиг. 4-84. Общий вид и деталь обшивки башни-оболочки.
I - основные кольца; 2мовтажвые кольца; —стойки; 4 — накладки: 5 —доски
. лнешиего слоя обшивки; б — доски внутреннего слоя обшйвки; 7— гвозди.
выполняющаяся, как и башня-оболочка, из одних досок.' Кар-
кас сетчатой башни изготовляется из досок, наклоненных в
противоположные стороны под углом 45—50° к горизонтали,,
вертикальных составных стоек из досок и горизонтальных до-
щатых колен (фиг. 4-86а и 4-866).
Чисто деревянные башни (оболочка, шуховская, сетчатая)
-нашли у нас применение для градирен с площадью оросителя
до 2 400 .и2.
В последнее время деревянные башни крупных градирен
(площадь оросителя 800—1 000 м2 и выше) строятся преиму-
щественно с металлическим каркасом (фиг. 4-55 и 4-87). При
больших размерах такие башни конструктивно проще, дешевле
и долговечнее. Применение металлического каркаса сильно
облегчает сооружение высокой башни, так как каркас может
при этом монтироваться заранее собранными укрупненными
Фиг. 4-85, Вытяжная башня с гиперболическим деревянным
каркасом.
блоками, устанавливаемыми на место при помощи крана. Моя-
таж металлического каркаса укрупненными блоками требует
некоторого увеличения сечения стоек с учетом нагрузки при
подъеме отдельных частей, но зато сильно сокращает сроки
сооружения башни. В ряде случаев при отсутствии леса при-
268
Типы и конструкции охладителей

менение башни с железным каркасом может быть целесооб-
разным и при площади оросителя меньше 800.м2.
Деревянная обшивка башни каркасного типа выполняется
из вертикальных шпунтованных досок толщиной 25 ям (после
Фиг. 4-86а. Сетчатая деревянная башня. Внешний вид и разрез
(стойки каркаса на фасаде не показаны).
остружки наружной поверхности не менее 21—23 мм) и шири-
ной не более 15 см. Соединения досок между собой должны
быть плотными, чтобы в башню не проникал холодный воздух,
снижающий силу тяги. Обшивка крепится на гвоздях к гори-
зонтальным схваткам или брусьям с оставлением зазора меж-

27 0 Типы и конструкции охладителей ггл. i
ду ней и каркасам в 10—15 см (фиг. 4-88). Зазор необходим
для проветривания и возможности осмотра деревянного кар-
каса или окрашивания со всех сторон металлического каркаса.
Фиг. 4-87. Внешний вид вытяжной башни с металлическим каркасом.
Для облегчения осмотра и ремонта обшивки и каркаса снару-
жи башни делается служебная лестница, доходящая до са-
мого верха башни, где по периметру последней часто распола-
гается еще кольцевая площадка.
§ 4-8]
Вытяжные башни
27 г'
Известны случаи постройки в Германии вытяжных башен
с металлическим каркасом и обшивкой из асбоцементных вол-
нистых плит1. Плиты поддерживаются каждая двумя скоба-
ми (крючками). Скоба одним концом обхватывает швеллер
каркаса, другим поддерживает плиту, которая прикрепляется
еще к утолщенной выступающей части скобы с помощью болта
(фиг. 4-88,в). Ц1вы для уплотнения замазываются. Асбоце-
ментные плиты хорошо противостоят воздействию атмосфер--
ных условий и по весу не превосходят обычную деревянную-
Фиг. 4-88. Крепление обшивки в вытяжных башнях.
а— башня с деревянным каркасом; б — башня с металлическим каркасом, « -
с металлическим каркасом и обшивкой из волнистых асбоцементных плит.
обшивку. Вашим с такой- обшивкой несколько дороже дере--
вянных. В частности, небольшие строительные размеры плит
требуют увеличения количества горизонтальных связей кар-
каса, что повышает его стоимость.
Деревянная башня устанавливается в капельных градир-
нях, исключая только самые малые, на железобетонном осно-
вании, проходящем через ороситель. Основание башни пред-
ставляет собой или ряд связанных верхним кольцом колонн,,
стоящих на отдельных фундаментах-башмаках (фиг. 4-89,а),,
или рамную конструкцию из мелких стоек, перехваченных поя-
сами и опирающихся на ленточный фундамент (фиг. 4-89,6).
В малых градирнях деревянные стойки башни опираются на
стенки водосборного резервуара.
1 В СССР этот материал применяется в строительстве промыш-
ленных зданий. Способы крепления плит и опыт монтажа см. Статью-
H. И. Лукашина в журнале „Строительная промышленность", 1947;
№ 7, стр. 3.
212
Типы и конструкции охладителей
[гл. 4
Отличие деревянных башен пленочных градирен обуслав-
ливается только тем, что и при больших размерах градирни
площадь основания башни принимается равной площади оро-
сителя. Железобетонная рамная конструкция, на которую опи-
рается деревянный каркас башни, охватывает при этом ороси-
тель, а при железном каркасе его стойки большей частью до-
водятся до низа оросителя, где они опираются на отдельные
/железобетонные столбы, выступающие над поверхностью зем-
Фиг. 4-89. Железобетонные опорные конструкции под башню.
ли на 0,5—0,75 м (фиг. 4-87). Элементы железного каркаса,
расположенные против входных окон, заключаются для пред»
охранения их от коррозии в железобетонные обоймы.
Железобетонные вытяжные башни дороже по первоначаль-
ным затратам и сложнее в изготовлении, чем описанные выше
деревянные башни, но более долговечны, требуют меньших
эксплоатационных затрат и сокращают длительность простоев
на ремонт. Вследствие их высокой стоимости они оправдывают
себя, как правило, для градирен большой производительности
и работающих с большой плотностью орошения.
Первоначально железобетонные башни выполнялись с пря-
моугольным и многоугольным сечением или цилиндрические с
круглым сечением, но сейчас наиболее широко принятой для
лих является форма гиперболоида вращения (фиг. 4-60), обес-

§ 4-8 ] Вытяжные башни - 273
почивающая максимальную устойчивость сооружения и позво-
ляющая поэтому строить башни значительной высоты, дости-
гающей в отдельных установках 90—95 м (см. табл. 4-8).
Вследствие благоприятной формы высокая «гиперболическая*
башня допускает незначительное заглубление основания, что
наряду с малым давлением на грунт облегчает сооружение
больших градирен при слабых грунтах.
Гиперболическая башня выполняется в виде армированной
тонкостенной оболочки с двойной арматурой. Толщина стенки
составляет в зависимости от размеров башни от 30 до 60 см
внизу, над спорными стойками, и постепенно снижается затем
до 8-4-15 си у верхнего кольца жесткости, которым заканчи-
вается башня. Башня охватывает обычно оросительное устрой-
ство и опирается с помощью косых шести- или восьмигранных
стоек на ленточный фундамент. Проемы между косыми стой-
ками служат входными окнами для воздуха, а ленточный фун-
дамент, имеющий форму опрокинутого и слегка наклоненного
тавра, играет также роль1 стенок водосборного резервуара.
Бетонирование нижних элементов конструкции до опорного
кольца оболочки производится в обычной деревянной опалуб-
ке, бетонирование оболочки башни — в переставной металли-
ческой опалубке специального типа с помощью металлических
лесов. Общая затрата металла на инвентарные леса и опалуб-
ку приблизительно в 3 раза превышает расход его на самую
градирню (арматура) и почти в 2 раза больше затраты метал-
ла на деревянную башню с железным каркасом для градирни
той же производительности. Поэтому существенной предпосыл-
1 кой для экономической целесообразности сооружения такой
башни является возможность многократного использования
! необходимого вспомогательного оборудования.
; До настоящего времени гиперболические железобетонные
башни применяются только для капельных градирен, причем
для повышения плотности орошения кроме увеличения высоты
? башни в этом случае приходится идти на заметное усложнение
i конструкции оросительного устройства. Вполне возможно, од- &
; нако, сочетание такой башни с оросителем пленочного типа,
; что может привести к более простому и целесообразному ре-
J шению.
Существуют конструкции вытяжных башен, предусматри-
j вающие специальные меры борьбы с образованием «дождя*
J вблизи больших градирен. Для этой цели применяется над-
г стройка дефлектора над башней или устройство отверстий
{ вверху башни с тем, чтобы холодный воздух, проникающий
через дефлектор или отверстия, вызывал конденсацию пара ц
i осаждение влаги внутри башни, Та кие устройства требуют для
| сохранения необходимой активной высоты башни увеличения
! высоты сооружения и удорожают последнее, не обеспечивая
I в то же время достаточного эффекта, так как осаждение
18 Д. Л,. Еермпзг,
ж
Типы и конструкции охладителей
[Гл. 4
влаги вблизи градирни обуславливается не только конденса-
цией пара, но в значительной мере и наличием механического
уноса мелких водяных капель
Велись также лабораторные опыты и была намечена уста-
новка и а ряде крупных градирен в Англии электростатических
устройств для предотвращения уноса и осаждения влаги внут-
ри башен. Такие устройства представляют собой металличе-
ские сетки и электроды, устанавливаемые в башне. К электро-
дам подводится напряжение 40—50 кв постоянного тока. Этот
способ значительно эффективнее, но требует больших капи-
тальных затрат, и применение его в заграничной практике
можно объяснить нс столько последствиями осаждения тзлаги
вблизи градирен или стремлением уменьшить потерю воды,
сколько требованиями владельцев соседних земельных участ-
ков. Однако, в отдельных случаях, например иа некоторых
химических заводах, применение мер борьбы с осаждением
влаги может оправдываться стремлением уменьшить коррозию
металлических конструкций на прилегающей территории.
4-9. ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ГРАДИРНИ
Вентиляторные градирни различаются между собой как по
типу оросителя, так и по .расположению вентиляторов. Приме-
няются вентиляторные градирни брызгальные, капельные и
пленочные, причем каждый из этих типов градирен может
иметь нагнетательные или отсасывающие вентиляторы. Гра-
дирни с нагнетательными вентиляторами выполняются, как
правило, противоточными, с отсасывающими вентиляторами —
противоточными и поперечноточными.
Нагнетательные вентиляторы располагаются снизу, на
уровне земли; при этом как сами вентиляторы, так и электро-
двигатели легко доступны для обслуживания. Кроме того,
условия работы нагнетательных вентиляторов несколько легче,
так как они подают более холодный и сухой наружный воз-
дух, а не нагретый увлажненный воздух, уходящий из ороси-
теля градирни. Но в то же время применение нагнетательных
вентиляторов осевого тина обладает и некоторыми существен-
ными недостатками. Увеличение диаметра колеса нагнетатель-
ного вентилятора, позволяющее уменьшить число вентиляторов,
обслуживающих большую градирню, а при неизменных подаче
и напоре увеличить экономичность вентилятора и уменьшить соз-
даваемый им шум1, связано с увеличением высоты подачи воды
на градирню, а следовательно, и расхода энергии на циркуля-
ционные насосы. При нагнетательных вентиляторах теплый и
влажный воздух выходит из градирни с небольшой скоростью
и благодаря незначительной высоте такой градирни уже срав-
нительно слабый ветер может приводить к задуванию уходя-
1 За счет понижения числа оборотов и окружной скорости концов
лопастей.
4-9 J
Вентиляторные градирни
27В
щего воздуха вниз и засасыванию его вентилятором
(фиг. 4-90). Частичная рециркуляция теплого воздуха, насы-
щенного водяными парами, ведет к ухудшению охладительно-
го эффекта, тем более заметному, чем меньше высота зоны
охлаждения, и может иногда потребовать увеличения размеров
градирни на 10—15%.
По указанным причинам нагнетательные вентиляторы все
больше уступают место отсасывающим, особенно при малой
высоте зоны охлаждения, большой производительности гра-
дирен и неблагоприятных направлениях господствующего вет-
ра. Отсасывающие вентиляторы устанавливаются над ороси-
телем и имеют обычно горизонтальное расположение рабочего
Фиг. 4-90. Схематическое изображение градирен
с нагнетательными и отсасывающими вентиляторами.
колеса. Они выбрасывают воздух вверх с большой скоростью,
что сильно уменьшает возможность рециркуляции. Примене-
ние их позволяет также обеспечить лучшее распределение воз-
духа по сечению оросителя, так как подвод воздуха может
быть осуществлен со всех или с двух сторон градирни.
Вентиляторные брызгальные градирни строятся на
небольшие производительности. Они имеют деревянный или
металлический кожух, внутри которого, в его верхней части,
расположены сопла, направленные, выходными отверстиями
вниз (фиг. 4-91). При нагнетательной вентиляции такие градирни
выполняются или одноходовыми с вентилятором, расположен-
ным снизу, или двухходовыми с вентилятором, располо-
женным сверху. В двухходовой конструкции первая секция
имеет параллельный ток воздуха и воды. На стороне вы-
хода воздуха устанавливаются водоуловители, препятствующие
значительному уносу водяных капель. При отсасывающем вен-
тиляторе кожух градирни имеет снизу окна для входа воздуха,
снабженные жалюзи, а водоуловитель располагается перед
вентилятором. Небольшие градирни устанавливаются иногда
внутри помещений или на крышах зданий. В этих случаях на-
ходят применение центробежные вентиляторы (фиг. 4-91,6),
создающие меньше шума, чем вентиляторы осевого типа.
18*
276
Типы й конструкций охладителей
Вентиляторные капельные градирни имеют ороситель,
мало отличающийся по конструкции от применяющегося в
башенных градирнях. Большое внимание уделяется пониже-
нию сопротивления оросителя, от которого зависит расход
энергии на вентиляторы. С этой целью применяется решетник
с большим шагом между брусками (фиг. 4-52, типы III и IV)
и в противоточных градирнях, по возможности, ограничивается
высота оросителя. Если в более старых конструкциях высота"
оросителя доводилась до 10—12 м, то сейчас она не превы-
Фиг. 4-91. Вентиляторные брызгальные градирни,
се — одноходовая; б -> двухходовая.
шает большей частью 6—8 м, что уменьшает также расход
энергии на циркуляционные насосы.
Уменьшение высоты оросителя связано с понижением плот-
ности орошения. Градирня требует при этом несколько боль-
шей площади, но ее экономические показатели оказываются
более благоприятными. Последнему способствует также то об-
стоятельство, что ограничение плотности орошения позволяет
при обеспечении достаточного относительного расхода воздуха
ограничить также и скорость последнего в оросителе. В строив-
шихся раньше узких и высоких градирнях, работавших с
очень большими плотностями орошения, скорости воздуха,
отнесенные к полному сечению оросителя, принимались до
3,5—4 м/сек и сопротивление градирни доходило до 15 мм
вод. ст. и выше. В последних конструкциях скорость воздуха
не превосходит обычно 1,6—1,8 м/сек. при противотоке и 2—
2,5 м/сек при поперечном токе, сопротивление градирни со-
ставляет до 9—12 льи вод. ст.
-fv
§ 4-9 j
Вентиляторные градирня
277
Значительное увеличение скорости воздуха в противоточ-
ной вентиляторной градирне капельного типа не оправдывает
себя также и вследствие того, что с увеличением этой ско-
рости уменьшается удельная поверхность воды в оросителе
(см. § 3-3). Это является одной из причин того, что эффект,
достигающийся в результате одинакового относительного из-
менения скорости воздуха, снижается по мере увеличения по-
следней. Так, по опытам на одной из градирен увеличение
Фиг. 4-92. Капельная градирня с нагнетательным вентилятором.
1 — вентилятор; 2 - ^лектродригатель; юад воздуха; 4..лестница; 5 — подвод воды;
6', 7 — рабочие желоба: S-- cami.ikwc. трубки; 9- разбрызгивающие розетки; 10- решет-
ник; 1! — водоу ловитель; 1'2 лаз к апдораспределителькому устройству; /3 - водосбор-
пй резервуар.
скорости воздуха с 1 до 2 м/сек дало понижение температуры
охлажденной воды на 5° С, тогда как последующее удвоение
скорости воздуха, т. е. увеличение се с 2 до 4 м/сек, привело
к понижению температуры воды только на 2,8° С.
Для лучшего распределения воздуха в противоточном оро-
сителе воздухораспределитель, как и в башенных градирнях,
выполняется с переменным сечением, возрастающим в направ-
лении к стороне входа воздуха (фиг. 4-92 по 4-95), В случае
применения нагнетательного вентилятора его несколько
смещают наружу относительно фронта оросителя, чтобы
уменьшить возможность попадания на него воды и обледене-
ния его в зимнее время. Если диаметр колеса нагнетательного
вентилятора невелик, как это, например, имеет место “•при
278
Ti-iuhi и конструкции охладителей
высокооборотном вентиляторе, расположенном на одном валу
с электродвигателем, приходится прибегать для обеспечения
Фиг. 4-93, Капельная градирня с отсасывающим вентилятором.
} — вентилятор; 2 — редуктор; 3 — электродвигатель; 4 — водоуловитель; 5-- подвод воды
S —решетник; 7 — жалюзи на входе воздуха; 8 — центральная перегородка; У — золо-
сборный резервуар.
достаточно равномерного распределения поступающего воздуха
к установке диффузора между вентилятором л градирней
(фиг. 4-95).
При поперечноточном капельном оросителе воздух по-
дается по всей высоте решетника через расположенные на
стороне входа воздуха жалюзи. Ширина оросителя не должна
§ 4-9 1
Вентиляторные градирни
279
превосходить при этом 5 -м 5,5 и в больших градирнях он
разделяется иа две, частя, расположенные по обе стороны
центральной шахты, через которую воздух поступает к
отсасывающему вентилятору (фиг, 4-90').
Общий вид большой и малой вентиляторных градирен с
поперечным током воздуха показан на фиг. 4-97. В градирнях
этого типа решетник выполняется часто из заранее заготовлен-
ных съемных элементов (фиг. 4-98): щитов или кубов (бло-
Фиг. ^4-94. Одновентиляторная градирня большой произво-
дительности.
.7 — подвод воды; 2—вентилятор; 3 - шахта с вертикальным валом: 4 —
гидромуфта; б — электродвигатель; 5.помещение для привода всеетиля-
тора (под водосборным резервуаром).
ков) «безгвоздевого» типа, свободно укладываемых на гори-
зонтальные схватки каркаса решетника (подрешетины).
Щиты или кубы могут выниматься для их очистки, ремонта
или замены. Наибольшие размеры одной секции «двухпоточ-
ной» градирни (фиг. 4-96) составляют: общая ширина 19,5 м,
длина 8 лк полная высота 9,6 м, высота подачи воды 8 м.
Пленочный ороситель выполняется в вентиляторных гра-
дирнях преимущественно противоточным из плоских деревян-
ных щитов. В конструкции ВТИ снизу шитов устраиваются
узкие зубцы для собирания стекающей воды в отдельные
струи (фиг. 4-99). Щиты делаются сплошными или с верти-

Фиг. 4-96. Двухпоточная вентиляторная капельная градирня.
1 — подвод воды; 2 - вентилятор: Л - редуктор; 4 -• электродвигатель; 5—открытый водораспределительный жолоб; 6— направление
движения воздуха; 7 — водоуловители; S -двери; 9 два варианта водосборного резервуара; 10 — разделительная перегородка-
282
Типы и конструкции охладителей
Фиг. 4-97. Общий вид вентиляторных градирен с поперечным током.
« — крупная двухпото'П-Ш! градирня: б — малая озкопоточная гпадирпя.
§ 4-9]
Вентиляторные градирни
283
Разрез да кА
Фиг. 4-98. Съемные элементы решетника венти-
ляторных градирен с поперечным током.
а — щит решетника; б —деталь куба „безгпоздевого" типа.
кальными зазорами между досками, как это показано на
фиг. 4-74. Одно время Коломенский завод изготовлял к дви-
гателям внутреннего сгорания небольшие вентиляторные гра-
дирни пленочного типа с оросителем, заполнявшимся установ-
ленными вертикально на железной решетке гончарными тру-
бами, по наружной и внутренней поверхности которых стекала
водяная пленка ,
284
Типы и конструкции охладителей
[гл, 4
Скорость воздуха в вентиляторных градирнях пленочного
типа вследствие меньшего сопротивления их оросителя может
приниматься более высокой, чем в капельных градирнях.
В старых конструкциях она доводилась до 6—7 м/сек, но сей-
час принимается примерно до 2,5—3 м/сек, если считать по
полному сечению оросителя, и до 3—3,5 м/сек, если отнести ее
к живому сечению.
Фиг. 4-99. Вентиляторная пленочная градирня.
Равномерность распределения воздуха также достигается
путем увеличения сечения воздухораспределителя в направ-
лении к стороне входа воздуха за счет изменения высоты щи-
тов. Как показали измерения, произведенные ВТИ на про-
мышленной установке, при неизменном сечении воздухорас-
пределителя прилегающая к фронту градирни часть оро-
сителя оказывается недостаточно обеспеченной воздухом
(фиг. 4-100).
Когда местные условия требуют сильного ограничения
высоты градирни, может оправдать себя применение пленоч-
ного оросителя из колец Рашига. При этом в качестве гра-
дирни может быть использован типовой воздухоохладитель с
двумя слоями колец Рашига — рабочим и отбойным. Вслед-
§ Ай j
Вентиляторные градирни
285
ствие высокого сопротивления такой градирни скорость воз-
духа в ней не должна превышать 1 м]сек..
Ограничение высоты градирни допускает также конст-
рукция пленочного оросителя с поперечным током воздуха,
предложенная В. А. Радцигом Ороситель выполняется в этом
случае в виде пакетов, собранных из деревянных тавров
(фиг. 4-101). Он сложнее в‘изготовлении и требует болыцей
затраты материалов,
чем противоточный щи-
товой ороситель. Кро-
ме того, как показал
опыт, оказывается труд-,
ным обеспечить равно-
мерное стекание воды
по таврам.
В вентиляторных
градирнях применяется
также комбинирован-
ная конструкция ороси-
теля капельно-пленоч-
ного типа, показанная
выше на фиг. 4-81.
Установка водоуло-
вителей позволяет силь-
но снизить унос воды
> и з вентиляторных zrpa-
' диреи — до 0,1 —0,2 %
от количества охлаж-
даемой воды, ---несмот-
ря на относительно вы-
сокую скорость в них
воздуха. Два типа во-
доуловителей показаны
на фиг. 4-102, Водоуло-
витель из трех рядов зигзагообразно расположенных тонких и
узких досок, имеющий живое сечение около 80%, обеспечи-
вает хорошее улавливание капель и оказывает сравнительно
небольшое сопротивление проходу воздуха.
Обшивка вентиляторных градирен большей частью дере-
вянная из шпунтованных досок, связанных легким каркасом.
Применяется также. двойная деревянная обшивка с воздуш-
ной прослойкой около 50 мм, устраняющая протекание воды
из оросителя наружу. Металлическая обшивка применяется
преимущественно для небольших «комнатных» градирен,
Фиг. 4-100. Распределение воздуха в пле-
ночной градирне с нагнетательным венти-
лятором при постоянной высоте воздухо-
распределителя.
1 См. В. А. Радциг, „Водоснабжение и санитарная техникам 1939,
№ 4—5, стр. 58; также наши замечания по этой конструкции в том же
журнале. 1941, № 5, стр, 55
286
Типы и конструкции охладителей
[ гл. 4
устанавливаемых внутри помещений, или для градирен,
устанавливаемых на крышах зданий. Железобетонные и кир-
пичные стенки вместо деревянной обшивки применяются
только в отдельных случаях, из декоративных соображений.
Высота обшивки выбирается такой, чтобы насыщенный
парами воздух отво1дился, по возможности, выше прилега-
ющих строений. Общая высота градирни не превосходит
обычнб 10—15 Л£.
Значительно меньшая, чем у башенных градирен, высота
позволяет придавать вентиляторным градирням независимо
ю
Фиг. 4-101. Вентиляторная пленочная градирня с1 поперечным током
* системы В. АЛРадцига.
а- продольный разрез градирня; б - деревянный тавр; g элемент оросителя.
от размеров площади оросителя прямоугольную форму. При
больших производительностях они состоят большей частью из
ряда отдельных секций, снабженных каждая своим вентилято-
ром. Наибольшая производительность отдельной секции опре-
деляется целесообразными пределами увеличения размеров
вентиляторов. Она достигает в многосекционных градирнях
примерно 250 м3/час. при нагнетательных вентиляторах и
450—500 м3/час при отсасывающих вентиляторах и «двухпо-
точной» конструкции оросителя (фиг. 4-96).
При нагнетательных вентиляторах отдельные секции гра-
дирни в случае большого их числа могут располагаться в два
ряда, при отсасывающих вентиляторах они располагаются
обычно в один ряд, что позволяет сохранить подвод воздуха
в каждую секцию с двух сторон. Для увеличения площади
входных окон при той же высоте подачи воды на градирню
отдельные секции противоточных градирен выполняются
§ 4-91
Вентиляторные градирни
287
иногда восьмиугольными, благодаря чему для подвода воз-
духа может быть использовано три четверти периметра секции
(фиг. 4-103). В одной из конструкций противоточной градирни
с отсасывающими вентиляторами для улучшения распределе-
ния воздуха (устранения неактивных зон оросителя) боковые
стенки делаются наклонными таким образом, что ороситель
сужается в направлении от нижних ярусов решетник® к
верхним.
Наряду с более распространенными многосекционными гра-
дирнями строятся и одновентиляторные градирни производи-
тельностью до 5 500 л-м/чне.
Оли напоминают по конст-
рукции башенные градирни
и имеют либо гиперболиче-
ский железобетонный корпус
с отсасывающим вентилято-
ром большого диаметра, рас-
положенным в его узком се-
чении (горле), либо желез-
ный каркас с деревянной об-
шивкой до уровня вентиля-
тора и жёлезный диффузор
за вентилятором. Подобная
градирня показана на фиг-
4-94. Ее оросительное уст-
ройство имеет в плане фор-
му равностороннего много-
угольника. Площадь окон
для входа воздуха состав-
ляет около 40% от площади оросителя. Электродвига-
тель для привода вентилятора расположен в помеще-
нии, находящемся под водосборным резервуаром и сое-
динен посредством гидромуфты и конической зубчатой
передачи с вертикальным валом, проходящим через по-
лую железобетонную колонну в центральной части ороси-
теля. Общая высота градирни составляет 22 л/при Fop~ 400
и 28 ж при Fffp — 650 ж3. Нормальная скорость воздуха в оро-
сителе принимается около 2,5 м/сек, а ври форсированной ра-
боте вентилятора до 3 лт/«ж. Сопротивление градирни состав-
ляет при этом соответственно 15 и 20 'мм вод. ст.
Благодаря наличию диффузора, могущего служить в каче-
стве небольшой вытяжной башни, односекционные вентиля-
торные градирни описанного типа могут частично работать
зимой с естественной тягой. Использование естественной тяги
возможно и летом, но при этом температура охлажденной во-
ды на 4—6° С выше, чем при работе вентиляторов.
К числу недостатков этих градирен следует отнести слож-
ную и тяжелую конструкцию механической части. Вентилятор
ж
'Тины if конструкции охладителей
[ ГЛ, 4
вследствие его большого диаметра, доходящего до 10—13 м,
приходится располагать с целью обеспечения более равномер-
ного распределения воздуха па 6—9 м выше водораспредели-
тельного устройства, что приводит к большой длине вала.
В градирне с площадью оросителя 400 .и2 длина вертикаль-
ного приводного вала диаметром 160 мм достигает около 14 м,
а общий вес вентилятора, вала и привода составляет 22 г.
Такие градирни, кроме того, менее надежны, чем многосекци-
радирня с нагнет^'
тельными Зентивятврами
ГраЗирни
с отсисыбанлцими Злнтилялюрами
Фиг. 4-103. Схематическое изображение многосекционных
вентиляторных градирен.
опные, так как авария электродвигателя выводит из строя всю
градирню, а использование естественной тяги не обеспечивает
в летнее время достаточного охлаждения воды.
Довольно сложными и дорогими являются также специаль-
ные конструкции градирен со с мешанной вентиляцией
вследствие наличия у них .помимо вентиляторов еще и вытяж-
ной башни. В градирнях этого1 типа также применяются на-
гнетательные и отсасывающие вентиляторы (фиг. 4-104).
В случае установки нагнетательных вентиляторов в обшивке
оросителя ниже решетника оставляют окна достаточно боль-
ших размеров для поступления воздуха при работе градирни
на естественной тяге. Когда градирня работает с искусствен-
ной вентиляцией, эти окна закрываются щитами, укреплен-
§4-91 Вентиляторные грмдирни 289
ними на петлях. При отсасывающих вентиляторах в нижней
части башни 'устанавливаются поворотные заслонки, позво-
ляющие направлять уходящий воздух к вентиляторам или не-
посредственно в башню.
Для осуществления искусственной вентиляции в градирнях
применяются преимущественно вентиляторы осевого типа.
Аэродинамические качества осевых вентиляторов за последние
годы сильно улучшены, и они обладают при требуемых для
градирен низких напорах довольно высокой экономичностью —
Фиг. 4-101'Грздирня со смешанной вентиляцией.
1—вход воздуха; 2 — решетник; З — водораспределительное устройство;
Ч — вентилятор; 5 - повторная ззслоекэ: 6 -- вытяжная башня: 7 - проем
со съемным г.цитом.
их к. п. д. достигает 55—65%. Для создания благоприятных
условий входа воздуха перед вентилятором устанавливают
«коллектор», представляющий собой патрубок с плавно умень-
ш а ющи м с я сечен и е м 1.
Лопасти осевого вентилятора распространенной у нас кон-
струкции Ц А Г И изготовляются из листоьо го м атери а л а —-ст а л и
или алюминия. Лопасти могут изготовляться также из литого
алюминия или в виде сборной многослойной конструкции из
деревянных пластин с тонкой металлической оболочкой, свя-
занных сквозными заклепками. Облегчение колеса путем при-
менения лопастей из более легкого материала приводит к зна-
чительному уменьшению пускового момента. Для предохра-
1 А. Р. Бушель и Н. В. Сурной, Труды ЦАГИ, вып, 380, 1938 г.
19 J1. Д. Вертаи.
290 Тины и коИструкцйн охладителей .' гл. !
нения стальных лопастей от коррозии их изготовляют из не-
ржавеющей стали или применяют защитное резиновое покры-
тие толщиной около 1,5 мм, наносимое с помощью опрыски-
вателя.
Диаметры колес вентиляторов достигают в противоточных
градирнях 4,0—4,5 м, в градирнях с поперечным током — до
5,4 м при 200 об/мин. В крупных одновентиляторных градир-
нях применяются вентиляторы значительно больших разме-
ров.— с диаметром колеса до 10,4 м при 96 об/мин и до 12,7 м
при 64 об/мин. Окружная скорость колеса вентилятора дости-
гает 45—55 м!сек.
Каждый вентилятор снабжается отдельным приводным
электродвигателем. Сохранившиеся еще кое-где конструкции
с двумя нагнетательными вентиляторами, расположенными с
противоположных сторон градирни и насаженными на общий
лал, обладают рядом недостатков (длинный вал, большие уси-
лия, возникающие при ветре, и др.) и от них сейчас отказы-
ваются. Вентилятор соединяется с электродвигателем через
редуктор, реже через ременную или цепную передачу. Привод-
ные электродвигатели отсасывающих вентиляторов,-за исклю-
чением малых градирен, располагаются вне потока влажного
воздуха.
Понижение расхода электроэнергии на вентиляторы дости-
гается помимо уменьшения сопротивления градирни еще сле-
дующими способами: 1) применяются вентиляторы, допускаю-
щие поворот лопастей на небольшой угол (+3°) от их нор-
мального положения, благодаря чему мощность вентиляторов
может быть увеличена, на 15% в наиболее жаркий период и
снижена на 40% в холодное время года; 2) для привода вен-
тиляторов используются двухскоростные электродвигатели, а
иногда устанавливаются гидравлические или электромагнит-
ные муфты, обеспечивающие плавное регулирование числа
оборотов, что дает снижение расхода электроэнергии в сред-
нем за год до 50%. В последнем случае регулирование может
быть автоматизировано и осуществляться по температуре
охлажденной воды.
При плавном регулировании несколько облегчается также
конструкция вентилятора, так как отпадает необходимость
усиления ее с учетом напряжений, вызываемых толчками при
пуске короткозамкнутых двухскоростных электродвигателей и
при переходе последних с одной скорости на другую.
Водораспределительные устройства и водосборные резер-
ву ары вентиляторных градирен выполняются так же, как и в
градирнях описывавшихся выше типов. Для распределения
воды наряду с открытыми желобами со сливными трубками
часто применяются, как и в открытых градирнях (см. § 4-5),
трубы с низконапорными разбрызгивателями и иногда с соп-
лами, создающими дополнительную поверхность охлаждения.
§ 4-9 J
fie л Тил ято (э н ые Грани р н и
291
Сопла при напоре воды перед ними 3,5 --4 м устанавливаются
на 2—2,5 м ниже водоуловителей.
Некоторые технико-экономические показатели для малых
вентиляторных градирен приведены в табл. 4-14*. Расход
основных материалов па одновентиляторную градирню »с пло-
щадью оросителя 650 м2 составляет: дерево 380 м3, бетон и
железобетон 560 м2 и металл 90 т; ориентировочная ее стои-
мость — 900 тыс. руб. (в пенах 1945 г.). На фиг. 4-105 пока-
заны кривые охлаждения для вентиляторной капельной гра-
дирни при высокой скорости воздуха.
Таблица 4-14
Расход материалов и стоимость малых вентиляторных градирен®
Тип оросителя Площадь оро- сителя, Расход материалов Стои- мость** руб.
дерево, лЛ сталь арматур- ная, кг болты, кг гвозди। поковки и пр., бетон, лС
1.6 4Д 334 ' 155 15 2,8 2 030
3,6 6,6 . 467 167 23 3,9 2 810
Капельный 4,2 7,5 500 175 25 4,2 3 100
7,8 10,7 770 199 39 6,4 4 450
12,8 14,7 1 020 234 55 8,5 5 980
2,3 6,0 310 54 22 2,6 2 080
Пленочный (щитовой) 2,7 4,0 5,6 7,2 8,6 12,5 343 412 548 55 57 105 25 30 43 2,9 3,4 4,6 2 400 2 890 4 080
9,2 16,6 677 120 56 5,6 5 300
* По данным КТИС Главстройпроекта. Резервуар — железобетонный.
** В ценах .1946 г. без стоимости вентилятора и электродвигателя.
Вентиляторные градирни строятся на производительности
от самых малых и до 12 000 м^час, причем нет технических
препятствий к дальнейшему повышению их единичной произ-
водительности, которое требует лишь соответствующего уве-
личения числа секций градирни.
Плотность орошения принимается для них до
5—7 м3]м2 час при капельном оросителе и до 10—14 м3!м2 час
при пленочном оросителе. Дальнейшее увеличение плотности
орошения нецелесообразно, так как связано с заметным по-
вышением расхода энергии па вентиляторы.
Сооружение вентиляторной градирни может быть осуще-
ствлено в короткие сроки. На одном из коксохимических заво-
дов деревянные элементы градирни с площадью оросителя
около 120 м2 были изготовлены в течение 12 дней. Все
1 В отношении, стоимости охладителей см. сноску на стр. 204.
19*
292 Тчп.ы и к?шефу;<цкя охладителей ' [ гл, 4
строительство градирни, снабженном двумя нагнетательными
вентиляторами, было выполнено за 20 дней
Единственным ограничением для размещения вентилятор-
ной градирни является шум, создаваемый вентиляторами, вы-
Фиг. 4-105. Кривые охлаждения для венти-
ляторной капельной градирни (плотность
орошения 5 .Щ/ш3 час, скорость воздуха
3,5 м!сек).
иуждающий иногда —
в случаях расположе-
ния градирен вблизи
жилых или служебных
помещений —- приме-
нять центробежные вен-
тиляторы вместо осе-
вых.
Благодаря большей
свободе выбора расхо-
и скорости воздуха
вентиляторные градир-
ни позволяют обеспе-
чить наибольшее при-
ближение температуры
охлажденной воды к
теоретическому пределу
охлаждения , сравни-
тельно с охладителями
других типов при боль-
шой устойчивости охла-
дительного эффекта.
4-10. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
В охладителях основные элементы конструкции подверже-
ны постоянному действию падающей воды, воздуха перемен-
ной влажности и температуры, а иногда также вредных при-
месей, содержащихся в воде или воздухе. Поэтому для по-
стройки охладителей должны применяться материалы, доста-
точно стойкие против физических и химических разрушающих
влияний, или должны предусматриваться специальные меры
для увеличения долговечности применяющихся материалов.
Наиболее широко используются для сооружения охлади-
телей дерево и железобетон, профильное железо, реже листо-
вое железо, кирпич и некоторые другие материалы.
Дерево, являющееся основным строительным материа-
лом для градирен, хорошо удовлетворяющим техническим тре-
бованиям и обычно наиболее дешевым, достаточно стойко про-
тив воздействия морозов, агрессивных примесей в воде или
воздухе и ряда других факторов, ио подвержено загниванию.
Загнивание дерева вызывается действием грибков, развитию
1 А. Комар и К, Дембинский, «Строительная промышленность»,
1948, №11, стр. 12,
§ 4-10]
/VI а тс р._и ?j л ы для охладителей
293
которых благоприятствует переменное увлажение и высыха-
ние материала. Оно начинается прежде всего в местах пере-
хода от влажных участков дерева к высохшим и на поверх-
ностях врубок, сопряжений, отверстий и трещин. Способами
борьбы с гниением дерева являются выбор более стойких его
пород и пропитка антисептиками, убивающими грибки.
Для основных элементов оросителя и каркаса вытяжной
башни градирни применяются лучшие сорта строевого леба —
сосна и кедр, для обшивки также лиственница. В пленочных
градирнях несущая конструкция оросителя выполняется иногда
из дуба. Лесоматериалы, неустойчивые в условиях переменной
влажности и. плохо поддающиеся антисептированию (ель,
пихта, береза, осина), обычно не применяются для постройки
охладителей. Ответственные элементы деревянного каркаса
башни (стойки, прогоны, раскосы и схватки) требуют пило-
материала первого сорта (абсолютно здорового, чистообрез-
ного), для второстепенных элементов каркаса (доски и брусья)
и для оросителя, в том числе и для щитов пленочных гради-
рен, допускается чистообрезной пиломатериал второго сорта,
а для внутренних перегородок и зимних навесных щитов —
третьего сорта. Применяемый лесоматериал должен обладать,
небольшой влажностью (воздушно-сухое состояние).
Внутренние элементы градирен, постоянно омываемые во-
дой (ороситель и водораспределительное устройство), как пра-
вило,'не антисептируются, так как теплая вода быстро вымы-
вает антисептики из древесины. Маслянистые . антисептики
могут при этом заноситься водой в охлаждаемые аппараты
и создавать там масляную пленку на поверхности, ухудшаю-
щую теплопередачу.
При непрерывной работе градирни постоянное насыщение
дерева в водораспределительном устройстве и оросителе водой
несколько предохраняет его от опасности заражения грибками,
но при известных условиях, особенно при частых и длитель-
ных перерывах в работе градирни, и внутренние ее элементы
могут подвергаться довольно быстрому гниению. В таких слу-
чаях иногда применяют для защиты дерева водорастворимые
соли (соединения фтора, натрия, хрома, мышьяка, фенола
и др.). Но для обеспечения длительной защиты дерева водо-
растворимые соединения должны обладать наряду с антисеп-
тическими свойствами способностью хорошо фиксироваться на
волокнах дерева во избежание их быстрого выщелачивания.
Отсутствие у нас. проверенных в условиях градирен водорас-
творимых антисептиков, обладающих указанной способностью,
вынуждает пока отказываться от антисептирования внутрен-
них элементов градирен.
Все остальные деревянные конструкции, подверженные дей-
ствию переменной влажности, обязательно пропитываются
29-1
Тилы и конструкции охладителей
[ гл. 4
антисептиком1. В качестве антисептика большей частью при-
меняются карболинеум (хлорированное антраценовое масло)
и креозот (каменноугольное креозотовое масло). Вся обработ-
ка (отеска, врубка и пр.) элементов, подлежащих антисепти-
роваиию, производится до их пропитки. Если приходится про-
изводить притеску и пригонку после антисептирования, все
вновь обработанные места дважды обмазываются горячим ан-
тисептиком (карболинеум, креозот) или покрываются битум-
ной суперобмазкой. Вторичная обмазка производится после
подсыхания и впитывания антисептика, нанесенного в первый
раз.
Предпочтительно производить аптисептировапие на специ-
альном пропиточном заводе. При осуществлении ее на месте
сна должна производиться по способу горячей и холодной
ванны, обеспечивающему глубокую пропитку. Наружная
обмазка антисептиком или пропитка по способу погружения
в ванны для условий охладителей совершенно недостаточны;
образующийся при этих способах обработки тонкий защитный
слой легко повреждается, и проникающие внутрь грибки раз-
рушают незащищенные волокна дерева.
Между наружным каркасом и обшивкой-градирни, исклю-
чая только места сопряжений, должны оставляться достаточ-
ные зазоры для проветривания элементов конструкции. Об-
шивка должна быть острогана с наружной стороны, чтобы
избежать скоплений на ней пыли и золы и неравномерного
высыхания при этом дерева, приводящего к образованию оча-
гов гниения. Водонепроницаемость соединений досок между
собой также увеличивает срок службы обшивки. Соединитель-
ные части между- обшивкой и каркасом должны выполняться
таким образом, чтобы сводилась до минимума возможность
осаждения на них пыли и летучей золы.
Длительность службы дерева в градирнях колеблется в
зависимости от его качества, тщательности антисептирования,
чистоты воды и воздуха и пр. Она оценивается в среднем в
12—15 лет, но в случае неблагоприятных условий или приме-
нения лесоматериала недостаточно высокого качества может
оказаться заметно ниже — до 7—8 и даже 5 лет.
В СССР и за границей изучалась возможность применения
более долговечных материалов (керамика, асбоцемент и др.)
для наружной обшивки и элементов оросительного устройства.
Но эти материалы оказывались либо слишком дороги, либо
обладали другими недостатками (хрупкость, меньшая стойкость
против воздействия морозов, большой вес. и т. п.), вследствие
чего пока не нашли широкого применения в конструкциях гра-
дирен, Наиболее успешным оказался упоминавшийся уже вы-
1 См. „Инструкцию по противогнилостной защите древесины в зда«
киях и сооружениях*} И-69Л2, Нарирмстрой» 1942 Д
§ 4-10 j Материалы для охладителей 295
ше опыт применения волнистых асбоцементных плит для
изготовления обшивки вытяжной башни.
Железо используется в охладителях в виде труб, про*
фильиого железа для каркасов градирен или опорных кон-
струкций в брызгальных бассейнах, крепежных изделий, арма-
туры и реже в виде гладких или волнистых листов для об-
шивки, жалюзи или поддонов. Все железные элементы охла-
дителей должны обязательно защищаться от коррозии. Кромез
этого рекомендуется с учетом возможности коррозийного раз-
рушения принимать их размеры не ниже следующих: угловое
железо 60 X 60 X 7 мм, полосовое железо 7 мм и листовое
железо 8 мм.
Стальные трубы (водораспределительная сеть брызгаль-
ных бассейнов, циркуляционные водоводы) защищаются от
наружной коррозии путем нанесения битумных покрытий *.
Железные каркасы, обшивка и другие неоцинкованные же-
лезные части обязательно окрашиваются. Антикоррозийная
окраска производится 3 раза: сначала грунтовка после заго-
товки всех элементов и затем двукратная окраска после окон-
чания монтажа, причем рекомендуется, чтобы каждый слой'
имел разный цвет для облегчения контроля за окраской. Ни-
какие части железных конструкций не должны располагаться
внутри башни градирни, я расположенные на входе воздуха
рекомендуется защищать бетонной оболочкой. Анкерные бол-
ты окрашиваются перед монтажей цементным молоком.
Все соединительные части (болты, стяжки, хомуты, гвоз-
ди) должны быть оцинкованными. Оцинковка требует боль-
шой тщательности, гз противном случае опа легко подвергается
разрушению. Перед оцинковкой детали обязательно, должны
очищаться от загрязнений, особенно маслянистых, так как с
неочищенных мест оцинковка скоро отпадает.
Бетон, применяющийся для охладителей, должен быть
плотным с значительным содержанием цемента — от 300 до
400 ка/м3 в зависимости от условий работы соответствующих
элементов. Поглощение водой содержащегося в воздухе сер-
нистого ангидрида, а иногда и попадание в нее других кислот,
может вызывать коррозию бетона. При этом бетон, в особен-
ности если он приготовлен па слишком тощем растворе, бы-
стро разрушается, чему способствует также и действие моро-
зов. Это ведет к обнажению арматуры, которая также быстро
приходит при этом в. негодность.
Бетонные плиты в брызгальных бассейнах выполняются из
бетона марки /?зо ™ 90 кг/см2, желательно с добавкой трепела
или пуццолана.
Внутренние поверхности бетонных бассейнов и резервуаров,
1 См. ^Инструкцию по защите стальных труб от коррозии бшум-
,ными покрытиями*, И-40. Ндркомп'рой, 1940 р "
296 Типы и конструкции охладителей '' гл. 4
опорные столбики под трубопроводы брызгального бассейна
или под стойки оросителя градирни и опорные конструкции
деревянных башен защищаются слоем плотной штукатурки
толщиной 2 с.я из пуццоланового цемента с церезитом, нано-
симой путем торкретирования или штукатуркой вручную с
тщательным железпением.
Оболочка железобетонных вытяжных башен выполняется
из плотного вибрировэнного бетона па портланд-цементе с
содержанием его нс менее 350 кг}мА. Плотность оболочки
должна предохранять бетон от разрушения в результате за-
мерзания воды в его порах. Вымораживание бетона является
причиной, вынуждающей ограничивать зону применения желе-
зобетонных башен районами с нс очень суровым климатом.
Внутренняя поверхность оболочки покрывается защитным
слоем битумной гидроизоляционной обмазки.
Кирп и ч, идущий на изготовление резервуаров малых и
средних градирен, должен быть хорошо обожженным и высо-
кой марки. Желательно применение «клинкера» или «желез-
няка» правильной формы, так как слабо обожженный кирпич
быстро разрушается в воде. Кладка крипича должна произ-
водиться на растворе (1:4 или 1 : 5) на путщолановом порт-
ланд-цементе или шлакопортланд-цементе марки не ниже 206.
Внутренние поверхности кирпичного резервуара обязательно
штукатурятся водонепроницаемым составом (штукатуркой на
церезите с затиркой).
4-i L ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Выбор типа охладителя в каждом отдельном случае зави-
сит от большого числа факторов, многие из которых, как, на-
пример, расположение и величина площадки под охладитель,
геологические и гидрогеологические условия, количество, каче-
ство и стоимость добавочной воды, наличие и стоимость строй-
материалов, сроки строительства и др., определяются местны-
ми условиями. Вследствие этого нельзя указать четко отделен-
ных друг от друга областей применения охладителей различ-
ных типов. Однако, каждый из типов охладителей обладает
особенностями, ограничивающими возможные области его при-
менения. Учитывая эти особенности, можно обычно сильно со-
кратить число типов охладителей, среди которых должен быть
произведен выбор в том пли ином случае, а иногда и остано-
виться на определенном типе охладителя, не производя де-
тальных технико-экономических сравнительных расчетов.
Общим Свойством всех открытых охладителей являет-
ся зависимость охлади тельного эффекта от силы' и направле-
ния ветра. При малых скоростях ветра или неблагоприятных
его направлениях работа этих охладителей ухудшается и тем-

Области применения охладителей
297
пература воды возрастает. Возможность их применения ис-
ключается во всех случаях, когда охладитель должен быть
размещен на застроенной территории.
В отношении возможных колебаний температуры воды при
изменениях силы и направления ветра открытые охладители
разных типов не равноценны. Так, в охлаждающих прудах
колебания температуры воды сглаживаются благодаря акку-
мулирующей способности большого ее объема, а в небольших*
брызгальных градирнях скорость ветра практически мало от-
ражается на охладительном эффекте, вследствие того что рас-
ход воздуха сравнительно с расходом воды здесь велик, а
его относительная скорость определяется в основном скоростью
движения капель. Другие типы открытых охладителей более
чувствительны к изменениям силы и направления ветра, что
может служить препятствием к их применению в районах,
где отсутствуют устойчивые ветры. ..
Охлаждающие пруды могут обеспечивать в течение
значительной части года более, низкую, чем другие охладите-
ли, температур)'- воды. Они требуют меньшего расхода элек-
троэнергии на насосы благодаря отсутствию необходимости в
дополнительном подъеме циркуляционной воды, возможности
использования s ряде случаев сифона и отсутствию насосов
для подачи добавочной воды. Этим преимуществам противо-
стоит, .однако, ряд недостатков охлаждающих прудов.
В охлаждающих прудах в наименьшей степени используют-
ся возможные способы интенсификации теплообмена при испа-
рительном охлаждении. Поэтому размеры зеркала пруда долж-
ны быть очень велики, Количество тепла, отдаваемого с 1 я2
поверхности пруда, составляет лишь 200—400 ккалЬшс. Уве-
личение же тепловой нагрузки против указанной приводит к
очень высоким температурам воды в летнее время.
Устройство охлаждающего пруда путем перегораживания
русла реки связывает в выборе промплощадки, которая долж-
на располагаться при этом в непосредственной близости к пру-
ду. Оно требует, кроме того, проведения подготовительных
работ и возведения гидротехнических сооружений задолго до
вступления в работу основного промышленного объекта.
Эксплоатация прудов связана с рядом трудностей, вызы-
ваемых их зарастанием и заилением, требующими дорогостоя-
щей очистки. Устройство пруда может также вызывать забола-
чивание и ухудшение санитарного состояния местности.
Применение охлаждающих прудов оправдывает' себя лишь
для крупных потребителей воды, например для мощных паро-
турбинных электростанций, и преимущественно в тех случаях,
когда можно использовать естественные водоемы (пруды, озе-
ра) с достаточным зеркалом воды или искусственные водохра-
нилища, сооружаемые для других целей (например, для регу-
лирования стока реки),
298
Типы и конструкции охладителен
[ ГЛ. 4
В брызгальных бассейнах количество отдаваемого
тепла возрастает до 7-—15 тыс. ккал!час на 1 м1 2 занимаемой
ими площади. Из открытых охладителей кроме прудов только
брызгальные бассейны широко применяются для охлаждения
больших количеств воды (свыше 1 500 ,м3/час). Для средних
условий брызгальные бассейны большой производительности
па 25—30% дешевле башенных градирен1, требуют меньшей
затраты таких материалов, как дерево, цемент и железо, и со-
оружение их проще. Поэтому для паротурбинных электростан-
ций, металлургических заводов и других крупных потребите-
лей, не требующих большого перепада температур воды или
сильного приближения к пределу охлаждения, брызгальный
бассейн во многих случаях оказывается более экономичным
типом охладителя. Препятствием к его применению может,
однако, явиться отсутствие достаточно большой, ровной и бла-
гоприятно расположенной площадки, позволяющей удовлетво-
рить основным требованиям размещения брызгального бассей-
на, или необходимость ограничения уноса воды, который у
брызгального бассейна значительно выше, чем у других охла-
дителей. В некоторых случаях отказ от применения брызгаль-
ного бассейна может обуславливаться необходимостью соору-
жения охладителя в наиболее холодное время года.
Условия для применения брызгальных бассейнов неблаго-
приятны при ширине зоны охлаждения больше примерно 10° С,
так как в этом случае из-за отсутствия перемешивания вода
хуже охлаждается, чем в градирнях2. Когда большая ширина
зоны охлаждения сочетается с требованием обеспечить низкую
температуру охлажденной воды (например, коксохимические
и нефтеперерабатывающие заводы), брызгальные бассейны
вовсе не могут быть применены.
Конкурентоспособность брызгальных бассейнов понижается
и с уменьшением количества подлежащей охлаждению воды.
Хотя встречаются брызгальные бассейны производительность’о
1 По данным, собранным Южным отделением ОРГРЭС в 1946 г. и
охватывающим 12 электростанций, средняя стоимость брызгального бас-
сейна составляет 36 pyff/квш, башенных градирен 45 pyff/квт.
3 Это связано с тем, что при охлаждении водяных капель темпе-
ратура на их поверхности становится ниже средней температуры воды
в объеме капли и соответственно уменьшаются разности температур
воды и воздуха и парциальных давлений пара, от которых зависит
интенсивность теплоотдачи и испарения. В градирнях с решетником
длина пути свободного падения капли между расположенными друг под
другом брусками сравнительно невелика, при попадании же капли на
брусок вода перемешивается и температура в ее объеме выравнивается.
Это происходит многократно на пути воды через решетник. В брыз-
гальных бассейнах, как и в брызгальных градирнях, если не говорить
о столкновениях и слиянии части капель, такого перемешивания нет,
вследствие чего понижение температуры на поверхности капель может
быть значительным и сказываться на охладительном эффекте тем а<ь
^етнее, чем больше перепад температур воды.
§ 4-li i Области применения охладителей 299
200 м^/час и ниже, например на холодильных установках,
мощных радиостанциях (для охлаждения анодной воды), ком-
прессорных и дизельных установках и др., но большей частью
уже. при производительностях ниже 300—500 м^чао* они усту-
пают но своим показателям другим типам охладителей.
При малых количествах циркуляционной воды, до 50—
70 м^/час, наиболее простым и дешевым типом охладителя
являются открытые брызгальные градирни. При
благоприятных условиях для их размещения применение такиж
градирен может оправдывать себя и для больших расходов
воды, примерно до 300—350 мА!час. Они могут использоваться
для небольших холодильных установок, двигателей внутренне-
го сгорания мощностью до 100 л. с., небольших трансформа-
торных и ртутновыпрямительных подстанций, для охлаждения
закалочной воды на металлообрабатывающих заводах и т. и.
Открытые брызгальные градирни, как и брызгальные бас-
сейны, заметно ухудшают свой охладительный эффект при
большой ширине зоны охлаждения, что наряду с необходи-
мостью размещения их на открытом месте и сравнительно
большим уносом воды является обстоятельством, ограничиваю-'
щим область их применения.
Открытые капельные градирни могут приме-
няться для значительно больших расходов воды, чем брыз-
гальные градирни, — до 1 200н-1 500 м?]час. Они сохраняю)
довольно высокий охладительный эффект и при большой ши-
рине зоны охлаждения АЛ Так, например, если для брызгаль-
еюй градирни при температуре влажного термометра 15° С
увеличение Ы с 5° до 20° С влечет за собой повышение тем-
пературы охлажденной воды приблизительно на 18°, то для
капельной градирни повышение составляет при этом только
5—6° С. Из открытых охладителей капельные градирни явля-
ются также наиболее компактными: количество тепла, отда-
ваемое с 1 м2 занимаемой площади, составляет для них 30—
50 тыс. ккал/час.
Сравнительно с башенными градирнями открытые капель-
ные градирни дешевле, проще в строительстве и требуют
меньшей .затраты основных строительных материалов. Они
являются поэтому рациональным типом охладителя для элек-
тростанций малой и средней мощности, электрических подстан-
ций, компрессорных установок, нефтеперерабатывающих заво=
дов, холодильных установок и др. Но подобно другим откры-
тым охладителям открытая капельная градирня требует пра-
вильного размещения ее на площадке с учетом как условий
наиболее эффективного ее использования, так и предохране-
ния других сооружений и дорог от обледенения и тумана и не
может быть применена, когда нельзя удовлетворить этим тре-
бованиям цлн когда технологический процесс не допускает
300 Типы н конструкции охлдлителен [ гл. 4
значительного повышения температуры воды, которое может
быть вызвано изменением силы или направления ветра.
Башенные градирни обеспечивают более устойчи-
вый охладительный эффект, не зависящий от силы ветра. Они
могут применяться как для малых, так и для больших коли-
честв охлаждаемой воды, допускают установку’их на застроен-
ной территории и имеют незначительный унос воды. При ка-
пельном оросителе и деревянной башне они несколько ущу-
пают открытым капельным градирням в отношении удельной
тепловой нагрузки на единицу занимаемой площади из-за
ограниченной (0,5—1 м/сек) скорости воздуха в оросителе, но
форма их более благоприятна дня размещения. В случае же
применения оросителя пленочного типа их удельная тепловая
нагрузка возрастает до 60—80 тыс. ккал/м2 час. Сравнительно
с брызгальными бассейнами они в любом случае требуют зна-
чительно меньше .места, что позволяет также сильно умень-
шить протяженность циркуляционных водоводов.
Все это обеспечивает башенным градирням широкое рас-
пространение, несмотря на большую их сложность и стоимость
сравнительно с другими охладителями.
Вследствие зависимости силы тяги в башенных градирнях
от ширины и высоты зоны охлаждения, их целесообразно при-
менять при перепадах температур воды не ниже 6—7° С и
охлаждении, воды до температуры, по крайней мере на 7—
10° С превышающей температуру влажного термометра. Тре-
бования к охлаждению воды в большом числе случаев соот-
ветствуют этим условиям, но, например, для холодильных
установок, где перепад температур воды составляет обычно
2—5° С, и для ряда химических производств, требующих воз-
можно более низкой температуры охлаждающей воды, башен-
ные градирни не могут применяться.
Вентиляторные градирни позволяют получать
независимо от ширины зоны охлаждения и наличия ветра
ниболее низкие температуры воды при высокой удельной теп-
ловой нагрузке на единицу занимаемой ими площади, до
80—100 тыс. ккал/м2 час, и свести до минимума унос воды
путем применения водоуловителей. В случае необходимости
могут быть иногда получены температуры воды, не отличаю-
щиеся в летнее время от температуры речной воды или даже
более низкие, чем последняя, и лишь незначительно превы-
шающие (на 1,5—2^0 теоретический предел охлаждения.
Сооружение вентиляторных градирен проще и дешевле, чем
башенных, и они лишь немногим превышают ио стоимости от-
крытые капельные градирни, допуская в отличие от последних
установку на застроенной территории, По они требуют в экс-
плоатаиии расхода электроэнергии на вентиляторы и постоян-
ного надзора за последними, что- повышает за траты на охлаж-
дение воды. В течение длительного времени это обстоятельство
5-1 Обшмс замечания 301
очень сильно ограничивало распространение вентиляторных
градирен. Высокая экономичность современных осевых венти-
ляторов, ослабляет неблагоприятное влияние этого фактора, но
все же при больших количествах воды вентиляторные градирни
применяются преимущественно в тех случаях, когда это дик-
туется жесткими требованиями технологического процесса в
отношении температуры охлаждающей воды. Такие требова-
ния предъявляются некоторыми химическими производствами,
в том числе промышленностью синтетического каучука, нефте-
перерабатывающими заводами (для улавливания легких
фракций нефти) и др. Выбор вентиляторных градирен может
обуславливаться также требованиями- компактности охлади-
теля, как, например, на передвижных электрических станциях
(энергопоездах). При небольших производительностях венти-
ляторные градирни применяются в случаях, когда открытие
градирни по местным условиям нс могут быть использованы.
Совершенствование конструкций вентиляторных градирен
приводит, однако, к все более широкому' их распространению,
даже в таких областях, где они раньше почти совсем не при-
менялись, например, на мощных паротурбинных электростан-
циях. Понижение шума, создаваемого вентиляторами, позво-
лило расширить область применения и малых вентиляторных
градирен, так. как это уменьшило препятствия к установке их
вблизи жилых и служебных помещений.
Градирни со смешанной вен т и л я ци е й при-
меняются редко. Они оправдывают себя только в тех случаях,
когда недостаток места лишает возможности ограничиться
естественной тягой и в то же время экономия электроэнергии
па искусственную вентиляцию, используемую лишь очень
кратковременно в наиболее жаркие периоды, может окупить
добавочные затраты на сооружение башни, Это может иметь
место при очень неравномерном режиме работы градирни, ха-
рактеризующемся наличием больших и сравнительно кратко-
временных пиков нагрузки.
Г Л А в А П Я Т А Я
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
5-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ. ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
Основной задачей теплового расчета охладителя является
определение его размеров, необходимых для обеспечения за-
данного охладительного эффекта. Подходя к охладителю, Как
к всякому другому теплообменному аппарату, можно было бы
сформулироватй эту задачу, как определение требуемой по-
верхности охлаждения, но вследствие трудности точной оценки
величины последней при распиливании воды соплами или в
решетнике капельного типа в этих случаях приходится пока
ЗОЙ Тепловой расчет охладителен [ гл- •>
отказываться от расчета поверхности охлаждения, ограничи-
вая задачу определением требуемой площади охладителя или
объема оросительного устройства при определенной его кон-
струкции.
Тепловой расчет может' также иметь задачей определение
температур воды при режимах работы проектируемого охла-
дителя, отличающихся от расчетного. Подобная ’задача воз-
никает и при поверочных расчетах действующих охлади-
телей.
К тепловому расчету закрытых охладителей тесно примы-
кает расчет их вентиляции, имеющий обычно целью определе-
ние требуемых размеров вытяжной башни или напора и мощ-
ности вентиляторов. При поверочных расчетах башенных охла-
дителей, где расход воздуха при определенных его начальных
параметрах зависит от изменения его температуры и влаж-
ности в оросителе и не может быть задан заранее, тепловой
расчет и расчет вентиляции нельзя отделить друг от друга и
они должны производиться совместно. Размеры башни, как и
оросителя, при этом известны и задачей расчета вентиляция
(тяги) в этом случае как раз и является определение расхода
воздуха в увязке с расчетом процесса теплообмена в оро-
сителе.
Тепловой расчет охладителя позволяет помимо того опре-
делить потерю воды на испарение, являющуюся одной из сла-
гаемых суммарной потери циркуляционной воды, подлежащей
восполнению извне.
Методы теплового расчета, основывающиеся на теории
испарительного охлаждения, начали применяться в практике
проектирования охладителей лишь сравнительно недавно.
До этого определение требуемых размеров охладителей про-
изводилось исключительно на основании эмпирических данных.
Еще и в настоящее время применение для этой цели опытных
характеристик охладителей, построенных по данным промыш-
ленных испытаний, пользуется широким распространением, а
для некоторых типов охладителей, например для брызгальных
бассейнов и брызгальных градирен, вовсе отсутствуют доста-
точно разработанные и проверенные методы теплового расчета.
Это нашло свое отражение при описании нами ниже способов
определения размеров этих типов охладителей. Опытные зави-
симости приводятся ниже и для расчета капельных градирен,
поскольку мы нс располагаем пока достаточными эксперимен-
тальными данными для выбора при их более строгом тепловом
расчете значений коэффициента массоотдачи.
Для теплового расчета охладителя должны быть заданы
следующие величины:
1) тепловая нагрузка Q ккал/час;
2) гидравлическая нагрузка Ож кг1ч.ас (или м3/час);
3) температура охлажденной воды . С;
§ 5*1] Общае замечания 303
4) параметры наружного воздуха — температура и
относительная влажность
. 5) расчетная скорость ветра w м/сек, если охладитель
открытого типа.
Тепловая и гидравлическая нагрузки определяют ширину *
зоны охлаждения &t°C. Часто вместо Q указывается непо-
средственно величина ДА
Тепловая и гидравлическая нагрузки задаются обычно за-
водом-изготовителем обслуживаемого охладителем аппарата
(конденсатора, двигателя и др.). Если эти нагрузки могут в
условиях эксплоатации сильно колебаться, в качестве расчет-
ных их значений могут быть выбраны в зависимости от мест-
ных условий средние за определенный период или максималь-
ные. Выбор этот определяется в значительной мере режимом
работы установки в период высоких наружных температур,
когда условия для охлаждения воды являются наименее бла-
гоприятными.
При выборе расчетных параметров наружного воздуха
нужно принимать во внимание требования технологического
процесса (допустимость кратковременного повышения темпе-
ратуры воды сверх расчетной) и продолжительность стояния
наружных температур по сухому и влажному термометрам.
Рассчитывать охладитель на наиболее высокие температуры?
наружного воздуха, наблюдающиеся в данной местности, боль-i
шей частью нецелесообразно ввиду кратковременности стояния *
этих температур. Охладитель, рассчитанный на слишком вы-
сокую температуру воздуха, был бы слишком дорогим. С дру-
гой стороны, слишком низкая расчетная температура воздуха
может привести к чрезмерным температурам воды и эксплоа-
тационныы трудностям в жаркий период.
Не рекомендуется выбирать расчетную температуру и
влажность воздуха, исходя из среднемесячных их значений, а
тем более усредненных за более длительный период, например
за 3 летних месяца, так как в летнее время они могут очень
сильно меняться в пределах как месяца, так и суток, и в тече-
ние довольно длительного периода, особенно в дневные часы,
охладительный эффект может оказаться при этом недостаточ-
ным *. Следует, по возможности, пользоваться кривыми дли-
тельности стояния температур воздуха, задаваясь максималь-
ным числом дней в году, в течение которых могут быть допу-
щены температуры воздуха, а следовательно, и температуры
воды, превышающие расчетные.
Кривые длительности стояния среднесуточных температур
наружного воздуха по сухому и влажному термометрам для
некоторых пунктов СССР приведены на фиг. 5-1 по данным
Л. С. Кошлякова (ЛОТЭП), обработавшего материалы много-
1 См. Л. Д. Берман, .Теплосиловое хозяйство", 1938, №7, стр. 39.
304
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
летних метеорологических наблюдений. Кривые построены для
трех наиболее теплых летних месяцев (июнь, июль и август),
но участки этих кривых, нанесенные на фиг. 5-1 сплошными
линиями, могут с достаточной точностью рассматриваться, как
показывающие продолжительность стояния соответствующих
температур в течение года, так как эти среднесуточные тем-
пературы не повторяются вовсе или повторяются лишь очень
кратковременно в остальные месяцы. На основании подобных
кривых для 14 различных пунктов СССР нами составлена
8 днях Продолжительность 8 Зиях
Фиг, 5-1. Кривые длительности стояния среднесуточных температур
наружного воздуха по сухому и влажному термометрам за три наи-
более теплых месяца.
табл. 5-1, в которой даны среднесуточные температуры воздуха
по сухому и влажному термометрам, превышаемые соответ-
ственно в течение 5, .10, 20, 30, 40, 50 и 60 дней в году.
Большей частью в качестве расчетных могут быть приняты
среднесуточные температуры воздуха, превышаемые в течение
5—10 дней в году.
Не следует при этом упускать из виду, что усреднение тем-
ператур даже за суточные периоды приводит к сглаживанию
годового графика температур и заметному преуменьшению
длительности того периода, в течение которого действительные
температуры воздуха оказываются выше расчетных темпера-
тур. Это показывает фиг. 5-2, на которой сопоставлены для
условий Москвы кривые длительности стояния среднесуточных
температур (кривая 7) и действительных температур влажно-
го термометра по данным ежечасных измерений, производив-
§ 5-11
Общие замечания
305
20 Л, Д. Бериш.
306 ___________
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
шихся. в течение 11 лет (кривая 2), Рассмотрим, например,,
температуру влажного термометра 18а С. Согласно фиг. 5-1
или кривой 1 фиг. 5-2 среднесуточная температура в 18° С
превосходится в течение не более 7,5 суток или 180 час. в го-
ду, действительная же температура в 18° С превосходится уже
в течение 550 час. В жаркие годы длительность этого периода
еще более возрастает. По-
этому для некоторых потре-
бителей охлаждающей воды,
предъявляющих особенно
жесткие требования к ее
температурам, может ока-
заться целесообразным при-
нимать при расчете охлади-
телей более высокие расчет-
ные параметры воздуха, чем
указанные выше.
Из аналогичных сообра-
жений должна выбираться
и расчетная скорость ветра
для открытых охладителей.
Для открытых градирен
большей частью ее следует
принимать не более 1—
1,5 м/сек, повышая со в пре-
делах приблизительно до
2—2,5 м/сек для районов с
сильными и устойчивыми по
направлению ветрами в лет-
Фиг. 5-2. Средние многолетние кри-
вые длительности стояния темпера-
тур влажного термометра дляМосквы.
1 — среднесуточные температуры; 2 — темпе-
ратуры по ежечасоным измерениям.
нее время.
Для охлаждающих пру-
дов, обладающих более высокой аккумулирующей способ-
ностью, чем другие типы охладителей, можно выбирать «есте-
ственную» температуру воды по среднемесячным ее значениям
и принимать более высокие расчетные скорости ветра, до 2
3 м/сек, исходя из данных наблюдений для рассматриваемого
района.
Сведения о скоростях ветра приводятся в метеорологиче-
ских справочниках по данным измерений на высоте 8—15 лт,
тогда как при тепловых расчетах охладителей принимается
скорость ветра на высоте 2 м. Для приближенного пересчета
скорости ветра можно воспользоваться формулой Оболенского
(5-1)
где w — скорость ветра на высоте h и — скорость ветра
на высоте 7С. _

Общие замечания
307
При Zf —2 я имеем отсюда:
^(2) —
1,23W(>
~лп~з ”
л0
и при Ао— 8 -15 я
w{2} -(0,66 -ы0,54>0,
т. с. скорость ветра па высоте 2 я в 1,5 ы-2 раза меньше,
чем скорость, указываемая в справочниках.
Требуемые размеры охладителя сильно зависят от приня-
тых расчетных параметров (фиг. 5-3), в том числе от высоты
зоны охлаждения, т. е. раз-
ности температур —т,- С
приближением температуры
охлажденной воды к теоре-'
тическбму пределу охлажде-
ния, определяющемуся рас-
четными параметрами воз-
духа, требуемые размеры ох-
ладителя быстро растут. Так,
для градирен понижение
4 — т с 10° до 5° приводит
к необходимости увеличения
площади оросителя прибли-
зительно в 2— 2,5 раза.По-
этому нб следует без осо-
бой необходимости прини-
мать слишком малую высо-
ту зоны охлаждения.
Фиг. 5-3. Требуемая площадь ороси-
теля башенной градирни в зависи-
мости от расчетных значений тем-
пературы влажного термометра, вы-
соты и ширины зоны охлаждения. За
100% принята величина площади
оросителя при т=20°С, /э — т=10°С
и At=10°C.
Если выбор типа, охлади-
теля и основных расчетных
параметров для него не свя-
зан жестко соображениями
надежности работы установ-
ки, требованиями технологи-
ческого процесса или други-
ми обстоятельствами и про-
изводится на основе сравнительных технике-экономиче-
ских расчетов, то необходимо при этом принимать во
внимание изменение первоначальных и. эксплуатационных
затрат нс только по системе охлаждения, но и по
основному производственному циклу. Применение более
дешевого, но менее эффективного охладителя, или уменьшение
размеров последнего вызывает обычно необходимость увеличе-
ния размеров связанного с ним конденсатора или другого
теплообменного аппарата, а в противном случае ухудшает ра-
боту последнего, вызывая повышение экспл санационных затрат
(например на топливо) или снижение выхода продукции,
308 Тепловой расчет охладителей [гл. 5
Для охладителей принимаются следующие нормы ежегод-
ных отчислений на амортизацию и капитальный ремонт в про-
центах от первоначальной стоимости: для деревянных гради-
рен 9,5%, для деревянных ..башенных градирен с металличе-
ским каркасом 8,0%, для брызгальных бассейнов 6,2%, Отчис-
ления на текущий ремонт принимаются 1,2%.
При выборе количества и расчете охладителей обычно пет
необходимости предусматривать запас в их производительно-
сти или установку резервных охладителей, если не считать не-
которого запаса в пропускной способности водораспределитель-
ных желобов или труб на случай перераспределения нагрузки
в пределах данного охладителя или между несколькими охла-
дителями. В случае установки нескольких деревянных гради-
рен для обслуживания однотипных агрегатов не рекомендуется
дробить их общую производительность таким Образом, чтобы
каждая градирня независимо обслуживала отдельный агрегат,
выключаясь каждый раз при остановке последнего, так как
это нецелесообразно по соображениям экономичности и не-
благоприятно для сохранности деревянных конструкций.
5-2. РАСЧЕТ ОХЛАЖДАЮЩИХ ПРУДОВ
Выше уже говорилось о том, что при тепловом расчете
охлаждающего пруда действительная его поверхность, вклю-
чающая в себя поверхность транзитной струи, заводей и
водоворотов, заменяется „площадью активной зоны“ (см. §2-1).
Переход от фиктивной величины площади активной зоны
F к действительной площади зеркала пруда производится
с помощью так называемого коэффициента использования
пруда
(5-2)
гд
Для определения площади активной зоны данного пруда
нужно располагать планом течений, полученным расчетным
или опытным путем (для действующего пруда по замерен-
ным направлениям течения воды, а для вновь проектируе-
мого пруда по опытам на модели). При подсчете F площадь
транзитной струи F следует учитывать полностью, а
остальные площади зеркала воды, менее активно участвую-
щие в процессе охлаждения, умножать на коэффициент,
меньший единицы, т. е.
<5‘3)
где ав — коэффициент и
Fe — площадь отдельной вихревой зоны (водоворота или
заводи).
§ 5-2 ] Расчет охлаждающих прудов ,309
Коэффициент ае тем меньше, чем больше площадь вихре-
вой зоны Fa сравнительно с площадью прилегающего к ней
участка транзитной струи. Если обозначить через у отноше-
ние площади FB к площади смежного с ней участка тран-
зитного потока (считая от границы до оси последнего), то
для грубо приближенной оценки коэффициента ав можно
принимать следующие его значения в зависимости от ’
V .... О 1 2 3 5 10
1 0,7 0,5 0,3 0,2 0,1
Для рационально запроектированных прудов (правильная
вытянутая форма) коэффициент использования k составляет
около 0,80—0,85, но при неблагоприятной форме пруда (круг-
лой или близкой к ней) и отсутствии струераспределительных
и струенаправляющих сооружений может быть заметно ниже,
доходя до 0,4—0,5. Средние значения этого коэффициента, от-
вечающие невполне правильной вытянутой форме зеркала
пруда пли наличию увеличивающих площадь транзитной струи
сооружений при неблагоприятной форме пруда, состав-
ляют 0,60—0,75.
Метод теплового расчета охлаждающего пруда разработан-
ный сектором прудового хозяйства Северо-западного отделе-
ния Теплоэлектропроекта на основе теоретической схемы, пред-
ложенной Н. М. Вернадским и применяющийся в последние
годы на практике, сводится вкратце к следующему. Для ак-
тивной зоны пруда аналитическим путем определяется для
разных метеорологических условий изменение температуры во-
ды вдоль струи и строятся соответствующие кривые. Каждое
такое семейство кривых относится к определенной величине
удельной площади активной зоны. С помощью набора подоб-
ных графиков производится определение требуемой площади
активной зоны для заданных условий или определение темпе-
ратур циркуляционной воды, обеспечиваемых прудом при за-
данной площади активной зоны. Для облегчения таких расче-
тов Теплоэлектропроектом построена диаграмма, основываю-
щаяся на частных подсчетах с помощью указанного выше ме-
тода.
При подсчетах, требующихся для построения кривых паде-
ния температур воды и затем конечной расчетной диаграммы,
необходимо задаться значениями коэффициентов тепло- и мас-
соотдачи и переходного коэффициента для температуры воды
на поверхности. Всякое уточнение или изменение формул для
определения этих коэффициентов вызывает необходимость в
проведении всех подсчетов заново и в перестроении всех рас-
четных графиков. Это создает большое неудобство, так как
вопрос о правильном выборе основных опытных коэффициен-
тов далеко еще не решен. В частности, формулы для указан-
310
Тепловой, расчет охладителей
•ных коэффициентов, принятые Зеилоэлектропроектом при по-
строении им расчетной диаграммы, не увязаны между собой
.и в зависимости от скорости ветра дают различное и сильно
.расходящееся с современными
данными соотношение между
а и массоотдачи 8 (по этим
источников, отношение при
теоретическими и опытными
коэффициентами теплоотдачи
формулам, взятым из'разных
скорости ветра 1 м!сек в
2,1 раза выше, а при скорости ветра 3 м[сек в 1,6 раза выше
теоретического его1 значения, подтверждаемого также и
опытами).
Желательно поэтому, чтобы метод теплового расчета
охлаждающих прудов позволял проектанту пользоваться но-
выми, более точными данными для определения основных
опытных коэффициентов, по мере их появления, без необходи-
мости при этом производить всякий раз заново очень трудоем-
кую подготовительную работу по построению вспомогательных
графиков и расчетной диаграммы. Это тем более существенно,
что при допущениях, которые приходится вводить для получе-
ния расчетных формул, связанные с этим неточности должны
покрываться значениями указанных коэффициентов.
Такую свободу в выборе формул для а и Fy дает изла-
гаемый ниже аналитический метод расчета, достаточно простой
и равноценный по степени его точности методу Теплоэлектро-
проекта. Аналитический расчет также может быть облегчен
путем применения вспомогательных графиков, но,, как будет
видно из дальнейшего, при этом основные опытные коэффи-
циенты входят в расчет в явном виде.
Описываемый метод приближенного теплового расчета пру-
да основывается на использовании формул, полученных нами
выше в $ 2-1.
Требуемая площадь активной зоны может быть подсчи-
тана с помошью формулы (2-86), согласно которой
JL— 2?3 1 ~~е
уд ^Ж~~кк-А '
(5-4)
где
Л = (а + Мг)-Ю3 = 0,58 ^(0,60 + яЛО3), (5-5)
' е_ , +_8Г-/£.
* I п J- 0,60 -10-3 - V3"”)
Здесь расход воды GJtc выражен в л^/сутки (или т/сут-
К'ц), коэффициенты а и [4— соответственно в тыс. kk&aIm2
'§ 5-2] Расчет охлаждающих прудов 311
сутки0 С -и тДи2 сутки ат и принято, что г™580 ккал[кг
и -==0,35 ккал am/кг град, откуда 060-Т0~3
?р ~ r?t> * ‘
Фиг. 5-4. Значения коэффициента п в зависимости от средней
температуры волы.
Переходный коэффициент для температуры коды на по-
верхности, приблизительно равный коэффициенту kh в фор-
муле (5-4), принимается в работах Теплоэлектропроекта рав-
ным до 1,1, но он зависит от глубины и профиля дна пруда,
расположения водосброса я -других факторов и при пзвест-
312
Тепловой расчет охладителей
{гл. 5
пых условиях может достигать значений, меньших единицы
(примерно до 0,92—0,95). Можно считать, что коэффициент kh
составляет в среднем 1,0—1,05.
Для определения коэффициента массоотдачи приме-
няются эмпирические формулы типа (1-54) и (1-55). Если в
формулу (1-55) ввести скорость ветра на высоте 2 м, при-
нимаемую обычно при расчетах охлаждающих прудов, и
пересчитать численные коэффициенты применительно к ука-
занным выше единицам измерения, то опа приобретает вид:
— 0,295 -р 0,072w.2) т/м^ сутки ат. (5-7)
Значения величин и и б могут быть определены с помощью
вспомогательных графиков (фиг. 5-4

3,2
2,3
^^4
£3
ЗА
4
Фиг. 5-5. Значения 9 — te (к расчету
охлаждающих прудов).

На фиг/ 5-4 даны
значения п в зависимо-
сти от средней темпера-
/ —Jr*'
туры воды 1ср —
и на фиг. 5-5 — значе-
ния 0 — 1е в зависимо-
сти от t2 — для раз-
личных перепадов тем-
ператур воды АЛ Эти
два графика устраняют
необходимость пользо-
ваться при расчете таб-
лицами насыщенного
водяного пара и замет-
но ускоряют расчет.
Т емпература воды
в естественном состоя-
нии te определяется по
данным наблюдений для
соответствующего рай-
она или приближенным
теоретическим расче-
том с помощью уравне-
ния (2-10). В последнем
случае приход тепла за
счет солнечной радиа-
ции с учетом излуче-
ния с поверхности воды подсчитывается по формуле1

(]. ~ С(1 Ч- O,6zzo) — qr (1 — zz0) тыс. ккал}мг сутки,
1 Значения С и q' приводятся в книге С. И.Савинова, Солнечная,
земная и атмосферная радиация, Л. 1926.
§ 5-2 ] Расчет охлаждающих прудов
313
где С — максимальное количество тепла солнечной радиации
для данной географической широты, тыс. ккал/м^
сутки;
п0 — облачность, %;
q! — потеря тепла излучением при безоблачном небе,
тыс. ккал.м2 сутки, *
Среднемесячные и средние за наиболее жаркую пяти-
дневку значения естественных температур воды для расчетов
охлаждающих прудов, подсчитанные для различных пунктов
СССР инж, JI. С. Кошляковым, приведены в табл. 5-2.
Таблица 5-2
Средние значения естественных температур в водоемах te °C для
расчетов охлаждающих прудов
Наименование пункта Июнь Июль Август Наиболее жаркая пятидневка
Алма-Ата 22,5 23,8 21,5 26,8
Ахтуба 22,5 24,5 22,0 28,3
Воронеж 20,4 21,7 19,3 26,7
Ворошило игра д 22,0 23,6 21,1 26,5
Горький 19,2 21,0 18,0 —
Иркутск 16,8 19,7 17,0 22,4
Казань . 19,6 21,1 18,1 26,8
Каменка 21,2 22,3 20,7 26,7
Киев 19,7 21,0 19,1 23,1
Краснодар . . . • 23,1 25,2 23,5 29,0
Кривой Рог 21,1 22,4 20,7 26,6
Минск 18,8 20,4 17,9 26,2
Москва 18,2 20,2 17,4 24,6
Новосибирск 18,9 21,0 18,0 —
Свердловск . 16,9 18,9 15,7 25,0
Стадинск . 20,3 22,0 19,2 26,8
Тула 18,1 21,3 18,2 —
Уфа . • • ... 19,5 21,2 18,1 26,7
Хабаровск 19,9 23,5 22,1 27,8
Харьков 21,0 22,4 20,0 26,9
Когда задачей расчета является определение температур
воды при заданной удельной площади активной зоны fydt
т. е. заранее не известны значения tb t2 и t у нужно ориен-
тировочно задаться искомыми температурами воды для оп-
ределения и и 6 и подсчитать t., по формуле
«2=9+^Г1. О'8)
где a~A'kh'fvd.
314
Тепловой расчет охладителей
[гл. б
Величина А определяется по формуле (5-5).
Если полученное значение /2 будет сильно отличаться от
принятого, следует уточнить значения*й и 0 по найденной
температуре и повторить расчет.
Пример 5-1. Задано: расход циркуляционной воды Ож~ 145000
Алеутки, вода должна быть охлаждена с ^ = 33,8° С до ^ = 25,5° С, тем-
пература воды в Пруду в естественном состоянии ie = 20,5°С и ско-
рость ветра 2 Mlcerc, Требуется определить необходимую площадь
зеркала пруда при коэффициенте использования = 0,8,
По заданию имеем:
33,8 4-2
*ср — 2
Находим;
по формуле (5-7)
по графику фиг; 5-4
по графику фиг. 5-5
откуда
е=
ко
"~ = 29,7° С и ^-4™5°С.
Sp = 0,44 т(м* сутки ат;
л-!0^ = 2,44 ат!град, *
6 —i£=l,4°C, '
1,54-1,4 = 21,9° С.
По формуле (5-5) А = 0,58*0,44 (0,63 4-2,44) = 0,775.
Принимаем АЛ=1,Н
Требуемая величина удельной площади активной зоны по форму-
ле (5-4) составляет:
2 3 33 8__219
^й^ТТГ-ОДТо 1£"25’5~2Г9=: 1,40 .
н искомая величина зеркала пруда
fуд" @ж 1 , 40 • 145 000)
Ъ =- у = 0 8 —250 000 .«2 .
Пример 5-2. Заданы: перепад температур воды Д£=8,5°С, удельная
площадь активной зоны f д = 2 ж2 сутка1м\ температура воды в есте-1
стненном состоянии £е=19°С, скорость ветра да^ = 2 м!'сек, Требуется
определить температуру охлажденной воды
Для предварительной оценки значений л и 9 задаемся £а= 22° С, Тогда
= 22 4- 8,5 = 30,5°, и находим подобно тому, как делали это выше,
/1-102 = 2,07 ат[град.
На фиг.. 5-5 находим для £а —£е = 3°С значение 6 —^ = 0,8° С, от-
куда 0 = 19,8°С. Величина та же, что в предыдущем примере. Примем
АЛ=1.
По формуле (5-5)
А = 0,58-0,44 (0,60 Д- 2,07) = 0,68,
и, следовательно,
а = Akflfyd = 0,68* 1 *2 = 1,36.
По формуле (5-8) находим температуру охлажденной воды
8,5
— 19,8 4- 1 as ” 22,2°С.
Найденное значение £э достаточно близко к принятому выше и уточ-
нения расчета не производим.
§ 5-3] . Расчет поверхности охлаждения 315
5-3. РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОТИВОТОЧНОЙ
ГРАДИРНИ
Для теплового расчета противоточной градирни может
быть использован один из следующих трех методов:
а) детальный метод расчета, основывающийся на аналити-
ческом решении, изложенном в § 2-3—2-5;
б) упрощенный метод, основывающийся на допущении б
линейном или ином простом законе изменения температур и
парциальных давлений;
в) упрощенный метод, основывающийся на замене разно-
стей температур и парциальных давлений разностью теплосо-
держаний воздуха.
Необходимость в применении первого из этих методов, яв-
ляющегося наиболее трудоемким, возникает преимущественно
при исследовании различных режимов работы охладителя, а
при практических расчетах лишь в тех случаях, когда задан-
ные условия сильно отличаются от обычных и нет уверенности
в пригодности для них того или иного упрощенного метода.
Наиболее простым и удобным для практических расчетов яв-
ляется третий метод, не требующий громоздких подсчетов или
решения подбором, но он не позволяет в ряде случаев опреде-
лить с достаточной точностью состояние уходящего воздуха и
в этих случаях, в частности при построении аналитическим
путем кривых охлаждения для башенных градирен (см. § 5-6),
может оказаться предпочтительным второй метод.
Рассматриваемые в настоящем и следующем параграфах
методы расчета поверхности охлаждения приложимы, вообще
говоря, как к пленочным, так и к капельным градирням. Од-
нако, практически для градирен с капельным оросителем их
использование требует еще накопления достаточного количе-
ства опытных данных, показывающих зависимость коэффици-
ента массоотдачи от конструкции решетника и температурных
условий. Применение подобных методов расчета для башенных
градирен капельного типа затрудняется еще тем, что эти гра-
дирни обычно работают с расходами воздуха много ниже тео-
ретического, вследствие чего их тепловой расчет оказывается
более сложным. По указанным причинам расчет капельных
градирен, особенно'башенных, производится большей частью
с помощью чисто эмпирических зависимостей (см. § 5-7).
Описываемые методы расчета могут применяться для всего
диапазона значений ширины зоны охлаждения, встречающих-
ся в обычной практике оборотного водоснабжения (А/
=С 25 : 30° С). Но в отдельных случаях, когда зона охлаждения
очень велика, например при А/1’ до 70 -80° С, для обеспечения
достаточной точности расчета поверхности охлаждения следует
разбить весь перепад температур воды на несколько интерва-
лов и при противотоке вести расчет последовательно для каж-
316 Тепловой расчет охладителей [гл. &
дого из них в отдельности, начиная со стороны входа воздуха.
Чем меньше принимаемые при этом интервалы температур
воды, тем точнее расчет, но для практических расчетов нет
необходимости принимать эти интервалы слишком малыми.
Они могут обычно составлять 15—20й С для зоны, располо-
женной со стороны входа воздуха, и понижаться примерно до
10° С для зоны наиболее высоких температур воды.
Ход расчета по первому из указанных выше способов мы
покажем на числовом примере, но прежде остановимся на
определении некоторых исходных величин.
Для расчета поверхности охлаждения башенной или вен-
тиляторной градирни необходимо ^задаться "относительным
' °*
расходом воздуха X — скоростью воздуха в ороси-
тельном устройстве. Увеличение расхода и скорости возд/ха
приводит к понижению требуемой величины поверхности
охлаждения, но увеличивает в то же время требуемые раз-
меры вентиляционного устройства (высоту вытяжной башни
или мощность вентилятора).
Для башенных пленочных градирен целесообразно прини-
мать расход воздуха приблизительно равным теоретическому,,
не превосходя его сколько-нибудь значительно во избежание
увеличения высоты башни. Для вентиляторных . градирен,
особенно если желательно уменьшить высоту оросителях
можно принимать расход воздуха выше теоретического.
Выбор скорости и расхода воздуха может в этом случае про-
изводиться исходя из экономических соображений.
Как было показано в гл. 2, теоретический расход воздуха
Хг зависит от параметров наружного воздуха и пределов-
изменения температур воды. Для определения в каждом
отдельном случае величины Хг не может быть дана простая
формула, но, вводя некоторые упрощающие предположения,,
ее можно сравнительно легко подсчитать. Способ подсчета
Ху описан ниже в § 5-4 (числовой пример 5-8).
Для ориентировки в табл. 5-3 приведены по данным под-
счетов для климатических условий центральной полосы СССР
относительные расходы воздуха X в зависимости от ширины
зоны охлаждения Д/ и относительной влажности воздуха за ।
оросителем <р2, причем верхняя строка (tc2—1) дает пример-
ные пределы изменений теоретического расхода. Большие
значения X, как правило, отвечают меньшим значениям высо-
ты зоны охлаждения /3— т: при тех же и ш2.
Принимаемые скорости воздуха в оросителе указывались
уже Ьыше при описании соответствующих типог градирен...
Следует иметь в виду, что при заданном количестве охлаж-
даемой воды (кг/час) и принятом относительном расходе
§ 5-31
Расчет поверхности охлаждения
317
Таблица 5-3
Относительные расходы воздуха 1
<?9 °с з 5 ю 15 20 25
1,0 0,2—0,6 0,3—0,7 0,6—1,0 1,1-1,5 !,8—2,2 2,6—3,0
0,9 0.3-0,7 0,6—1,0 1,0—1,3 1,9-2,3 2,7-3.1 3,7—4,0
0,8 0,6—1,1 1,0-1,5 2,0—2,5 3,2—3,5 4,4-4,6 6,0—6,2
0,7 1,3—2,2 2,2—2,9 4,6—5,1 7,1—7,6 9,4—9,6 12,2—12,4
воздуха л выбор скорости воздуха (м[сек) полностью опреде-
ляет площадь противоточного оросителя и плотность орошения,
составляющие
F =- . лг
«л -р^-ЗбОО
и
Л Ж
№~Fop
3 600Та wg __ о й ь Ws
10» A J,D к
л«3/ж2 час.
Изменение остальных параметров может при этом отра-
зиться лишь на величине высоты оросителя.
Если скорость воздуха относится не к полному сечению
оросителя, а, как это принято при расчете щитовых пленоч-
ных градирен, к жи-
вому его сечению, то
при заданном рас-
стоянии между щи-
тами плотность оро-
шения зависит еще
от толщины щитов,
возрастая с умень-
шением последней
(фиг. 5-6).
Для определения
коэффициента мас-
соотдачи можно вос-
пользоваться данны-
ми, приведенными в
Фиг. 5-6. Плотность орошения в пленочной
градирне в зависимости от скорости воздуха^
толщины щитов 8 и расстояния между ними b
(к - 0,7).
§ 1-8. Для щитовой
пленочной градирни он может быть подсчитан по формуле
(1-50) или найден на диаграмме фиг. 5-7, построенной по
этой же формуле1. Скорость воздуха берется при этом
1 Л. Д. Берман, „Теплосиловое хозяйство", 1938, № 7, стр. 26.
318
Тепловой расчет охладителей

. iS

/,Д
V
to
Поправка I ХА..„
к---‘-5тГТй ..Г77Т57)1 ,
ли‘
*« 5Л0м>
20-
"~90
f,0r±50
£?лЕ
^'70~ПГЗ h 5 6 7k
0,9-
ШВ
o i s г з д
О 0,5 1 1,5 2 ~2^58
“7Г1 0
Строит sosOyzawW^ Ь^дрость воздуха ^ter
/ ’ 2 "^3 9 С 0 05~1
Смрлжть gosOyzo.
Zfi?J2^3
50
90
80
70
60
90
30
25
90-
ХД
12
30 t
6
10 -
9 -
8
7
Погрома наЯ
6
1,05\
1,00':
0,05-
(М---------
О 10 2030 9050
Температура
—।-----1|,1 ;^г г г
ilanpasnynajp’ 2
-+ Орать па шкале ” ;
А страсти,,обозра- -
чепиай соответ- £
ствутцей бу тай
-30
20
18
16
20
i$-
0,85
0S90
fi85
0,5 0,0 0,7 0,8 0,0 1 1,2 1,9 1,6 1,8 2 2,22,9 2.6 ’’О ЮО 2W
Csspocmb воздуха wa^lcetf Отношение X
20
18
16
19
12
пт
-о
-8
•г
c
x -
г

ч
Фиг. 5-7. Диаграмма для определения коэффициентов тепло-
и массоотдачи с поверхности движущейся водяной пленки..
относительно поверхности движущейся пленки, т, е. в слу-
чае противотока
wn — w -I-® ,
и в I ж >
гд$ ®уй — абсолютная скорость воздуха, м<сек-,
w^““CKOPOCTb рилсвки, Micex, которая может быть най-
дена на фиг. 5-8.
Коэффициент определяется по одной из трех кривых.
Д В или С (фиг. 5-7), относящейся к средней температуре
воды, наиболее близкой к расчетной. Найденное значение р
умножается на три поправочных коэффициента: — учиты-
вающий влияние расстояния между щитами Ь; а2 — учиты-
§ 5-3 J
Расчет поверхности охлаждения
319
Бающий влияние отношения у, где h — высота щитов; п3—
учитывающий влияние средней температуры воздуха 0^
Графики для определения поправочных коэффициентов
«2 и а3 также приведены на
фиг. 5-7. При определении п1
следует пользоваться шкалой
скорости да0, обозначенной той
же буквой, что и основная кри-
вая, по которой было найдено
первоначальное значение .
Поправочный коэффициент д3
для нижних (более крутых)
частей основных кривых Л, В
и С берется по пунктирной
линии, для верхних—по сплош-
ной линии вспомогательного
графика. Для предварительной
оценки у можно принимать
да № — 0.20 0,25 м[сек и —
Фиг. 5-?. Скорость водяной плен-
ки в зависимости от гидравличе-
ской нагрузки щита и средней
температуры воды.
-50 :-100, уточняя- затем, если это требуется, величину jy
по результатам расчета. При щитах с вертикальными разры-
вами между досками (фиг. 4-74) поправку а2 (на отношение
А ч
-у) вводить не следует.
При стекании воды внутри прямоугольных каналов, сече-
ние которых имеет длины сторон и Ь2, мало различаю-
щиеся между собой, нужно принимать:
h__
b^b2>
при стекании же воды внутри круглых каналов (труб)
где d— диаметр канала.
Для пленочных градирен с насадкой из колец Рашига
коэффициент массоотдачи может быть подсчитан с помощью
формул (1-53а) и (1-43).
В случае капельного оросителя пользуются, как указыва-
лось, объемным коэффициентом массоотдачи. Формула (1-57а)
позволяет определить объемный коэффициент массоотдачи
для определенного типа решетника, изображенного на
фиг. 1-12. Зная pv,„ можно найти и L.,, [см. формулы (1-30а)
и (1-31)].
320
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
Поправка Ър'\ к начальному и конечному значениям пар-
циального давления пара в насыщенном воздухе у поверх-
ности жидкости может определяться по фиг. 5-9.
Фиг. 5-9. Значения
Переходя к числовому примеру расчета, отметим, что из
соображений практического удобства расчетные формулы
представлены ниже в несколько ином виде, чем в § 2-4 и
2-5, и что в них введены значения: =.0,35 ккал а<гп1кгоС
и сел=0,25 ккал!кг °C. Кроме того, принято, что К~р1,
Пример 5-3. Требуется определить поверхность охлаждения для’сле-
дующих условий:
Сж=500 000 кг/'шс; б = 55°С; Z2 = 30°C; V-r25,6°G и ^ = 0,6
i(t = 2J°C); р/; = 1,033 ата (760 мм |_т. ст.).
Расход воздуха выбираем, } уководствуясь табл. 5-3, 1 = 3 или Gs—
= 1 500 000 кг/час.
Находим из яаблицы (приложение III) давления насыщенно о пара:
— 0,1605 ата (при температуре £j); /д = 0,0433 anta (при tP)\
= 0,0858 ата (при ^ = 42,5° С) и р!!г, =0,0335 ата (пги Sj); парциаль-
ное давление пара во вход-щем воздухе р1' =0,0201 ата-, сред-
нее парша ьное давление воз ухав оросителе р8ср ^Ре —?i 1 ата,
теплота испарения воды г = 570 ккал/кг.
Среднее приращение давления насыщенного пара hj 1° составляет
(см. также фи,. 5-4):
„ = =oa?«j-0,0433 =0>00469 яи/оС
5о — 30
§ 5-3 ] Расчет поверхности охлаждения 321
и поправка к значениям давления насыщенного пара (см. тай же фиг. 5-9)
Ър” ~ 0,25 (р'1 + /?2 — 2 -г 0,0080 ат.
Определение корней и _уг,
При сделанных допущениях получаем для коэффициентов в уравне-
нии (2-24) следующие расчетные формулы;
N - 0.56 (у — 1 — 1,4 Л" .
Для рассматриваемого примера находим;
М ~ 1’4Т.1’6; 1 -- 570*0,00469 —0,35 = — 2,03 ,
О
N — 0,56- (4” 1 ) lj4’ Мг=1’19’
Искомые корни уравнения (2-24) составляют:
— /И у /мэ —4N '
-у1,2— 2
или
j'^2.61; jf3 — — 0,47э,
Определение постоянных (Д, С$ и
Из (2’34), (2-35) и (2-36) получаем следующие расчетные формулы;
т (X — 4/г9) + х
61 ™ УЗ (Л^У^П ’
т (}. — 4ЛД -J- s
Са^—ЯСУз ’
(Д С । С 2 >
где
а л к .
f ч Р>> —- — Pi
т ” 0,49- -а—---* у 1»4/• •—“———— 5
Л2
hy ~ 1 + 0.714* ).у3; h% ~ 1 + 0,714- Ауд.
Находим;
0,0433 - 0,0080 — 0,0201 _
1,1 570- ...... --------...4,0»,
0,714-3-2,51 .6,38,
/13== 1 4- 0,714-3-(—0,475) ”--0,018;
21 JI. Д. Бериаа,

Тепловой расчет охладителей
|гл, 5
0,240 (3 4-4-0,018) 4- 4,09
2,51 (2,51 4-0,475)
™ 0,644;
0,240 (3 — 4-6,38) 4- 4,09
Сз — __ о,475 (— 0,475 — 2,51) ~ ~ 0,923;
Cs — 23,6 — 0,644 4- 0,923 = 25,88.
Определение поверхности охлаждения Г.
По формуле (2-38)1:
„ 2,3 С\ 2,3 , .55 — 25,88
Й ~ ~ ’lg Су-Ъ'г ""2,51’g 0,644-6,38 —°’778
Предполагая вентиляторную пленочную градирню щитового тишц
принимаем скорость воздуха we — 3,5 м/сек и скорость стекания воды
юж — 0,25 м/сек, При этом ш0 — 3,5 4-0,25 —3,75 м/сек. *
На фиг. 5-7 находим по кривой А ^=56,0 кг/м? час ат. При рас-
стоянии между щитами 6 — 0,08 м имеем a^zz 0,91 и при 4.71 ^28° С
й3~0,98. Полагаем, что щиты имеют вертикальные зазоры между дос-
ками, и поправку аа не вводим. Окончательно получаем
— 56,0-0,91 -0,98 ~~ 50 кг/м? час ат.
Тогда
Л — О - — 0,778- . — 7 780 .
50
Определение состоя я и я уходя щего в о з д у х аа.
Находим
— ?195 — 7,04 ; zz 0>зта — otG91;
и но формулам (2-29) и (2-31): <
4 <4 4 С\ А’ 4 Са ~ 29,8° ;
ра - Cj ~ 4 са - Лз j $у* 4 р” — ьр —
— 0,0407 ата.
По таблице (приложение Ш) р$ —0,0428 ата (насыщенный пар при
V), И
= <ЦЙГ8 = °>951’ или 95>1%
Способ определения основных размеров оросителя при-
веден в следующем параграфе. 1 * 3
1 Уточнение по формуле (2-37) дает очень незначительную по-
правку.
3 Для определения можно воспользоваться имеющимися в спра-
вочниках таблицами функций ел' и е~х.
Расчет йовёрхностй упрощенным Методом

где
21*
здесь Д/j
5-4. РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ГРАДИРНИ
ПО УПРОЩЕННЫМ МЕТОДАМ. РАЗМЕРЫ ОРОСИТЕЛЯ
Рассмотрим теперь способы расчета поверхности дхлаж-
дения (или объема оросителя) градирни* основывающиеся на
упрощенных решениях, изложенных в §2-8 и 2-9; Начнем со
второго упрощенного способа, как более простого и обеспе-
чивающего большей частью достаточную точность для прак-
тических целей. Он приложим как к случаю противотоку
так и поперечного тока. Все указания в отношении выбора
расхода воздуха и расчетных коэффициентов, содержащиеся
в § 5-3, сохраняют свою силу и в случае применения рас-
сматриваемых упрощенных методов расчета.
Из уравнения (2-72) получаем следующую расчетную фор-
мулу для определения' поверхности охлаждения:
р G яс ‘ А
tyx'^Cp
(5-9)
или из (2-83) и (2-82а)!
р _ ________
(1 4-0,8 v.-v)
причем в случае противотока
— A/а
(540)
(541)
* А/, —
2,3 ’lg Ajg —ЙГ
и в случае полеречного тока
—х (4
i'i — zs — разность теплосодержаний воздуха на
стороне входа воды, ккал[кг-,
Д6 ” — то же на стороне выхода воды и
(542)
6 + 4-24
Ы” —
4
1 Формула (5-10) пригодна для летних условий. Для осеннс-весен-
них и зимних условйй следует исходить из уравнений (2-83) и (2-82),
согласно которым
Ож „ О4-е)(1 + 0.8 S-V)
\Ы.Р^р~'Ыер ’* '1 + 41+0,8+г) ’
L . А~+_j
Г
324-
Тепловой расчет1 охладителей
(гл. В
где im—теплосодержание насыщенного воздуха при темпе-
ратуре
t = ккал I кг.
СР £ '
Значения Ы" в зависимости от /3 и Д/ приведены на
фиг. 5-10. При АХ< о° можно принимать £/" — 0.
Фиг. 5-10. Значения SZ",
Значения коэффициента k приведены на фиг. 5-11.
Коэффициент X в формуле (5-12) определяется по диа-
грамме фиг. 5-121, где он представлен в функции от
Л"~г2 It s Z3 —ц
Д— г-;;----и •—7.
Zj i — 8Z" — Zj
Теплосодержание уходящего .воздуха может быть подсчи-
тано по уравнению теплового баланса
+ (S-13)
( Зависимость для Z симметрична относительно и £. Поэтом}-,
когда это оказывается более удобным, можно при определении X по
диаграмме фиг. 5-12 отсчитывать значения ё по оси абсцисс, а величин
ну т) рассматривать как параметр при кривых.
§ М]
Расчет -поверхности упрощенным методом
325
а его температура приближенно найдена по формуле
»г = »1+(4,-Ч Д'.
ltn б
(5-14)
Когда требуется более точное определение состояния
уходящего воздуха, следует пользоваться другим методом
подсчета &Е, описываемым ниже.
При расчете объема оросителя формулы (5-9) и (5-10)
приобретают вид:
6Д -М
т )" _ '-'ж
°? ‘^^ср
GSfC -^(Ц-0,8^)
(5~9а)
Температура отла.^сеп.чое йоды, t? rjC
Фиг. 5-11. Поправочный коэффи-
циент k н упрощенном уравнении
теплового баланса.
v°p д/; %, :£tcp ’
(5-1Оа)
где Кор означает объем ороси-
теля в щ3; остальные формулы
остаются без изменения.
Формулы (5-9а) и (5-10а)
могут быть применены и для
расчета вентиляторных гради-
рен брызгального типа при на-
личии о пытных да пн ых для
фиг. 1-13).
В практике проектных организаций, часто сталкиваю-
щихся с проектированием градирен, определение требуемой
поверхности охлаждения или объема оросителя может быть
значительно ускорено путем построения расчетных графиков
для наиболее типичных условий. Примерный график этого
рода для Д£“1О°С и т = 20-’С (&:[ = 25,6°С и cpj = 0,6) при-
веден на фиг; 5-13, С его помощью, задавшись ф2, можно
для определенного /3 найти соответствующие значения X, Э2
и 12 ~Д. . Зная 12, нетрудно уже подсчитать
иж °р и ж r J
F или К .
°г
Когда подсчитана требуемая величина поверхности охлаж-
дения, определяются основные конструктивные размеры оро-
сителя.
Для пленочной градирни основные размеры оросителя
могут быть определены
живое сечение оросителя (проходное сечение для воздуха)
определения или (ср.
с помощью следующих формул:
у- о
Г* ................. /I
<< 3 bOO-'^ -гу/
(5-15)
326
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5

Фиг. ь-12- График для определения средней разности
теплосодержаний при поперечном токе.
высота щитов
ajbiL
2F,
М,
(5-16)
h
площадь оросителя при щитовой конструкции (фиг. 5-14,я)
(5-17)
то же при вертикальных каналах (фиг. 5-14,6')
. = (4‘+>;'<±,y -F-, (5-17а)
здесь — удельный вес воздуха, кг/ж3, который мож-
но приближенно принимать при подсчете по
состоянию воздуха при входе в ороситель;
~j~~—коэффициент, учитывающий влияние верти-
кальных зазоров между досками щита и при
сплошных щитах равный 1 ($ — ширина доски,
с — ширина зазора, а ~ 0,3 -е- 0,5 - поправка
. fta охлаждение капель или струек в зазорах);
§ 5-4]
Расчет поверхности упрощенным методом
327
^—коэффициент, учитывающий площадь, занятую под стой-
ками, колоннами и другими элементами строительной
конструкции, равный 1,1 — 1,2.
При поперечном
токе сохраняют силу
те же формулы, толь-
ко в этом случае h
означает не высоту,
а длину расположен-
ных в горизонталь-
ном направлении воз-
душных каналов и
F —боковую по-
верхность со сторо-
ны входа воздуха.
Для противоточ-
ных охладителей
следует произвести
проверку удельной
гидравлической на-
грузки щитов, со-
ставляющей, считая
по одной стороне
щита,
h
-----~KZ'M ЧИС.
(548)
Величина &ж долж-
на быть не ниже
80 кг^м час. Если она
оказывается более
низкой, нужно - уве-
личить расстояние
между щитами про-
тив обычно прини-
маемых 30 — 50 мм.
Необходимость в фиг. 5дз, Расчетный график для определения
этом возникает при к, 2 и 92 при 1б°С и ~--20°С.
значительной шири-
не зоны охлаждения Д t (> 15 20°С). Увеличение Ъ приводит
наряду с повышением удельной гидравлической нагрузки
щитов к увеличению требуемой высоты щитов h и
уменьшению удельной поверхности охлаждения (на 1 л/3
оросителя), вследствие чего при этом уменьшаются сравни-
тельные преимущества пленочного оросителя перед капельным^
328
Тепловой расчет охладителей
[ гл. 5
Повышение скорости воздуха иу также приводит к уве-
личению за счет уменьшения требуемой поверхности
охлаждения F. При этом нс требуется увеличивать высоту
щитов, но повышение ду связано с заметнььм увеличением
требуемой силы тяги.
Плотность орошения зависит при данной толщине щитов,
главным образом, от относительного расхода воздуха 7 и
скорости воздуха в оросителе.
Фиг. 5-14. Схематическое изображение оросителя пленочной градирни.
Определение конструктивных размеров противоточного
капельного оросителя, для которого найден с помощью
формулы (5-9а) или (5-1 Оа) требуемый объем, сводится к под-
счету его площади, определяющейся принятой скоростью
воздуха, и высоты решетника:
w ~~ з 600
(5-176)
и
(5-19)
где ду есть скорость воздуха, отнесенная к полному се-
чению оросителя, м:сек.
Меняя л и тгу, можно и в этом случае изменять в же-
лательном направлении плотность орошения и высоту оро-
сителя. Высота оросителя должна быть обычно тем боль-
шей, чем больше ширина зоны охлаждения Д/ и чем меньше
ее высота /2 — ъ Плотность орошения для капельной гра-
дирни следует принимать яс ниже 2 и не выше
7
3 '
§ л-4] Расчет поверхности упрощенным методом 329
Пример 5-4. Определим описанным методом размеры противоточ-
ного щитового пленочного оросителя для тех же условий, что и в число-
вом примере 5-3;
(7^,^500 000 кг/вде; ^ — 55° С; С; £4 = 25,6° С;
— 0,6; 1,033 ата; Х~ 3,
Согласно заданию расход воздуха
Gs -- 3-500 000 — 1,5• 106 кг!чаг;
зона охлаждения
— 30 -25° С,
средняя температура воды
Находим на графике фиг. 5-11: &:.::0,95 и из диаграмм для влажного
воздуха (см. приложения в конце книги):
ij = 13,8 ккал;к?\ хг-- 0,0126; у^ — 1,143 кг!.^;
i 1 “ 86,2 'ккал! кг; х" ™ 0,1176; 1'2- 24,1 ккал!кг;
х-2 — 0,0278 ; Гт - 46,0 ккал) кг.
По формулам (5-13) и (5-14)
п 25
?а — 13,8 4- о“95Тз “ ’ 22,6 ккаллег;
Ss Т™ 25,6 4 - (42,5 - 25,6)- 4^4” J3 g - 30,2° С .
Пользуясь подсчитанными значениями Zy и находим из диаграмм
для влажного воздуха; <р5] = 0,9 и ха —т 0,0256.
Начальная и конечная разности теплосодержаний составляют:
47/. .: 86,2 — 22,6 = 63,6 ккал!кг;
Д/э~:2451 —- 13,8 10,3 ккал1кг.
Поправка (ср. также фиг. 5-10)
_ 85,2 + 24,1 -- 2-46,0
Sf ~-----------4-------- “4,6 KKaA'KZ,
Отсюда получаем среднюю разность теплосодержаний1
63,6 “ 10,3 _ ,
Ыер -----------Кз,6~Хб “22Л ккал>кг.
2’3-13 10,3 —4,6
1 Определение средней разности теплосодержаний методом графи-
ческого интегрирования, описанным в § 2-9, дало для рассматриваемого
примера значение Ме --22,7 ккал!кг, т. е. практически совпадающее
с цодсчитанпым но формуле (5-11)-
330 Тепловой расчет охладителей [гл. 5
Сумма влагосодержаиий составляет:
— 0,1176 4- 0,0278 + 0,0126 -J- 0,0256 =: 0,184.
Коэффициент массоотдачи при расстоянии между щитами _0,08 л,
скорости воздуха — 3,5 м/сек и скорости пленки юж =0,23 м/сек
составляет по диаграмме фиг. 5-7 р„~-50 кг/м? час ат (см. пример 5-3
на стр. 320).
Требуемая поверхность охлаждения определяется по формуле (5-10)
500000-25(1 +0,8-0,184)
1,61-1+33-0,95-50-22,6 "
Примем F ~ 8 100 лЗ, а также о — 0,008 м; х ™ 0,1 м и с“0,04 м.
Находим живое сечение оросителя по формуле (5-15)
F________Ь.уо»__
г«— 3600-1,143-3,5 —,и’ *
и полную площадь оросителя по формуле (5-17) (при цр=Ц)
___ 0,08 + 0,008
/+-1+- +708'"''
-104™ 128 лЛ
Коэффициент ай в формуле (5-16) при в = 0,4 составляет;
J),10+_0+4_
я А ™ 0,10 + 0,4 0,04 1 ’21 ’
и высота щитов
/г - 1,21
0,08 8100
'+ *”104 -5Л
Гидравлическая нагрузка щитов
3,77-500 000 ,
1,21.8100 192
плотность орошения
500 000 „
q : 126-1 000 ~ 3,97 Л /М час'
Сравнительно невысокая плотность орошения обусловлена в рассма-
триваемом случае большой шириной зоны охлаждения.
Значения поверхности охлаждения +, полученные для
одинаковых условий различными методами ” в примерах
5-3 и 5-4, равны соответственно 7 780 м2 и 8 030 м\ т. е.
расхождение между ними составляет лишь около 3%.
Пример 5-4 отчетливо показывает влияние поправки St",
введенной нами выше в формулу для средней разности теп-
лосодержаний At . Если бы мы воспользовались для опре-
деления AZ обычной формулой для. средней логарифмиче-
§ 5-4]
Расчет поверхности упрощенным методом
331
ской разности теплосодержаний, как это рекомендуется иногда
в литературе, то получили бы:
63,6 — 10,3 ,
М ~=29,3 ккал кг
FzzzQ 200 л^2,
т, е, поверхность охлаждения была бы преуменьшена более
чем на 20%.
Пример 5-5. Требуется рассчитать противоточный ороситель капель-
ного типа для вентиляторной градирни. Заданы следующие условия:
Ож = 250 000 кг/час; ^ = 37° С; ^ = 27° С; ^ = 25° С и tp3 = O,6 (т =
— 19,4° С); 4=1,1; ws = 1,8 м/сек.
По заданию: At= 10° С и £^ = 32° С.
Находим: £3 — 13,3 ккал/кг; i'[ = 34,3 ккал; кг; — 20,6 к кал; кг;
/^ = 27,0 ккал/кг; # = 0,95 и по формуле (5-13)
/ц 13,3 “^- Q~pFj 2 ^= 23,2 ккал<кг.
Отсюда Д/3 = 11,6 ккал;кг, Д7а = 7,3 огйл/кг, $1"0,4 ккал/кг и
11,6 — 7,3
=------- -Од = 8,87 ккал;кг.
2’3^лРи,Т
Для определения объемного коэффициента массоотдачи воспользу-
емся формулой (1-57а), Учитывая, что в основе этой формулы лежат
опытные данные, полученные на небольшой градирне,, где происходило
дополнительное охлаждение воды благодаря стеканию части ее по стен-
кам, и что в промышленной градирне некоторое понижение охлади-
тельного эффекта обуславливается неравномерностью распределения
воздуха, введем в эту формулу множитель 0,7.
Удельный вес воздуха по состоянию его при входе в градирню со-
ставляет y,s -— 1,14 кг/м?, скорость и относительный расход воздуха по
заданию составляют соответственно дак=1,8 м/сек и 4=1,1, Отсюда
находим плотность орошения
3 600-1,14.1,8 ,
q “ °?/1 м"-;м2 час.
Средняя температура воды Т~ 273 -|- 32 = 305° К.
Подставляя соответствующие величины в формулу (1~57а), получаем
— (11^*1Д4)0’53-6,710,39= 1 390 кг/м* час (кг/кг).
По формуле (5-9а) объем оросителя должен составлять;
250000-10
Vw~~ 0,95*1 390-8,87 23 ’
i
332 Тепловой расчет охладителей [гл. 5
Для площади оросителя имеем:
250 000
Fop ТООО-6,71 ”’"37’3 -и2'
Отсюда требуемая высота оросителя
213
h™ 27"д’“ 5,7 м-
Пример 5-6. Рассмотрим как изменится требуемая величина объема
оросителя при условиях предыдущего примера, если противоточный
ороситель заменить поперечноточным.
Подсчитываем вспомогательные величины для определения средней
разности теплосодержаний:
34,8 -20,6
Г~34Д=0Д^-13.3-°>66’ '
23,2—13,3
34,4—0,4 — 13,3'
Находим на фиг. 5-12 7—-0,37 и по формуле (5-12)
Д7ер — 0,37 (34,4—0,4—13,3)-----7,66 ккал<кг.
Принимая тот же коэффициент массоотдачи, что и в примере 5-5, полу-
чаем требуемый объем оросителя;
250000-10
V 0,95 -1 390•7,66” 247
Таким образом, переход от противотока к поперечному току вызы-
вает при принятых условиях увеличение требуемого объема оросителя
па 16%.
Перейдем теперь к другому методу расчета, основывающе-
муся на использовании упрощающих предположений в отноше-
нии средних разностей температур и парциальных давлений.
Этот метод позволяет более надежно определить состояние
уходящего воздуха, чем это можно сделать с помощью при-
веденной выше формулы (5-14), даже при сравнительно вы-
соких перепадах температур воды. Для обычных условиД
работы промышленных охладителей. при этом оказывается
возможным с достаточной для практических целей точно-
стью пользоваться средними арифметическими значениями
разностей температур и парциальных давлений. Для опре-
деления требуемой величины поверхности охлаждения такой
способ усреднения разностей температур или парциальных'
давлений может применяться лишь в более узких пределах
(при ДЩ--10°С и 12— ll-j 3s 5 -г- 7° С) и лучше пользоваться
средней логарифмической разностью парциальных давлений.
Ход расчета для противоточного оросителя по рассмат-
риваемому методу следующий,
§ 5-4 ] Расчет Новсрхнссти упрощенным Методом 333
Теплосодержание уходящего воздуха Z2 ' определяется^
как и выше, из теплового баланса с помощью формулы
(5-13).
Температура уходящего воздуха может быть определена
по формуле (сан § 2-8)
&2 + 14 (х3 ™ Л4)* ' о— ’ °’—1 (5-20)
Р1+р2— 2од — Pi~l>2 *
где
У ?-г/?>"’—Зр'
Значения ар" в зависимости от Д/ и Р, приведены выше
на фиг. 5-9.
Решение уравнения (5-20) относительно &3 производится
подбором. Последовательность решения может быть различ-
ной в зависимости от того, задается ли относительный рас-
ход воздуха X и ищется относительная влажность уходя-
щего воздуха <?2 или задается желаемое значение <?2 и
ищется соответствующий расход воздуха. В первом случае
сначала подсчитывается по формуле (5-13) теплосодержание
Z2 и затем решается уравнение (5-20) относительно й2, во
втором случае сначала находится с помощью уравнения
(5-20) отвечающее заданному значение а затем уже
по формуле (5-13) определяется соответствующее значение X,
Принимая е>2 ™ L можно таким путем определить теоре-
тический расход воздуха ?т для заданных условий работы
охладителя.
Способ решения уравнения (5-20) относительно &3 по-
дробнее рассмотрен ниже на числовых примерах. Этим реше-
нием определяются также и другие параметры уходящего
воздуха, в частности его относительная влажность щ2 и пар-
циальное давление пара р3.
Требуемая величина поверхности охлаждения подсчиты-
вается по формуле
(5-21)
Рр &Рср
где
' 2,3.ig
Здесь обозначено:
Дрг = р’^— /х, — разность парциальных давлений пара на сто-
роне входа воды, ата;
р2— рх —то же на стороне выхода воды.
334 Тепловой расчет охладителей [гл. 5
Если <2, можно пользоваться упрощенным выра-
жением
Гер 2 Г
При подстановке в формулу (5-21) вместо объемного
коэффициента массоотдачи р можно определить требуемый
объем оросителя.
Определение конструктивных размеров оросителя про-
изводится так же, как это было описано выше.
Пример 5»7. Зададимся теми же условиями, что и в числовых при-
мерах 5-3 и 5-4, и определим состояние уходящего воздуха ,-и требуемую
поверхность охлаждения. к
Имеем по заданию: 500 000 кг/час; fi = 55°C; 7я=30° С; 0; =
л- 25,6° С и ^ = 0,6 (т = 20° С); = 1,033 ama; \ 3.
Находим из таблиц и диаграмм: /т —13,8 ккал1кг; /^ = 0,0201 йотй;
^=0,0126; р“:~ 0,1605 апит, 0,0433 anta-, 0,0858 ama;
= 0,0080 йот; Л = 0,95.
По формуле (5-13)
25
I- = 13,8 + 5^73 22,6 аналог.
Формула (5-20) после подстановки в нее известных величин при-
обретает вид:
«. = 25,6+1Лха-0,0126).
Зададимся температурой уходящего воздуха 0а = 32°С. При этой
Температуре и теплосодержании уходящего воздуха 7Й = 22,6 ккал:кг
находим «з = 0,79 (см, приложение IV) и ,v3 = 0,0247 (см. приложе-
ние V)»
Давление насыщенного пара при температуре 32° С составляет
0(0485 ата и, следовательно, ря = 0,79-0,0485 = 0,0383 ата.
Для проверки принятой температуры уходящего воздуха подставим
значения З3) р3 и л3 в правую часть уравнения (5-20):
„ 59,4 — 32,0
% = 25,6 + 1,4(0,0247 - 0,0126) Ojg77 _ = 29.2° < 32°.
Подсчет показывает, что принятое значение 4)3 несколько преуве-
личепо.
Задаваясь другими значениями 0а и повторяя описанный подсчет,
получаем: принято йд* С 29 30 31 32
соответствующие значения
Ъ 0,99 0,91 0,85 0,79
хэ 0,0260 0,0253 0,249 0,0247
р3 anta 0,0404 0,0394 0,0389 0,0383
но уравнению (5-20) &9° С 30,1 29,5 29,3 29,2
Искомое значение &3 лежит между 29° и 30° С. Определяем его гра-
фическим путем (фиг. 5-15, п, нижняя кривая). Находим &а = 29,7° С-
§5~4]Расчет повёрхйоста упрощенным методом 335
При А—22.6 ккал!кг и В2 = 29,7°С имеем:
Fa = 0,94;' х2 = 0,0257 и р3 0,94.0,0425 = 0,0400 ата.
Разности парциальных давлений составляют;
Ьрг -= 0,1605 — 0,0400 = 0,1205 ата,
Дрэ 0,0433 — 0,0201 = 0,0232 ата,
0,1205 — 0,0232
~ 0,1’205 — 6,0080 ' °*0487 а/па-
213' 6^232^0^0680“
Примем коэффициент массоотдачи L,“50 /са,;л£2 час ат (см, пример б^З),
Тогда требуемая величина поверхности охлаждения будет:
„ 3 • 0,5 • 10е(0,0257 —0,0126)
-- ’ “ 50 •0,0487*’ г-8 070.Л
Фиг. 5-15. Определение температуры уходящего воздуха.
а к примеру 5-7 = 22,Я юса^кг court); б - к примеру 5-8 (B5 = i = coiisi).
Пример 5*8. Определим теоретический расход воздуха для следующих
условий: /1=42,5°С; ^=32,5° С; — 26,5°С и 91 — 0,55 (т = 20°С).
Для указанных условий имеем: pj —0,0194 ата; х1~ 0,0121;
Zj= 13,7 аналог; р"™ 0,0858 ата; р%~ 0,0498 ата; бр"= 0,0010 ата.
Задаваясь сначала температурой уходящего воздуха &9г~36°С и
принимая согласно заданию ?s—1, ’ находим: 0,0397 и р%-~
---0,0606 ата. *
Подстановка этих величия к правую часть уравнения (о-20) дает
-52 — 35,2° С <( Зб*’. Произведя аналогичные подсчеты при других значе-
ниях &J, получаем:
принято &3° С 33
по уравнению (5-20) С 33,6
Графическим путем находим
(фиг. 5-15, &).
34 35 36
34,1 34,6 35,2 ^
окончательно, что = 34,2й С-
336 Тепловой расчет охладителей [ гл. й
Значениям &а ~34,2° С и ~ 1 отвечает iv~ 30,0 ккал[кг. На
фиг. 5-11 находим *= 0’94,
Согласно уравнению (5-13) имеем;
Щ______ 10 ___
* k{h — /0 " 0,94(30,0—Ш) °’65'
Это и есть искомый теоретический расход воздуха д для указанных
в задании условий.
5-5. РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯЦИИ ГРАДИРЕН
Полное гидравлическое сопротивление градирни склады-
вается из сопротивлений входа, воздухораспределителя, оро-
сителя, водораспределительного устройства и башни.
Величина каждого из местных сопротивлений может
быть выражена следующей формулой:
(5-22)
где -ас, '(i — коэффициент сопротивления, скорость и удель-
ный вес воздуха, отвечающие данному эле-
менту градирни.
В § 3-5 были приведены некоторые данные, касающиеся
численных значений частных коэффициентов сопротивления С?;.
Но располагаемые экспериментальные материалы недо-
статочны для раздельного определения местных сопротив-
лений при практических расчетах градирен. Это вынуждает
ограничиваться при расчетах тяги оценкой только полного
сопротивления градирни, исходя из имеющихся для анало-
гичных конструкций опытных данных. При эт.ом опытный
коэффициент, характеризующей величину сопротивления гра-
дирни, относится к динамическому напору в каком-либо
определенном ее сечении.
Если коэффициент сопротивления отнести к динамическо-
му напору не в рассматриваемом элементе I градирни, а в
каком-либо другом элементе п, то будем иметь:
z. С-, ч*
\ (п)
и из (5-22) и (5-23).
Д(Я)==Ч- ("4") ’ 4 KJ''
Для полного сопротивления градирни можем написать:
(5-23)
$ 5-5]
Расчет вентиляции градирен
337
где
s ыг
Наиболее целесообразно относить коэффициент С к дина- ?
мическому напору в том элементе градирни, сопротивление
которого является наибольшим. Таким элементом является
ороситель, на долю которого приходится до 50—70% от
полного сопротивления градирни. Поэтому будем принимать:
Z мм вод. ст. или кг!м2,
2g *а
(5-26)
где и — скорость и удельный вес воздуха в оросителе.
Значения С, подсчитанные по материалам испытаний
ряда градирен, приведены в табл. 5-4.
Таблица 5-4
Коэффициент сопротивления С для градирен
Тип градирни Площадь оросителя, № Плотность орошения, .и3,'/./2 час Коэффициент сопро- тивления С
от до ОТ До
Башенная, капельная* < До 50 100 500 1000 2 000 2 400 О1 <М СЧ СМ СЯ 5 5 5 5 5 30 40 60 75 90 100 60 70 100 125 160 180
Вентиляторная, капель ная* (противоточная) - До 60** 4 7 50 70
Башенная, пленочная*** До 700 6 10 8 12
* Скорость воздуха относится к полному сечению оросителя.
** Одна секция.
*** Скорость воздуха относится к живому сечению оросителя.
Для оценки сопротивления башенных градирен в тече-
ние очень длительного времени пользовались величиной так
называемого коэффициента скорости который определялся
как отношение полученной из опыта действительной ско-
рости воздуха в среднем сечении -башни к теоретической
скорости в том же сечении, которая имела бы место при
отсутствии безвозвратных потерь энергии движущегося воз-
духа.
Коэффициент скорости может быть выражен через коэф-
фициент сопротивления следующим образом:
Л. Д. Берман.
338 Тепловой распет охладителей [ гл. 5~
где Ск— общий коэффициент сопротивления градирни, от-
несенный к динамическому напору в среднем се-
чении вытяжной башни.
Как было нами подробнее показано в другом месте1, от-
несение опытного коэффициента, характеризующего вели-
чину сопротивления градирни, к скорости воздуха в среднем
сечении башни является нецелесообразным. Незначитель-
ность сопротивления башни сравнительно с другими мест-
ными сопротивлениями приводит к тому, что коэффициенты
б для двух близких по конструкции и размерам, но разли-
чающихся формой башни градирен могут заметно расхо-
диться по величине, хотя сопротивления таких градирен
мало отличаются друг от друга. Поэтому мы не будем
останавливаться здесь на приводящихся в литературе зна-
чениях коэффициента скорости.
Для вентиляторных градирен полный напор венти-
лятора должен составлять а его производительность-
G
V — м61час, -
ъп
где Gg — полный расход воздуха по тепловому расчету, кг.чис;
— удельный вес воздуха до или после оросителя в:
зависимости от места установки вентилятора, кг/лг3;
п— число устанавливаемых вентиляторов.
Потребляемая вентилятором мощность определяется ио
его характеристике или подсчитывается по формуле .

102.3"б00-уг
кет,
где — полный к. п. д. вентилятора, составляющий 0,55—
0,65 для современных осевых вентиляторов, 0,45—-
0,6 для осевых вентиляторов более старых серий и
0,6 — 0,65 для центробежных вентиляторов низкого'
давления.
Для ориентировки можно указать, что требуемая мощ-
ность вентиляторов для капельных градирен при плотностях
орошения 4-:-7 м31м2 час и скорости воздуха 1,8 2 м[сек
составляет обычно 0,ЗОч-0,35 кет на 1 м2 площади оросителя*
возрастая для крупных одновентиляторных градирен (фиг.
4-94) до 0,40 — 0,45 кет^м2.
Мощность, потребляемая осевым вентилятором, мало ме-
няется с изменением его нагрузки (фиг. 5-16), и при подбо-
ре приводного электродвигателя для него нет необходимости
* См. Л. Д. Берман, Градирни, стр. 154 и сл.
§ 5-5 J
Расчет вентиляции градирен
339
предусматривать запас мощности, тогда как для центробеж-
ного вентилятора мощность электродвигателя должна быть
на 10—15% выше, чем АГ.
В башенных градирнях для преодоления сопротивле-
ния Z движению воздуха используется сила естественной
тяги, возникающая вследствие разности весов столба наруж-
Фиг, 5*16. Характеристика трехлопа-
стного осевого вентилятора с диамет-
ром колеса 4,7 -и (при 200 об/мин).
Фиг.'5-17. К определению
силы тяги в башенной
градирне.
кого воздуха и столба нагретого и увлажненного воздуха
внутри градирни. Но удельный вес воздуха внутри градирня
неодинаков по всей ее высоте. При определении силы тяги
столб воздуха в градирне разбивается на две части, соот-
ветствующие оросителю я вытяжной башне (фиг. 5-17), и
принимается, что
(5-27)
где условную высоту оросителя Н!ор для противоточных ка-
пельных градирен можно принимать от середины высоты
воздухораспределителя до уровня подачи в’оды в желоба,
для противоточных пленочных градирен — 'равной средней
высоте щитов, а для градирен с поперечны^ ’током—,равной
приблизительно половине высоты оросителя. ' 1
22*
340______
Тепловой расчет охладителей
(гл. г>
Принимая с достаточной для рассматриваемой цели точ-
ностью, что
Т„р=Т.1=М‘Т2 и Тб = Гг,
после соответствующей замены в (5-27) находим:
Z = (^ + 0,5Н'р)(п-Тг) = ад1-Ь), (5-27а)
где Yi и Ya — удельные ’’веса воздуха до и после оро-
сителя, /гг.'яг:;
#^"-#<10,5/7^—действующая (с точки зрения создания
тяги) высота градирни, м.
Из (5-26) и (5-27а) получаем следующую расчетную
формулу для высоты вытяжной башни:
Н ™ - Z — о 5 Н -1- К — м \ (5-28)
6 Т-Т2 2 2g Тх“К ду-
сила тяги, создаваемая вытяжной башней, не превосходит,
как правило, 2—3 мм вод. ст.
Выбор сечения башни определяется обычно конструктив-
ными соображениями. В небольших градирнях {F до 50 лг2),
где стойки башни проходят вне оросителя, отношение пло-
щади выходного сечения башни к площади оросителя
F составляет от 0,3 до 0,5, возрастая с увеличением пло-
щади оросителя. В больших капельных градирнях с целью
удешевления конструкции основание башни пропускается
через ороситель и отношение ^г- принимается равным
г ор
около 0,3. Это достаточно для удовлетворения требования об
ограничении скорости уходящего воздуха величиной не более
2—2,5лг/с^дгво избежание значительного уноса капель. Умень-
шение скорости против указанных значений, не давая суще-
ственного снижения выходной потери, может ухудшить условия
работы градирни при сильном ветре. Для пленочных градирен,
работающих с более высокими удельными нагрузками, отноше-
ние должно быть выше — в пределах от 0,4 до 0,6.
г ор
Когда для определения площади оросителя башенной
градирни используются чисто эмпирические формулы или
диаграммы (cat § 5-7), расчет башни можно не производить,
поскольку указанные эмпирические зависимости относятся
всегда к градирням с определенным соотношением между
основными размерами оросителя и башни.
§ 5-6] Поверочные расчеты башенных градирен 341
5-6. ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ БАШЕННЫХ ГРАДИРЕН
Задачей поверочного расчета градирни может являться
определение ее производительности при заданных темпера-
турах. воды или же обеспечиваемого ею охладительного
эффекта при заданных тепловой и гидравлической нагрузках.
В обоих случаях расчет должен производиться для опреде-
ленного состояния наружного воздуха.
Решение этих задач для башенных градирен сильно
усложняется тем обстоятельством, что заранее неизвестен
расход воздуха, зависящий в этом случае как от начального
состояния воздуха, так и от степени его нагрева и увлаж-
нения в оросителе. Поэтому при поверочном расчете башен-
ной градирни тепловой расчет и расчет тяги не могут быть
отделены один от другого и должны производиться совместно.
Задача заключается при этом в определении четырех неиз-
вестных величин: Сж (или £2), &2, и л. Добавляя к двум
уравнениям теплового баланса и уравнению материального
баланса, использовавшимся уже нами ранее, еще уравнение
тяги, мы получаем систему из четырех уравнений, связы-
вающих между собой искомые величины. Форма этих урав-
нений, однако, такова, что решение их в общем виде оказы-
вается невозможным и его приходится производить подбором.
Когда нагрузка градирни задана и требуется определить
температуру охлажденной воды, можно вести расчет, как это
было показано в § 2-5, задаваясь относительным расходом
воздуха X и решая уравнения (2-29в), (2-30г) и (2~31в). После
определения /2, &8 и принятое значение X должно быть
проверено по уравнению тяги.
Из (5-26) и (5-27а) имеем:
2
• 1.=нды-^,
где
Определяя отсюда находим, что
_ G, _ 3600w,bF„__ t. F.
о~~ юоо«г„; --w-tT F~y •
где fe — площадь живого или полного сечения оросителя,
в зависимости от того, к которому из них отнесена
скорость воздуха
F >—полная площадь сечения оросителя.
Подставляя сюда
342
Тепловой расчет охладителей
(гл. 5
получаем после простых преобразований
— п>3 . Fg -|/яА3~У)
“ £ ' Fop V
(5-29)
Последнее уравнение и может быть использовано для
проверки у
В случае применения упрощенных формул, что несколько
облегчает очень кропотливые подсчеты, решать нужно
систему из уравнений (5-13), (5-20), (5-21) и (5-29). Реше-
ние подбором удобнее производить графическим путем. Ход
решения покажем на числовом примере.
Пример 5-9. Пленочная градирня имеет поверхность щитов F=
— 230и00.иа; площадь живого сечения оросителя Гв = 1 240 Л3; пол-
ную площадь оросителя Гор = 1 680 .и3. и действующую высоту Н& —
= 43,3 м. Требуется определять температуру охлажденной воды при
бж = 11-10° кг^ас^ St— 12° С; Op—35° С; ^ = 0,4 и — 1,013 ата.
Для заданного состо ния наружного воздуха находим: Pi —
= 0,0229 йдш; xp-0,0144; •?}= 1,114 кг(м9 и й = 17,2 ккал[кг.
Подставляя в уравнение (5-13) значения St и llt получаем (полагая,
что А === 1):
Л —<а — 17,2 ‘
Задаваясь различными находим отсюда значения ), приведенные а
табл. А.
Таблица А.
Значения X по уравнению (5-13)
г2 ккал/кг j 34 39 44
X 0,714 0,551 0,448
По этим данным наносим на график кривую зависимости X от 4
(фиг. 5-18,«, кривая А).
Задаваясь затем различными значениями подсчитываем X та г. же
и по уравнению (5-29). Значения й3 и y2 определяются из диаграмм для
влажного воздуха (см. приложения) по принятым значениям 4 и ?а. Ре-
зультаты этих подсчетов сведены в табл. Б.
Таблица Б
Значения X по уравнению (5-29)
ккал^кг 34 39 44
Уз . 1,0 0,9 0,8 1,0 0,9 0,8 по 0,9 0,8
°C 36,6 38,1 |40.2 39,3 41,1 43,0 41,7 43,4 45.5
12 кг[л1* 1,091 1,085 1,о^0 1,078 1,072 1,066 1,066 1,060 1,057
X к?.1кг 0,469 0,518 0,568 0,583 0,629 0,672 0,672 0,710 0,755
5-6]
Поверочные расчеты башенных градирен
343
ЧГ
Полученные данные наносим на прежний график в виде трех кри-
вых k=/(Za), отвечающих каждая определенному значению ?г
(фиг. 5-18, а, кривые В).
Точки пересечений кривых В с кривой А на фиг. 5-18, а определяют зна-
чения к, /а и у3, удовлетворяющие чвум уравнениям: (5-13) и (5-29). Величина
t<j в эти уравнения не входит. Для полученных га и ?а находим, также из
таблиц и диаграмм для пара и влажного воздуха соответствующие зна-
чения &а, р3 и х2 (табл. В).
Таблица В
Параметры уходящего воздуха
к Ъ кг [кг ккал}кг 0,570 38,3 1,0 0,597 37,4 0,9 0,624
36,5 0,8 Из фиг. 5-18, й
оа °C 38,9 40,2 41,6 По таблицам и диаграм-
ата 0,0709 0,0584 0,0665 мам для пара и влажного
ха' кг}кг 0,0469 0,0450 0,0430 воздуха
Найденные значения S-3 наносим на другой график в зависимости
ют к (фиг. 5-18, б, кривая С).
Задаемся теперь тремя значениями fa — 34° С, 36° С и 39° С.
Для каждого из этих значений ta подсчитываем &а по уравнению
(5-20), подставляя в правую часть этого уравнения значения В-2, р% и хэ
из табл. В. Результаты этих подсчетов сведены в табл. Г.
Таблица Г
Значения по уравнению (5-20)
61 °C 34 36 39
к кг[кг 0,570 0,597 0,624 0,570 0,597 0,624 0,570 0,597 0,624
&з* °C 38,9 40,2 41,6 38,9 40,2 41,6 38,9 40,2 41,6
fa — 1,0 0,9 0,8 1,0 0,9 0,8 1,0 0,9 0,8
°C 39,6 38,8 37,1 41,0 39,7 38,6 42,0 40,9 39,9
* По табл. В.
** По уравнению (5-20).
Новые значения &э, подсчитанные по уравнению (5-20), также нано-
сим на график в форме трех кривых 4?arz/(k), отвечающих каждая
определенному значению f3 (фиг. 5-18Д, кривые D}.
Точки пересечения кривых D с кривой С на фиг. 5-18, б опреде-
ляют значение к, Я3, ®а и £э, удовлетворяющие уже трем уравнениям; (5-13),
.(5-20) и (5-29). Они приведены в табл. Д.
Таблица Д
Значения F по уравнению (5-21)
. °С 34 36 39 j
к &2 Та кг} кг °C 0,577 39,2 0,97 0,592 39,9 0,92 0,605 40,6 0,87 1 Из фиг. J 5-18, б
$р F кг'л^час ат .ifi 28,8 220 000 29,5 165 000 30,2 118000
344
Тепловой р асчет охл адителей
[ гл. &
§ 5-6 ] Поверочные расчеты башенных градирен
345
аК
Подсчитываем затем ^ля каждого из принятых значений £а соответ-
ствующую величину поверхности охлаждения Р, ио ьзуясь формулой
(5-21). Коэффициент массоотдачи принимаем каждый раз в соответст-
вии со скоростью воздуха в оросителе при данном X. Полученные зна-
чения Р приведены в чабл. Д.
По данным табл. Д строям кривую P^f (^), и для заданной по-
верхности охлаждения Р "230 д00 я2 находим искомую ^температуру
охлажденной воды (а;.™33,6°С (фиг. 5-18,в).
Кривая охлаждения, построенная на основании подобных
подсчетов для пленочной градирни, запроектированной ВТИ,
ф'
сопоставлена на фиг. 5-19 с
для действующей градирни
подобного же типа. Следует
указать, что расчетная кри-
вая относится к градирне с по-
верхностью охлаждения около
17,5 м2 на 1 м*1час охлажда-
емой воды, 'а опытная кри-
вая—к градирне с поверхно-
стью охлаждения около 16 иг2
на 1 м?1час.
Задача определения про-
изводительности гра-
дирни при заданных усло-
виях охлаждения воды может
возникнуть, например, в слу-
чае, когда нужно установить,
какой эффект может лать пере-
оборудование капельной гра-
дирни на пленочную. Мы ука-
жем здесь лишь общий ход
решения подобной задачи, ше
приводя подробного числового
примера.
За-аемся сначала несколь-
кими значениями 7, приблизи-
тельно отвечающими при за-
Фиг. 5-19. Расчетная и опытная
кривые охлаждения для башен-
ных пленочных градирен
{q—7,1 м^яРчас, М=: 10°С).
данных условиях различным степеням насыщения уходя-
щего воздуха, например, ф2 = 0,8, 0,9 и 1 (ср. табл. 5-3).
Для каждого из этих вариантов определяем обычным путем ft?
и (р2, подсчитываем по формуле (5-27а) силу тяги Z и нахо-
дим скорость воздуха в оросителе
we =
Тогда расход воздуха будет равен:
G' = 3600WJ
346 Тепловой расчет охладителей [гл. 5
а соответствующая производительность градирни
Полученные таким путем значения удовлетворяют
уравнениям тяги и общего теплового баланса, но подлежат
еще проверке с точки зрения соответствия их располагаемой
^величине поверхности охлаждения F или объема ороси-
теля Уор. Такая проверка должна, окончательно определить
'Производительность градирни.
Для этого находим соответствующие полученным скоро-
стям воздуха и ориентировочно принятым скоростям
пленки (или полученным плотностям орошения, если градирня
капельная) значения коэффициентов массоотдачи и под-
считываем количества воды, которые могут быть охлаждены
при заданных температурных условиях. Например, для пле-
ночной градирни с поверхностью охлаждения F имеем по
формуле (5-10):
G" F
ж—if ’
>где
1 -р о,«jlv
Искомая поизводительность градирни определяется сов-
падением значений О’ж и G^-
При поверочных расчетах можно встретиться со случаями,
когда искомому решению отвечает <р2>1.Если превышение
невелико, можно с достаточной для практических целей точ-
ностью принять при этом <р2 — 1, при значительных же
отклонениях ср8 от единицы (5* 1,02 ч- 1,03) изложенные ме-
тоды расчета не могут быть применены.
5-7. ОПЫТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ГРАДИРЕН
По указывавшимся уже ранее причинам в большом числе
случаев приходится пользоваться для расчета охладителей
эмпирическими формулами или графиками. Расчет градирен
сводится при этом к определению требуемой площади ороси-
теля, соотношение же между площадью оросителя и другими
характерными размерами градирни принимается в соответ-
ствии с установившейся практикой для градирен той кон-
струкции, к которой относится данная расчетная формула
или график.
Большая работа по экспериментальному исследованию
промышленных градирен башенного типа и систематизации
^полученных опытных данных была выполнена в свое время
’§ 5-7 | Опытные зависимости дли градирен , 347,
>ъо ВТИ инж. А. Н. Арефьевым *. Построенная им на основа-
нии этих исследований расчетная диаграмма для башенных
жапельных градирен1 2 многократно приводилась в литературе
и получила очень широкое практическое применение.
Диаграмма ВТИ-Арефьева была .подтверждена в основном
.и последующими испытаниями градирен. Но наряду с этим
'выявилась необходимость корректировки диаграммы в некото-
рых се частях. При этом представилось целесообразным пере-
смотреть и ее форму, так как постепенно вносившиеся в нее
ранее дополнения, расширив область применения диаграммы,
в то же время сделали ее менее удобной для практического
пользования.
Построенная позднее с учетом сказанного расчетная диа-
грамма для башенных капельных градирен3 при-
ведена на фиг. 5-20. Как и другие эмпирические зависимости,
юна пригодна лишь для градирен, в которых выдержаны опре-
деленные соотношения между основными размерами оросителя
м башни. Соотношения эти должны приблизительно отвечать
указанным выше в табл. 4-7, а конструкция градирни должна
отвечать требованиям, изложенным в § 4-6.
Диаграмма связывает между собой величины темпера-
туры охлажденной воды зоны охлаждения А/, плотности
орошения q и предела охлаждения причем влияние психро-
метрической разности приближенно учтено введением поправки
на'отношение где & — температура наружного воздуха
по сухому термометру.
С помощью диаграммы могут решаться две задачи:
а) определение требуемой площади оросителя вновь
проектируемой градирни для заданных Ы, $ п
б) определение температуры охлажденной воды для гра-
дирни заданных размеров при определенных q, Д£, & и т.
Пример 5-10. Определим требуемую площадь оросителя башенной
капельной градирни для следующих расчетных условий; бж =
= 270 Д£=10°С; /а = 28,3° С; 0 = 22,5° С; ? = 0,56.
Для указанного состояния наружного воздуха имеем (см. приложе-
ние VII):
т = 18°С и ~у = 0,8.
На диаграмме фиг. 5-20, проводя ломаную линию — -* г-> ДМ
находим (см. пунктир): # = 2,7 час.
1 А. Н. Арефьев, Известия ВТИ, 1932, № 1, стр. 23 и 1933, № 7,
стр. 32.
2 А, Н. Арефьев, Конспективный сборник работ ВТИ, ОНТИ,
1935, стр. 168.
3 Диаграмма построена автором совместно с инне. А. В. Перцевым
з 1941 г.
Фиг. 5-30, Расчетная, диаграмма для башенных капельных градирен.
S 5-7]
Опытные зависимости для градирен
349
Требуемая площадь оросителя составляет соответственно
270
fof>=27 = 10° ж -
Согласно табл. 4-7 такая градирня должна иметь общую высоту
.21 м при высоте подачи воды на ороситель 6—7 я.
Определение /2 при заданном д производится на диа-
грамме в обратном порядке и не требует особых пояснений.
Для ориентировочной оценки влияния на охладительный
эффект высоты вытяжной башни или действующей высоты
‘башенной градирни Д- 0,5ff [см. формулу (5-27а)]
может быть предложена следующая приближенная формула:
Г
Г2
' г “а
где /2 — температура охлажденной воды по диаграмме фиг. 5-20
при действующей высоте градирни Но, отвечающей
таблице 4-7;
/2*—то же при другом значении действующей высоты
градирни Яд
А—коэффициент, равный 10 15.
Формулой можно пользоваться при 0,7
77а
и < 1.3.
гы
Если с помощью диаграммы определяется не t2t а плот-
ность орошения 7, то сначала должно быть подсчитано с
помощью приведенной формулы по заданным и значе-
ние Z2, а затем уже найдена искомая плотность орошения.
Для вентиляторных капельных градирен Воль-
ном была предложена эмпирическая формула
1,8 !-—
(5-30)

где
V ёж
здесь gs и — соответственно расходы воздуха и воды на
единицу площади оросителя противоточной
градирни, кг[мъч,ас‘,
с, г и з — опытные постоянные, составившие для испы-
тывавшейся Вольфом градирни:
с — 1,5; г—2,4 и s —1,5.
350
Тепловой расчет охладителей
л.
Принимая во внимание, что
^ = 1000?,
^,=3600 и>„т«>
эту формулу можно представить в следующем более удоб-
ном для расчета виде:
q0,001 J-----
или при значениях с, г и д, полученных Вольфом, в его опы-
тах:
. 1Д5
„ ч 0,625 (6— т) , „ ,
q = 0,3f (w, ув) —, (.5-31 >
ш
где -гг^—скорость воздуха
в оросителе, от-
несенная к пол-
ному его сече-
нию, м/свк;
Те — удельный вес-
воздуха, кг/м?.
Опыты, на основании
которых получена фор-
мула (5-30), велись на не-
большой противоточной
градирне с 12-ярусным,
решетником и активной
высотой оросителя 4,2 лг._
Они охватили значения
относительного расхода
воздуха X от 0,5 до 4,8,.
плотности орошения q от-
1,8 до 6,5 м'‘/м2чае, ши-
рины зоны охлаждения Д/
от 2 до 33' С и темпе-
Фиг. 5-21. Расчетный график для про- ратуры влажного терМО-
тивоточных вентиляторных градирен к а- метра 'Г ОТ 7° ДО 20, дсС.
пельного типа (т—20°С и w,, ™1,8м;сек). Существенными осо-
бенностями условий про-
ведения этих опытов являются: во-первых, то, что воздух
уже при поступлении в градирню был насыщенным (©=1),
или очень близким к полному насыщению, т. е. преобладаю-
щая часть опытов велась при расходах воздуха много ниже
теоретического, и, во-вторых, что решетник имел значительно»
более тесное, чем это принято сейчас, расположение брусков в.
§ 5-71 Опытаые зависимости для градирен 35 р
ряду. Последнее могло увеличивать объемные коэффициенты
. тепло- и массоотдачи, компенсируя и даже перекрывая не-
благоприятное влияние высокой начальной влажности воз-
духа, но с увеличением при этом также п гидравлического
(воздушного) сопротивления оросителя.
Для современных вентиляторных градирен с числом яру-
сов решетника, достигающим 18—20, формула (5-31) дает
более удовлетворительные результаты при увеличении в ней'
численного коэффициента с 0,31 примерно до 0,4 при Д/ —
— 25-г-30°С и до 0,45-н 0,50 при более низких
На фиг. 5-21 приведен расчетный график для вентиля-
торных капельных градирен, построенный нами па основании
обработки более новых опытных данных, приведенных в ли-
тературе. Он относится к противоточным градирням с ак-
тивной высотой оросителя около 7 м (18—20 ярусов решет-
ника), к скорости воздуха в оросителе 1,8 м}сек'
и температуре влажного термометра ~=20'С. При других т
в пределах от 18° до 23°С, температура охлажденной воды
может быть приближенно определена с помощью формулы
с^+Ст-зоко.в-^). (5-32)
где t2— температура охлажденной воды при г — 20°С (по
графику).
Мы не располагаем, однако, достаточными материалами для
проверки исходных данных, использованных при построении
фиг. 5-21, и этот график дается как ориентировочный.
Пример 5-1L Заданы: Ож:~ 22^ мл/час; ^ = 45° С; t2~ 25° С; г —
= 18° С; We = 1,8 м/сек; №/лЛ Требуется определить пло-
щадь оросителя и расход воздуха для вентиляторной капельной градирни,
По формуле (5-31) получаем;
(45 1 ю1
q = 0,31(1,8.1,15)0’623 • 1—-1,5 —“3,37 лЗ/лЗ час,
откуда
Полный расход воздуха (объемный) составляет;
V ~ 3 600 юя -Frtn™ 3 600-1,8-66,8 ™ 433 000 м^/час,
и относительный расход воздуха
433 000
225000 —
Определим теперь Fop для тех же условий с помощью фиг. 5-2L
Для этого приведем сначала температуру охлажденной воды к т=.:20°С.
•352
Тепловой расчет охладителей
[ гл. 5
Согласно (5-32) имеем (при t^=25°C и At=45 —25=: 20° С)
ta = 25-(18—20). 10,8 — ™) = 25 4-1,2 = 26,2° С.
.Для ta = 26,2o С и г = 20° С находим на графике фиг. 5-21;
<7 = 4,8 час,
откуда
925
F =. = =46,9 лез,
* <> о ?
Ve =3 6004,8-46,9 = 304 000 Л3/адс,
, 304 000 , , ее
Х'~225 000 * »55-
Сопоставляя полученные с помощью формулы (5-31) и
графика фиг. 5-21 значения требуемой площади оросителя,
не следует упускать из виду, что они относятся к оросите-
лям с разной высотой (соответственно около 4 и 7 м) и к
различным значениям относительного расхода воздуха. Так,
для условий рассмотренного выше примера, пользуясь гра-
фиком фиг. 5-21, мы получили величину F на 30% мень-
шую, чем по формуле (5-31), но если, учитывая соответ-
ствующие значения высоты оросителя Норк расхода воздуха X,
подсчитать для обоих случаев значения объемного коэффи-
циента массоотдачи, то они оказываются более близкими
между собой (расхождение около 5—7%). Формула (5-31)
дала бы для условий рассмотренного примера и градирен,
к которым относится график фиг. 5-21, совпадающий с по-
следним результат при значении численного коэффициента в
ней 0,44 вместо 0,31.
Эмпирическая формула (5-30), на которой основывается
формула (5-31), дает при заданном расходе воздуха и
= const практически линейную зависимость 4 °т т вида -
где В— постоянная, зависящая от Д/ и л.
Таким образом, согласно этой формуле с изменением х
температура охлажденной воды изменяется в ту же сторону
и на то же число градусов, что расходится с данными дру-
гих опытов, описанных в литературе. Уточнение зависимостей
для вентиляторных капельных градирен требует еще накопле-
ния достаточных опытных данных. е
Расчетный график для открытых капельных гра-
дирен1 приведен на фиг. 5-22. Он относится к следующим
1 Л. Д. Берман, „Водоснабжение и санитарная техника", 1940,
№ 2—3, стр. 43.
S 5-7] Опытные зависимости для градирен ЗаЗ
Фиг. 5-22. Расчетный график для открытых капельных градирен.
(п = 10, В = 3,7 зг, Н « 9,1 л, t= 20°С, да « 1,5 м1сек).
условиям: число ярусов решетника /г = 10, высота градирни
9Д м, ширина оросителя В = 3,7 м, температура влаж-
ного термометра ~^20':'С и скорость ветра w = l,5 MjcsK.
Для других значений т, w и п вносятся соответствующие
поправки (фиг. 5-23). График пригоден при относительной
влажности наружного воздуха <е<0,75. Принятое изменение
высоты градирни в зависимости от числа ярусов показано-
на фиг. 5-23 (пунктирная кривая).
Если по заданной высоте зоны охлаждения определяется
требуемая площадь оросителя, то найденная на фиг. 5-22
величина плотности орошения для приведения ее к расчет-
ным условиям должна быть умножена иа поправочные
коэффициенты aw и ай. Когда же, наоборот, плотность
орошения задана и требуется определить высоту зоны
охлаждения, нужно сначала привести плотность орошения к
условиям, для которых построена диаграмма фиг. 5-22, раз-
д е л и в заданное ее значение на поправочные коэффициенты,
и затем .уже найти на диаграмме искомую величину 4— \
При угле наклона щитов жалюзи к горизонтали 0 ^>45°
поправочный коэффициент (фиг. 5-23) следует опреде-
лять не по принятой расчетной скорости ветра w, а по ско-
рости
w’ = (1,3 о—0,008 9) w.
23 Л. Д. Берман.
354
Тепловой расчет охладителей
В случае применения решетчатых жалюзи типа „Аэра-
тор- рекомендуется принимать w' = 0,9w.
Пример 5-12. Заданы: 0^=180 м^/час: tj — 32° С; ^"24DC;r/:r
-,:"!8°С и да = 1 м/сек, Определим требуемую площадь оросителя для
12-ярусной градирни.
По заданию имеем:
—32 —24 —8°С и -. :24—18 —6° С,
На фиг. 5-22 находим для этих условий у —3,6 м2/м2 час.
Поправочные коэффициенты составляют: на температуру влажного
термометра (Ч —18° С) а„ С,90; на скорость ветра (да=1 м/сек) =
/0,88; на число ярусов решетника (я —12) ад=1,18.
Отсюда плотность орошения должна доставлять:
^ 3,6-0,90-0,88-1,18=3,37 м^м2 час,
§ 5-71 Опытные зависимости для градирен ' 355
и требуемая площадь оросителя
ISO „
^"ор—"3,37 —*ад3.
При ширине оросителя 3,7 м его длина должна быть;
53,5
L ~ £ у" ~ 14,5 ж.
Пример 5-13, Открытая 10 ярусная капельная градирня имеет
площадь оросителя Fop=: 40 м2. Какова будет температура охлажденной
воды при 7-3 лт^'лтз -iac^ Д/ = 5°С, т = 21°С и w~ 1 м1сек?4
Находим поправочные коэффициенты: г? =1,06, ада=:0,88 ио,—
— 1. Приведенное значение плотности орошения равно:
3,0
д"~ 1,06 *0,88-1 — 3)21 час^
На фиг. 5-22 находим, что величинам &t — 5° С и q “3,21 м^м2 час
отвечает i3 — т = 4,4° С, откуда
21-|-4,4 = 25,4° С.
Фиг, 5-24. График для расчета башенных брызгальных градирен,
, Расчет оросителя небольшой башеянойбрызгальной
градирни с одним ярусом винтовых центробежных сопел мо-
, жет быть произведен с помощью эмпирической формулы
Гайбеля
К(4 + 22)2 — (т 22 )2 — а, (5-33)
где а функция перепада температур и плотности ороше-
ния (фиг. 5-24), Формула получена для градирни с пло-
щадью оросителя 4 м2 и высотой вытяжной башни 2(Глг при
I напоре перед соплами 7,9 м вод, ст. и не может быть рас-
пространена на крупные градирни данного типа или на дру-
гие напоры воды.
23*
356
Тепловой - расчет охладителей
£ гл. 5
По заданным и т можно подсчитать, с помощью фор-
мулы (5-33) величину а и затем, пользуясь фиг. Б-24, найти
соответствующее значение q. Когда размеры градирни за-
даны и требуется определить температуру охлажденной
Фиг. 5-25. Кривые охлаждения для открытых
брызгальных градирен, (напор 5 м вод. ст.,
скорость ветра 2,2 м/сек).
воды, скачала надо найти на фиг. 5-24 для заданных q и А/
величину а, после чего 1% подсчитывается по следующей
формуле, вытекающей из (5-33):
/а3 + (* т W — 22.
(5-34)
Пример 5-14. Заданы: t3=38° С; f — 28° С. Определить требуемую
плотность'орошения для башенной брызгадьной градирни при тх
же.
По формуле (5-33)
д - У\21Г^22)^(2Т+ 22)аЪ;: 27,1.
§ 5-81 Расчет водораспределительного устройства 357
Для а = 27,1 и. At::? 10° С находим на фиг. Г-24 (см. пунктир) иско-
мую плотность орошения q zz 2 ,и3/ж2 час.
На фиг. 5-25 приведены кривые охлаждения для откры-
тых брызгальных градирен. Они позволяют оценить
охладительный эффект подобных градирен, но относятся к
определенной скорости ветра (w = 2,2 м}сек) и не отражают
влияния геометрических размеров градирни. При размещения
сопел в градирнях этого типа следует исходить из плотно-
сти орошения 2,5 :-3 час при напоре перед соплами
5 м вод. ст. и высоте расположения сопел 3,7 м. С умень-
шением высоты расположения сопел в пределах до 1,5 м и
изменением напора перед соплами в пределах от 3 до 8 лг
вод. ст. можно принимать:
q = 0,35 LVH ms]m2 час, (5-35)
где L—высота расположения сопел, м,
Н—; напор воды перед соплами, м вод. ст.
Пример 5-15, Заданы; Atzz 12° С и tzz 18° С. Определить температу
ру охлажденной воды и плотность орошении для открытой брызгалыгой
градирни при высоте расположения сопел 3 м и напоре воды перед
соплами 7 -« вод. ст.
На фиг. 5-25 находим температур)'' t?z=27,5°C при 7f:?z5 м вод. ст.
и поправку O.z— 2,8° С, т. е. при“ заданном напоре искомая темпера-
тура воды составляет:
t3=27,5— 2,8 2V° С.
Плотность. орошения по формуле (5-35)
q zz 0,35-3 1^7 zz 2,8 час.
Сопла должны располагаться равномерно по площади оро-
сителя с сохранением расстояний от жалюзи, указанных в
§4-5. .
5-8. РАСЧЕТ ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
ГРАДИРНИ
Для удовлетворительной работы градирен, особенно при
большой площади оросителя, важен правильный выбор раз-
меров водораспределительного устройства. Водораспредели-
тельное устройство, выполняемое большей частью в виде систе-
мы деревянных желобов, должно обеспечивать заданное рас-
пределение воды по площади оросителя и в противоточных
градирнях возможно меньше стеснять их живое сечение, что-
бы не создавать значительного сопротивления проходу воздуха.
Сечения желобов определяются, исходя из конструктивных
соображений и из принятых скоростей воды. Необходимость
в расчете их на потерю напора возникает сравнительно редко
и только для градирен больших размеров. Для обычных ка-
358 Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
й Сечение а-а
Фиг. 5-26. Сопряжение магистрального
и рабочих желобов,
цельных градирен скорости воды принимаются в магистральных
желобах до 0,8 м/сек и в рабочих (распределительных) жело-
бах до 0,4 м/сек. Для градирен высокой производительности,
гиперболических и пленочных, где вследствие большой удель-
ной нагрузки доля воздушного сечения, занимаемая водорас-
пределительным устройством, оказывается более значительной,
принимаются скорости воды до 1—1,2 м/сек в магистральных
и до 0,8 м/сек в рабочих желобах. Повышенная скорость воды
(до 1,3 м/сек) принимается также в магистральных желобах
с внутренними разделительными стенками (фиг. 4-66).
Принятая ско-
рость воды опреде-
ляет только требуе-
мую площадь живо-
го сечения струи во-
ды. Чтобы опреде-
лить размеры сече-
ния жалоба, нужно
еще задаться высо-
той слоя воды в нем.
Для рабочих жело-
бов высота слоя во-
ды должна быть
при нормальной гидравлической нагрузке не менее 120—
150 мм, чтобы избежать образования воздушной воронки и
искажения истекающей из насадка струи, для магистральных
желобов она определяется из конструктивных соображений.
Полная высота жолоба должна быть больше расчетного
слоя воды в нем и предусматривать некоторый запас на пере-
грузку. При различной высоте магистральных'и рабочих жело-
бов сопряжение их следует предусматривать по схеме фиг. 5-26
с общим уровнем воды, а не с общей отметкой днищ.
Из соображений удобства обслуживания (чистка, смена
сливных трубок и пр.) желательно иметь высоту рабочих же-
лобов не более 35 см и ширину их не менее 10—12 см. Но
во избежание значительного стеснения воздушного сечения
градирни при больших плотностях орошения высота рабочих
желобов доводится иногда до 60—65 см и даже до 80 см, ,а
ширина уменьшается до 8 см.
При расчетной проверке выбираемых скоростей воды руко-
водствуются условием, чтобы при нормальном режиме уровни
воды в рабочих желобах различались между собой в пределах
не более 10—15%.
Величина гидравлического уклона (понижение уровня во-
ды в мм на 1 пог. м жолоба) может быть определена по -фор-
муле
/=1000-^-, (5-36)
§ Расчет водораспределительного устройства 359
где по Базену
с=.._82_
Здесь обозначено: w — скорость воды, м[сек; С—число
Шези; R— гидравлический радиус; с — коэффициент, равный
для строганых досок 0,06 и для нестрогаиых —0,16.
Необходимо также учитывать и местные сопротивления
(повороты и пр.), играющие здесь большую роль.
Длинные магистральные желоба больших градирен целесог
образно выполнять с уменьшением их сечения ступенями по
мере удаления от места подвода воды. Более короткие маги-
стральные желоба и рабочие желоба выполняются одинако-
вого сечения по всей их длине. Отметка днища рабочего жо-
лоба определяется необходимой высотой свободного падения
струи аг сливных трубок до розеток (0,5—0,6 .и).
Расход воды через каждую сливную трубку составляет:
кг [сек, (5-37)
где у—коэффициент расхода;
F—площадь выходного сечения трубки, лг2;
у — удельный вес воды, кг[м3;
И—'Высота уровня воды над устьем трубки (фиг. 5-26), м,.
При площади оросителя, обслуживаемой одной сливной
трубкой, R м* и расчетной плотности орошения q м3[мъ час
пропускная способность каждой трубки должна составлять:
кг^сек' ^5"38^
Из (5-37) и (5-38), подставляя и у—1 000 кг[м3,
.получаем следующую расчетную формулу для определения
.диаметра сливной трубки:
d ~ 8,9 мм, (5-39)
Для трубок с длиной hm~-^3d можно принимать следую-
щие значения коэффициента расхода: при остром входном
крае у---0,82, при слегка закругленном крае у — 0,90 и при
хорошо закругленном крае или наличии приемной воронки
р — 0,95 — 0,98.
Шаг между сливными трубками I при равномерном рас-
пределении их по площади оросителя и одинаковых диаметрах
принимается 0,5 ч- 0,7 м в малых градирнях и до Сг8 1 л в
‘больших. При переменной плотности орошения, возрастающей
в направлении от центра к периферии оросителя, расстояния
360
Тепловой расчет охладителей
[гл. о
между трубками и их диаметры также принимаются перемен-
ными. Выбирается 2 или.З различных размера сливных тру-
бок, меньшие устанавливаются в центральной, большие—
в наружной части оросителя, и в соответствии с принятым рас-
пределением плотностей меняются также расстояния между
трубками или рабочими желобами (/ изменяется в пределах
от 0,5 до 1,5 л).
На фиг. 5-27 приведена номограмма для подбора сливных
трубок, построенная нами с учетом минимальных значений Я,
рекомендовавшихся А. Н. Арефьевым из соображений лучшей
Фиг. 5-27. Номограмма для подбора сливных трубок.
совместной работы розеток. При построении номограммы при-
нят коэффициент расхода у = 0,9. Для других значений коэф-
фициента расхода полученный из номограммы диаметр должен
быть умножен на~£. Округление диаметра сливной трубки
следует производить в сторону его уменьшения. На номо-
грамме пунктиром показан ход расчета для следующего слу-
чая: плотность орошения ^™3,4 час и шаг между'
трубками Z =:-0,8 м. Находим 19 мм. и //--280 мм. При
h,n = 80 мм высота слоя воды в жолобе должна составлять
h п — 280—80 ~ 200 лш.
а
При округлении диаметра сливной трубки или при изме-
нении по каким-либо соображениям напора Н пересчет на-
пора или диаметра может производится, исходя из соотно-
шения
)>
где и б?0 — исходные напор и диаметр, найденные путем,
расчета или по номограмме.
§ 5-9] Определение размеров брызгального бассейна 361
Сливные трубки должны рассчитываться на нормальный'
расход воды. Выбор их диаметров с запасом приводит к ухуд-
шению работы градирни. Применение трубок диаметром ме-
нее 15 мм нежелательно ввиду возможности быстрого их засо-
рения.
5-9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ
БРЫЗГАЛЬНОГО БАССЕЙНА
Вследствие отсутствия пригодного для практического при*
мепения метода теплового расчета брызгальных бассейнов при
их проектировании руководствуются чисто эмпирическими
данными. Определение требуемого напора воды, числа сопел
и основных размеров брызгального бассейна производится при
этом в следующей последовательности:
а) выбирается напор воды перед соплами, исходя из тре-
буемого охладительного эффекта;
б) по принятому напору находится производительность од-
ного сопла и отсюда общее количество подлежащих установке
сопел;
в) определяется требуемая активная площадь брызгаль-
ного бассейна и выбираются его длина и ширина;
г) производится разбивка сопел и распределительных тру-
бопроводов по площади бассейна;
д) окончательно устанавливаются размеры брызгального-
бассейна в. плане с учетом произведенной разбивки сопел и
устройства защитных зон;
е) рассчитываются распределительные трубопроводы.
Для оценки охладительного эффекта брызгального бассей-
на можно воспользоваться кривыми охлаждения, приведенны-
ми на фиг. 5-28. Они построены нами 1 по данным промышлен-
ных испытаний ряда крупных брызгальных бассейнов, обору-
дованных соплами различных типов, и относятся к скорости
ветра около 2 м/сек и напору перед соплами 5 м вод. ст. По-
правочные кривые, приведенные на графике И фиг. 5-28, по-
зволяют приближенно учесть влияние напора Н перед сопла-
ми. Поправка 6 на напор при Н > 5 м вод. ст. вычитав т-
с я из /д, найденного на графике I,
В отношении влияния психрометрической разности на тем-
пературу охлажденной воды располагаемые данные очень,
1 См. „Руководящие’указания по эксплоатаиии брызгальных бассей-
нов*, составленные ВТИ 'в 1943 г. Производившиеся позднее Южным
отделением ОРГРЭС и Центроэнергочерметом сопоставления темпера-
тур охлажденной воды, замеренных при испытаниях брызгальных бас-
сейнов, с найденными по этой диаграмме дали отклонения замеренных
температур воды, составившие в среднем -ь 1,2° С, причем большие
температуры воды наблюдались при соплах типа Г1-16, изготовлявшихся
на местах, а меньшие температуры при центробежных тангенциальных.,
соплах заводского изготовления.
362
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
.малочисленны. Ориентировочно можно принимать, что найден-
ная на диаграмме температура охлажденной воды должна быть
.увеличена
при 0,8 0,7 0,6
на 0 0,8 1,9°С,
.где & и т — соответственно температуры наружного воздуха
но сухому и влажному термометрам.
Фиг. 5-28. Кривые
охлаждения для Арыз-
сальных бассейнов.
Пример 5-16. Заданы; ширина зоны охлаждения 10° С, темпера-
тура наружного воздуха = 26,6° С, его относительная влажность
= 0,56, напор перед соплами Н-^1,2 м вод. ст. Определить температуру
охлажденной воды.
При заданных параметрах воздуха температура влажного термометра
составляет г =18,6° С (см. приложение VII) и соответственно
г
б
.По графику I фиг. 5-28 находим f3 = 32,7°C.
§ 5-9]
Определение, размеров брызгальяого бассейна
363
Поправка на напор И составляет: 9 — — 2,9° С, поправка.на психроме-
трическую разность 6,~ 0,8° С.
Отсюда получаем искомую температуру воды
/а = 32,7 — 2,9 -f- 0,8 = 30,6° С.
Если требуется при заданных значениях Д£, & и ? обеспечить темпе-
ратуру воды, например, t3=29°C, то напор Н должен быть увеличен.
При Н--Ь м вод. ст. мы имели бы 4Э = 32,7 + 0,8 = 33,5° С и за счет
повышения напора температура воды должна быть снижена на 6=33,5—
-29 = 4,5°. На графике II фиг. 5-28 находим соответствующее значение
/7=9,6 м вод. ст.
Достаточными данными для оценки влияния скорости
ветра на охладительный эффект брызгальяого бассейна мы не
располагаем. Примерное изменение /2 в зависимости от ско-
рости ветра показано на фиг. 5-29. При увеличении скорости
форма факелов искажается и возра-
ветра сверх 3—4 м/сек
стает унос наиболее
мелких и лучше ох-
лаждающихся капель,
вследствие чего пони-
жение /2 замедляется.
Напор перед сопла-
ми принимают 5—7 м
вод. ст. Если темпера-
тура . охлажденной во-
ды
этом слишком высокой,
следует или увеличить
расход воды, что ведет1
к уменьшению перепа-
да ее температур &t,
а вместе с тем и к
уменьшению 4, или вы-
брать напор перед соп-
лами выше указанного,
в пределах до 8—10 м
вод,, ст. Когда условия
изменение расчетного значения в некоторых пределах, вы-
бор напора Н должен производиться на основе сравнитель-
ных технико-экономических расчетов \ учитывающих влияние
температуры воды на экономичность обслуживаемого, охлади-
телем аппарата и изменение 'затрат по системе водоснабжения
(первоначальные затраты, затраты на электроэнергию для пе-
рекачки охлаждающей воды и на восполнение уноса воды, воз-
растающего с увеличением напора перед соплами).
оказывается при
★2
н.
Скорость ветра
-------------------------------.—i
Фиг. 5-29. Влияние скорости ветра на тем-
пературу охлажденной воды а брызгаль-
ном бассейне (Д£= 10°С, т=15°С).
«—большой бассейн; б—малый бассейн.

м/сек
технологического процесса допускают
1 См,, например, статью Б. С. Ф арфоровского в журнале
„Тепло и сила", 1937, № 8.
364
Тепловой расчет охладителей
Г гл. '5
Выбрав тип сопла и задавшись напором И, можно опре-
делить производительность одного сопла по его гидравли-
ческой характеристике (фиг. 4-20) или путем подсчета по
приближенной формуле
gc=AV Н м31час, (5-40)
где А — опытный коэффициент, значения которого приве-
дены в табл. 5-5.
Т а б л и ц л 5-5
Коэффициент А в формуле (5-40)
Тип сопла </u .«-« <Ц, хм Коэффициент А
Щелевое Петрова, П-16 50 Л 7,3
Винтовые мотэп 50 26 8,?;
Кертииг (одновинтовое) .... 50 24 7,1
Спреко (11-А) 50 23 4,0
Тангенциальные Спреко 50 29 5,Т
Спреко 38 22 2,6
Эвольвеитпое 50 25,4 3,7
Марли 50 28,6 < 4,7
Марли 50 27 4,4.
Марли 50 ' 25,4 ! з.з
Марли 38 27 i 4,8-
Примечание. <Д - - присоединительный размер; d-. — диаметр выходного отверстия,
При заданной производительности брызгального бассейна
'м3/час общее число подлежащих установке сопел со-
ставляет: Z4- — — шт., (5-41}
и активная площадь бассейна должна быть — >ab м\ 0 т > (5-42)
где т— число сопел в пучке;
а — расстояние’ между пучками сопел по длине распре-
делительного трубопровода, ж;
b расстояние между распределительными трубопро-
водами, м.
Рекомендуемые значения т, а и b указаны • выше в
табл. 4-1. Величины а и b должны быть подобраны таких
:Н0. '
3s 5-10) Определение количества добавочной воды 365
2,24 gcm
(5-43)
образом, чтобы плотность орошения, отнесенная к актирной
площади бассейна, не превышала 1,2-н 1,5 м3/м? час, счи-
тая по производительности сопел G при напоре // — 5 м
иод. ст. -Эта плотность орошения может быть подсчитана по
формуле
(5)_Scm
Fq ab
где ^ — производительность , одного сопла при заданном
напоре Н.
Более низкие плотности орошения принимаются при за-
трудненном доступе воздуха (наличие жалюзийного огражде-
ния, большая ширина бассейна или неблагоприятное его рас-
положение относительно направления господствующих летом
ветров), а также для южных районов с жарким и влажным
летом. Часто рекомендуется также уменьшение плотности оро-
шения при применении сопел типа П-16. Теплоэлектропроект
„рекомендует принимать для бассейнов, оборудуемых соплами .
типа П-16, плотность орошения 1,1-н 1,4 м3'/м2 час, считая на \
производительность сопел при напоре 8 м вод. ст. в распреде- \
.лительном трубопроводе.
Полная площадь брызгального бассейна и размеры ее b
плане определяются на основании разбивки сопел и распреде-
лительных трубопроводов по площади бассейна с учетом соз-
дания необходимых защитных зон по его периферии и остав-
ления более широких воздушных коридоров между группами
распределительных трубопроводов.
Разбивка сопел и распределительных трубопроводов опреде-
ляет также длины и расходы воды для отдельных участков
трубопроводов, необходимые для гидравлического расчета во-
дораспределительной сети. ' Потерю напора в трубопроводах
следуют принимать, по возможности, не более 10—15 мм
вод. cx.jnos. м. В случаях, когда приходится принимать более
высокую удельную потерю напора (до 25—30 мм вод. ст./ног. м)
и протяженность водоводов также велика, нужно при
определении производительности и требуемого числа сопел
принимать во внимание потерю напора от коллектора до наи-
более удаленных сопел, которая может достигать при этом
1—1,5 м вод. ст. Нормально эта потеря напора не должна
превосходить 0,4—0,5 м вод. ст. Скорость воды в коллекторе
принимается не выше 1,8 м[сек, а в распределительных трубо-
проводах не выше 1,6 м[сек.
5-10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ
Испарительное охлаждение связано с потерей части цирку-
ляционной воды. Потери воды вызываются ее испарением,
фильтрацией в грунт, уносом водяных капель с уходящим воз-
духом и сбросом части циркуляционной воды из системы (про-
366 Тепловой расчет охладителей
[гл. S'
дувкой) с целью поддержания надлежащего качества охлаж-
дающей воды.
Величина потери на испарение определяется для
закрытых охладителей из их теплового расчета. Если по рас-
чету имеем расход воздуха Gs кг[час, его начальное влаго-
содержание хг и конечное влагосодержание л2, то коли-
чество испаряющейся воды составляет:
Gu — Ge (х2 — хх) кг-час (5-44)
или в процентах от расхода Gw циркуляционной воды
/?1==^.100==100^-(ха-_Xj) = 100а(х2 — хх) %. (5-45).
^w Gw
Когда детальный тепловой расчет охладителя не произ-
водится, потерю на испарение можно приближенно подсчи-
тать по формуле
(5-46).
где а — коэффициент;
М — ширина зоны охлаждения, °C.
Наибольшее значение коэффициента а в формуле (5-46)
отвечает случаю охлаждения воды в результате одного лишь
испарения. Оно составляет при этом, если принять г =
z== 580 кка.Л{кг,
„ 100 0 17
а = 380^°’17- ..
В действительности, благодаря наличию теплоотдачи со-
прикосновением этот коэффициент меньше, и при расчетах
его можно принимать равным для лета 0,15—0,16, для весны
и осени 0,10—0,12 и для зимы 0,06—0,08.
Значения потери на испарение в зависимости от ширины-
зоны охлаждения А/ приведены в табл. 5-6. Они отвечают
большим из указанных величин коэффициента и.
При составлении водного баланса охлаждающего пруда
определяется величина дополнительной потери на испарение,
Т а б л ид а 5-6
Потеря воды на испарение
Зона охлаждения ДА , s 10 15 20 25 so
Потеря на Лето 0,8 1,6 2,4 3,1 4,0 5,0
испарение। Л.% Весна и осень 0,6 1,2 1,8 2,3 3,0 3,8
Зима 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,5
§ 5-10] Определение количества добавочной воды 357
представляющей собой разность между полным количеством
испаряющейся воды и величиной естественного испарения*
имеющего место при отсутствии подвода тепла в пруд с цир-
куляционной водой. Величина естественного испарения, учи-
тывающая как испарение в результате солнечной радиации,
так и пополнение количества воды в пруду при выпадении
осадков, определяется или путем непосредственных наблюде-
ний на плову чих испарителях или путем расчета. Теплоэлек-
тропроект рекомендует для прудов, обслуживающих электро-'
станции, принимать дополнительное испарение, равным летом
55%, весной и осенью 40% и зимой 20% от расхода пара на
турбины, или оценивать его по табл. 5-7, где дополнительная
потеря на испарение выражена в процентах от расхода цирку-
ляционной воды.
Таблица 5-7’
Дополнительная потеря воды на испарение в охлаждающем пруду
Зона охлаждения Д/,°С 5 10 15 20 25 30
Дополни- тельная по- Лето Весна 0,5 0,9 ' 1,4 1,9 2,3 2,8
терн на ис- парение и осень 0,3 0,7 1,0 1,4 1,7 2,0
№"% Зима 0,2 0,4 0.7 0,7 1,1 1,3
Потеря на фильтрацию в резервуарах градирен и брызгаль-
ных бассейнах, имеющих одежду с гидроизоляцией, нормально
весьма мала и ее обычно не учитывают. Лишь в отдельных
неблагоприятных случаях, при сравнительно небольших раз-
мерах брызгального бассейна и упрощенной одежде, не обес-
печивающей достаточной водонепроницаемости, потеря на филь-
трацию достигает 0,2—0,5% от расхода циркуляционной воды..
Более значительна потеря на фильтрацию в грунт и через
тело плотины в охлаждающих прудах. Особенно велика опа
в первые годы работы пруда. После заиления дна она сни-
жается и составляет, по данным проф. Б. В. Лукиицкого при-
мерно 0,36 ж3 в год на 1 площади зеркала пруда. При не-
благоприятных гидрогеологических условиях она может, одна-
ко, заметно превосходить указанную величину.
По указанию ТЭП можно принимать следующие значения
потери на фильтрацию для охлаждающих прудов (на 1 м‘
площади зеркала):
а) при благоприятных гидрогеологических условиях — ма-
лая водопроницаемость грунтов, высокий уровень грунтовых
вод — 0,36 л/3 в год; .£
б) при средних условиях 0,36 -ь- 0,90 ж3 в год;
1 В, В. Лук ниц кий, ,Тепло и сила", 1927, № 9, стр. 30,
368
Тепловой расчет охладителей
[гл. 5
в) при тяжелых условиях — водопроницаемые и неводо-
носные грунты — 0,90-4- 1,1 др в год.
Потеря с уносом зависит от типа, конструкции и
размеров охладителя, а для открытых охладителей также от
силы ветра (фиг. 5-30).
-Фиг. 5-30. Унос воды из брызгального бассейна и открытых градирен в
зависимости от скорости ветра, а. — малый брызгальпый бассейн (опыты
Гоголина); б— открытые капельные градирни (фирменные данные).
При расчетах можно принимать для различных типов охла-
дителей следующие потери с уносом, выраженные в процентах
от расхода циркуляционной воды:
Брызгальные бассейны производительностью до 400 мРфшс
Брызгальные бассейны производительностью выше 400 м^час
Брызгальные градирни.............................. . .
’Открытые градирни с простыми жалюзи . . . : ......
Открытые градирни с решетчатыми жалюзи ........
Башенные градирни с площадью оросителя до 150 .«5 . . .
Башенные градирни с площадью оросителя выше 150 я2 . .
Вентиляторные градирни с водоуловителями ... . . .
1,5 —3,5%
1,5 —2,5%
1,0 —3,0%
1,0 —3,0%
0,5—1,,0%
0,5 —1,0%
0,5%
0,2 —0,3%
В охлаждающих прудах этой потери воды нет,
Размер продувки р3 устанавливается в зависимости от при-
нятого способа поддержания требуемого качества воды в си-
стеме (см. гл. 6). Она может составлять от 0,5—1% до 5%
и более от расхода циркуляционной воды.
Полное количество добавочной свежей воды, необходимое
для покрытия указанных выше потерь, составляет для гради-
рен и брызгальных бассейнов
Go = £1±^o-±^G'- (5‘W)
где р}— потеря на испарение, %;
р2 — потеря с уносом, % ;
р3 — количество воды, сливаемое из системы (продувка,
отбор воды на технологические или хозяйствённые
цели), %.
§ 6-1 ] Общие положения 369
J Так как потери воды р2 и /к зависят от режима
| работы установки и метеорологических условий, величина Go
I меняется в течение года.
I Составление водного баланса охлаждающего пруда (водо-
I хранилища) требует учета распределения годового стока реки,
I безвозвратного недопотребления из реки выше пруда и из са-
I мого пруда, включая пропуск через водосброс плотины, режи-
I ма работы пруда и пр. Это является специальной водохозяй-
| ственной задачей, на которой мы здесь останавливаться не
I' будем,
I ГЛАВА ШЕСТАЯ
I ЭКСПЛОАТАЦИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
I 6-1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
I Для обеспечения бесперебойной и экономичной работы
й' машин и аппаратов, имеющих замкнутую систему охлаждения,
1 эксплоатационный персонал должен уделять достаточное вни-
! мание работе и состоянию водоохлаждающих устройств.
Ц Для поддержания требуемого охладительного эффекта и
В. предохранения охладителей от быстрого разрушения необ-
I ходимэ:
Ц а) производить тщательную приемку вновь сооруженных
Ц охладителей;
1 б) осуществлять в условиях эксплоатации постоянный кон-
Л троль тепловой работы и состояния строительных конструкций
ft охладителей;
в) обеспечить надлежащий уход за охладителями.
Кроме того, необходимо поддерживать правильный водный
В режим в циркуляционной системе.
В При приемке охладителя нужно проверить соответствие вы-
К полненных работ проекту, обратив особое внимание на пра-
вильность основных размеров и высотных отметок отдельных
элементов охладителя и на наличие необходимых регулировеч-
пых устройств, приспособлений для борьбы с обмерзанием
Ж охладителя и т. п.; нужно также проверить качество выпол-
Ц пенных работ, в том числе гидравлическую плотность трубо-
Ц проводов, желобов и резервуара, а также состояние установ-
В' ленной арматуры, шандорных затворов и пр. Все обнаружен-
шле при приемке дефекты должны быть устранены дс оконча-
Ц. тельной передачи охладителя в эксплоатацшо.
|| Перед включением охладителя в работу необходимо убе-
Ц диться в отсутствии в системе строительного мусора и готов-
ill ности сливной канализации, а также проверить правильность
Ц. положения очистных сеток и запорных органов (задвижек,
ж шандорных затворов) на всех главных и вспомогательных
||| линиях.
24 Л. Д, Берман.
370 Эксплоатация охладителей [гл. 6
Первоначальное заполнение водой брызгального бассейна
или водосборного резервуара градирни .должно производиться
до наивысшей отметки. После включения в работу циркуля-
ционных насосов подкачка воды извне не-должна прекращаться
до тех пор, пока вся система не заполнится водой. При этом
следует следить за тем, чтобы в процессе заполнения системы
водой снижение уровня в бассейне или резервуаре не достигло
предела, при котором возможен срыв работы циркуляционных
насосов. Если пуск охладителя производится в зимнее время,
необходимо принимать меры предосторожности против замер-
зания воды в трубопроводах, каналах, колодцах и в сборном
резервуаре.
Для обеспечения нормальной эксплоатации охладителей
должна быть составлена инструкция для обслуживающего пер-
сонала. Персонал, обслуживающий охладители, обязан хорошо
знать их конструкцию, коммуникацию всех связанных с ними
водяных линий, расположение и назначение запорной арма-
туры и инструкцию по эксплоатации охладителей.
Помимо текущего наблюдения за работой охладителей и
ухода за ними, осуществляемого дежурными, выделяемыми
в каждой смене, должны производиться периодические, не
реже чем ежемесячные, осмотры охладителей лицом, ответ-
ственным за их эксплоатацию. Небольшие повреждения и не-
исправности, обнаруженные, при осмотрах,' следует устранять
немедленно, а остальные — при текущих и капитальных ре-
монтах.
Текущие ремонты охладителей должны производиться по
мере надобности, но не реже раза в год, и приурочиваться, по
возможности, к. летнему времени, В объем текущих ремонтов
входят работы, не требующие остановки* охладителя на дли-
тельный срок, например, очистка и ремонт водораспределитель-
ного устройства, трубопроводов и сопел, ремонт обшивки и
жалюзийных щитов, приведение в порядок.регулировочных и
запорных устройств и т. п.
При капитальном ремонте выполняются все работы, -тре-
бующие длительного отключения охладителя. При этом сле-
дует уделять особое внимание устранению повреждений-ре-
шетника градирен, водораспределительных желобов, деревян-
ных несущих конструкций (каркас и стойки градирни, дере-
вянные опоры в брызгальных бассейнах) и железобетонных
или кирпичных элементов конструкции (одежда водосборного
резервуара, опорные столбики, опорная конструкция вытяж-
ной башни и пр.).
В’ случаях остановок охладителей на ремонт или по другой
причине необходимо оставлять открытыми дренажи для спуска
дождевой воды или воды, образовавшейся .в результате таяния
снега.
Гидротехнические сооружения охлаждающих прудов под-
§ 6-2] Контроль работы охладителей 371
лежат ежегодному осмотру, во время которого должны уста-
навливаться необходимые мероприятия по ремонту и сроки цх.
выполнения,
6-2. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
Для текущего контроля тепловой работы водоохлаждаю-
щих устройств нужно производить периодические записи в
суточных ведомостях величин, характеризующих режим их
работы и охладительный эффект. Для этого в циркуляционной
системе должны иметься необходимые измерительные приборы.
Требуемый объем измерений может быть различен в зависи-
мости от типа, размеров и назначения охладителя. По мере
необходимости должны проводиться тепловые испытания
охладителей с более тщательным и точным измерением отдель-
ных величин.
На паротурбинных электростанциях и на ряде химических
предприятий, где количество циркуляционной воды велико и
температура ее имеет очень большое значение для экономич-
ности и надежности работы установки, объем эксплоатацион*
ных измерений должен быть относительно больше, чем, ска-
жем, на небольших силовых установках, оборудованных дви-
гателями внутреннего сгорания. Он должен включать в себя
в этих случаях следующие величины:
а) расходы циркуляционной и добавочной воды;
б) напор воды перед соплами (при брызгальных устрой-
ствах) ;
в) температуры циркуляционной воды до и после охлаж-
дения;
г) температуру добавочной воды;
д) температуры наружного воздуха по сухому и влажному
термометрам психрометра;
е) направление и скорость ветра;
ж) барометрическое давление.
Кроме того, следует отмечать краткие характеристики по-
годы (ясно, облачно и т. п.).
Записи всех перечисленных величин следует производить
не реже, чем через час, исключая величины, характеризующие
метеорологические условия, которые могут записываться реже,
а также показания суммирующего водомера добавочной воды,
которые могут записываться в конце каждой смены.
На небольших установках можно иногда ограничиваться
для текущего контроля записями температур циркуляционной
воды, прибегая к более детальным измерениям лишь в тех
случаях, когда температура охлаждающей воды превосходит
допустимый предел и есть основания предполагать, что причи-
ной этого является неудовлетворительная работа водоохлаж-
дающего устройства. При эксплоатационных испытаниях охла-
' 24*
372 - - - - • Эксплоатаиия охладителей
f гл. 6
дителей приведенный перечень измерений является минимально
необходимым, причем записи всех величин, в том числе и
характеризующих метеорологические условия, должны произ-
водиться через каждые 15 н- 30 мин., а при значительных ко-
лебаниях измеряемых величий через 3 -г- 5 мип. При более
детальных испытаниях могут вводиться также дополнительные
измерения, например, расхода воздуха, состояния воздуха за
оросителем, распределения температур охлажденной воды
и скоростей воздуха по плоп^ади охладителя, сопротивления
Фиг. 6-1. Расположение отвер-
стий для присоединения диф-
ференциального манометра при
измерении расхода воды по
разности давлений в отводе.
градирни И Др.
Расход циркуляцион-
ной' воды может, определяться
прямыми или косвенными мето-
дами.
Применение для текущих из-
мерений в циркуляционных водо-
водах большого диаметра трубки
Прандтля или дроссельных прибо-
ров ’затруднительно, и в этих слу-
чаях измерение расхода циркуля-
ционной воды можно производить
с помощью нормально го’‘водосли-
ва, по, разности давлений в отво-
де, перепаду давлений в каком-
либо- постоянном местном сопро-
тивлении или по солевому методу,
При испытаниях расход воды в
'циркуляционном трубопроводе мо-
жет измеряться с помощью трубки Прандтля, устанавливае-
мой в той точке сечения трубы,, где местная скорость совпа-
дает со средней скоростью по сечению. Положение этой точ-
ки — расстояние ее от стенки трубы — устанавливается на ос-
новании предварительных опытов, при которых определяется
распределение скоростей в трубе.
Достаточно прост и не связан с созданием добавочного
сопротивления способ измерения расхода воды по разности
давлений на внутренней и внешней сторонах закругления тру-
бопровода (отвода), образующейся под влиянием центробеж-
ной силы, действующей на частицы при прохождении через
закругление. При условии предварительной тарировки по
какому-либо другому способу такое измерение является доста-
точно точным. Измерение производится с помощью дифферен-
циального манометра, присоединяющегося в двух точках? рас-
положенных посредине отвода (фиг. 6-1). При обычных ско-
ростях воды перепад давления составляет от 50 до 250 мм
вод. ст. и для измерения может быть использован П-образный
(т. е, перевернутый U-образный) дифференциальный мано-
метр. Так как получаемый перепад давления сравнительно не-
§6-2] Контроль работы охладителей 373.
велик, внутренние края отверстий в стенке трубы в местах
присоединения манометра должны тщательно очищаться от
заусенцев во избежание искажений потока около отверстий.'
Расход воды определяется по формуле1
0^—0,01252 . j/Д^.у ^г.-час, (6-1)
где а — коэффициент расхода, близкий к единице;
/?0 — средний радиус закругления отвода (по центровой
линии), мм;
D — диаметр трубопровода, мм;
Ар— заверенный перепад давления, кг; я2 (или мм вод. ст.);
7 — удельный вес воды, дг/лг3.
При отсутствии расходомеров для циркуляционной воды
расход ее может иногда определяться косвенным путем: по
тепловым балансам охлаждаемых аппаратов, например кон-
денсаторов паровых турбин, или по характеристикам цирку-
ляционных насосов.
В первом случае искомый расход воды подсчитывается
по формуле
Ож— г.Л7.кг^лс, (6-2)
где Q — количество, тепла, переданного воде в аппаратах,
хкал/час;
f и f' —«температуры охлаждающей воды ' до. и после аппа-
ратов; °C.
Определение расхода воды по напору, создаваемому на-
сосом, менее надежно, так как по мере износа рабочего колеса
характеристика насоса меняется.
Для указанной цели можно пользоваться лишь опытными
характеристиками, снятыми на данных насосах и периодиче-
ски проверяющимися, но не типовыми заводскими характери-
стиками. При испытаниях пользоваться этим способом для
определения расхода циркуляционной воды нельзя.
Для измерения расхода добавочной воды можно применять
суммирующий водомер или дроссельный прибор (диафрагма,
сопло, труба Вентури);
При брызгальных устройствах напор поступающей к со-
плам воды следует измерять или в начале распределительных
трубопроводов или в коллекторе. При большой протяженности
коллектора и подводе к нему воды в нескольких точках напор
в коллекторе также должен измеряться в нескольких соответ-
1 Подробный вывод формулы, а также теоретические и опытные
данные о коэффициенте расхода см. Я- М. Рубинштейн, „Известия
ТИ“, 1930, № 6—7, стр. 9.
374
Эксплоатации охладителей
[гл. 6
ственно подобранных точках и во всяком случае не менее,
чем в одной точке на каждую секцию охладителя. Для изме-
рений напора могут применяться пружинные манометры с це-
ной деления шкалы 0,1—0,2 кг] см? (1—2 м вод. ст.).
Измерения температур воды и воздуха следует
производить ртутными термометрами с ценой деления шкалы
не более 0,5° С, а при испытаниях — термометрами с ценой
деления шкалы по возможности 0,1° С и не более 0,2Q С. Для
более точных измерений температуры воды рекомендуется
устанавливать термометры не в глухих гильзах, а непосред-
Фиг. 6-2. Устройства для замера температуры воды«
а-- подвод воды к термометру.*
/ — вентиль; 2 — угольник 1/й"; 3 — отрезок газовой трубы; 4 — тройнйк 11л"; 5 — пробка;
б—термометр.
б — сифонное устройство:
i — сливной колодец; 2 — отвод охлаждающей воды; 3 — металлическая трубка (наконвч^
ник); 4— резиновая сифонная трубка; о -- стеклянная банка; б -- термометр.
ственно пропускать их внутрь трубы через сальник или рези-
новую пробку, предохраняя термометры от поломки с по-
мощью гильз, имеющих отверстия в стенках, или устанавли-
вать термометры на ответвлениях, также с непосредственным’
омыванием их водой (фиг. 6-2,а). Для измерения температуры
охлажденной воды в сливных колодцах или открытых каналах
может быть использовано сифонное отсасывающее устройство
(фиг, 6-2,6).
Место измерения температуры теплой воды, поступающей
на охладители из нескольких аппаратов, а также температуры
охлажденной воды, особенно при многосекционных водоохлаж-
дающих устройствах, должно выбираться таким образом, что-
бы обеспечивалось хорошее перемешивание воды до, точки
измерения. . '
Когда измерение температуры охлажденной воды произво-
дится уже после смещения ее с добавочной свежей водой, деЙ-
§ 6-2]
Контроль работы охладителей
375
ствительная температура охлажденной воды подсчитывается
по формуле
где GCM— расход смешанной воды, т/час;
tcw—'измеренная температура смешанной воды, °C;
Go—расход'добавочной воды, т!час',
/0 —температура добавочной воды, °C.
Данные, характеризующие метеорологические
условия, иногда можно получать от расположенной в до-
статочной близости метеостанции, и, тогда от самостоятельного
их определения в условиях эксплоатации можно отказаться,
но этого нельзя делать, за исключением определения баромет-
рического давления, при проведении испытания охладителя.
Если от метеорологической станции получаются значения
температуры наружного воздуха по сухому термометру и от-
носительной влажности воздуха, соответствующее значение
предела охлаждения может быть найдено с помощью психо-
метрической диаграммы, приведенной в приложении.
В случае необходимости организации самостоятельных за-
меров состояния наружного воздуха проще пользоваться пси-
хрометром Августа, расположенным в нормальной метеороло-
гической жалюзийной будке, предохраняющей термометры от
действия прямой солнечной радиации. Место установки пси-
хрометра должно быть выбрано таким образом, чтобы избе-
жать омывания его нагревшимся и увлажненным воздухом,
уходящим из водоохлаждающего устройства.
При испытаниях следует пользоваться" аспирационным
психрометром Ассмана, показания которого более точны и
не зависят от скорости ветра. Если же из-за отсутствия
аспирационного психрометра применяется психрометр Авгу-
ста, то для получения величины предела охлаждения
к измеренной температуре влажного термометра должна
вводиться поправка, численное значение которой может быть
найдено на фиг. 1-15. Так, например, при замеренных пси-
хрометром Августа значениях температур по сухому термо-
метру 9 = 29,9° С и по влажному термометру т(=21,4&С,
психрометрическая разность составляет 8,5° С и на фиг. 1-15
находим значение поправки ^z=0,5°C, т. е. предел охлажде-
ния на 0,5° С ниже замеренной температуры влажного термо-
метра и составляет:
xs —21,4 — 0,5 = 20,9° С,
Скорость ветра определяется с помощью анемомет-
ров, устанавливаемых на высоте 2 м с наветренной стороны
376
Эксплоатация охладителей
гл. b
(по указанию флюгера). Предпочтительно применение крыль-
чатых анемометров, предварительно протарировапных.
Определение расхода воздуха при детальных испы-
таниях башенных или вентиляторных градирен может произ-
водиться либо путем измерений при помощи анемометров,
либо из теплового баланса. С помощью анемометров опреде-
ляется средняя скорость воздуха во входных окнах или на
стороне выхода воздуха и по ней подсчитывается его расход.
Вследствие неравномерности распределения скоростей воздуха
как на.входе, так и на выходе из градирни измерение местных
скоростей необходимо производить в достаточно большом чи-
сле точек по сечению.
При определении количества воздуха по тепловому балансу
нужно измерять температуру и относительную влажность ухо-
дящего из градирни воздуха. Эти измерения также должны
производиться в достаточно большом числе точек по сечению
и затем усредняться. Количество сухого воздуха подсчиты-
вается при этом по формуле
(7^, (б tn)
G ~ ....---v—— ~---г~-лсг[час, (6-4)
й - Л) - — *1) А, ' v 7
где Gj;c, ty и /2 —расход (кг^час), начальная и конечная тем-
пературы (°C) воды;
—теплосодержание (ккал/кг) и влагосрдер-
жакие наружного воздуха;
t2, х2 —теплосодержание (ккал>кг) и влагосодер-
жание уходящего воздуха.
Точность этого способа невелика, так как точное овреде-
ление состояния уходящего воздуха обычно затрудняется на-
личием уноса, увлажняющего «сухой» термометр и снижаю-
щего тем самым его показания.
Перед испытанием охладителей 1 последние должны
быть приведены в порядок: нужно очистить водораспредели-
тельное устройство, сопла и сетки, отрегулировать всдораспрс-
деление, устранить неплотности и повреждения, обеспечить
плотность задвижек на спускных и обводных линиях' и т. д.
Во время каждого опыта нужно поддерживать возможно более
равномерную гидравлическую и тепловую нагрузку охладите-
ля; желательно, чтобы отклонения от средних значений не.. -
превышали для гидравлической нагрузки +3% и для перепа-
да температур воды + 10%. Опыты не должны проводиться
при выпадении атмосферных осадков (дождя, снега), при ту-
мане, грозе, а также при скоростях ветра более 5 м^сек.
1 О проведении испытаний охладителей см. ОРГРЭС, Руководящие
указания ио эксплоатационным испытаниям башенных охладителей (гра- *
дирен) с естественной тягой, Госэпергоиздат, 1941 и ВТИ, Руководящие
указания по эксплуатации брызгальных бассейне и, Госэнергоиздат, 1944^
§6-2] Контроль работы охладителей 377
Вследствие аккумулирующей способности водосборных ре-
зервуаров или бассейнов охладителей нельзя пользоваться для
контроля охладительного эффекта результатами единичных
или усредненных за короткое время измерений. Используемые
эксплоатационные данные или результаты испытаний должны
усредняться за достаточно длительные промежутки времени,
охватывающие периоды повышения и понижения температуры
наружного воздуха, предпочтительно за сутки.
Длительность опытов при испытаниях может быть снижена,
если они проводятся в период наиболее устойчивого состояния
наружного воздуха (между 10 и 16 час.) и если темпера-
тура охлажденной воды измеряется в специальных ящиках с
отверстиями в дне, устанавливаемых над уровнем воды в ре-
зервуаре и равномерно распределенных по площади послед-
него. Но большей частью вследствие затруднительности таких
измерений температура охлажденной воды измеряется в кана-
ле или трубопроводе уже за резер'вуаром, и благодаря акку-
мулирующему действию резервуара изменение температур
воды отстает от изменений состояния наружного воздуха.
Когда эксплоатационные измерения обнаруживают чрез-
мерное возрастание температуры воды, выходящей из охлаж-
даемого аппарата, нужно сначала вылепить, не является ли
причиной этого недостаточный расход охлаждающей
воды вследствие неисправной работы насосов, засорения трак-
та циркуляционной воды или других причин.
Признаком недостаточного расхода охлаждающей воды
является повышение перепада ее температур сверх нормаль-
ного при данной нагрузке. При повышенном перепаде темпе-
ратур воды следует в первую очередь проверить, полностью
ли открыты задвижки и нот ли скоплений воздуха в насосе
или трубопроводах. Затем нужно проверить число оборотов
насоса, создаваемый им напор и выяснить, нет ли накипи или
других загрязнений в охлаждаемом аппарате, соплах и других
частях системы. Показателем засорения системы является по-
вышенное падение давления воды при недостаточном ее рас-
ходе.
Определение того, насколько удовлетворительно работает
водоохлаждающее устройство, является более сложной зада-
чей, так как температура охлажденной воды зависит от боль-
шого числа факторов, в том числе от режима работы установ-
ки и метеорологических условий, постоянно изменяющихся.
Необходимо установить, в какой мере изменения температуры
воды определяются изменением у с л о в и й работы охладителя
и в какой мере изменением качества его работы.
Оценка работы водоохлаждающих’ устройств на основании
данных эксплоатационных наблюдений или специально прове-
денных испытаний должна производиться путем сопоставления
полученных результатов с гарантийными (проектными) харак-
378
Эксплоатацая охладителей
[гл. 6
теристиками этих устройств или с результатами предшество-
вавших наблюдений и испытаний. В случае отсутствия таких
материалов можно воспользоваться для сравнения приве-
денными в гл. 5 (§ 5-7 и 5-9) характеристиками, построен-
ными по данным испытаний удовлетворительно работающих
охладителей.
Сравнения замеренных температур воды с температурами
ее по гарантийным или иным располагаемым данным нужно
производить для одинаковых значений плотности орошения,
ширины зоны охлаждения и для одинаковых метеорологиче-
ских, условий.
Если результаты измерений показывают неудовлетворитель-
ную работу охладителя, необходимо тщательно проверить его
состояние и условия работы. В градирнях капельного или пле-
ночного типа особенное внимание следует обращать на каче-
ство работы водораспределительного устройства и состояние
оросителя, а в башенных градирнях — также на плотность вы-
тяжной башни. В случае брызгальной градирни или брызгаль-
ного бассейна нужно в первую очередь проверить качество
выполнения и состояние сопел; а также величину напора воды
перед соплами.
При открытой градирне или брыщшльном бассейне нужно
убедиться в правильности их расположения по отношению к
господствующим летом ветрам, а также в том, что поступле-
ние к ним воздуха не ограничивается каким-либо располо-
женным поблизости сооружением.
После выявления причины плохой работы охладителя и
ее устранения целесообразно произвести повторное его испы-
тание для проверки достигнутого результата.
Если измеренные температуры воды не превосходят гаран-
тийных для данных условий работы охладителя или получен-
ных при тех же условиях на другом, удовлетворительно рабо-
тающем охладителе этого типа, то слишком, высокие темпера-
туры воды могут являться результатом недостаточности раз-
меров охладителя. Это может произойти из-за ошибки при
проектировании или из-за повышения тепловой, нагрузки сверх
принимавшейся при расчете охладителя. В таких случаях сле-
дует выяснить возможность и целесообразность повышения
охладительного эффекта существующего охладителя- путем его
реконструкции или увеличения напора перед соплами (при
брызгальном устройстве). В противном случае остается соору-
дить новый охладитель в дополнение к существующему.
Когда возникает вопрос о серьезной и дорогостоящей пере-
делке охладителя, следует подходить к его разрешению доста-
точно осторожно и продуманно, привлекая в случае необходи-
мости компетентные организации, во избежание ошибок, при-
водящих к затрате излишних средств и материалов. Можно,
Контроль работы охладителей
379
например» указать на следующий случай неудачной рекон-
струкции очень крупного брызгального бассейна, не давшей
положительного результата из-за ошибочных предпосылок, по-
ложенных в основу проекта реконструкции.
Заводская электрическая станция, имеющая брызгальный
бассейн, испытывала большие затруднения из-за 'того, что тем-
пература охлажденной воды достигала в летнее время
36—39° С. Персонал станции, полагая, что основной задачей
Расположение сопел является увеличение количе-
ства разбрызгивающих со-
пел, осуществил следующие
мероприятия (фиг. 6-3):
а) на существующих рас-
пределительных трубопрово-
ду расширение после расширении
.'.'.w.'.'S
Фиг. 6-3. Схемы расположения трубопроводов и сопел до и после
реконструкции брызгального бассейна,
дах, за исключением некоторых из них, были добавлены сопла,
установленные между имевшимися ранее пучками (по три
сопла в каждом); б) была добавлена новая (четвертая) сек-
ция бассейна, _ расположенная вдоль всей его длинной сто-
роны, причем на новых распределительных трубопроводах
было применено тесное расположение сопел, подобное полу-
ченному на старых нитках после их реконструкции.
Такая переделка привела к резкому ухудшению условий
доступа воздуха к поверхности воды вследствие чрезмерного
увеличения ширины бассейна, расположения новых распреде-
лительных трубопроводов пой углом 90° к направлению гос-
подствующего ветра и слишком тесного расположения сопел
Кроме того, значительное увеличение количества сопел, хотя
и привело к некоторому повышению расхода охлаждающей
воды, но с понижением при этом напора перед соплами и.
ухудшением вследствие этого распыла воды. В результате,
380
Эксплоатации охладителей
несмотря на значительное увеличение площади брызгального
бассейна и числа установленных сопел, улучшения охладитель-
ного эффекта не достигли.
Расширение бассейна следовало в этом случае произвести
за счет его удлинения при сохранении неизменной ширины
бассейна. При достаточной пропускной способности существую-
щих сопел нс было нужды в увеличении их количества, том
более в добавлении сопел на существующих трубопроводах,
а следовало, наоборот, разредить их па старых секциях, пере-
неся часть сопел на новую секцию бассейна.
Приведенный пример показывает, что при разработке меро-
приятий по улучшению работы охладителя необходимо тща-
тельно учесть влияние всех факторов, отражающихся на охла-
дительном эффекте.
6-3. УХОД ЗА КАПЕЛЬНЫМИ И ПЛЕНОЧНЫМИ
ГРАДИРНЯМИ
Большое влияние на охладительный эффект, обеспечивае-
мый градирней, оказывает работа водораспредели-
тельного устройства. Неправильное распределение воды
является одной из наиболее распространенных причин плохой
работы градирен.
Магистральные и рабочие желоба водораспределительного
устройства должны быть горизонтальны, а днища всех рабо-
чих желобов должны быть расположены па одном уровне.
Причинами перекосов желобов могут являться плохая их ниве-
лировка при’постройке градирни, не устраненная своевремен-
но при приемке, неравномерная осадка всего сооружения или
оседание пола внешних круговых желобов. В случае обнару-
жения таких перекосов, необходимо устранить их при ближай-
шем текущем ремонте. В случае небольших перекосов можно
иногда ограничиваться установкой устьев сливных трубок под
общий уровень.
Поступающая на градирню вода должна равномерно рас-
пределяться между всеми рабочими желобами. В больших
градирнях, где водораспределительные устройства снабжаются
обычно щитовыми затворами, необходимо обеспечивать это
путем соответствующей установки регулировочных щитков.
О равномерности распределения воды можно судить по оди--
паковому уровню воды в рабочих желобах. Регулировочные
щитки должны свободно ходить в своих гнездах и иметь сто-
порные устройства для крепления их в промежуточных поло-
жениях.
Вода должна поступать иа решетник только через сливные
трубки. Неплотности в желобах и в местах сопряжений жело-
бов с деревянным или железобетонным раздаточным ящиком
должны устраняться возможно быстрее. Нельзя также допу-„
§ 6-3 J Уход за капельными и пленочными градирнями 331
скать переполнения желобов, приводящего к переливанию во-
ды через их борта.
Уплотнение желобов может производиться путем проконо-
патки швов или нашивки изнутри деревянных реек. Неплот-
ность желобов может вызываться ослаблением стягивающих
их хомутов. В таких случаях необходимо заменить новыми
пришедшие в негодность хомуты, а иногда и установить доба-
вочные стяжные хомуты. Применяющееся у нас обычно соеди-
нение между собой брусков и досок, из которых изготовляются
хомуты, при помощи врубок недолговечно. Такие соединения
довольно быстро разрушаются из-за скалывания дерева, под-
вергающегося в градирнях выщелачиванию. Это приводит к
нарушению плотности желобов. Целесообразно усиливать со-
единения при помощи металлических болтов. При этом под
головки болтов и гайки должны подкладываться достаточно
большие шайбы.
Уровень воды в рабочих желобах яри полной гидравличе-
ской нагрузке градирни должен быть не менее 120 мм. Часто
встречающееся малое заполнение желобов является обычно
следствием преувеличенных сечений сливных трубок из-за оши-
бочного их расчета. Малое1 живое сечецие воды в желобах
приводит в таких случаях к высоким ее скоростям, что обу-
славливает неравномерное распределение воды между трубка-
ми. Кроме того1, при этом образуются водовороты при входе
воды в сливные трубки, и через последние прорывается воз-
дух, что нарушает правильность струи и ухудшает разбрызги-
вание воды. При недостаточном заполнении желобов следует
заменить сливные трубки новыми меньшего диаметра или
уменьшить сечение имеющихся трубок с помощью кольцевого
слоя цемента (фиг. 6-4). Уменьшение сечения трубок путем
установки внутрь их деревянных клиньев не рекомендуется,
так как клинья приводят обычно к перекашиванию водяных
струй и ухудшению разбрызгивания воды.
Струя воды, выходящая из каждой сливной трубки, долж-
на ударяться точно в. центр установленной снизу разбрызги-
вающей розетки, Необходимо постоянно следить за тем, чтобы
нс было перекошенных трубок или смещенных розеток, а так-
же за горизонтальностью расположения розеток. Поломанные
сливные трубки и розетки должны немедленно заменяться
новыми.
Желоба, сливные трубки и розетки должны содержаться в
чистом состоянии. Нужно периодически удалять накипь, шлам
и другие загрязнения из водораспределительной системы. На-
кипь, отлагающаяся па трубках и розетках, может быть уда-
лена погружением их в раствор соляной кислоты крепостью
3% при железных и 10% при стеклянных или фарфоровых
насадках и розетках,
Необходимо следить за исправным состоянием решет и и-
382
Эксплоатаций охладйтелей
к а или щитов пленочного оросителя, повреждения которых
также могут вызывать ухудшение охладительного эффекта.
Бруски решетника должны быть правильно расположены и
прочно закреплены на своих местах. Они не должны иметь
прогибов. При обнаружении повреждений решетника должен
производиться его текущий ремонт с заменой сгнивших или
поломанных брусков и подрешетин новыми. Съемные элемен-
Фиг. 6-4. Приспособ-
ление для набивки це-
ментом сливных тру-
бок.
ты решетника, применяющиеся в откры-
тых градирнях, должны быть всегда пра-
вильно расположены.
При появлении водорослей — цвете-
нии — рекомендуется, где это возможно,
тщательно обмыть решетник водой при
помощи шланга или очистить его химиче-
ским путем, после чего всю циркуляцион-
ную систему необходимо промыть. При
выполнении решетника открытой или вен-
тиляторной градирни из съемных элемен-
тов (щитов или кубов) последние могут
быть вынуты и обмыты снаружи.
Особенно неблагоприятно отражаются
на работе градирни маслянистые загряз-
нения решетника, приводящие к плохому
смачиванию брусков и ухудшению нз-за
этого растекания воды. В таких случаях
рекомендуется очистить решетник . с
помощью химических растворителей или
пара.
Отбойные козырьки по периферии
оросителя и у окон для входа воздуха, а
/-еййвная трубка; 2- также ветровые перегородки должны ПО-
СТ' ержень^З-подставка; СТОЯННО ПОДДерЖИВаТЬСЯ. В ИСПраВНОСТИ.
Если отбойные козырьки не предохраня-
ют в достаточной мере от стекания большого количества
воды по обшивке, целесообразно удалить ближайший к
обшивке ряд сливных трубок, забив отверстия деревян-
ными пробками. Выключение периферийного ряда трубок мо-
жет быть целесообразным и при наличии между наружной
обшивкой оросителя и решетником воздушного коридора.
Вода, попадающая в значительном количестве с крайних
розеток на обшивку или перегородку, отделяющую сверху
водораспределительное устройство и решетник от воздушно-
го коридора, стекает с козырька довольно плотным потоком,
создающим добавочное сопротивление проходу воздуха внутрь
градирни (фиг. 6-5), - Выключение крайних сливных трубок
устраняет это явление, мало отражаясь на использовании ре-
шетника, так как благодаря значительному радиусу действия
розеток и растеканию воды по брускам решетника она прона-
§6-3] Уход за капельными % пленочными-граДйрйямй 383
кает и в зону, находящуюся иод выключенными трубками. Зи-
мой в случае создания по периферии оросителя «водяной за-
весы» (см. ниже) пробки из сливных трубок или отверстий
в днищах желобов должны быть вынуты.
На отбойных козырьках, расположенных
ниже оросителя, следует устраивать бор-
тики из брусков с прорезями против стоек
с тем, чтобы вода, попадающая на ко-
зырьки, стекала только через эти проре-
зи. Во избежание разбрызгивания стекаю-
щей воды целесообразно устраивать под
прорезями в козырьках короба (фиг. 6-6).
В больших башенных градирнях,
имеющих снизу воздухонаправляющие
щиты, необходимо следить за плотностью
этих щитов и за стеканием с них воды
только через специально предназначен-
120 юо
Фиг. 6-6, Короб для oi-
вода воды с отбойного
козырька.
Фиг. 6-5. Образование завесы при стекании
воды с козырька.
i-гые для этого щели. Щели должны иметь снизу направ-
ляющие рейки, препятствующие растеканию воды ns
нижней поверхности щита. При недостаточно плотном соеди-
нении между собой досок щита последний может быть уплот-
нен путем покрытия его листовым гидроизоляционным мате-
риалом, например борулином. Для отвода воды, стекающей
через радиальные сливные щели воздухонаправляющих щитов,
также могут быть устроены короба (фиг. 6-7), что уменьшает
возможность образования зимой льда внутри градирни.
За состоянием деревянных элементов каркаса, обшивки и
жалюзийных щитов должен осуществляться регулярный надзор.
Оторванные, треснувшие или сгнившие доски должны сейчас
же заменяться новыми.
384 Йксилаатация охладителей гл. 6
Обшивка оросителя, и в особенности вытяжной башни,
не должна иметь щелей- Неплотности в вытяжной башне при-
водят к попаданию внутрь башни холодного воздуха и сниже-
нию тяги, что влечет за собой повышение тс?лпературы воды.
Неисправность жалюзийных щитов открытых градирен мо-
жет приводить к заметному увеличению уноса воды, увлажне-
нию, а зимой и обледенению прилегающей территории и рас-
положенных вблизи сооружений. Поэтому за их сохранностью
необходимо тщательно следить. Если щиты съемные, нужно
следить за тем, чтобы они не были смещены со своего места.
Решетчатые жалюзийные щиты типа «Аэратор» должны под-
держиваться в чистом состоянии.
Фиг. 6-7. Короб для слива воды с воздухонаправляющего щита.
Деревянный каркас градирни должен подвергаться ие
реже раза в год тщательному наружному, осмотру и не реже
раза в 2 года должны отбираться пробы из глубины дерева.
Начавшие гнить элементы каркаса должны заменяться но-
выми.
При ремонте, каркаса, обшивки или жалюзи следует поль-
зоваться лесом, пропитанным антисептиком. Все доступные де-
ревянные части должны через каждые 2—3 года повторно ок-
рашиваться горячим карболинеумом или креозотом. Это не
исключает, однако, необходимости надзора за состоянием де-
рева.
Металлические соединительные части, а также кар-
кас, если он железный, должны очищаться и окрашиваться
антикоррозийной краской не реже раза в 2 года.
При искусственной вентиляции необходимо сле-
дить за своевременной смазкой подшипников и осуществлять
систематический надзор за состоянием и работой вентилято-
ров, электродвигателей и редукторных или иных передач.
Периодически должны контролироваться нагрев электродвига-
телей и подшипников, а также балансировка вентиляторов.
Нужно периодически проверять зазоры между лопастями и
корпусом вентилятора и следить за тем, чтобы болты, коте-
§ 6-4] Уход за брызгальными охладителями 385
рыми крепятся ступица и лопасти колеса осевого вентилятора,
были всегда плотно затянуты. Лопасти вентиляторов следует
ежегодно осматривать для своевременного обнаружения тре-
щин, образующихся вследствие усталости металла. Неравно-
мерная коррозия или отложения на лопастях вызывают раз-
балансировку вентилятора, и обычно требуется через каждые
3—5 лет производить балансировку его заново. Разбаланси-
ровка отсасывающего вентилятора вызывает «качания» верха
градирни. Если наблюдается высокочастотная вибрация, со-
провождающаяся стуками, это является признаком расцент-
ровки редуктора и электродвигателя. Нужно постоянно сле-
дить за тем, спокойно ли работают редукторы и не. наблю-
дается ли в них ненормального износа трущихся поверхностей.
Добавление масла в редукторы должно производиться еже-
недельно, а через каждые 3 5 тыс. час. масло должно пол-
ностью заменяться. Редукторы отсасывающих вентиляторов
требуют особенно тщательного наблюдения за состоянием мас-
ла, так как они находятся в атмосфере теплого и влажного
воздуха и возможна конденсация пара в корпусе редуктора,
особенно при прерывистой работе градирни.
Если градирня с искусственной вентиляцией имеет водо-
уловители, необходимо следить за исправным состоянием по-
следних и своевременно производить их очистку.
Уход за водосборным резервуаром и опорными конструк-
циями описывается ниже (§ 6-5).
6-4. УХОД ЗА БРЫЗГАЛЬНЫМИ ГРАДИРНЯМИ
И БРЫЗГАЛЬНЫМИ БАССЕЙНАМИ
Работа охладителей брызгального типа существенно за-
висит от тонкости распыла воды, определяющейся помимо
конструкции и состояния сопел величиной напора воды перед
ними. Во избежание излишней потери напора, создаваемого
насосами, и снижения их подачи все задвижки на основ-
ной трассе циркуляционной воды, включая сюда задвижки на
коллекторе и на работающих распределительных линиях брыз-
галыюго бассейна, должны быть, как правило, полностью
открыты. Исключением могут являться только задвижки,
используемые для распределения воды между отдельными
конденсаторами, двигателями или другими охлаждаемыми
аппаратами или машинами. Степень дросселирования в этих
задвижках должна быть минимально необходимой.
Задвижки холостых сбросов и на тупиковых концах рас-
пределительных трубопроводов должны быть в теплое время
года плотно закрыты. Они могут открываться, как правило,
только при промывках трубопроводов! й-'йри переходе на зим-
ний режим работы. В летнее время понижение напора перед
Л. Д. Верман.
386 Эксплоатяция охладителей [ гл. 6
соплами путем открытия холостого сброса может допускаться
при очень сильных ветрах с целью уменьшения уноса воды.
Необходимо следить за чистотой трубопроводов и сопел-
Загрязнение их приводит к потере напора воды, искажению
водяного факела и ухудшению распыла воды. Производитель-
ность сопел при загрязнении понижается.
Распред е л и те л ь ны е трубопроводы должны
промываться не реже двух раз в год. Одна из этих промывок
должна производиться перед наступлением холодов. Про-
мывка осуществляется путем спуска воды в резервуар через за-
движки или дренажные трубки на тупиковых, концах распре-
делительных линий. При отсутствии здесь задвижек или дре-
нажных трубок вода может спускаться путем отпускания на
болтах концевых заглушек. Соплодержатели (рога или стоя-
ки) промываются по мере надобности. Их промывка может
быть обычно совмещена со снятием сопел для очистки.
Признаком засорения сопел механическими наносами яв-
ляется искажение формы и размеров водяного факела. Соп-
ла типа П-16 допускают чистку от механических наносов на
ходу при помощи узкой железной полоски или старого ножо-
вочного полотна, пропускаемого через диаметрально располо-
женные прорези. Сопла других типов должны сниматься для
очистки.
Удаление накипи, отлагающейся в. соплах, может произво-
диться путем промывки их раствором соляной или серной
кислоты крепостью 2—4% при железных соплах и до 10—
15% при бронзовых соплах. .Периодичность промывки сопел
должна устанавливаться, исходя из того, чтобы наибольшая
толщина слоя накипи достигала не более 1 мм, а для щеле-
вых сопел (П-16)—не более 0,5 лык
Чтобы избежать перерыва в работе или понижения произ-
водительности градирни или бассейна, сопла, снимаемые для
чистки от механических наносов или накипи, следует заменять
резервными, для чего нужно располагать запасом сопел.
Сопла, работающие неудовлетворительно вследствие низко-
го качества изготовления (плохая обработка внутренних по-
верхностей и кромок выходных отверстий), должны быть при-
ведены в порядок путем повторной обработки или заменены
новыми. При установке новых сопел нужно следить за соот-
ветствием их основных размеров проектным, тщательностью
их изготовления и отсутствием раковин или других' дефектов.
При наружных осмотрах коллектора и распределительных
линий брызгального бассейна необходимо следить за состоя-
нием катков. Подвижные опоры не должны иметь защемле-
ний, препятствующих температурным удлинениям трубопро-
вода. Коллектор и распределительные трубопроводы должны
не реже раза в 3 года окрашиваться антикоррозийным со-
ставом. л
§ 6 5] Уход за водосборными резервуарами 387
Уход за деревянными частями брызгальных градирен (кар-
кас, жалюзи открытых и обшивка башенных брызгальных гра-
дирен) должен производиться в соответствии с указаниями
предыдущего параграфа.
6-5. УХОД ЗА ВОДОСБОРНЫМИ РЕЗЕРВУАРАМИ
И ОПОРНЫМИ конструкциями
В водосборном резервуаре градирни или в брызгальном бас-
сейне должен поддерживаться уровень воды, достаточный для
нормальной работы циркуляционных насосов и обеспечиваю-
щий сохранение необходимого запаса воды. Наблюдение за
уровнем воды ведется обычно по рейке, установленной перед
сеткой в приемном колодце, или по поплавковому указателю,
выведенному в помещение насосной. Деления, отвечающие ми-
нимальному и максимальному уровням воды, следует отмечать
па рейке красными линиями. Максимальный уровень должен
быть несколько ниже уровня переливных труб во избежание
излишней потери воды.
При заполнении резервуара после опоржненш? его для ос-
мотра или ремонта нужно, как и при первоначальном пуске
охладителя, доводить воду до максимального уровня с тем,
чтобы после включения в работу насосов и заполнения водой
всей системы снижение уровня воды в резервуаре не достиг-
ло предела, при котором возможен срыв работы насосов. При
этом необходимо подкачивать в резервуар воду до тех пор,
пока вся система не будет заполнена и не установится нор-
мальный уровень воды в резервуаре.
Нельзя допускать скопления большого количества грязи
в резервуаре. Счистка его должна производиться не реже
раза в год. При этом из резервуара (или соответствующей
его секции, если охладитель секционирован) следует спустить
воду и удалить всю 171 язь со дна и из приемного колодца. Нуж-
но следить за тем, чтобы водоочистные сетки быди всегда пра-
вильно расположены на своих местах. Грязь, скапливающая-
ся на сетках, должна пеоиодически с них удаляться. При
чистке сдвоенных сеток сначала должна выниматься сетка,,
расположенная со стороны входа воды.
Одежда резервуара, розета (в градирнях) и опорные кон-
струкции (колонны, столбики), подверженные, разрушающему
действию падающей воды и переменных температур, должны
быть тщательно оштукатурены и зажелезнены. При обнару-
жении разрушения их поверхности или образования трещин,
места неудовлетворительного железяения или дефекты бето-
нировки должны быть тщательно заделаны.
В месте повреждения необходимо перед новым бетониро-
ванием удалить рыхлый бетон, произвести насечку здорового
.бетона, промывку и поливку его известковым раствором.
25*
388 Эксплоагация охладителей (гл. &
Рекомендуемся пользоваться бетоном с повышенным со-
держанием Цемента. Агрессивное действие воды на бетон мо-
жет быть иногда избегнуто покрытием цементно-церезитовой
штукатурки битумом нефтяного происхождения, наносимым на
сухую поверхность.
Внутренняя окраска железных резервуаров (поддонов)
градирен должна производиться не реже раза в 2 года спе-
циальным лаком или масляной краской.
Если резервуар небольшой градирни выполнен из дерева,
нельзя допускать полного его высыхания, при прерывистой ра-
боте установки, так как при повторном увлажнении и сушке
дерево деформируется и плотность соединений не может быть
восстановлена. Одним из способов устранения течей в дере-
вянном резервуаре является забрасывание в заполненный во-
дой резервуар разрыхленного асбеста. Волокнистый материал
подсасывается к месту неплотности и проникает в щель, тем
самым уплотняя ее.
Все наружные трубопроводы следует не реже раза в 3—
4 года окрашивать антикоррозийным составом. Для этой цели
могут применяться битумные покрытия (например, битум мар-
ки IV с заполнителем), кузбасслак или другие антикоррозий-
ные покрытия.
Закрытые магистральные водоводы й водоотводящие кана-
лы должны осматриваться и очищаться не реже раза в 3 го-
да. Осмотр и очистку открытых каналов следует производить
ежегодно (летом).
Необходимо следить за плотностью циркуляционной си-
стемы и при обнаружении ненормальных утечек воды быстро
выявлять и устранять их причины.
Для предупреждения утечек воды из системы нужно сле-
дить за тем, чтобы нормально все имеющиеся спускные и дре-
нажные'линии были плотно закрыты, поддерживать достаточ-
ную плотность фланцевых соединений и сальников у задви-
жек, а также следить за исправностью сварных стыков и
водонепроницаемостью резервуара и каналов.
Проверка плотности резервуара может быть осуществлена
путем наблюдения за уровнем воды в нем в течение 2—3 су-
ток при отключенном охладителе. При появлении филвтрации
в резервуаре необходимо привести в порядок его одежду.
Прилегающая к резервуару’(бассейну) территория-долж-
на поддерживаться в чистом состоянии. На ней не должно
быть строительного мусора или песка, который мог бы быть
занесен в водосборный резервуар. При чистке резервуара на-
носы необходимо немедленно удалять с прилегающей к нему
территории. Рекомендуется устройство вокруг охладителей
травяного покрова, а при значительном уносе воды — асфаль-
тированной площадки шириной 4—6 .и с уклоном в сторону
резервуара для частичного улавливания и возвращения уносам
5 6Щ]
Уход за охлаждающими прудами
389
6-6. УХОД ЗА ОХЛАЖДАЮЩИМИ ПРУДАМИ
Охлаждение воды в пруд)' зависит от величины полезной
площади его зеркала- Поэтому важно поддерживать в исправ-
ном состоянии струераспределительные и струенаправляющие
устройства, способствующие увеличению площади активной
зоны пруда.
К ухудшению охладительного эффекта прудов приводит
также уменьшение их полезной площади вследствие зараста-
ния болотно-водной растительностью и цветения (развития
планктонных водорослей). Отмирание высшей водной расти-
тельности и планктона, наряду с наносами способствует заиле-
нию прудов. Остатки водных растений и неукрепляющиеся их
виды забивают водоприемные устройства, а планктон, взму-
ченные донные отложения и не задержанные сетками мелкие
остатки высшей водной растительности, отлагаясь из воды, за-
грязняют охлаждаемые поверхности.
Для борьбы с зарастанием и цветением прудов должны
применяться в первую очередь меры профилактического
характера, заключающиеся в устранении условий, благоприят-
ствующих развитию в них планктонной и высшей водной ра-
стительности. Эти меры сводятся в основном к тому, чтобы
воспрепятствовать созданию необходимой для развития расти-
тельности питательной среды.
Если охлаждающим прудом служит искусственное водо-
хранилище, уже при постройке плотины должна производиться
соответствующая подготовка дна будущей, чаши пруда и зна-
чительной площади вокруг нее.
При эксплоатации пруда необходимо:
а) периодически очищать его от скопляющихся на дне от-
ложений (ила);
6) выкашивать и удалять прибрежную и водную расти-
тельность;
в) не допускать сброса в пруд фекально-хозяйственных и
других сточных вод, содержащих органические примеси;
г) при наличии донного водоспуска периодически сбрасы-
вать из нижних слоев пруда воду, имеющую повышенное со-
держание органических примесей;
д) в случае образования мелководий устранять их либо пу-
тем углубления дна, либо посредством засыпки и обвалования.
Если эти меры оказываются недостаточными, для борь-
бы с зарастанием и цветением пруда могут использоваться хи-
мические средства (см. § 6-10).
Очистка прудов от наносов может производиться с помощью
пловучего землечерпательного снаряда.
При больших размерах пруда целесообразно для наблюде-
ния за интенсивностью и характером его заиления, а также за
распределением циркуляционного потока установить на обоих
390 Эксплоатация охладителей [ гл. б
его берегах постоянные сваи для обозначения створов и по
этим створам через определенные промежутки времени произ-
водить съемки профилей ложа пруда и тепловых потоков.
Необходимо осуществлять постоянный надзор за состоя-
нием гидротехнических сооружений пруда; плотины, водоспу-
ска, водоприемника и др. В установленные сроки должны про-
изводиться наблюдения за осадкой сооружений, состоянием
покрытий и облицовок, креплением откосов и т. п., а также за
фильтрацией воды. При обнаружении ненормальных явлений
должны быть установлены их причины и своевременно при-
няты меры к их устранению.
Гидротехнические сооружения должны заблаговременно
подготовляться к проходу паводковых и ливневых вод и к ле-
доходу.
Перед наступлением морозов следует очистить от грязи во-
доприемные устройства, решетки и пр. и проверить, обеспече-
на ли возможность частичной подачи воды к водоприемнику
помимо пруда для поддержания требуемой температуры водо-
забора.
6-7. ЭКСПЛОАТАЦИЯ ОХЛАДИТЕЛЕН В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
В условиях климата средней и северной полосы СССР, где
температура наружного воздуха достигает в зимнее время
минус 25—45° С и ниже, большие эксплоатациопные трудно-
сти могут вызываться обмерзанием охладителей в периоды
морозов.
Трудности, вызываемые обмерзанием, особенно значитель-
ны в случаях применения больших башенных градирен. На-
блюдающееся при наружных температурах ниже приблизи-
тельно —10° С интенсивное обледенение входных окон и обра-
зование наледей вокруг такой градирни (фиг. 6-8) сильно
затрудняет или даже прекращает доступ воздуха в ороситель.
Сильное уменьшение количества поступающего в градирню
воздуха влечет за собой резкое повышение температуры ох-
лажденной воды и вызывает необходимость производить мно-
гократно в течение суток околку льда.'Температура охлаждаю-
щей воды, несмотря на периодическое удаление льда и низ-
кую температуру поступающего воздуха, достигает при этом
.25—30” С, При неплотных воздухонаправляющих щитах льдо-
образование распространяется за пределы входных окон внутрь
градирни, что еще более затрудняет удаление льда и влечет
за собой поломки горизонтальных связей каркаса под дей-
ствием веса образующихся на них ледяных глыб. Околка льда
ломами также приводит к повреждению деревянных частей
градирен и является чрезвычайно трудоемкой работой, дающе|
лишь кратковременный эффект, так как она не устраняет оча-
гов льдообразования. л
§ 6-7] Эксплоатация охладителей в зимнее время 391
Другие типы охладителей, исключая охлаждающие пруды,
также подвержены, хотя й в меньшей степени, обмерзанию,
могущему вызывать эксплоатационные затруднения, а иног-
да и аварии. В брызгальных бассейнах обмерзанию подвер-
гаются опорные столбики, борты и разделительные стенки ре-
зервуара, мостики для обслуживания задвижек и пр. Наледи
Фиг 6-8. Обледенение башенной градирни. Стрелками показаны пробитые
го льду отверстия для прохода воздуха.
на опорах, в особенности деревянных, достигающие иногда
1 —1,5 м- .в диаметре, могут вызывать их поломку или опроки-
дывание и обрушение вследствие этого трубопровода. При
наличии трещин в железобетонных опорных столбиках замерза-
ние проникающей в них воды приводит к распиранию и уве-
личению трещин, что также может повлечь за собой поломку
опор при значительных усилиях, вызываемых весом льда или
температурными деформациями труб.
Трудности из-за обмерзания открытых градирен возникают,
главным образом, в тех случаях, когда они рассчитаны с боль-
шим запасом или по какой-либо другой причине работают
в период морозов с малой тепловой нагрузкой.
В охлаждающих прудах образование ледяного покрова на
части поверхности не вызывает каких-либо затруднений, но
должны приниматься меры против трудностей, которые могут
возникать при образовании шуги или донного льда.
Предлагались разнообразные способы для удаления льда,
образовавшегося в охладителях, как, например, распиливание
по поверхности льда размораживающей соли с углекислотой
392
Экспло ата ция охладитслей
[ гл.' 6
посредством устройств типа переносных огнетушителей, рас-
тапливание льда с помощью горячей воды или пара и др. Но
все эти способы довольно дороги и пригодны лишь при не-
большой толщине образовавшегося слоя льда, вследствие чего
практически приходится прибегать к околке его ручным спо-
собом, также дорогой из-за ее трудоемкости и не позволяющей
в условиях сурового климата избежать заметного повышения
температуры воды.
Вследствие трудности удаления образовавшегося уже льда
борьба, с обмерзанием охладителей должна заключаться
в предупреждении возможности его возникновения. Для этого
необходимо устранение очагов обледенения, которыми явля-
ются все места, где большое количество холодного воздуха
встречается с относительно небольшим количеством воды (не-
плотностщв наружной обшивке или в воздухонаправляющих
щитах, места попадания брызг на стойки, связи или опорные
s столбики и т. и.). Там, где.имеетещпостоянный интенсивный
? ток воды, обледенение не наблюдается обычно даже в ейль-
: ные морозы, что и используется во всех методах борьбы с об-
1 леденением охладителей.
Избежать интенсивного обмерзания больших башенных
градирен можно путем полного или частичного выключе-
ния части оросителя и создания путем перераспределения
воды по его площади условий, препятствующих образованию
,льда. Для распространенных у нас конструкций башенных
градирен ОРГРЭС и Л ОТЭИ были предложены следующие
два способа решения этой задачи:
1. Создание повышенной плотности орошения («водяной
завесы») по периферии оросителя. При этом центральная
часть оросителя выключается или в работе остается весь оро-
ситель, но подача воды в его центральную часть уменьшается
при помощи щитков в желобах или путем закрытия пробками
части сливных трубок. Для увеличения количества воды, сте-
кающей по периферии, в промежутках между сливными1 труб-
ками крайнего ряда могут быть сделаны дополнительные от-
верстия, закрывающиеся на лето деревянными пробками, или
же трубки крайнего ряда могут заменяться на зиму большими
по диаметру.
2. Переход на работу только центральной частью оросите-
ля, плотность орошения в которой повышается за счет полно-
го прекращения подачи воды на периферийную часть ороси-
теля. При этом необходимо проведение мероприятий, пол-
ностью исключающих возможность попадания воды в выклю-
ченную часть оросителя и проникания через нее холодного воз-
духа в башню
3 См. Техотдел Г] К Э С, Типовая инструкция по эксплоатацинл
градирен башенного типа, МО-17, Госэнергииздат, 1941,
§ 6-7] Эксплоатация охладителей в зимнее время 393
Первый из этих способов требует обеспечения достаточной
плотности обшивки оросителя или наличия воздушного кори-
дора между обшивкой и решетником, а также удаления на
зиму ближайших к входным окнам воздухонаправляющих щи-
тов, что может быть облегчено путем выполнения этих щитов
съемными, или поворотными. При обоих способах часть вход-
фиг, 6-9. Температура охлажденной воды в башенных капельных
градирнях при работе зимой частью оросительного устройства.
/^работает центральная часть оросителя (водная п лошадь оросителя 2000 работа-
ющей части J ООО л*2); 2—работает периферийная часть оросителя (полная площадь оро-
сителя 2 ТО лЩ. Плотность орошения указана для работающей части оросителя. Попра-
вочные графики (влияние а я jf) относятся к кривым, наиесениь.м сплошными линиями.
ных окоп закрывается навесными щитами для ограничения
количества поступающего в градирню холодного воздуха.
На фиг. 6-9 показаны температуры охлажденной воды
в зимнее время, достигнутые при выключении периферийной
части оросителя (данные В. Я- Летцева, ОРГРЭС) и при вы-
ключении центральной его части (данные Б. С. Фарфоровско-
го, ЛОТЭП). Данные относятся к двум различным градирням
с полной площадью оросителя соответственно 2 000 и 2 180 я2.
Напомним, что при отсутствии эффективной борьбы с обмер-
занием температура охлажденной воды достигает зимой в та-
ких градирнях, несмотря на большую затрату труда на,
околку льда, 25—30° С.
394
Эксплоатации охладителей
[гл. 6
Применение указанных способов требует, однако, при пе-
реходе с летнего режима на зимний проведения довольно
большого объема подготовительных работ, от тщательности
выполнения которых в значительной мере зависит достигаю-
щийся результат. С проведением ряда работ связан при этом
я обратный переход с зимнего режима на летний. Это побуж-
дает к поискам более простых решений.
К числу более простых способов борьбы с обледенением,
хорошо оправдавших себя в ряде случаев, относятся обмывка
обшивки оросителя теплой водой и установка разбрызгиваю-
щих сопел против входных окон.
Подача на обшивку оросителя теплой воды применяется
в градирнях с внешним круговым жолобом Ч Для этого по
всему периметру градирни в борте кругового жолоба делают-
ся расположенные на расстояниях 1—1,5 я друг от друга от-
верстия, закрывающиеся на лето деревянными пробками,
а в полу площадки над обшивкой — круговая щель, за кото-
рой устраивается небольшой бортик из брусков (фиг. 6-10,а).
Вытекающая из жолоба вода омывает снаружи обшивку оро-
сителя, препятствуя образованию ледяных «фартуков», пере-
крывающих входные окна. Для улавливания стекающей воды
вокруг градирни устраивается плотный деревянный настил
или бетонная отмостка с уклоном в сторону резервуара.
Описанный способ не устраняет полностью образования
льда при наружных темпера! урах ниже минус 15—20° С. Но
образующаяся при- этом! вне градирни ледяная стенка отстоит
на некотором расстоянии от обшивки и через остающееся сво-
бодное пространство воздух может поступать внутрь оросителя,
обеспечивая достаточное охлаждение воды. Кроме того, обра-
зующийся лед имеет пористую, весьма непрочную структуру и
легко разрушается, благодаря чему для обслуживания градир-
ни достаточно 1 чел.,. который 1—2 раза в сутки удаляет ле-
дяную завесу. При температурах охлажденной воды ниже 8—
12° С в зависимости от нагрузки удаление леляной завесы мо-
жет быть даже нежелательным, так как, ограничивая количе-
ство поступающего воздуха, она предохраняет от образования
льда внутри градирни. При температурах охлажденной воды
выше, примерно 18° С ледяная завеса разрушается сама.
Иногда рекомендуют для повышения эффективности обмыв-
ки подавать теплую воду не только на наружную, но и на
внутреннюю сторону обшивки оросителя.
Другой способ, разработанный Южным отделением
ОРГРЭС1 2, заключается в установке против воздушных окон
1 Этот способ уже много лет используется на одной кз московских
ТЭЦ, а г? последнее время к на некоторых других электростанциях
(см., например, сообщение инж. Е. Т. Бутенко и ф. Ф. Д о б р о в о л ь*
ск ого а журтале „Электрические станции, 1948, ДЬ 9? стр. 46).
2 В. Ф. Мазуров, „Электрические стацциив, 1948, 9, ?тр, 46.
6-7 ] Эксплоатапия охладителей.' в зимнее время 395
градирни на расстоянии 1,5—2 м от них сопел (брызгалок),
'через которые подается части поступающей на градирню теп-
лой воды (фиг. 6-10,6). Водяные факелы, создаваемые сопла-
*Фиг. 6-10, Подача воды из внешнего жолоба па обшивку и установка
разбрызгивающих сопел для предотвращения обледенения градирен.
ми, заполняют всю площадь воздушных окон, препятствуя об-
разованию перекрывающих окна ледяных фартуков. Напор-
ный трубопровод, к которому присоединяются сопла, распола-
гается вокруг градирни на уровне земли (фиг. 6-10,0) или
выше входных окон снаружи обшивки оросителя. В установке,
.испытанной на одной из электростанций, щелевые сопла были
396
Эксплоатация охладителей
[ ГЛ. 6'1
изготовлены из отрезков труб диаметром 67 мм (фиг. 6-10,3)..
Размеры и расположение прорезей в таких соплах должны
подбираться в соответствии с расстоянием их от воздушных
окон и размерами последних.
Расход воды на брызгальную установку составляет 20—
30% от всего количества поступающей на градирню воды.
Для поддержания входных окон градирни чистыми от льда
достаточно включать брызгальную установку 2—3 раза в сме-
ну па периоды от 30 до 60 мин, в зависимости от наружной
температуры. В случае необходимости может быть преду-
смотрена установка сопел и внутри градирни для подачи теп-
лой воды на возможные очаги обледенения (например, при
неплотностях в воздухоиаправляющих щитах). При этом
способе также желательно иметь вокруг градирни плотный
деревянный настил или затопленную водой розету, высту-
пающую за пределы внешнего обвода градирни, для предот-
вращения образования льда на прилегающей к самой градир-
не площадке из-за падения капель вниз и выноса ветром во-
дяных брызг.
Наблюдается также образование льда с наружной стороны
вытяжной башня у ее устья. Это не отражается на работе
градирни, но отрывающиеся и падающие вниз в периоды по-
тепления куски льда могут пробивать перекрытие ороситель-
ного устройства и разрушать решетник. Они опасны также
для обслуживающего персонала. Поэтому следует предусмат-
ривать устройство ограждений (балконов), препятствующих
падению кусков льда с большой высоты вниз.
В случаях небольших башенных градирен часто ограничи-
ваются установкой зимой навесных щитов, перекрывающих
часть площади входных окоп, или установкой съемных жа-
люзи.
Борьба с обмерзанием открыт ы х капельных градирен
ведется путем выключения на зиму части оросителя, что мо-
жет быть осуществлено двумя способами:
а) подачей всей воды только на часть секций градирни
с полным отключением остальных;
б) выключением нескольких верхних ярусов решетника
с подачей воды только на нижние.
Второй способ более распространен благодаря тому, что
он приводит также к уменьшению выноса наружу водяных
капель и этим предотвращает образование значительных нале-
дей на прилегающей территории. Он требует наличия второй
системы водораопределения, расположенной примерно на се-
редине высоты оросителя-
Оба эти способа применимы и для б'рызгальных градирен,,
причем для использования второго из них градирни снабжа-
ются иногда расположенным на незначительной высоте над
§ 6-7] Эксплоатация охладителей в зимнее время 397
поддоном «зимним» коллектором. Для брызгальных градирен
-можно также пользоваться методом повышения температуры
воды путем частичного пропуска ее из коллектора в резервуар
помимо сопел, подобно тому, как это делается в брызгальных
бассейнах.
При осуществлении указанных мероприятии возможно не-
которое обледенение жалюзийных щитов открытых градирен
ю наветренной стороны, не опасное для их механической проч-
ности. При перемене направления ветра эти жалюзи начинают
омываться нагревшимся воздухом и благодаря этому очища-
ются от льда.
При искусственной вентиляции можно избежать
обледенения градирен путем применения одного из следующих
методов:
i) подачей всей воды только на часть секций градирни
!С полным отключением остальных, иногда с уменьшением так-
же расхода циркуляционной воды;
2) подачей воды на все секции, но с переводом, если это
возможно, вентиляторов на пониженную подачу воздуха (при
двухскоростных электродвигателях, гидромуфтах или вентиля-
торах с поворотными лопастями) или выключением части вен-
тиляторов.
Поочередное выключение части отсасывающих вентилято-
ров, а в случае необходимости и покрытие кожухов’ выключен-
ных вентиляторов брезентом, может применяться и для уда-
ления льда, образовавшегося уже во входных окнах градир-
ни. С этой же целью может осуществляться реверсирование
электродвигателя вентилятора, при котором теплый воздух вы-
брасывается через входные окна. Следует, однако, иметь в ви-
ду, что некоторые конструкции допускают такую работу лишь
.в течение периода не более 15—20 мин., так как при этом
нарушается смазка верхнего опорного подшипника вала вен-
тилятора.
При отсасывающих вентиляторах наличие водоуловителей
.и поднимающийся кверху теплый воздух исключают возмож-
ность обмерзания самих вентиляторов даже при их выключе-
нии. Однако, при полной остановке градирни в зимнее время,
т. е. при прекращении также подачи на нее воды, отсасываю-
щие вентиляторы могут покрыться льдом, который необходимо
удалить, прежде чем вентилятор будет вновь включен в ра-
боту.
При нагнетательной вентиляции возможно образование
льда на лопастях вентиляторов. Это может вызываться двумя
причинами: а) попаданием на вентилятор водяных капель
изнутри градирни, если он не отнесен достаточно от фронта
оросителя, и б) рециркуляцией уходящего из градирни воз-
духа, содержащего мелкие капли (унос) и водяной пар, мо-
398
Эксллоатация охладителей
[ гл. 6;
гущий конденсироваться при смешении с холодным наруж-
ным воздухом. В первом случае можно избежать обледене-
ния лопастей вентилятора, выключив на зиму ближайшие к
фронту градирни сливные трубки или сопла водораспредели-
тельного устройства; во втором случае может быть применена
смазка лопастей вентиляторов каким-либо составом, предо-
храняющим от обледенения. Наиболее неблагоприятным яв-
ляется неравномерное образование льда на лопастях, так как.
оно может приводить к разбалансировке и вибрации венти-
лятора.
Для предохранения обслуживающего персонала от кусоч-
ков льда, которые могут отрываться от лопастей нагнетатель-
ных вентиляторов при потеплении, необходимо иметь сетки
или другие ограждения.
В брызгальных бассейнах следует зимой поддер-
"'живать температуру воды па уровне 10—IS"5 С путем перепуска
части воды из коллектора через холостой водосброс в ре-
зервуар помимо сопел. При подводном расположении водорас-
пределительных труб может быть допущена более низкая тем-
пература воды. Если опорные столбики выступают над уров-
нем воды, следует обеспечить постоянное омывание их теплой
водой. Наблюдающееся иногда обледенение соплодержателещ
приводящее к их поломке под действием веса льда, может яв-
ляться результатом только засорения сопел или самих сопло-
держателей и единственным средством его устранения яв-
ляется лишь обеспечение достаточной чистоты воды.
Необходимо заблаговременно производить подготовку ох-
ладителей к работе в зимних условиях. Для этого до наступле-
ния холодов нужно:
а) подготовить навесные щиты, съемные жалюзи или дру-
гие приспособления, применяющиеся для регулирования коли-
чества поступающего воздуха и распределения воды в зимнее
время;
б) отключить все неработающие наружные трубопроводы и
спустить из них воду, тщательно проверив плотность отсекаю-
щих задвижек и установив в случае необходимости заглушки;
в) проверить состояние запорных органов и спускных
линий;
г) убедиться в том, что все незасыпэнные участку трубо-
проводов и неотепленные задвижки снабжены отводами или
отверстиями с пробками, позволяющими осуществить постоян-
ную циркуляцию через них небольшого количества воды.
При длительных перерывах работы охладителя в зимнее
j время вода из всех трубопроводов и арматуры должна обяза-
телыю спускаться. При спуске воды из резервуара его днище
i и стенки должны быть отеплены с помощью слоя снега иди
г какого-либо теплоизолирующего материала.
§ 6-8 ] Водный режим в циркуляционной системе 399
6-8. ВОДНЫЙ РЕЖИМ В ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
Потери циркуляционной воды вследствие испарения и. уно-
са восполняются добавлением в систему соответствующего ко-
личества свежей воды из внешнего источника. С добавочной
водой в циркуляционную систему поступают содержащиеся
в ней примеси, что может являться причиной серьезных экс-
плоатационных трудностей, связанных, главным образом, с за-
грязнением или коррозией охлаждаемых поверхностей и «цве-
тением» охладителей. Меры борьбы с этими трудностями
должны предусматриваться при проектировании установки
с учетом качества исходной воды и особенностей температур-
ного режима, водного и солевого балансов при испарительном
охлаждении циркуляционной воды. Уже при выборе источника
добавочной воды должны приниматься во внимание требова-
ния к ее качеству, характеризующемуся содержанием механи-
ческих примесей, органических веществ и растворенных мине-
ральных солей и газов, так как в противном случае борьба
с указанными выше трудностями может потребовать сложных
и дорогостоящих мероприятий, которых можно было бы избе-
жать при более удачном выборе источника воды.
Взвесь, попадающая в систему с добавочной водой, осаж-
дается, главным образом, в резервуарах охладителей, где ско-
рости воды являются наименьшими. При большом содержании
в воде грубодисперсных взвешенных веществ скопление нано-
сов в резервуарах охладителей может быть очень значитель-
ным. В паводковые периоды, если добавочная вода берется из
рек, наносы могут достигать сотен тонн, что вызывает большие
затраты па их удаление. Для осветления добавочной воды
применяются очистные сетки, водоотстойники и механические
фильтры. Наряду со взвесями, поступающими извне с доба-
вочной водой, в циркуляционную воду попадают механические
примеси, образующиеся в самой системе (шлам, куски наки-
пи, дерева и пр.), также скапливающиеся в резервуарах охла-
дителей и требующие периодического их удаления.
Наибольшие трудности вызываются обычно при испари-
тельном охлаждении воды накипеобразованием в циркуляци-
онной системе, если заблаговременно не приняты соответ-
ствующие меры для поддержания требуемого качества воды.
При частичном испарении воды в системе, остаются содер-
жавшиеся в ней соли и, кроме того, все время поступает но-
вое количество солей с добавочной водой. При отсутствии уно-
са воды из системы жесткость циркуляционной воды должна
была бы в результате этого непрерывно возрастать, В дей-
ствительности, однако, благодаря уносу часть солей удаляется
из системы и нарастание жесткости циркуляционной воды мо-
жет происходить лишь до определенного предела, при котором
400
Эксплоятадия охладителей
[гл, 6
количество удаляющихся солей становится равным количеству
солей, вводимых с добавочной водой.-
Это равенство (при отсутствии продувки) может быть вы-
ражено следующим образом:
А' амакс =Po<h — (Л + А) ’ а0,
(6-5)
где амакс— максимальная жесткость воды в системе в
градусах жесткости1;
— жесткость добавочной воды;
7^—потеря воды на испарение, %;
р3 — потеря воды с уносом, %;
pQ-=zpx~-\~p2 — количество добавочной воды, %.
Здесь и ниже, за исключением особо оговоренных слу-
чаев, под жесткостью воды подразумевается только ее вре-
менная или карбонатная жесткость, показывающая содержа-
ние в воде растворенных углекислых солей кальция и
магния.
Из (6-5) следует, что максимальное значение, которого
может достигнуть жесткость воды в системе, составляет:
= + (6-6)
Нарастание жесткости воды может прекратиться и при
значении ее более низком, чем амакс, если последнее пре-
восходит предел, при котором начинается выпадение из во-
ды солей карбонатной жесткости.
При высокой жесткости добавочной воды возможны также
условия, при которых из-за интенсивного выпадения солей
карбонатная жесткость циркуляционной воды оказывается ни-
же жесткости добавочной воды.
Выпадение солей, приводящее к образованию накипи на
омываемых водой поверхностях, происходит в оборотных си-
стемах водоснабжения в основном вследствие распада бикар-
боната кальция и в меньшей степени бикарбоната магния, пе-
реходящих при этом в плохо растворимые карбонаты1 2 3,
1 Принятый у нас сейчас градус жесткости соответствует содержа-
нию 10 мг окиси кальция (СаО) в 1 л воды.
3 Поэтому воды с большим плотным остатком и высокой общей
жесткостью, но со сравнительно невысокой Карбонатной' жесткостью,
как, например, морские, с точки зрения накипеобразования могут при-
меняться в качестве добавочной воды для оборотных систем водоснаб-
жения (см., например, сообщение Н. А. М а Л ишевс кого об опыте
использования для этой цели воды из Черного моря, «Электрические
станции*, 1946, № 3, стр. 50). Следует, однако, указать, что повышение
концентрация солей и более высокая температура воды яри оборотной
системе водоснабжения повышают опасность коррозии охлаждаемых
металлических поверхностей при морской воде. Поэтому выбору металла
и способа защиты его от коррозии в этих случаях должно уделяться
особое внимание. 4
§ 6-8] Водный режим в циркуляционной системе 401
Устойчивость чистого раствора бикарбоната кальция, как
показал Тилльманс зависит от температуры воды и содержа-
ния в ней свободной углекислоты (фиг. 6-11). Чем ниже со-
держание в воде свободной углекислоты и чем выше темпе-
ратура воды, тем ниже карбонатная жесткость, при которой
начинается выпадение карбонатных солей из раствора. В при-
сутствии других солей или органических примесей количе-
ственное соотношение между концентрацией бикарбонатов и со-
держанием свободной углекислоты в равновесном растворе
может отклоняться от показанного на фиг. 6-11 *, но повыше-
пне температуры воды
и потеря свободной
углекислоты всегда
способствуют выпаде-
нию карбонатных со-
лей.
В системах оборот-
ного водоснабжения
уровень Температур во-
ды выше, чем в прямо-
го ч н ы х си стем ах, и,
что особенно; сущест-
венно1, вода при расны-
ливавдп ее в охлаж-
дающих устройства X
теряет свободную угле-
кислоту. В результате
соли начинают выпа-
дать из раствора уже к
Карбонатная ^сестпносгп^&раВ.
Фиг. 6-11. Равновесное содержание в
воде свободной углекислоты в зависи-
мости от карбонатной жесткости.
сравнительно невысокой карбо-
натной жесткости — 6 -г- 12' и ниже в зависимости от со-
става воды и температурного режима, — тогда как при прямо-
точном водоснабжении образование накипи нс наблюдается и
при значительно более высоких карбонатных жесткостях воды.
Соли, выпадающие из циркуляционной воды, отлагаются
па охлаждаемых поверхностях, в водоохлаждающих устрой-
ствах и трубопроводах. При этом нс только ухудшается тепло-
передача от охлаждаемой среды к циркуляционной воде, но и
возрастает гидравлическое сопротивление системы, вследствие
чего понижается производительность циркуляционных насосов,
1 См. сборник „Агрессивность естественных вод1 под ред.
И. Е. Орлова, ОНТИ, 1932.
* Лабораторные опыты Г. Е. Кру шел я во Львовском политехни-
ческом институте (см, „Электрические станции", 1947, № 2, стр. 21) и
И. Э. Апельцина в институте ВОДГЭО, а также наблюдения в усло-
виях эксплуатации показали, чго п системах оборотного водоснабжения
карбонатная жесткость циркуляционной воды, при которой прекраща-
ется выпадение карбонатов, устанавливается, как правило, на более вы-
соком уровне, чем отвечающий фиг. 6-11 при данной концентрации
свободной углекислоты в охлажденной воде.
26 Л. Д. Верман.
402 Эксплоатация охладителей [гл. &
возрастает перепад температур воды и ухудшается работа во-
доохлаждающего устройства. Все это, действуя совместно, мо-
жет вызывать резкое нарушение режима работы установки,
а иногда и аварии, например, образование трещин в головках
двигателей внутреннего сгорания из-за чрезмерного повыше-
ния температуры металла.
Накипь, представляющая собой преимущественно отложе-
ния карбоната кальция, имеет обычно плотную, мелкокристал-
лическую структуру. Это очень затрудняет удаление накипи и
заставляет иногда прибегать к ее высверливанию и химиче-
ским методам чистки охлаждаемых поверхностей. Частые чи-
стки приводят к длительным простоям оборудования и по-
вреждениям защитной пленки металла, способствующим его
быстрой коррозии.
. Образование плотного, плохо смачиваемого слоя накипи на
брусках решетника градирен сильно ухудшает распределение
воды: вместо растекания по поверхности брусков она начинает
стекать сосредоточенными струями. Кроме того, накипь соз-
дает дополнительную нагрузку (около 500 ка на 1 .и2 площа-
ди оросителя при толщине слоя накипи 10 мм), могущую выз-
вать поломку решетника. В пленочных градирнях отложение
накипи на орошаемых поверхностях может приводить к замет-
ному сужению живого сечения для прохода воздуха в ороси-
теле.
Для предотвращения накипеобразования могут применять-
ся следующие способы:
а) продувка циркуляционной системы;
б) понижение жесткости воды путем ее химической обра-
ботки (обработка серной или соляной кислотой, известкование,
катионирование);
в) присадка реагентов (гексаметафосфата натрия или др.),
стабилизирующих пересыщенный раСтвор карбонатных солей;
г) обогащение воды после охладителей углекислотой (ре-
карбонизация) .
Наиболее простым способом является продувка, т. е.
искусственное увеличение потери циркуляционной воды за счет
спуска части ее из системы и замены свежей водой. При этом,
как следует из сказанного выше, понижается максимальная
жесткость воды в системе.
Если бы свежая вода представляла еббой чистый раствор
бикарбонатов, не содержащий других примесей, требуемый
размер продувки зависел бы только от баланса карбонатных
солей и свободной углекислоты; условием поддержания безна-
кипного режима являлось бы при этом наличие в добавочной
воде избыточной свободной углекислоты, в количестве, компен-
сирующем потерю углекислоты в системе. В действительности
естественные воды содержат всегда и другие’примеси, из ко-
торых одни понижают растворимость бикарбонатов в воде, а
§ 6-8]
Водный режим в циркуляционной системе
403
другие, наоборот, затормаживают выпадение карбонатов
кальция и магния из раствора. К первым принадлежат соли,
некарбонатной жесткости, дающие при диссоциации катионы,
одноименные с теми, которые образуются при диссоциации
молекул карбонатов, ко вторым — ряд органических примесей,
например коллоидные гуминовые вещества, некоторые ней-
тральные электролиты, в том числе хлориды и сульфаты
«атрия, и др.
Поэтому эффективность продувки очень сильно зависит от
состава свежей водки
Размер продувки должен устанавливаться, исходя из то-
го, чтобы максимальная карбонатная жесткость циркуляцион-
ной воды не превосходила значения а ,отвечающего при дан-
ном составе воды началу выпадения солей.
Если принять аяаКе — апр и Учесть, кроме уноса, также и
непрерывную продувку в количестве ps%, то вместо (6-5)
будем иметь:
(А + А)' апр (Pi + А + А) •
откуда
При расчете продувки рекомендуется принимать а при-
мерно на 0,5° ниже действительной предельной карбонатной
жесткости для условий данной системы.
Формула (6-7) действительна только при а^а*р. Если она
дает при этом для рз отрицательное значение, это показывает,
что унос, который также может рассматриваться как продув-
ка, достаточен для необходимого ограничения карбонатной
жесткости веды и дополнительного слива воды из системы не
требуется (А—0).
При значительных размерах продувки слив воды целесо-
образно производить до охладителя. Добавочную воду следует
подавать в резервуар охладителя или в приемный колодец
циркуляционного насоса.
Продувка, однако, далеко не всегда оказывается достаточ-
ной или от нее приходится отказываться из-за высокой стои-
мости добавочной воды. В этих случаях необходима обычно
обработка добавочной или циркуляционной воды, причем
затраты на обработку воды, как правило, с избытком пере-
крываются экономией, которую дает устранение накипеобразо-
вапия.
Периодическая обработка воды может потребоваться - и
в тех случаях, когда продувка достаточна для предотвращения
накипеобразования на охлаждаемых поверхностях, но не
устраняет выпадения накипи в водоохлаждающем устройстве,
26*
404 Эксплуатация охладителей
[ гл. 6
например на решетнике градирни, где по мере потери водой
ССЪ нарушается равновесие раствора бикарбонатов, восста-
навливаемое затем перед поступлением воды в охлаждаемый
аппарат.
Сравнительно простым и дешевым способом обработки
воды, хорошо оправдавшим себя на практике, является ее
подкисление, при котором часть карбонатов переводится
в сульфаты или хлориды, обладающие высокой степенью рас-
Фиг. 6-12. Схемы установок для подкисления воды.
а — с автоматическим.дозатором; б — с ручным дозированием кпелоты-
7 — добавочная свежая вода; 2 - обводная линия; Л.вода на обработку; •£ —распредели-
тель воды; 5 - автоматический дозатор; б - смеситель; 7 -хранилище крепкой кислоты;
5 —мерный бачок для дозировки крепкой кислоты; 9 — бак для приготовления раствора
кислоты; 10— вода для приготовления раствора и промывки бака; 11 — обработанная
добавочная вода; 13 — резервуар охладителя или всасывающий колодец насоса; 1,1—спу-
скная .линия; 14 — водомер; 15 -тарированный ручной кран; 16 — расходомер.
творимости. Перевод карбонатной жесткости в некарбонатную
сопровождается при подкислении освобождением части
связанной углекислоты, что также способствует повышения’
стабильности бикарбонатов, остающихся в растворе. Кислота
может вводиться в добавочную или циркуляционную воду.
Схема установки для подкисления, воды с автоматическим
дозированием реагента показана на фиг. 6-12,а, Подлежащая
обработке вода поступает сначала в распределитель 4, где
разделяется на две неравные части. Меньшая часть, состав-
ляющая постоянную долю от общего расхода воды, ответ-
вляется в автоматический дозатор, из которого поступает затем
в смеситель 6, куда подается непосредственно из распредели-
теля и вторая, большая часть воды. Показанный на фигуре си-
фонный дозатор 5 состоит из водяного и реапентпого бачков.
Водный режим в циркуляционной системе
405
В днище водяного бачка имеется тарированная сливная шай-
ба. При изменении количества води, поступающей в водяной
бачок из распределителя 4, меняется уровень воды в бачке.
Перемещение расположенного здесь поплавка приводит
к подъему или опусканию Л-образной сифонной трубки, со-
единенной с поплавком при помощи шнура, перекинутого че-
рез блоки. Сифонная трубка одним своим концом погружена
в раствор кислоты, уровень которого в реагентном бачке под-
держивается постоянным, а через открытый конец сифонной
трубки раствор стекает в смеситель. Количество стекающего
раствора изменяется в зависимости от высоты расположения
оифоннои трубки таким
образом, что находится
всегда в соответствии с
-расходом обрабатываемой
воды, что обеспечивается
подбором диаметра шай-
бы, установленной в дни-
ще водяного бачка. Из
смесителя обработанная
вода поступает самотеком
в резервуар охладителя
или в приемные колодцы
циркуляционных насосов.
Кроме сифошюго дозато-
ра могут применяться и
автоматические дозаторы
Чиг. 6-13. Упрощенный способ подачи
кислоты и циркуляционную воду.
/ — резервуар с -кисготой; 2—автомобильный
насос; 3—шланг к резервуару охладителя или
приемному колодцу циркуляционного насоса.
других типов, например более
простой дозатор-вытеснитель, а иногда и ручное регулирование
подачи раствора кислоты (фиг. 6-12,6). В последнем случае
с целью облегчения регулирования следует пользоваться сла-
бым раствором кислоты (крепостью не более 3—5%) и бак
раствора помещать на высоте не менее 3—4 м по отношению
к смесителю, чтобы понижение уровня жидкости в баке не от-
ражалось заметно на количестве подаваемого раствора. Регу-
лировочный кран следует снабдить шкалой с делениями и про-
тарировать. Вшсбольших установках в качестве временной ме-
ры можно осуществлять подачу кислоты по упрощенной схеме,
показанной на фиг. 6-13. При этом следует соблюдать осто-
рожность, чтобы не повысить давление внутри бака сверх
допустимого для него по условию механической прочности.
Для подкисления применяется преимущественно серная
кислота, являющаяся более доступной и дешевой, чем соляная
кислота. Но при высоком содержании в исходной воде суль-
фатов (например, морская вода) применение серной кислоты
ограничивается условием, чтобы концентрация сульфатов не
превзошла приблизительно 2 000 лгг/л, во избежание выпаде-
ния гипса. При бетонных и железобетонных конструкциях гра-
дирен или бассейнов рекомендуется ограничивать «одержание
406 Эксплоатации охладителей !.гл. 6
гипса в циркуляционной воде величиной не более 400 ма/л
вследствие его разрушающего действия на бетон.
Умягчение воды методом известкования является
более дорогим способом сравнительно с другими методами
обработки воды. Известкование приводит к удалению из воды
не только карбонатных солей, но и свободной углекислоты.
Поэтому остаточная карбонатная жесткость воды должна быть
возможно меньшей. Практически она доводится приблизи-
тельно до 2,5°. Известкование осуществляется ускоренным ме-
тодом без подогрева воды 1.
Na-к абонирование может оправдывать себя при
высоком содержании в воде сульфатов. Ойо снижает как кар-
бонатную, так и некарбонатную жесткость воды. При большой
концентрации в воде хорошо растворимых солей некарбонат-
ной жесткости удаление их, не диктующееся условиями работы
циркуляционной системы, увеличивает расход поваренной соли
на регенерацию катионитовых фильтров и делает применение
этого способа неэкономичным.
Кроме того, полностью умягченная катионированная вода
оказывает неблагоприятное влияние на срок службы деревян-
ных и других элементов конструкции охладителей, с которыми
юна приходит в соприкосновение.
При Н-катионировании, как и в случае подкисления, пони-
жение карбонатной жесткости воды сопровождается увеличе-
нием содержания свободной углекислоты.
Метод стабилизации, раствора1 2 основывается на
свойстве некоторых поверхностно-активных веществ при очень
малых их концентрациях в воде удерживать соли карбонатной
.жесткости в пересыщенном растворе. Предельная карбонатная
жесткость апр, при которой начинается выпадение солей, по-
пытается при этом до 15—30° в зависимости от состава исход-
ной воды и применяемого стабилизирующего присадка. Наи-
более широко известен в качестве такого присадка гексамета-
.фосфат натрия, дозировка которого должна составлять 2—
4 мг}л. Установка для подачи гекс а мета фосфата в циркуляци-
онную воду очень проста (фиг. 6-14). Некоторые электростан-
ции самостоятельно изготовляют гексаметафосфат натрия для
стабилизации охлаждающей воды3.
При стабилизации требуется производить продувку систе-
мы. В случаях высокой карбонатной жесткости исходной во-
1 А. С. Гурвич „Промышленная энергетика", 1947, № 7, стр. 12.
! 3 Об этом методе см. также Л. Д. Б е р м а и, „Электрические стан-
ции", 1944, № 5—6, стр. 6 и „Энергетический бюллетень’,1 1946, 1,
стр. 1; П. Н. Андреев, „Энергетический бюллетень*, 1947, № 1
и ДР „
3 Н. Н. Яковлев, „Энергетический бюллетень*, 1946? № стр. 28;
Г. А. Г.ловштейк, „Энергетические бюллетень", 1947, № 11, стр. 12.
•’§ 6-81 Водный режим в циркуляционной системе 407
ды стабилизация применяется иногда в сочетании с предвари-
тельным подкислением или известкованием воды.
Недавно появились сообщения 1 об успешном применении
для предотвращения накипеобразовапия в оборотных системах
менее дефицитных и более дешевых, чем гексаметафосфат, ор-
тофосфатов и суперфосфата, а также продувочной воды котлов
«ри фосфатировании воды в последних.
5)
zzzzzzzzzzzzzz
ю
Фиг. 6-14, Схемы установок для по-
дачи раствора гексаметафосфата нат-
рия.
а — с дозирующей шайбой; б — с сиропным
дозатором; 7 — вода для приготовления рас-
твора; 2~бак слабого раствора; .3—-корзинка
из медной сетки для растворения реагента;
4-~ поплавковый указатель урони»; S — за-
шитпая сетка для шайбы; 6- дозирующая
штайра (рассчитывается на равномерную подачу раствора в течегие суток); 7- ииркуля-
щиоиный трубопровод; 8~- бак крепкого раствора; 9— снфонпый дозатор; 10— приемник
11 — раствор, подаваемый в трубопровод иля колодец.
41
Ре к а р б о н и з а ни я воды может осуществляться путем
.добавления в нее углекислоты или пропусканием через воду
дымовых газов, причем содержащаяся в газах углекислота
частично поглощается водой2. В последнем случае в воде
растворяется и сернистый газ, если он содержится в дымовых
газах, что действует так же, как я подкисление воды. Схема
установки для обработки воды дымовыми газами показана на
•фиг. 6-15. ОРГРЭС, по указаниям которого осуществлена
х И, Н. О ж и г а н о в, „Сталь11, 1948, № 8, стр. 366; А. И, К а б а-
нова и Н. А. Мещерский, „За .экономию топлива11, 1948, № 6,
стр. 19.
2 См. В. И. Бункип, Экономия тепла и борьба с потерями в паро-
турбинных установках, Госэнергоиздат, 1947 г.
408
Эксплоатация охладителей
Г гл.
Фиг. 6-15. Схема установки для обработки
воды дымовыми газами.
1 — дымосос: 2 — зо ’оу гоЕительт 5 — подвод воды:
4 — вегти^ятор (напор 2—2,R м еод. ст.): 5 канал
циркуляционной воды; 6 — барботер из труб с отвер-
стиями.
рекарбонизация охлаждающей воды на ряде Электростанций»
разработана также более простая схема с водоструйным эжек-
тором, заменяющим вентилятор и барботер. Этот способ обра-
ботки воды не требует получения каких-либо реагентов со сто-
роны. При его применении требуется очистка используемых
для обработки воды газов от летучей золы, а также тщатель-
ный контроль за дозировкой СО2.
Сказанное выше относится преимущественно к оборотным
системам с градири.ями и брызгальными бассейнами. В слу-
чаях применения ох-
лаждающих прудов ус-
ловия несколько' отли-
чаются от описанных.
Потеря свободной уг-
лекислоты в прудах
менее значительна, так
как вода не подвер-
гается здесь разбрыз-
гиванию, и, кроме то-
го, в них вода большей
частью содержит (орга-
нические примеси, ста-
билизирующие раствор
бикарбонатов.
В ох ла жд а ющих
прудах продувка в ука-
занной выше форме нее
осуществляется и ос-
новным фактором, влия-
ющим на степень ми-
нерализации воды, является смена ее в периоды па-
водков. Паводковые воды, содержащие '‘менынее количество
солей, располагаются обычно в поверхностных слоях, тогда
как в придонных слоях наблюдается накопление солей. Поэто-
му целесообразно при наличии в плотине донных выпусков.,
сбрасывать перед паводком максимальный объем воды с вы-
сокой концентрацией солей из придонных слоев. Необходи-
мость обработки воды для предотвращения накипеобразования
может, однако, возникать и при охлаждающих прудах..
В частности, для установки с прудами была впервые примене-
на в промышленном масштабе рекарбонизация воды дымовы-
ми газами.
Выбор способа борьбы с накипеобразованием, наиболее от-
вечающего местным условиям, зависит от состава свежей во-
ды, температурного режима работы установки, стоимости до-
бавочной воды, возможности получения тех или иных реаген-
тов и пр. Вследствие большого разнообразия состава исход-
ных вод и недостаточной пока изученности многих факторов,.
§ 6-9] Расчеты и контроль водного режима 409
определяющих растворимость карбонатов в воде, наиболее
надежное решение может быть получено на основе лаборатор-
ных опытов. Однако, проведение, опытов не всегда оказывается
возможным, и тогда для предварительной ориентировки при-
ходится прибегать к помощи химических расчетов.
6-9. РАСЧЕТЫ И КОНТРОЛЬ ВОДНОГО РЕЖИМА
Вследствие того, что иа равновесие раствора бикарбонатов
оказывают влияние и другие примеси, содержащиеся в воде,
получение количественного показателя, достаточно полно ха-
рактеризующего свойства воды (способность ее растворять или
отлагать карбонат кальция), является сложной задачей. Пока-
затели, используемые в настоящее время, страдают той или
мной неполнотой, делающей существующие методы химических
расчетов еще мало совершенными.
Приближенные зависимости для расчетов водных режимов
в системах оборотного водоснабжения могут быть получены,
исходя из соотношения между карбонатной жесткостью воды
и равновесным количеством углекислоты, установленного
Тилльмансом (фиг. 6-11), причем влияние примесей, ускоряю-
щих или затормаживающих выпадение карбонатов из раствора,
в этом случае приходится учитывать с помощью эмпирическо-
го поправочного коэффициента *. Более строгими являются ме-
тоды расчета, основывающиеся иа исследованиях И. Е. Орло-
ва 2, показавшего, что свойства воды значительно полнее ха-
рактеризуются соотношением между действительной концен-
трацией водородных ионов в ней и концентрацией водородных
ионов, необходимой для наступления равновесия раствора. Мы
остановимся, однако, и на расчетах по первому способу, по-
скольку расчеты второй группы пока еще слабо разработаны
применительно к интересующим нас условиям.
Рассмотрим сначала расчет продувки системы.
Карбонатная жесткость апр циркуляционной воды, уста-
навливающаяся в системе при непрерывной продувке, опреде-
ляется из соотношения
Опр — ю1
«о ~ А+дз ’
где обозначения те же, что и выше.
Обозначим концентрацию свободной углекислоты через с
(мг^л). Тогда, пользуясь тем, что кривые, нанесенные на
фиг. 6-11, с достаточной точностью могут быть описаны урав-
нением
(6-9)
1 Л. Д. Б ермаи, „Электрические станции", 1946, № 3, стр, 23.
3 См. статьи И. Е. Орлова в сборнике .Агрессивность естествен-
ных вод", ОНТИ, 1932,
410
Эксплоатация охладителей
[ гл. 6
можем представить потребную концентрацию свободной
углекислоты в циркуляционной воде, как
&нр
~~К' ’
’ а
Л1
(6-10)
где К— коэффициент, зависящий от наивысшей температуры
воды в системе (фиг. 6-16);
а —поправочный коэффициент, учитывающий влияние
примесей, ускоряющих или затормаживающих выпа-
дение карбонатных солей.
При распиливании циркуляционной воды в охладителе она
теряет часть содержащейся в ней свободной углекислоты.
Обозначим количество теряемой уг-
Фиг. 6-16, Коэффициент К
(к расчету водные режимов).
лекислоты, выраженное в процентах
от начального ее содержания, че-
рез а,„. Как показывает опыт водо-
проводных аэраторных установок,
остаточное содержание СО2 в воде
после ее распиливания и аэрации
.колеблется в. сравнительно узких
пределах, примерно от 2 до 4 мг[л,
и составляет в среднем 3 ма/ж Для
чистого раствора бикарбонатов и
обычного диапазона температур во-
ды в циркуляционных системах это-
му отвечают значения агп от 60 до
90%, причем большие значения от-
носятся к более высоким температурам воды.
Количество теряемой углекислоты (в мг/л) составляет:
amcfn ат°‘апр
' L00-К
и для компенсации этой потери должно быть соблюден^ ра-
венство
= (у. -ф- р. Д- р^) г0 — - ”р, (6-11)
где р0—а+Рз + Рз — количество добавочной свежей во-
“ды, %;
с0— содержание СО2 в добавочной воде,
мг/л.
Из уравнений (6-8) и (6-11), исключая р3, получаем:
я’ — «о-аЬ-----— А>1 = 0. ' (6-12)
вр ч пр а а Г1 4
§ 6-9] Расисты и контроль водного режима 4Ц
Отсюда может быть определена величина предельно до-
пустимой карбонатной жесткости а циркуляционной воды.
Для упрощения решения кубичного уравнения можно вос-
пользоваться приведенным на ‘фиг. 6-17 вспомогательным
графиком1 . Расчет производится при этом следующим об-
разом.
Сначала подсчитывается величина
Л=100 К .
(6-13)
По полученному значению А на графике фиг. 6-17 (верх-
а
.няя кривая) находится величина В — — ?. Определив отсюда
и подставив это значение а в формулу (6-7), можно под-
считать требуемый размер продувки р-6.
Чистому раствору бикарбонатов отвечает значение а* по-
лученное при а —1; при наличии в воде примесей, заторма-
живающих выпадение карбонатных солей, а при
наличии примесей, ускоряющих выпадение карбонатных со-
лей, Влияние присутствия органических примесей
можно также грубо ориентировочно оценивать (при окисляе-
мости по О2 до 25 мг/л), принимая
а — a* fl~i~—Y
апр ~~ апр I 1 > 25 J ’
где О2 — окисляемость по О2, мг<л.
Пример 6-1. Заданы следующие условия: 1,6%; j93—_: 0,5%; ди =
zz6°; Oj~ 12,5 .«г/л; Оэ ~ 10 яг[л\ t=35° С. Требуется определить размер
продувки.
На фиг. 6-16 находим J<zz49,5. Принимаем aw = 60% и а.-1. Тогда
: По формуле (6-13)
„ 12,5-1.6
А = ЮО.49,5. -да—31в-= 7,63.
Находим на фиг. 6-17 В = 1,085, откуда с учетом поправки на окис-
ли емость
апр = 1,085-6 =
..и по формуле (6-7)
6-1,6
0,5 = 2,6%.
1 Подробнее см. в цитированной выше статье в журнале .Электри-
ческие станции*, 1946, № 3.
412
Эхсплоатаци я охл а дятел ей
4 гл, 6
Для случая подкисления добавочной или циркуля-
ционной воды может быть составлено уравнение, аналогич-
ное (6-12), учитывающее также, что при подкислении реак-
ция сопровождается освобождением углекислоты, частично
Фиг. 6-17. К расчет)’ водных режимов.
компенсирующим потерю СО2 циркуляционной водой в охла-
дителе. Пользуясь и в этом случае для упрощения рас-
чета вспомогательным графиком, можно подсчитать допу-
стимую карбонатную жесткость а воды в системе по фор-
муле
aw=.r-.v, (6-14)
где
л = 4,57 1//- (/>• -гРз) ,
а величина у находится на графике фиг. 6-17 (нижняя кри-
вая), где она нанесена в зависимости от
z = - J^:5- (ro + 15>7йо) (Pi + Р2 Jr Рз)-
Здесь ц0 и с0 обозначают соответственно карбонатную
жесткость (в градусах жесткости) и концентрацию свободной
§ 6-9]
Расчеты и контроль водного режима
413
углекислоты (в мг}л) для свежей добавочной воды до ее
обработки. Остальные обозначения те же, что и в преды-
дущих. формулах.
Определив а , можно подсчитать требуемую карбонат-
ную жесткость а* добавочной воды после подкисления
«,=‘W Дч-Х+К- <6-]5)
Рекомендуется выбирать такой режим, чтобы величина
ах была не ниже 4—5°, При этом остаточный буфер карбо-
натной жесткости предохраняет систему от попадания в нее
свободной кислоты. Если при отсутствии продувки, т. е.
при п3 = 0, этого нельзя достигнуть, следует найти такое
значение /?3, при котором это условие было бы выполнено,
и осуществлять соответствующую продувку. Применение
продувки может быть желательным и для ограничения не-
карбонатной жесткости циркуляционной воды.
Расход кислоты определяется по формуле
кг1час> (6-16)
где g— расход 100% кислоты в граммах на тоиноградус
понижения карбонатной жесткости воды (для сер-
ной ’кислоты 17,5 г!т-град, для соляной кислоты
^—13,0 г[т-граду,
п— содержание кислоты в товарном продукте (крепость
кислоты), %;
Gc— количество добавочной воды, mfaac.
Кислоту можно вводить и в основной поток циркуля-
ционной воды, рассчитывая все же расход кислоты по коли-
честву и составу добавочной воды, как это описано выше
Обработка добавочной воды и обработка воды основного по-
тока равноценны, если освободившаяся при подкислении
воды углекислота не теряется на пути воды к охлаждае-
мым аппаратам. Поэтому вводить обработанную добавочную
воду в систему или обрабатывать воду основного потока
нужно уже после того, как циркуляционная вода прошла
через охладитель.
Пример 6-2, Определим а и для следующих условий; р} 1,5%
%= 1%; a0“14y; rtl-::20 лег/д; ts-39'-C. Продувка не применяется,
т. е. /м' 0. Содержание органических примесей в воде незначительно .
Для заданного t находим Принимаем а1П = 70% иг. ;].
Подсчитываем:
х 4,57 1/Z • 1 = 3,62,
V 70
4-44
2 " 70Т• 3,62’а” (20 4- 15,7 • И) (1,5 % 1) = 31,8,
414
Эксплоатация охладителей
[ гл. 6
На фиг, 6-17 находим у 1,86, откуда
= 3,62-1,86 — 6,7°,
zz 6,7 -=<.2,7°.
х j ,5 -f- 1
Если принять р3~:~1%, то апр повышается до У0 и ах до 5°.
При рекарбонизации охлаждающей воды количество
углекислоты, которое должно в нес вводиться, определяется
по формуле
[ -Т (к+й У “<?о/:в ]мг/л- (6"17)
fyPf) __
w ~К 1°°
. Дс —
Необходимое для
этого количество дымовых газов состав-
ляет: Дс*Сж'10~3 L £°з 100 * 100 , = 5,1 - ...^с'С1ж^ кг!час 0со3 ' б'Оп -
или У=6Л '.— 51. н^/час, -«"°’1 0-СОз ’ • ’
(6-18>
где ()ж— расход циркуляционной воды, т/час;
$— доля СО2, поглощаемая водой при соприкоснове-
нии ее с газами, % (составляет до 60 — 80%);
СО2 — содержание углекислоты в дымовых газах в про-
центах по объему;
22 4
1^ = —— средний молекулярный вес дымовых газов
(смеси);
Рсо = 44—'молекулярный вес углекислоты;
veM — удельный объем дымовых газов при нормальных
условиях, нм31кг.
Пример 6-3. Заданы: (?.ж “= 10 000 т}час; t~. 20° С; рг = 1,2%; рэ -~20/и*,.
р3— 1%; д0-=6°; 01 = 20 мг(л. Определить Дс и V, если СО3—10%;
f'=60%. ато-:70% и <т~ 1.
На фиг. 6-16 находим Д'=75. По заданию: = 1,2 4* 2“ 4,2%..
По формулам (6-17) и (6-18)
5с
1 Г 70 / 6-4,2 у
100 [ 75 (2 -Р 1 ) ~
20-4,2
4,7 мг/л
и
„ ’4,7-10 000
V — о,1 - ~~~~5q; T0 ~ ~ 390 н.ий/ тас.
При содержании в дымовых газах
значение Ас, а соответственно и V
также сернистого газа
должны быть меньше.
§6-9] Расчеты и контроль водного режима 415’
Влияние SO2 на требуемый расход дымовых газов можно-
учесть, если исходную карбонатную жесткость воды умень-
шить из расчета, что 11,4г сернистого газа понижает карбо-
натную жесткость воды на тонноградус.
Как отмечалось выше, описанный‘метод расчета водных,
режимов, относящийся, строго говоря; к чистым растворам
карбонатов, Для других случаев является грубо приближен-
ным, и если выбор способа обработки воды для заданных
условий не сопровождается экспериментальной проверкой,
последующее уточнение водного режима должно произво-
диться на основе опыта эксплоатации.
Более совершенные методы химических расчетов, находя-
щиеся еще в стадии разработки, основываются на рассмотре-
нии показателя стабильности воды, полученного, исходя из
современного учения об активности ионов. Такой показатель,
был впервые предложен И. Е. Орловым 1 и позднее ш сколько
видоизменен. В настоящее время его представляют в виде
разности действительного значения pH для данной воды и
значения рН(, отвечающего равновесному состоянию раствора:.
У--рН—рНс.
Величины pH и рНс представляют собой взятые с обратным
знаком значения десятичного логарифма концентрации во-
дородных ионов, в первом случае — замеренной для данной
воды, и во-втором — полученной из расчета для равновесного
насыщения.
Величину /называют индексом стабильности или
индексом насыщения.
Если pH<pHff, т. е, индекс насыщения имеет отрица-
тельное значение, вода является агрессивной, а при pH >-рНс,
т. е. при положительном значении индекса насыщения, она
обладает способностью к накипеобразованию. При рН = рНг
вода является стабильной, и достижение этого равенства
является задачей обработки воды.
Значение рНс зависит от температуры, общего соле-
содержания воды, содержания иона j .СО3 и общего содер-
жания в воде иона кальция. Зависимость эту можно пред-
ставить при pH <10,5 в следующем виде:
рНс = 8,07 + Ф(0 — Ф(Са) — Ф(Щ) 4- Ф(Р), (6-19)
где Ф(4, Ф(Са), Ф(Щ) и Ф(Р)— соответственно функции тем-
пературы, содержания катиона Са*‘, общей щелочности (кото-
1 См. цитированный выше сборник „Агрессивность естественных вод".
416
Эксплоатация охладителей
[гл. 6
рой для природных вод может быть заменена концентрация
иона НСО' j и общего соле содержания (плотного остатка).
Численные значения этих функций, на более подробном рас-
смотрении которых мы останавливаться не будем, могут быть
определены с помощью номограммы, приведенной на фиг. 6-18.
Номограмма составлена И. Э. Апельциным (ВОДГЭО).
Фиг. 6-18. Номограмма для определения pH равновесного насыщения
воды карбонатом кальция.
Уравнение (6-19) строже и полнее выражает условие
равновесия раствора, чем (6-9), но и оно приложимо не
ко всем водам, так как не учитывает влияния ряда факторов,
например, влияния органических и других поверхностно-
активных примесей на способность воды отлагать карбонат
кальция или растворенного в воде кислорода на коррозионные
свойства воды. Это ограничивает область, в которой можно
сейчас пользоваться для оценки свойств воды индексом
насыщения.
Значение индекса насыщения дает само ио себе лишь
качественную характеристику свойств воды данного состава,
причем одному и тому же положительному его значению
может отвечать р зависимости от абсолютного значения pH
как мало заметное .выпадение накипи, так и интенсивное
§ 6-9 j Расчеты и контроль водного режима 447
. 6-19. К определению требуемого
изменения щелочности воды.
накипеобразование. Определив значение индекса насыщения,
можно судить о необходимости изменения величины pH в том
или ином направлении, но этого еще недостаточно для опре-
деления требуемого водного режима, так как при обработке
воды меняется и pH и рНс.
Для определения ре- \
жима обработки воды (тре- р
буемого изменения вели-
чины жесткости или ще-
лочности и дозировки ре-
агента) необходимо найти рн*
зависимость pH и рНг от
щелочности воды. Реше-
ние этой задачи для неко-
торых случаев предложе-
но И, Э. Апельциным К
Мы приведем здесь ре-
зультат решения для слу- Фиг
чая подкисления воды при
рНй<рН<8,35.
Существо решения поясняет фиг. 6-19. Здесь точки а и с
отвечают исходным значениям pH и рНс, а Що обозначает
начальную щелочность воды. Кривые ab и cd показывают
изменение pH и рНе в зависимости от щелочности воды.
Задачей является найти значение Щх, при котором кривые
пересекаются, т. е. pH — рНс pH*. В результате аналитиче-
ского решения И.Э. Апельцин получил, что при рНг<рН<8,35
1 , (6-20)
где Щй и ЩА— общая щелочность воды до и после обра-
ботки в градусах жесткости;
(НСОВ)0 .
q— отношение ъ~~ в воде до ооработки
(принимается по фиг. 6-20 в зависимости от
значения pH до обработки воды);
В ~ КУ —величина, десятичный логарифм которой
равен индексу насыщения.
Зная необходимое изменение щелочности воды при под-
кислении, можно подсчитать требуемую дозу ЮО°/0-ной
кислоты
М21Л,
1 И. Э. Апельцин, „Сталь", 1947, № 7, стр. 653; также В. А.
К л я ч к о, Технологический анализ воды и его применение при проекти-
ровании очистных сооружений, Стройиздат, 1948.
27 Л. Д. Еерыям.
418 Эксйлоатация охладителей (гл. 6
где для серной кислоты g —17,5 мг>л град и для соляной
кислоты g — 13,0 мг$л град. й
Пример 6-4. Определить дозу серной кислоты для стабилизации во-
ды следующего состава: плотный остаток 5“ 200 мг[л, содержание Са"~
— 75 лгг/л, щелочность и pH—8,16. Температура воды £-15°С.
С помощью номограммы фиг. 6-18 и формулы (6-19) определяем pH
равновесного насыщения:
рНс = 8,07 4- 2,22 - 1,88 - 1,0 -1- 0,13 — 7,54.
Индекс насыщения составляет:
8,16 —7,54 — 0,62,
т. е. имеет положительное значение и возможно накипеобразование.
Имеем:
5~10J — 1О0’62 — 4,2.
На фиг. 6-20 находим, что <р = 0,032.
Подставляя значения Щ$, В и » в формулу (6*20), получаем:
ш 1 о 050Ж4;2Т^0,б3254,2+1—1 „ « „о
А' ' ' 0,032’4,2 ’’ ’
Щц — Щх — 10 ~ 9,52 — 0,48°.
Отсюда необходимая доза стопроцентной H2SO4 для стабилизации
воды
G* — 17,5-0,48 . : 8,4 мг1л.
Этот метод позволяет пользоваться индексом насыщения
уже не только для качественной характеристики свойств воды,
но и для количественных расчетов. Не следует, однако, упу-
скать из виду, что в настояще,м его виде он не учитывает по-
ка влияния нагрева воды, которое должно приниматься во
внимание в случае оборотной системы водоснабжения. В этом
случае необходимы некоторые коррективы, так как условие
стабильности pH — рН<- должно обеспечиваться при темпера-
туре нагретой циркуляционной воды, а обработке подвергается
обычно добавочная или охлажденная циркуляционная вода.
В условиях эксплоатации необходимость уточнения режи-
ма продувки или обработки воды возникает не только вслед-
ствие несовершенства существующих методов химических рас-
четов, но и из-за меняющихся условий работы установки, от
которых зависят значения температуры воды и ее потерь
вследствие испарения, и уноса. Последнее требует внесения
соответствующих изменений и в водный режим в системе.
Для обеспечения правильного водного режима необходимо
регулярно проводить контроль качества охлаждающей
и добавочной воды. Контроль должен осуществляться путем
периодического отбора проб воды и производства их химиче-
ского, а в случае необходимости и микробиологического ана-
лиза -(см. § 6-10). Число и расположение необходимых то-
чек отбора проб и перечень необходимых при анализах опре-
§ 6-9]
Расчеты и контроль водного режима
419
делений должны устанавливаться в зависимости от местных
условий.
Определение лишь общей и карбонатной f жесткостей воды
не является достаточным. По этим данным нельзя судить ни
о том, происходит ли в системе выпадение солей жесткости, ни
о том, каковы действительные размеры потерь воды вследствие
испарения и уноса.
Чтобы своевремен-
но обнаружить появле-
ние накипеобразования
и установить действи-
тельные значения ука-
занных выше, потерь
воды, необходимо еще
знать содержание в во-
де какой-либо соли, не
участвующей в проис-
ходящих в системе про-
цессах, например хло-
ридов или сульфатов,
концентрации которых
могут быть без труда
определены.
Обозначим концен-
трацию нейтральной со-
ли £в добавочной воде
через Со и в циркуля-
ционной воде — Ст, а
соответствующие зна-
чения карбонатных
жесткостей—д0 и ат.
Сопоставление отно-
шений карбонатных . е , (Н8СО8)0
£ Фиг. 6-20. Зависимость —отрН.
жесткостей -- и кон-
йо С
центраций нейтральной соли позволяет установить, есть
или нет выпадения солей в системе. При отсутствии накипе-
образования эти два отношения должны совпадать по вели-
чине. При выпадении же солей жесткости первое из пах будет
тем меньше второго, чем интенсивнее накипеобразование.
Действительные значения потерь воды рх на испарение
и, ps hp3 с уносом и продувкой определяются при помощи
следующих формул:
(6-21)
Л щ/’з ~Г‘А,
"т
(6-22)

420 Эксплоатация охладителей " гл, 6
При измерении количества воды, спускаемой из системы
с целью продувки (р3), может быть раздельно определена
величина р2. Она включает в себя помимо собственно уноса
и другие потери воды (утечки через неплотности, фильтрация).
Следует считать желательными следующие определения
при анализах, воды:
а) плотный остаток;
б) общая и карбонатная жесткости воды;
в) кальций- и магний-ионы;
г) содержание нейтральной соли (СЕ, SO4 или др.);
д) концентрация водородных ионов (pH);
е) содержание свободной углекислоты;
ж) остаточное содержание вводимого в воду реагента
(например, стабилизирующего присадка или хлора, вводимого-
с целью борьбы с органическими загрязнениями);
з) окисляемость воды.
За последнее время получает распространение контроль
качества циркуляционной воды по величине pH. Общих норм
здесь указать нельзя, но для ориентировки можно привести
следующие данные. При рН<д отложения накипи незначи-
тельны или вовсе отсутствуют. При рН^>9 и щелочной воде
с высоким содержанием бикарбонатов могут подвергаться за-
метному разрушению (приобретать мягкую, губчатую струк-
туру), особенно при переменном увлажнении и высыхании, де-
ревянные элементы градирен из-за растворения лигнина в ме-
стах концентрации бикарбонатов. Это явление заметно ослаб-
ляется при поддержании рН<Д5. Наиболее благоприятным
является обычно поддержание pH в пределах от 6,5 до 7 с до-
бавлением в воду в случае необходимости антикоррозийных
присадков.
Продуманный и регулярно проводимый контроль качества
воды в циркуляционной системе является необходимой пред-
посылкой успешности предпринимаемых мер борьбы с труд-
ностями, вызываемыми минеральными и органическими за-
грязнениями.
6-10. БОРЬБА С ЦВЕТЕНИЕМ И ЗАРАСТАНИЕМ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
Органические примеси, содержащиеся в воде, включают
в себя животные и растительные микроорганизмы (бактерии,
фитопланктон). Попадая в благоприятные для их развития
условия, эти микроорганизмы начинают чрезвычайно быстро
размножаться, вызывая иногда значительные трудности в экс-
плоатации циркуляционных систем.
В системах оборотного водоснабжения содержащиеся в во-
де органические примеси обычно проявляют себя в форме
«цветения»- водоохлаждающих устройств, представляющего со-
бой массовое развитие в воде планктонных водорослей. Оно
§ б-Ю]
Борьба с цветением и зарастанием охладителей
421
происходит наиболее интенсивно в мелких, хорошо освещае-
мых водоемах, к числу которых принадлежат внешние круго-
вые желоба градирен, освещенные части розеты градирен, ре-
зервуары брызгальных бассейнов, особенно при незначитель-
ной их глубине, прибрежные и другие мелкие места охлажд
дающих прудов и т. п.
Цветение носит сезонный характер. Оно происходит обыч-
но в летнее, время и развивается чрезвычайно быстро, приво-
дя к засорению желобов, сливных трубок, сеток, охлаждаемых
поверхностей и пр. Механическая чистка не предохраняет от
дальнейшего роста водорослей и поэтому не позволяет избе-
жать связанных с их развитием трудностей. Цветения обычно
нельзя избежать и путем замены источника добавочной воды,
так как споры растительных микроорганизмов могут заносить-
ся воздухом, с которым циркуляционная вода соприкасается
в водоохлаждающем устройстве.
Для борьбы с цветением применяются химические препа-
раты, обладающие токсическими свойствами по отношению к
растительным микроорганизмам (хлор, медный купорос и др.).
Применяющиеся для этой цели химические вещества должны
быть, по возможности, безвредными для людей и животных,
не вызывать коррозии металла, легко растворяться в воде и
обладать химической устойчивостью, и малой летучестью, бу-
дучи в то же время легко доступными и недорогими.
Наиболее распространенным способом борьбы с цветением
является хлорирование охлаждающей воды *. Как показал
опыт, нет необходимости подавать хлор в воду непрерывно,
а достаточно делать это периодически. Периодичность пода-
чи хлора и его дозировка, зависящие от температуры воды,
ее состава и рода подлежащих уничтожению микроорганиз-
мов, должны устанавливаться в каждом отдельном случае
опытным путем. Иногда оказывается достаточной подача хлора
раз в неделю в течение 20—30 мин. в количестве, обеспечиваю-
щем остаточное содержание свободного хлора в воде 0,5 мг/л.
В других случаях хлорирование осуществляется 3 раза в не-
делю по одному часу или ежедневно по 15—20 мин. Некото-
рые считают более целесообразным обрабатывать воду хлором
реже, по повышать его остаточное содержание до 1 мг!л.
Так как растительные микроорганизмы обладают способ-
ностью иммунизироваться по отношению к хлору, рекомен-
дуется время от времени резко повышать дозировку хлора. При
выборе дозировки хлора следует также учитывать, что в ох-
ладителе. часть хлора может выделяться из воды в атмосферу.
Вследствие этого введение хлора малыми количествами сильно
Подробнее о хлорировании см. В. И. Бункин, Хлорирование
охлаждающей воды на тепловых электрических станциях, Госэнергоиздат,
1940 и Руководящие указания по аксплоатации конденсационных
устройств, ОРГРЭС, 1945.

422
Эксплуатация охладителей
[ гл. 6-
удлиняет период, в течение которого достигается необходимая
его концентрация и вместе с тем увеличивается потеря хлора.
С другой стороны, частое применение хлора в больших коли-
чествах может привести к коррозии металлических частей
(трубопроводов, насосов и пр.),
Фиг. 6-21, Упрощенная хлораторная установка на
хлорной извести.
1 — бочка е хлоркой йзвестью; 2 — вагонетка (или тачка); 3 — гру-
бая решетка (ячейки £03 X 300 мм) или крестовина; 4— бункер;
5 — мелкая решетка (ячейки Е0 X 'О лги); б~ вращающаяся за-
слонка; 7— бак для приготовления раствора; 3-двухлопастная
мешалка; 9 - деревянный поплавок; 10 —сифон; 11 — сливная труба.
Хлорирование воды может производиться при помощи
жидкого (газообразного) хлора или реагентов, содержащих
активный хлор (хлорная известь, гипохлориты и др.).
В практике наших электростанций пользуются обычно
хлорной известью вследствие ее большей доступности, чем
жидкий хлор или другие реагенты. При пользовании хлорной
известью она предварительно растворяется в специальных ба-
ках с мешалками, откуда раствор (хлорная вода) через доза-
тор поступает в обрабатываемую воду (в колодцы или всасы-
вающие линии насосов).
На фиг. 6-21 показана разработанная ОРГРЭС схема уп-
рощенной хлораторной установки на хлорной извести. Приго-
товление раствора хлорной извести производится в железобе-
тонном или железном баке 7, утопленном в землю. Внутри ба-
ка имеется железная двухлопастная мешалка 8, Известь за-
сыпается в бак через бункер 4, приемный люк которого на-
ходится снаружи хлоратор кого помещения. Раствор из бака
§ 6-10] Борьба с цветением и эараотавием охладителей 423
подается при помощи сифона 10, Один конец сифона распо-
ложен внутри бака и жестко укреплен в деревянном поплав-
ке 9, другой его конец опущен в сливную трубу И н снабжен
установленной на выходе раствора шайбой. Количество актив-
ного хлора, вводимого в циркуляционную воду, определяется
концентрацией раствора и размером шайбы. Для включения
сифона в работу он снабжен эжектором, выполненным из
тройника, в котором помещено сопло, соединяющееся с водо-
проводом при помощи гибкого шланга. После того как сифон
Фиг. 6-22. Упрощен-
ная хлораторная уста-
новка'па жидком
хлоре.
1 баллоне жидким хво-
ром; 2 — медная трубка;
3 — резигоЕЫЙ ir.t.rarr; 4—
реометр; 5--жесткий рези-
новый крал.
начинает действовать, закрывается вентиль перед соплом и гиб-
кий шлаг отсоединяется. Емкость бак? принимается 1,3
1,5 лг, крепость раствора в баке — по активному хлору около
50 г/л или по хлорной извести 150 г/л (при обычном содер-
жании хлора в извести около 30%).
На фиг. 6-22 показана схема упрощенной хлоратррнрй-
установки па жидком хлоре. Количество хлора, поступающего,
из баллона в водовод, ограничивается стеклянным соплом,
реометра, которое может быть изготовлено и протарировано.
местными силами в заводской лаборатории. В более крупных
установках для дозировки жидкого хлора применяются спеши
альные хлораторы.
При трудности получения жидкого хлора и хлорной извести-
возможна иногда организация на месте производства газооб-
разного хлора или гипохлорита натрия из поваренной солщ
электролитическим путем.
Обработка воды химическими реагентами, обладающими
бактерицидными свойствами, — купоросование или хлориро-,
ванне — применяется и для борьбы с цветением охлаждаю-
щих прудов *.
Обработка воды в пруду производится следующим спо-
собами:
1 См. статьи А. С. Разумо&а, Г. И. Долгова и К. А. М у д р е-
повой-Висс в сборнике ВОДГЕО „Водохранилища для водоснабже-
ния промышленных предприятий и населенных мест1*,. Стройиздат, 1941.

424 '' ' Эксплоатация охладителей • 1 гл. &
- а), 'разбрызгиванием концентрированного раствора реагеи*
та по поверхности пруда;
б) растворением кристаллического или порошкообразного
реагента непосредственно в пруду путем протягивания по пру-
ду привязанных к лодке мешков из редкой ткани, заполненных
реагентом, сбрасывания измельченных кристаллов из воронки
в воду за винтом моторной лодки или распиливания с самолета.
При обработке воды в прудах реагенты должны применять-
ся в дозах, безвредных для людей и рыб. Обработка воды
должна начинаться незадолго до сезона, когда наблюдается
интенсивное цветение пруда, и затем производиться периоди-
чески через установленные опытным путем промежутки време-
ни, составляющие обычно от нескольких дней до приблизи-
тельно педели.
Обработка воды с самолета или при помощи «разбрасыва-
теля», устанавливаемого на корме лодки, более экономична
с точки зрения использования реагента, особенно для круп-
ных водоемов’. Так, при обработке одного из водохранилищ
в Донбассе медным купоросом при опускании в ,воду мешков
с реагентом, подвешенных снаружи к борту лодки, требовал-
ся для поддержания той же дозы (0,33 •0,40 мг/л) расход
купороса приблизительно в 1,5 раза больший, чем при опыли-
вании с самолета. При обработке с самолета медный купорос
сначала измельчался на бегунковой мельнице и отсеивался че-
рез сито с отверстиями 1 мм. Опыливание производилось при
высоте полета 10 ль
‘ Применяемая доза медного купороса колеблется от 0,3 до
0,7 же/л. Для прудов с рыбным населением она не должна
превышать 0,4 -4- 0,5 мг/л. Рыбы гибнут при концентрации ку-
пороса около 0,7 мг/л. При обработке воды хлорной известью
доза принимается от 0,1 до 0,3 мг1л; рыбы гибнут при дозе
0,75—1 ms [л.
Уничтожение разросшейся высшей водной растительности
в прудах может осуществляться опрыскиванием растений вод-
ным "раствором мышьяковистого ангидрида, иногда е смеси
с углекислым натрием в равных количествах. Концентрации
этих реагентов в растворе принимаются до 12—14 г/л. После
отмирания подвергшейся такой обработке растительности она
должна быть удалена из пруда.
Необходимо веста постоянное наблюдение за состоянием
пруда и своевременно принимать меры против развития в' нем
р астительности.
1 И. М. Соколов, „Электрические станции*, 1945, № И, стр. 16..
4$
Приложения ' * 425
Приложение I
ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ВОДЫ
Темпера- тура, °C Удельный вес у, кг;'м* Коэффициент теплопровод- ности Л,ККО?2!.«чОСйС Коэффициент динамической вязкости Р'10<!, кг сек>м* Коэффициент ' кинематиче- ской вязкости *•10% л®/сев Теплота Испарения г, ккал/кг
0 999,9 0,474 183,7 - 1,800 596,8
S 1 000,0 0,484 157,3 1,540 594,0
10 999,7 0,494 133,0 1,300 591,3
15 999,1 0,505 116,5 1,140 588,6
20 998,2 0,515 102,0 1,000 585,8
25 997,1 0,523 90,6 0,891 583,1
30 995,7 0,531 81,7 0,805 580,2
35 994,1 0,538 73,6 0,727 577,5
40 992,2 0,545 66,6 0,659 574,4
45 990,2 0,551 61,1 0,606 572,0
50 988,1 0,557 56,0 0,556 569,2
55 985,7 0,562 51,8 0,515 566,3
60 983,2. 0,567 48,0 0,479 563,5
65 980,6 0,571 44,5 0,445 560,6
70 977,8 0,574 41,4 0,415 557,7
75 974,9 0,577 38, / 0,389 554,8
80 971,8 0,580 36,3 0,366 551,9
85 968,7 0,583 34,0 0,344 548,9
90 965,3 0,585 32,1 0,326 545,8
95 961,9 0,586 30,3 0,309 542,8
100 958,4 0,587 28,8 0,295 539,7
Приложение И
ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ СУХОГО ВОЗДУХА ПРИ ДАВЛЕНИИ
1 ата1
Темпе- ратура, °C Удельный вес р кг}м* Коэффи- циент теплопро- водности ), ккал/м ’час °C Коэффи- циент кинемати- ческой вязкости я-10%.«8/сек Темпе- ратура, °C Удельный вес р кг/л4а Коэффй- | имеет :теплопро- р.одкости ккал/м час °C Коэффи- циент кинемати- ческой вязкости чЛФ,м*\сек
—20 1,365 0,0194 11,93 50 1,057 0,0234 18,60
0 1,252 0,02)4 13,70 60 1,025 0,0240. 19.60
10 1,206 0,о210 14,70 70 0,995 0,0246 20,45
20 1,164 0,0216 15,70 80 0,968 0,0212 21,70
30 1,127 0.0222 16,61 90 0,942 0,0258 22,90
40 1,092 0,02)8 17,60 100 0,916 0,0234 23,78
1 Прй давлениях, близких к 1 ала, мощко считать, что X не зависит от давления»
а "V обратно пропорционально давлению.
426
Приложения
- Приложение III
ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА (з ата)
ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ОТ 0° ДО 100°С
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0 0,0 0623 0627 0632 0636 0641 0546 0551 0655 0660 1 0665
1 0670 0675' 0679 0684 0689 0694 0699 0704 0710 0715*
2 0720 0725 0730 0735 0741 0746 0751 0757 0762 0767
0773 0779 0784 0789 0795 0801 0805 0812 0818 0824
4 0829 0835 0811 0847 0853 0859 0865 0871 0877 0883
5 0890 0896 0902. 0908 0915 0921 0927 0934 0940 0947
6 0953 0960 0967 0973 0980 0987 0994 1031 1008 1014
7 1021 10>8 1036' 1043 1050 1057 1064 1072 1079 1086
8 1094 1101 1109 1116 1124 1132 1139 1147 1155 1163
9 1170 1178 1186 1194 1202 1211 1219 1227 1235 1244
10 0,0 1252 1230 1269 ’1277 1286 1294 1303 1312 1321 1329
11 1338 1347 1356 1365 1374 1383 1393 1402 1411 1421.
12 1430 1439 1449 14о8 1468 1478 1487 1497 1507 1517
13 1527 1537 1547 1557 1567 1578 1588 1598 1609 1619
14 1630 1640 1651 1662 1672 1о83 1694 1705 1716 1727
15 1739 1750 17бГ 1772 1784 1795 1807 18В 1810 1842
16 1854 1865 1877 1889 1902 1914 1926 1:138 1950 1963
17 1975 1988 2001 2013 .023 2339 2052 2065 2078 2091
18 2104 2117 2131 2144 2158 2171 2185 2198 2212 2226
19 2240’ 2254 2268 2282 2297 2311 2325 2340 2355 2369
29 0,02384 2399 2413 2428 2444 2459 2474 2489 2504 2520
21 2535 2551 2567 2583 2598 2614 2331 2647 2663 2679
22 2696 2712 2729 2745 2762 2779 2796 2813 2830 2847
23 2854 2882 2899 2917 2934 2952 2970 2988 3006 3024
24 3042 3061 3079 ЗЛ8 3116 3135 3154 31/3 ; 3192 3211
25 3230 3249 3268 3288 3307 3327 3347 3367 3387 3407
26 3427 3448 3468 3489 3509 3530 3551 5372 3593 3614
27 3635 3657 3678 3700 3722 3743 3765 3787 3809 3832
28 3854 3877 3899 3922 3945 3968 3991 4014 4037 4061
29 4084 4108 4132 4156 4180 4204 4228 4153 4277 4302
30 0,0 4327 4351 4376 44j1 4427 4452 4477 4503 4529 455ЕГ
31 4581 4607 4633 4660 4686 4713 4740 4767 4794 4821
32 4848 4876 4903 4931 495:1 4987 5015 5J44 5072. 5101
33 5129 5158 5187 5216 5246 5275 5305 5334 5364 5394
34 5424 5454 5485 5515 5546 5577 5608 5639 5671 5702 _
35 5734 5766 5798 5830 5862 5894 5927 5960 5992 6025_
36 6058 6092 6125 6159 6192 6226 6261 6295 6329 6364
37 6399 6434 6469 6504 6540 6575 6611 6647 6683 6719
38 6756 6792 6829 6836 <,903 6940 6977 7015 7053 7091
39 7130 7168 7207 7245 7284 7323 7363 7402 7442 7481
Приложения
427
Продолжение приложении III
Г 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 . 0,9
40 0,07521 7561 7601 7642 [ 7683 7723 7764 7805 7847 7889
41 7931 7974 8016 8058 8100 8143 8187 8230 8274 8317
42 8361 8404 8448 8493 8538 8583 8527 8672 8717 8763
43 8810 8856 8902 8948 8995 9042 9090 9137 9185' 9232
44 9289 9328 9377 9425 9474 9523 9572 962 2 9672 9722
45 9772 9823 9873 9923 9974 *0025 *0077 *0128 *0180 *0232
46 0,1 0285” 0338 0391 0444 0497 0550 0604 0659 0713 0767
47 0822 0877 0932 0988 1043 1099 1155 1211 1267 1324
48 1381 1438 1496 1554 1613 1671 1730 1788 1847 1907
49 1966 2026 2086 2146 2207 2268 2329 2391 2452 2314
50 0,1 258 264 270 276 283 289 295 362 308 315
51 321 323 334 341 348 354 361 368 374 381
52 388 395 402 408 415 422 429 436 443 450
53 457 464 472 479 486 493 500 508 515 522
54 530 537 544 552 559 567 574 582 590 597
55 605 612 620 628 636 644 651 659 667 675
56 683 691 699 707 715 724 732 740 748 757
57 765 773 782 790 799 807 816 824 833 841
58 850 859 857 876 885 894 903 912 921 930
59 939 948 957 966 975 984 994 *003 *012 *021
60 0,2 031 040 050 059 069 078 088 098 107 117
61 127 136 146 155 166 176 186 196 206 216
62 226 237 247 257 267 278' 288 299 309 319
63 330 341 351 362 373 383 394 405 416 427
64 438 449 460 471 482 493 504 516 527 538
65 550 561 572 584 595 607 619 631 642 654
66 666 678 690 702 714 726 738 750 762 774
67 786 799 811 824 836 849 861 874 886 899
68 9.12 924 937 950 963 976 989 *002 *015 *028
69 0,3 042 055 068 082 095 109 122 136 149 163
70 177 191 204 218 232 216 260 274 288 302
71 316 330 344 359 373 388 403 417 431 446
72 461 476 491 506 521 536 551 566 582 597
73 612 627 643 659 675 690 706 721 737 753
74 769 785 800 816 832 849 865 881 898 914
75 930 947 ' 964 981 997 *014 *031 *047 *064 *081
76 0,4 068 115 132 149 167 184 201 219 236 253
77 270 288 306 323 341 360 378 396 414 432
781 , ' 450 468 486 505 523 542 561 579 598 617
.79 i 636 655 674 693 712 731 750 769 788 898

Приложение VI
УДЕЛЬНЫЙ ВЕС ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА у кг^ ПРИ БАРОМЕТРИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ 745 мм рт. ст.
yfaswtefd sec eaxfyw, у
При отклонениях баро-
метрического давления
от указанного значения
на ±10 мм рт. ст. у из-
меняется па ±1,4%.
430
Приложения
БИБЛИОГРАФИЯ1
Книги и брошюры
Бермаи Л. Д., Градир и и, Гос элергоизд ат, 1941.
Берман Л. Д. и Корбуш К. И., Рациональное устройство и
эксплоатация охладителей циркуляционной воды, Госэнергоиздат, 1946.
Вернадский Н- М., Теория турбулентного потока и се примене-
ние к постр еиию течений в открытых водоемах, Энергоиздат, 1933.
Б ер н а д с кий Н. М. и Проскуря к ов Б. В., Опыт теории и
практики расчета прудов-холодильников, ГНТИ, 1931,
Благов И. Т., Градирни, '-Энергоиздат, 1933.
Бутаков И. Н., Охлаждение циркуляционных вод, Энергоиздат,
1932*
ВТЦ Руководящие указания по эксплоатация брызгальных бассейнов\
Госэнергоиздат, 1944.
Г оголил А. А., Обратное охлаждение воды в холодильных уста-
новках, Пищепромиздат, 1У40.
КТ ИС Главстройпроекта, Малые грачирни, вып. I—Примеры расчетов
Д конструкций, Строийздат, 1946 (литограф, издание).
КТИС Главстройпроекта, Малые градирни, вып. II—Конструкции кар-
каса и оросителя, Стройиздат, 1947 (литограф, издание).
Лифанов И. A.j Организация чаши водохранилища, Госэнерго-
издат, 1946.
ОРГРЭС, Руководящие указания по экеллоатационяым испытаниям
башенных охладителей (градирен) с естественной тягой, изд. 2-е, Гос-
эпергоиздзт, 1941.
Остряков П. А., Водоохлаждающие устройства мощных радио-
станций, Связьтехиздат, 1937.
Романов А. М,, Водоснабжение энергоустановок, ОНТИ, 1936.
Техотдел НКЭС. Типовая инструкция по эксплоатации градирен башен-
ного типа, Госэнергоиздат, 1941.
Статьи
Алексеев Б. Н., Методы расчета охлаждающих прудов электро-
станций, вМатериалы по гидрологии, гидрографии и водным силам СССР11,
вып. XVI, Энергоиздат, 1933, стр. 7,
Арефьев А. Н., Постройка башенного охладителя системы Вальке,
„Известия ВТИ“, 1925, Ха 9, стр. 26.
Арефьев А. Н„ Методы расчета башенных охладителей при пере-
менных режимах. „Известия ВТИ“, 1931, № 2, стр. 5.
4 Приводятся лишь работы, непосредственно касающиеся кодоохлаждающйх устройств.
432
Библиография
Арефьев А. Н., Достижение наиболее низкой температуры в ба-
шенных охладителях с естественной тягой, „Известия ВТИ", 1932, № 1,
стр. 23.
Арефьев А. Н., Распеты башенных охладителей для районов с
высокими темпера тура ми наружного воздуха. „Известия ВТИ", 1933, № 7,
стр. 32.
Арефьев А. Н., Методика расчета башенных охладителей. Кон-
спективный сборник работ ВТИ, СИТИ, 1936, стр. 168.
Арефьев А. Н., Повышение охладительного эффекта брызгальных
бассейнов помощью установки новых сопел типа П-16, .Теплосиловое
хозяйство*, 1939, № 2, стр. 48.
Арефьев А. Н„ Переоборудование брызгальяого бассейна НЭВС
Макеевского завода, „Теплосиловое хозяйство", 1940, Ад 9, стр. 35.
Ар лов Л. А., Брызгальный бассейн Керченского завода, „Водоснаб-
жение и сантехника", 1937, № 11, стр. 21.
Б. Б., Совещание при Техсовете НКЭП о проектировании градирен
и брызгальных бассейнов, „Теплосиловое хозяйство0, 1940, № 1, стр. 44.
Барано веский М. А., Совместная работа конденсатора и градирни
при постоянном и переменном режимах. Сообщения о научно-исследова-
тельских работах КПП, т. IV, 1945, стр. 121.
Башенный охладитель с этернитовой обшивкой (реферат), „Энерге-
тическое обозрение*1, выпуск теплотехнический, 1936, № 12, стр. 42,
Берман Л. Д., Краткий обзор литературы по теории и тепловому
расчету башенных охладителей, „Средне-Азиатский энергетический сбор-
ник", т, 1, 1932, стр. 186.
Берман Л. Д., Опытные данные по испарению и теплоотдаче в
пленочных градирнях, „Теплосиловое хозяйство", 1938, As 7, стр. 26; сбор-
ник ВТИ „Исследование процессов регулирования, теплопередачи и об-
ратного охлаждения"; ГОНТИ, 1938, стр" 130 „Журнал технической физи-
ки", т. 9,1939, № 3, стр. 148.
Берман Л. Д,, Методы теплового расчета башенных охладителей
пленочного типа, сборник В1И „Исследование процессов регулирования,
теплопередачи и обратного охлаждения", ГОНТИ, 1988, стр. "107.
Берман Л. Д., Упрошенный метод теплового расчета градирен.
„Теплосиловое хозяйство", 1938, Ай 11, стр. 34; „Известия ВТИ", 194],.
As 2, стр. 12.
Берман Л. Д., Расчет капельных градирен с искусственной венти-
ляцией, „Холодильная промышленность", 1938, № 6, стр. 28.
Берман Л, Д., Пути улучшения работы брызгальных бассейнов и
градирен, „Рабочий энергетик", 1940, № 1, стр. 8; „Теплосиловое хозяй-
ство", 1939, № 4 — 5, стр. 85.
Берман Л. Д., Расчет открытых-капельных градирен, „Водоснаб-
жение и сантехника", 1940, Ай 2 — 3, стр. 43.
Берман Л. Д., Исследование аэродинамики градирен на моделях,.
„Известия ВТИ", 1940, № 3, стр. 23. \
Берман Л. Д., Теплоотдача и сопротивление решетника градирен,
„Известия ВТИ", 1940, Ай 8, стр, 18.
Берман Л. Д., Испарительное охлаждение жидкости при малых
расходах и высоких начальных влажностях воздуха, „Известия ВТИ",
1940, As 10—11, стр. 17.
Берман Л. Д., Конструкции пленочных градирен, „Теплосиловое
хозяйство", 1941, Ай 3, стр. 21; „Новая техника", 1939, № 19, стр. 14.
Берман Л, Д., Градирни большой производительности, .Электри-
ческие станции", 1947, № 9, стр. 22.
Библиография '
4”33
Б е р и а н JL Д. и Аз.бел ь Л. С., Пленочная градирня с искусствен-
ной вентиляцией, „Холодильная промышленность", 1939, Кг 4, стр. 13.
Б е р м а и. Л. Д. и Перцев А. В., Исследование работы розеток
для распределения воды в градирнях, „Теплосиловое хозяйство 1940,
3, стр. 16,
Бибиков Д. Н„ Лабораторные исследования конструктивных форм
-оросителя пленочных градирен, ,Тепло и сила", 1937, № 6, стр. 28.
Бибиков Д. Н., О тепловом расчете пленочных градирен с попе-
речным током воздуха, „Известия НИИ!'", т. 23, 1938, стр. 273.
Бибиков Д. И. иРыиша В, А., Исследование сопел брызгаль-
иых бассейнов, „Теплосиловое хозяйство", 1940, Кг 3, стр. 22.
Благов И. Т., Пленочная градирня, „Тепло и сила", 1934, Кг 9,
-стр. 19,
Б о р е с, Эксплоат'ационный контроль работы башенных охладителей
{реферат), „Энергетическое обозрение", выпуск теплотехнический, 1937,
Кг 12, стр. 4и.
Бутаков И. Н., Новый тип башенных охладителей, „Тепло и сила",
1930,.Кг Н, стр. 10.
Бутаков И. Н., Охлаждение циркуляционных вод, „Вестник метал-
лопромышленности*, 1930, Кг 11 — 12, стр. 61.
Бутаков И. Н., О расчете градирни, „Тепло и сила", 1934, Кг 12,
стр. 29, ’
Бутаков И, Н„ Определение площади оросителя башенных охла-
дителей, „Вестник инженера и техника", 1936, Кг 12, стр. 695.
Бутенко Б. Т, и Добровольский Ф. Ф., Простой способ
борьбы с обледенением градирен, „Электрические станции", 1948, Аг 9,
стр. 45,
В о л к о в В. Н., Наблюдения над обледенением брызгального бас-
сейна в условиях ДВК, „Информационней бюллетень СЗО ГЭП", 1939,
Ай 5, стр. 11.
Вольф Ф., Формула для расчета башенных охладителей (реферат),
„Энергетическое обозрение", выпуск теплотехнический, 1933, № 2,
стр, 42.
В о стр же л В. В., Конструкции и производительность брызгалок,
„Водоснабжение и сантехника", 1939, № 8, стр. 46,
В1И, Градирни, Научно-технический отчет ВТИ, Госэнергоиздат,
4940, стр. '145.
Ген и с А. иКофмав Б., Пленочная градирня для передвижных
установок, „Новости техники", 1939, Ай 31—32, стр. 27,
Герцнков Г, А„ О градирнях на коксохимических заводах, „Кокс
и химия", 1937, К 9, стр. 72.
Герциков Г. А., Испытание атмосферной градирни, „Кокс и хи-
мия", 1940, № 9, стр. 44.
Главэнерго НКХ РСФСР, Инструкция по эксплоатации градирен и
брызгальных бассейнов и по проверке их теплового и продувочного ре-
жима. „Правила технической эксплоатации электрических станций, обо-
рудованных двигателями внутреннего сгорания", НКХ РСФСР, 1943,
стр. 180.
Гл а дун И. С„ Некоторые из основных вопросов проектирования
..и эксплоатации брызгальных'бассейнов, „Теплосиловое хозяйство", 1939,
Ай 6, стр. 4z; „Водоснабжение и сантехника", 1939, № 9, стр, 30.
Гоголин А. А., Охлаждающие пруды, „Холодильное дело", 1936,
Ай 7, стр. 9.
Гоголин А,.А., Обратное охлаждение воды в малых холодильных
установках, „Холодильное дело", 1936, № 9, стр. 8.
Градирни с искусственной вентиляцией в США (реферат), „Теплоси-
ловое хозяйство", 1940, № 1, стр. 46 и А» 9, стр. 47.
Градирни из дырчатых керамических блоков, „Новости техники",
1946, Аг 7, стр. 46.
28 Л. Д. Еерм ан.
434
Библиография
Девис Г. А., Наладка работы градирни Краснозаводской ТЭЦ
„Тепло и сила'1, 1937, № 6, стр. 44.
Денисов П. А., Опыт проектирования восстановления охладителей,
„Электрические станции11, 1944, Лэ 4, стр. 16.
Джанибеков Г. Г., Экономически наивыгодпейшая плотность.,
орошения башенных охладителей для мощных электросиловых станций?
СССР, „Известия ВТИ", 1934, № 5, стр. 40.
Джанибеков Г. Г. и ФарфоровскийБ. С., Градирни откры-
того типа, „Водоснабжение и сантехника11, 1939, № 8, стр. 96,
И. Г., Борьба с обледенением в градирнях, „Машинист11, 1934, №
стр. 39.
Ковальчук М,, Деревянная башня-оболочка, „Проект и стандарт11^
1933, № 6, стр. 26.
Комар А. и ДембинскиЙ К., Новый тип градирни коксохими-
ческого завода, „Строительная промышленность11, 1948, Лв 11, стр. 12.
Кор буш К. И., Конструкция и расчет башенных охладителей,
„Тепло и сила", 1932, № 1, стр. 28.
К о р б у in К. И., Башенные охладители, Справочник проектировщика
Металлостройпроекта, т. IV, Госстройиздат, 1933, стр, 226.
Кошляков Л. С., Гидравлические испытания насадков для башен-
ных охладителей, „Информационный бюллетень СЗО ТЭПП, 1939, Лэ 5„.
стр, 20.
Кошляков Л. С., Результаты испытаний градирни пластинчатого
типа системы В. А. Радцига, „Информационный бюллетень СЗО ТЭГГ\
1939, № 5, стр. 31.
Лапт К., Выводы из шестидесятичасового испытания башенного
охладителя (реферат), Энергетическое обозрение'1, вып. теплотехнический,.
1933, № 2, стр. 37.
Ланг К., Предохранение деревянных частей градирен от гниения-
с помощью растворимых солей (реферат), „Теплосиловое хозяйство",
1939, Лэ 3, стр. 59,
Лещев В. Я., Новые типы башенных охладителей, „Бюллетень ВТИ”,
1933, № 5, стр. 18.
Лещев В. Я., Устранение обледенения градирни площадью оросите-
ля 2 000 .и2. Приложение к эксплоатационному циркуляру Техотдела НКЭС,
№ 24/74, Госэнергоиздат, 1940, стр. 2.
Лурье М. Е. и Львович Р, М., Малогабаритная градирня для
дизельных установок, „Дизелестроепие*, 1940, № 10, стр, 16,
Львов Е. Д., Градирни для установок с двигателями внутреннего
сгорания. „Вестник инженера”, 1918, № И—12.
Мазуров В, Ф., Гидродинамические и гидротермические исследо>
вания наТЭС им, Классона в 1932 г., Материалы по гидрологии, гидро-
графии и водным силам СССР, вып, XXIX, Эноргоиздат, 1935.
Мазуров В. Ф., Новый метод предохранения градирен от обледе-
нения, „Электрические станции", 1948, № 9, стр. 46,
Мазуров В, Ф., Замена оросителя капельной градирни брызгаль-
ным устройством, „Электрические станции11, 1949, ЛЬ 1, стр. 49.
Максимов Г. И., Возможные пределы охлаждения воды в гра-
дирнях с естественной вентиляцией, „Тепло и сила”, 1930, № 10/стр, 54.
Мозпаим А, И., Проектирование и конструкция градирен, „Герман-
ская техника11, 1933, № 7, стр. 140.
Моне с И. М., Обследование эксплоатации брызгальных бассейнов,
„Тепло и сила”, 1937, Лэ 2, стр. 32.
Н. С„ Оборотное водоснабжение кислородной станции, „Сталь", 1943,
№ 5 — 6.
Н. Х„ Совещание по промышленным охладителям, циркуляционной,
воды, „Теплосиловое хозяйство”, 1939, Лэ 7„ стр. 54.
Библиография
435
Оббариус В. И,, Борьба с обледенением градирен, „Электриче-
ские станции', 1948, Лг2 2, стр. 20.
Отте В,, Новый способ оценки работы башенных охладителей (ре-
ферат), „Энергетическое обозрение*, выпуск теплотехнический, 1935, А» 4,
стр. 31.
Перцев А., Упрощение конструкции пленочного башенного охла-
дителя, „Тепло и сила*, 1937, № 11, стр. 52.
Перцев А., Разбрызгивающие розетки для градирен, „Новости тех-'
пики*, 1940, Яэ 5, стр. 14.
Петров А. Л., О тепловых расчетах охлаждающих прудов конден-
сационных установок мощных электроцентралей, Материалы по гидро-
логии, гидрографии и водным силам СССР, вып. XVJ, ГЭИ, 1933, стр. 41.
Покровский В. Н., Сооружения для охлаждения воды, Курс
„Водоснабжение промышленных предприятий и населенных мест", под
ред. Н. Н, Гениева, ч. II, Госстройиздат, 1938, стр, 639.
Покровский В. Н., О расчетных температурах воды, поступаю-
щей на охлаждение конденсаторов'и других устройств электростанций,
„Электрические станции*, 1944, № 4, стр. 13.
Правила приемочных испытали i башенных охладителей, (перевод),
„Известия В1И“, 1932, As 7 — 8, стр, 746.
Проскуряков Б. В., Теория терминеского режима пленочной
градирни, „Известия НИИГ“, т. 16, 1935, стр. 112.
Пыл о в А. М., Работа прудов ИвГРЭС, „Теплосиловое хозяйство",
1939, № 4 — 5, стр. 30. .
Радциг В. А., Устройство спрей-дэков, „Водоснабжение и сан-
техника*, 1936, № 9, стр. 70.
Радциг В. А., Бассейны с брызгалками, „Бюллетень Гипромеза*,
1930, № 1—2, стр. 54,
Радциг В. А., Охладитель новой системы и перспективы его при-
менения, „Водоснабжение и сантехника*1, 1939, №4-5, стр. 58.
Радциг В. А. и Лурье М. Е., Градирня новой системы для не-
больших холодильных установок, „Холодильная промышленность*, 1938,
№ 6, стр, 25.
Р а к о в и ц а н А. П„ Брызгальный бассейн упрощенной конструкции»
„Строительная промышленность*, 1945, <№ 7 — 8, стр. 21.
РомаповА. М., К вопросу о величине дополнительного испарения
в прудах-холодильниках, „Электрические станции*, 1930, № 4, стр. 216.
.Сериков Н, Ф„ Проектирование водоснабжения металлургических
заводов во время войны, „Сталь*, 1943, Яе 5 — 6, стр. 54,
С о бен ник о в В., Водоохладителытые сооружения, „Американская
техника и промышленность*, т. 8, 1931, № 8, стр. 655.
Терентьев Н. Н., Практические зависимости для термического
расчета брызгальных бассейнов, „Тепло и сила*, 1937, As 8, стр. 31.
Терентьев Н. Н., Уточненная номограмма для теплового расчета
брызгальных бассейнов, „Информационный бюллетень СЗО ТЭП,* 1939,
№ 5. стр. 5.
Терентьев Н. Н., Новое сопло П-16, „Информационный бюллетень
СЗО ТЭП*, 1939, № 5, стр. 17.
Терентьев Н. Н., Практический метод термического расчета брыз-
гальных бассейнов, „Водоснабжение и сантехника11, 1940, № 1, стр. 24.
Т и т о в с к и й Ф,, К расчету американских градирен, „Нефтяное
хозяйство*, 1931, № 10— 11, стр. 239.
Фар фо ров с кий Б. С„ Выбор величины напора в брызгальных
бассейнах, „Тепло и сила*, 1937, № 8, стр. 33.
Фарфоровский Б. С., Типовой проект башенного охладителя
площадью 1070 л/3, „Информационный бюллетень СЗО ТЭП*, 1939, Аг 5»
стр. 40.
28*
436 Библиография
. Фарфоровскмй Б. С., Градирня открытого типа, „Водоснабже-
ние и сантехника", 1940, № 10—11, стр. 26.
Ф а р ф о р о в с re и й Б. С., Основные дефекты в работе систем обо-
ротного водоснабжения тепловых электростанций, вЭлектрические стан-
ции*, 1943, Ks о — 6, стр. 10.
Ф а р ф о р о в с к и й Б. С., Водоохлаждающие установки для пере-
движных электростанций, „Электрические станции*, 1944, № 3, стр, 11.
Ф а р ф о р о в с к и й Б. С., Повышение производительности градирни
путем реконструкции, „Электрические станции*, 1947, № 9, стр. 50.
Фрисби Ь., Последние усовершенствования в конструкции железо-
бетонных градирен (реферат), „Энергетическое обозрение*, вып. теп-
лотехнический 1936, N? 2, стр. 45.
Фупштейн П. Н., Испытания пленочной градирни, У. О. ,ВТИ,
1934
Ц и п qp о в и ч М. В., Опыт сооружения брызгалыюго бассейна
вместо градирни, „Кокс и химия*, 1939, №- 10'—И, стр.'73.
Шувалов Г. И., Испытание башенного охладителя производитель-
ностью 7 500 л&1час, „Известия ВТИ“, 1932, № 9, стр. 858.
Юдин Я-, Повторное охлаждение ‘воды па Криворожской районной
ялег^тростапции, „Машинист*, 4934, № 8, стр. 18.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Августа психрометр 163
Активная зона пруда 64
Антисептирование дерева 293, 384
Аспирационный психрометр 61, 375
Атмосферные охладители 163
Б
Бащенные градирни 300. 392
— — брызгальные 225, 355
----капельные 226, 262, 337, 347
---- комбинированные (капельно-
пленочные) 261
— — пленочные 249, 262, 337
— охладители 163
Башня гиперболическая 236, 273
— оболочка 265
— сетчатая 266
—• шухове кая 266
Брызгальные охладители 163
Брызгальный ба ссейн 70, 164, 181,
298, 361, 385, 398
В
Вентиляторные градирни 164, 274,
300
----брызгальные 275
— — ’капельные 276, 349, 337
----комбинированные 285
— — пленочные 279
— охладители 163
Вентиляторов мощность 338
Вентиляторы 289, 384
— нагнетательные 274, 277
— отсасывающие 275
— центробежные 275
Ветровые перегородки 240, 382
Винтовые сопла 117, 185, 364
Вихревая область 157
Влажный воздух 16
----влагосодержание 18
----относительная влажность 18
— — теплоемкость . 20
----теплосодержание 19
— — удельный вес 19
— термометр 60
Водный режим 399, 409
Водоприемник 178
Водораспределительная сеть 190
Водораспределительное устройство
212, 218, 241, 258, 290, 357, 380
Водосборный резервуар (бассейн) 197,
221, 243, 290, 387
Водоуловители 285
Воздух наружный, расчетные пара-
метры 303
Воздухонаправляющие щиты 232,
240, 258, 383, 390
Воздухораспределитель 154, 226, 277,
284
Воздушный коридор 185, 189, 212,
Волновое течение пленки 143
Вторичные жалюзи 220
Вынужденное движение (конвекция)
22
Высота зоны охлаждения 167, 307
Вытяжные башни 22, 225, 265
Г
Геометрическая характерногика соп:
ла 121, 186
Гидравлическая нагрузка охладителя
165, 302
-----щитов 327
— характеристика сопла 189, 364
Гидравлическое (воздушное) сопро-
тивление 146, 159, 336
Гидроизоляция (резервуаров, бассей-
нов) 198, 244
Гиперболические градирни 236
Градирни поперечно-противоточные
164, 226
— поперечноточные 164, 226, 278,
285
—- противоточные 164, 226, 249, 276
— со смешанной вентиляцией 288,
301
Д
Действующая высота градирни 340,
349
438 Алфавитный указатель
Диаграмма is для влажного воздуха
Л. К. Рамзина 20
— it и xt для влажного воздуха 21
Диаграммы (графики) расчетные для
башенных капельных градирен 347
— — —. — вентиляторных градирен
351
-----------открытых градирен 353
Дисперсность распыла воды 123
Диффузия 13, 25, 40
Лонный водоспуск 177, 408
IF,
Естественная конвекция 22.. 63. 71
— тяга 287, 339
Ж
Жалюзи (жалюзийное ограждение)
182, 207, 218, 278, 384
Желоба водораспределительные 212,
216, 241, 259, 357, 380
Жесткость воды 400
3
[
Закон расширения струи П2
Закрытый охладитель 73
Зарастание пруда 177, 389
Затворы щитовые 243, 380
Защитная зона. 197, 204
Зона насыщенного воздуха 76
— охлаждения 69, 166, 353 .
И
Излучение 12, 65
Измерения расхода воды 372
— — воздуха 376
— скорости ветра 375
— температур 373
Индекс насыщения (стабильности)
415
Искусственная вентиляция 384, . 397’
Испарение в открытом водоеме 54
— водяной пленки 47
— водяных капель 46
— жидкости 12
Испарения механизм 1.3
Испарительное охлаждение 11. 12
Испытание охладителей 376
И
Капель образование 128
— отрыв с пленки 144
— поверхность в решетнике 136
—-------факеле 124, 127
скорость падения 131
— усреднение диаметров 124
Капельные охладители 163
Карбонатная (временная) жесткость
400, 419
Каркас 207, 210, 220, 233, 265, 384
Катионированяе воды 406
Козырьки отбойные 383
Коллектор водяной 190, 397
Колодцы (водоприемные, сливные)
201, 245
Кольца Рашига 52, 140, 152, 284
Комбинированные охладители 163
Компенсаторы 190
Конвекция 13, 22
Контроль качества воды 418
— работы охладителей 371
Короба для стока воды 240, 383
Коэффициент диффузии 26, 32
— живого сечения сопла 119
— использования пруда 64, 171, 308
— массоотд ан и 34, 42, 45, 105, 312,
317
-- объемный 36, 55, 139, 319
—- переходный для температуры ла
поверхности 66, 311
— психрометрический 60
— разбрызгивания 130, 135, 229
— растекания 134, 146
- расхода 120, 126, 186, 359
— скорости 337
— совершенства (эффективности)
охладителя 167
— сопротивления 147, 155, 336
— теплоотдачи 31, 40, 42, 45
— теплопроводности 25, 32
—шероховатости 112. 116
Кривые охлаждения 168, 246, 263,
291, 345, 357, 361
— стояния наружных температур 303
Критериальная зависимость 39
Критерии подобия 23, 37, 116, 142,
147
Критическая скорость 22 ;
Купоросоваиие воды 423
Л
Ламинарное течение 22, 143
И
Материны для охладителей 265, 292
Метеорологические условия 375
Механические примеси (взвеси) 399
Механическое распыливапие воды
117
Модели (моделирование) охладите’
лей 110, 116, 154, 176, 254
И
Навесные щиты 241. 393, 39g-
Накипь 386, 399
Насыщенный возду.х 17
Алфавитный указатель
439
Р
Обмерзание (обледенение) охладите-
лей 390
Оборотная система водоснабжения 10
Обшивка 225, 265, 268, 285, 384
Объем оросителя 325
Одежда бассейнов 169, 197
Окна1 (пвоемы) для воздуха 225, 232,
241, 258, 273, 287
Опорные конструкции (основания)
192, 238, 250, 265, 271, 387
Оросительное устройство (ороситель)
145, 209, 226, 249, 279
С Ортогональная плановая сетка ПО
Открытые градирни брызгальные
! 205, .299, 385
капельные 209, 299, 380, 396
— охладители 163, 296
Открытый водоем 63, 110
; Отрыв потока <(струи) 24, 157
Охлаждающие пруды 164, 169, 297,
5 .389
И
1
Парциальное давление пара 14, 17
Переходная форма течения 24, 48
План течений 112
Пленка водяная, скорость течения
140, 318
—- — толщина 140, 249
Пленочные охладители (градирни)
; 140, 163, 249, 279
Шотины 171
Плотность орошения 53, 135, 165,
J 208, 224, 226, Ж 247, 291, 317,
' i 328, 365
Площадь активной золы 64, 69, 308
- Поверхность охлаждения 84, 99, .145,
322, 323, 326, 333
Пограничный слой 23
Поддон 206, 221, 243, 388
Подкисление воды 40'2, 404, 412
^Подобия теория 37, 44, 116, 147
^Подрешетины 210, 238
^Поперечный (перекрестный) ток 93,
! 106
«Потери воды 336, 365
. Предел охлаждения жидкости (bo-
s' ды) 15, 21, 58, 375
I Приемка охладителя 369
I Продувка 402, 409
| Промывное сопло 194
|Противоток’77, 95, 100
I Пруды-водохранилища 169, 181
^Прямоточная система водоснабже-
1 ния 10
^Психрометр 15, 59
^Психрометрическая разность 60, 168
формула 60
Разбрызгиватели 217, 290
Размещение охладителей 171, 203,
224, 249, 263, 292
Распад струи 124
Распределительные трубопроводы
185, 190, 365, 386
Распиливание воды в решетнике 127
----— соплами 117
Рекарбонизация воды 402, 407
Ремонт охладителей 370
Рециркуляция воздуха 275
Решетник 127, 210, 227, 381
Решетчатые жалюзи 220, 384
Розета 243, 387
Розетки разбрызгивающие 214, 260,'
381
С
Свободное движение' 22, 41
Секционирование охладителя 201,
221, 243, 245
Сетки (решетки) очистные 178, 202,
245, 399
Скорость ветра расчетная 306
— воздуха в башне 340
------- — оросителе 226, 276, 284,
287, 316
Сливные трубки 214, 359
Смешанная вентиляция (тяга) 163,
288, 301
Смешанные охладители 164
Солнечная радиация 12, 65, 178,
312
Сопла разбрызгивающие 117, 185,
206, 217, 225, 386
Соплодержатели 185, 188, 386
Сопротивление {оросителя, градирни)
пара 152, 276, 287, 336
Средняя разность парциальных дав-
лений пара 98, 332
----теплосодержаний воздуха 101,
104, 106, 323
Стабилизация раствора бикарбонатов
402, 406
Струенаправляющие сооружения 117,
174
Струераспределительные сооружения
117, 173
Тангенциальные сопла 117, 126, 185,
364
Тарельчатый разбрызгиватель 218
Температура влажного термометра
60, 303
— воды в естественном состоянии
70, 312
440
Алфавитный указатель
75,
Теоретический расход воздуха
316, 335
Тепловая нагрузка охладителя
302
Теплоотдача водяной пленки 47,
— водяных капель 46
— соприкосновением 12, 14
Теплота испарения 12, 34
Технико-экономические показатели
203, 22-4, 246, 263, 291
Точка росы 19, 21, 59
Транзитный поток (струя) 112, 173
Туманообразование 180, 203
Турбулентная теплопроводность
32
— диффузия 24, 32
Турбулентное течение 22
165,
52
224,
У
Угол расдылР 121
Ударные сопла 117
Удельная' площадь активной зоны
69, 165
— поверхность воды 133
— тепловая нагрузка 166
Унос воды 126, 203, 368
Уравнение диффузии 27
— равновесия сил в потоке 111, 115
— теплопроводности 26
Условия однозначности 38
<§э
Фильтрация воды 222, 367
Формулы расчетные для градирен
349, 355
X
Химическая обработка воды 402
Хлорирование воды 421
Холостой
385
водосброс (выпуск) 196,
Ц
Цветение f"', , Щ, _
Центробежные сопла 117,
Циркуляционная вода 10
242, 382, 389, 399, 420
187'
ш
Ширина
зоны охлаждения
166
Щ
сопла 117, 185,
187,
Щелевые
396
Щиты пленочного оросителя
279, 382
— решетника 210, 279
ь20&&-
364.
249, . :
-’«a
"Сом

85OU-i------------------------------г?ODO
/< стр, 229„
Фиг. 4-56. План оросителя большой капе львом градирни 1 лг~).
К стр. 24Г
Л. Д. & е р м а ч
Фиг. 4-65. План водораспределительного устройства.

ЙЧШЙ
&«iUP!|ji i'ti mji'j )fL
*SSiWR«H*
«UlMUi
"4CR
< »Х '.
,HPj4^,1,,,,1,,iin

«£ 4-;,
'J. VJ '."
. ТХ75...1 «шмЬ4

\5^|l|iiiillllllll
w?.v
*' Ji <
w.3
, ii'iWi'iii

' .'p1 lll"4llllll.
^7.wwwwwJJJj№

Ч^|Ь:^Ц|

«И'
•л
"чнн^чС

Ж*
j,""" Au ..................i.jOw....I । I::....|inillllp|i i" ' n^iinii .!...л. . .'i'i1111щЛйЙ9^1 ' .А'1'"*" ...|l" •' ..! IjuulJ."".........::
. ,i,i,i,i,i,i,i,ii"""1 ,,,!...i'i'i'iмамаш. ..... .........y/!....... iii'"'!!" i.'.'.'..... । ""in'iW^ 1 j, ' „ "i I, ...fff!,. . unirtftM..,,,,,,,,,,, ....... t । tt
Ми=!!!!!!..............................."АЙ!" ..... ....|........ uVAVAV.......?,,nн::: ,,,",7.,,!v^^W.,VA,7:,,.. . 1-^i. --JW ... А""! s™Y...................A-A'./W’T
w₽ .. ". WWW?i............... .....r........... и .......... ................. :::::: i *i*i*i*i,i * ч." . ..............i..!!!' v <a%, .'"f,...•* ...........................
. . '"ii1 .... , ", 'A" ;...Чу,,, , j ii,%iiii'|,y^,,,,Afcft,. , ... , , ...v.ym ..........................;y"V\'"'vaawww....... 'J................. ....'ОСлшач!..
1 IIIIlP1^...................I ..I... Hill г | ........ ......... ............. VAiiII|A|||i ,,,, 'nil.1 1,1 " 11 ,,4111 Mil' III. 111 i'i'i lYi ,.!
< 1 ...........ViV.ViViViViViViViViViViViu^^ " 'ШШ^ШЛуЛТ!"i'i'i'1'i'i 1111iiiii’......................................... AV'if '"".I П|||||||,МЛ,А?*’11 " !....!!!P!!....V 'ITi. ...................•••••1ЦШ .... ............* .1
....... mmmmmmWVh .....тлимммитии "".................................W !.... . T^hiNII!^ ........... » P«ltol..................................,7,,,, "!!........w............. ,
: ....mvaw.....7.7!!"" „........................,.,.'.'"i. Ч’.. 7 .......™- .... 4 M^v....,.,.,.",,i^1" = ‘ nS3n..............'''' "л..... 'leJUW.'.'.T-""".".""". ..... '.'.'.'.'.'J
.;....,,,,,,,,,,,,,,,,,,та™™™,'.v.i/ v.. ': i ... .... "V........to:. ::™.w...:. .., ..t. w..... :: : .'.'./v:..........................;i x/ '7;’.,.,,,,M. 111 uwmmmmmmma
........................................... '............7.7.?™'""™. !";;;'.. ',лт- .... " " ..... ......
'!! '."k'.............. ..'..""tffv'iiiiii. ... .'........ '^!IL'::V:>V..................'"^vih... .........
!"v.":flf;„7;".. „-i.1"
.' .......v' ... 'p......." ..л .............. :...::",.,.wv, -mi ,„„7, „ j"
"""W.7.7.7..;;..................................................................................... ; ' 7' .....
........::!|||||p^:...................... wfrJ« aM4A,,,!J¥'sss^..........|,,A,^Y^. 'AiA,ifiS,f"' ll'.'MSvwi"6, ...i'111"'"ii'H^ б111'.цАй1^' ч. '
v. .. ... wa44v........................................................... -nir^i.. .„ч-. , Я;„н^;й,|!"1"" .j
। ...A" >h " 1 н vv ......................|ф, 141 \ нм ртг' . ....iihHiyniin'b
/км» Aiij,. :'Ч. rt ", AwJ!ltf":..."'"J..................................................................................
.......; liiiiiiiiiiiiiiiiiii1
, "wOama"
.......... Ш.Ш.Ч.... V11'
..................iiiiiI* д,,,
..............................
••••wwm in'll
::::::!!.'---TOW"
,"Ti®::... .......
.in}lVf1 iH| ' ..............!!!!!!'
и ^.v., м^ц „nbijy,,,,
!. А Г 1 - .......' i i i к 1! i i.'':''
, ....... 1Л.. „
AYA""

!Wi"
'iiii>>
1T1T1T1T
1,.|.Ж^"/
WUUUOOOOOUWA'A1
««WMawaw"
wdtf hi ^ «.j,
WAWA,WAMA'AW^...r "if '
iiiiiii :5'J. ,,,!.........
' %,” ।in......iiiiiii!i'i'i'p .
jjjj, \. Af,!'w;;f,....шШЩ'ьс'чш:
47,7,7s

'. "V ,
...1;?.?™ . ><