DE69415482T2

DE69415482T2 - Spray nozzle for a cooling tower

Info

Publication number: DE69415482T2
Application number: DE69415482T
Authority: DE
Inventors: Jerzy I-20124 Milan Mosiewicz
Original assignee: SPIG INT
Current assignee: Spig International Per Impianti Generali S Soc
Priority date: 1993-11-23
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-05-11
Also published as: ES2129538T3; EP0654649B1; IT1265344B1; ITMI932472A1; ITMI932472A0; EP0654649A3; EP0654649A2; DE69415482D1

Description

FIELD OF INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse für einen Kühlturm, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1. Solch eine Sprühdüse gestattet eine gleichmäßige Verteilung des aus dem Düsenauslaß auf dem inneren Abschnitt des Turmes austretenden Wassers und insbesondere auf der oberen Oberfläche des Wärmeaustauschelementes, das normalerweise in einem Kühlturm enthalten ist, um die Kontaktoberfläche zwischen Wasser und Luft und den Kühlwirkungsgrad zu erhöhen.The invention relates to a spray nozzle for a cooling tower, comprising the features of the preamble of claim 1. Such a spray nozzle allows a uniform distribution of the water exiting the nozzle outlet on the inner section of the tower and in particular on the upper surface of the heat exchange element normally included in a cooling tower in order to increase the contact surface between water and air and the cooling efficiency.

STATE OF THE ART

Ein Kühlturm ist eine besondere Kühlanlage, die in zahlreichen Gebieten der Technik und Industrie (Thermoelektrik, Petrochemie, etc.) verwendet wird, um die im Kühlwasser vorhandene Wärme zu dissipieren.A cooling tower is a special cooling system that is used in numerous areas of technology and industry (thermoelectrics, petrochemicals, etc.) to dissipate the heat present in the cooling water.

In den Kühltürmen wird das zu kühlende Wasser auf die Turmoberfläche gesprüht und während seines Herabfallens trifft es auf einen Luftstrom, an dem es durch Teilverdampfung eine Wärmemenge überträgt.In the cooling towers, the water to be cooled is sprayed onto the tower surface and as it falls it encounters an air stream where it transfers an amount of heat through partial evaporation.

Der Luftstrom kann durch ein oder mehrere Sauggebläse erzeugt werden, die auf der Oberseite des Turmes angeordnet sind und/oder durch eines oder mehrere Druckgebläse, die auf der Unterseite des Kühlturmes angeordnet sind, oder dieser Lufstrom könnte durch den natürlichen Zug aufgrund von Luftdichteunterschieden erzeugt werden.The airflow can be generated by one or more suction fans located on the top of the tower and/or by one or more pressure fans located on the bottom of the cooling tower, or this airflow could be generated by the natural draft due to air density differences.

Das Verdampfen gestattet es, das Wasser auf eine Temperatur unter der Lufteinlaßtemperatur zu kühlen. Um die Luft/Wasser- Kontaktoberfläche und den Wirkungsgrad des Kühlturmes zu erhöhen, ist die Umhüllung des Turmes zumindest teilweise mit einer oder mehreren Lagen eines "bienenwabenartigen" Materials (oder einem anderen äquivalenten Material) gefüllt, das eine obere Kammer vorsieht, in der eine Mehrzahl von Sprühdüsen eingesetzt sind, und eine untere Kammer, in der ein Ablauf zum Sammeln des gekühlten Wassers angeordnet ist.Evaporation allows the water to be cooled to a temperature below the air inlet temperature. To reduce the air/water In order to increase the contact surface and efficiency of the cooling tower, the casing of the tower is at least partially filled with one or more layers of a "honeycomb" material (or other equivalent material) which provides an upper chamber in which a plurality of spray nozzles are inserted and a lower chamber in which a drain for collecting the cooled water is arranged.

Kühltürme, die mit Sprühdüsen versehen sind, mit geeigneten Einrichtungen, um gleichmäßiger Wasser zu verteilen, das auf der gesamten inneren Oberfläche des Turmes zu kühlen ist, sind in der Technik bekannt.Cooling towers equipped with spray nozzles with suitable means to distribute more evenly water to be cooled over the entire internal surface of the tower are known in the art.

In einer möglichen Ausführungsform (siehe z.B. wie in der US- A-5,143,657 beschrieben) umfaßt die Verteilungseinrichtung zumindest ein scheibenförmiges bewegbares Element, das eine Mehrzahl von Rippen auf beiden Seiten zeigt, und das durch das zu kühlende Wasser, das aus der Düse austritt und gegen die auf einer Seite vorhandenen Rippen drückt, gedreht wird; in diesem Fall verteilt die Zentrifugalkraft das Wasser auf eine größere Oberfläche. Die bekannten Verteilungselemente sind ziemlich teuer und kompliziert aufgebaut, da z.B. das bewegbare Element mit Hilfe eines feststehenden Elementes gehalten wird, das einen Teil des zu kühlenden Wassers durch ein in der Mitte des bewegbaren Elementes plaziertes Loch aufnimmt. In diesem Fall wird ein Teil des Wassers, das gegen das feststehende Element drückt, weiter dispergiert und das Gleichgewicht weicht in Richtung der auf der anderen Seite des bewegbaren Elementes vorhandenen Rippen ab; diese Rippen verteilen das herankommende Wasser mit Hilfe der Zentrifugalkraft.In a possible embodiment (see e.g. as described in US-A-5,143,657) the distribution device comprises at least one disc-shaped movable element which has a plurality of ribs on both sides and which is rotated by the water to be cooled which comes out of the nozzle and presses against the ribs present on one side; in this case the centrifugal force distributes the water over a larger surface. The known distribution elements are rather expensive and complicated in construction, since e.g. the movable element is held by means of a fixed element which receives part of the water to be cooled through a hole placed in the middle of the movable element. In this case part of the water which presses against the fixed element is further dispersed and the balance deviates towards the ribs present on the other side of the movable element; these ribs distribute the incoming water with the help of centrifugal force.

Das feststehende Element wird in seinem Gehäuse durch eine Zugstange gehalten, die durch das in dem bewegbaren Element vorhandene Loch hindurchtritt und an einem Gestell befestigt ist, das in der inneren Seite der Sprühdüse vorhanden ist. Das Gestell und die relative Befestigungseinrichtung für die Düse müssen kräftig genug sein, um die Wirkung des zu kühlenden Wassers aufzunehmen, das aus der Düse herauskommt, und sie verringern den freien Anteil der Düse und des Lochs, der auf dem bewegbaren Element vorhanden ist.The fixed element is held in its housing by a tie rod which passes through the hole in the movable element and is fixed to a frame present in the inner side of the spray nozzle. The frame and the relative fixing device for the nozzle must be strong enough to absorb the action of the water to be cooled coming out of the nozzle and they reduce the free portion of the nozzle and the hole present on the movable element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der bekannten Verteileinrichtung (leichter umzusetzen als die vorher beschriebene Ausführungsform) tritt das aus der Düse herauskommende, zu kühlende Wasser durch das auf dem bewegbaren Element vorhandene Loch hindurch und drückt gegen eine geringfügig gekrümmte Platte (die das feststehende Element darstellt), die dieses in Richtung der Rippen auf der entsprechenden Seite des bewegbaren Elementes ablenkt, wobei die Rippen das bewegbare Element drehen, das wiederum das zu kühlende Wasser durch die Zentrifugalkraft verteilt.According to another embodiment of the known distribution device (easier to implement than the previously described embodiment), the water to be cooled coming out of the nozzle passes through the hole present on the movable element and presses against a slightly curved plate (which constitutes the fixed element) which deflects it towards the ribs on the corresponding side of the movable element, the ribs rotating the movable element which in turn distributes the water to be cooled by centrifugal force.

Schließlich zeigt die US-A-2 785 013 einen im wesentlichen konisch geformten Rotor für einen Sprühkopf, wobei der Scheitel in Richtung des Auslaßabschnittes der Düse gerichtet ist und auf seiner Oberfläche mit einer oder zwei Rippen versehen ist, die durch das vom Auslaßabschnitt herausgehende Wasser dahingehend gedrückt werden, daß sie den Rotor um einen von der Außenwand der Düse befestigten Zapfen drehen.Finally, US-A-2 785 013 shows a substantially conical shaped rotor for a spray head, the apex being directed towards the outlet section of the nozzle and being provided on its surface with one or two ribs which are pressed by the water issuing from the outlet section to rotate the rotor about a pin fixed to the outer wall of the nozzle.

Durch die Verwendung der bekannten Verteilelemente, die eine im wesentlichen radiale Verteilung durchführen, kann das zu kühlende Wasser nicht ordnungsgemäß den Teil des Wärmeaustauschelementes benetzen, der unmittelbar unter jeder Düse liegt; in diesem Falle wird etwa ein Drittel der durch jede Sprühdüse betroffene Oberfläche durch das zu kühlende Wasser in einer nicht angemessenen Weise benetzt.By using the known distribution elements, which carry out a substantially radial distribution, the water to be cooled cannot properly wet the part of the heat exchange element located immediately below each nozzle; in this case, about one third of the surface affected by each spray nozzle is covered by the water to be cooled. Water wetted in an inappropriate manner.

Darüber hinaus kann das bewegbare Element der bekannten Verteilelemente durch Fremdkörper und/oder Aufschichtungen von Mineralsalz, das normalerweise im Wasser für industrielle Zwecke, das als Kühlwasser in der Anlage umfassend den Kühlturm verwendet wird, vorhanden ist, angehalten werden, wobei die Fremdkörper und/oder Aufschichtung nur auf das Abschalten des Kühlturmes und das Demontieren der Verteilelemente entfernbar sind.Furthermore, the movable element of the known distribution elements can be stopped by foreign bodies and/or deposits of mineral salt normally present in the water for industrial purposes used as cooling water in the plant comprising the cooling tower, the foreign bodies and/or deposits being removable only by switching off the cooling tower and dismantling the distribution elements.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Sprühdüse, die für einen Kühlturm geeignet ist, und umfassend einen Rotor, die es gestattet, die oben genannten, in den bekannten Verteileinrichtungen gezeigten Nachteile zu überwinden.An object of the present invention is a spray nozzle suitable for a cooling tower and comprising a rotor which allows to overcome the above-mentioned disadvantages shown in the known distribution devices.

SUMMARY OF THE INVENTION

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Sprühdüse für einen Kühlturm, umfassend einen Rotor, der im wesentlichen konisch geformt ist mit dem Scheitel in Richtung des Auslaßabschnittes der Sprühdüse gerichtet, und der auf seiner Oberfläche Rippen vorsieht, die durch das von dem Auslaßabschnitt austretende Wasser gedrückt werden, wobei die Wirkung des Wassers auf die Rippen den Rotor um einen Zapfen dreht, der an der Außenwand der Düse befestigt ist.The subject of the present invention is a spray nozzle for a cooling tower, comprising a rotor which is substantially conical in shape with the apex directed towards the outlet section of the spray nozzle and which provides on its surface ribs which are pressed by the water emerging from the outlet section, the action of the water on the ribs rotating the rotor about a pin which is fixed to the outer wall of the nozzle.

Solch ein Rotor ist zum Beispiel aus der US-A-2 785 013 bekannt.Such a rotor is known, for example, from US-A-2 785 013.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sprühdüse dadurch gekennzeichnet, daß:According to the present invention, the spray nozzle is characterized in that:

- zumindest drei Rippen auf der Oberfläche des Rotors vorhanden sind und- there are at least three ribs on the surface of the rotor and

- im Hauptkörper des Rotors, beginnend von der Außenkante, zumindest eine Reihe von Aushöhlungen unterschiedlicher Tiefe sind, die in gleichem Abstand voneinander und mit einem Profil ähnlich zu jenem der Rippen versehen sind,- in the main body of the rotor, starting from the outer edge, there are at least one series of cavities of different depths, equidistant from each other and with a profile similar to that of the ribs,

- jede der Aushöhlungen in einem Teil des Hauptkörpers des Rotors ausgeführt ist, der sich zwischen zwei benachbarten Rippen befindet.- each of the cavities is made in a part of the main body of the rotor located between two adjacent ribs.

LIST OF DRAWINGS

Die Erfindung wird mit Bezugnahme auf eine nicht beschränkende Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, besser verstanden werden, wobei:The invention will be better understood with reference to a non-limiting embodiment shown in the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;Fig. 1 shows a plan view of a rotor according to the present invention;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Ebene A-A in Fig. 1 des obigen Rotors zeigt;Fig. 2 shows a cross-section along the plane A-A in Fig. 1 of the above rotor;

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Rotors zeigt, der auf ein Gestell montiert ist, das von der Düse, welche dieses von der Oberseite trägt, hervorsteht;Fig. 3 shows a side view of the rotor shown in Fig. 2, mounted on a frame projecting from the nozzle which supports it from above;

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Rotors zeigt, der auf einem Gestell montiert ist, das ihn von der Unterseite halten kann.Fig. 4 shows a side view of the rotor shown in Fig. 2, mounted on a frame that can support it from below.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung, wohingegen Fig. 2 einen Querschnitt entlang einer Ebene A-A des obigen Rotors zeigt. In diesen Figuren ist es möglich, die Nabe 1 zu sehen, die durch das Loch 2 hindurch sichtbar ist, welches einen Zapfen 9 (Fig. 3 und 4) aufnimmt, der die Drehachse des Rotors darstellt, und acht Rippen 3, die in gleichem Abstand zueinander als Umfangsbögen bis zur Rotorkante geformt sind. Die Rippen 3 besitzen eine konstante Höhe und Dicke und sind mit der Rotornabe 1 verbunden, die daher als ein Konus geformt ist, der in eine Mehrzahl von identischen gekrümmten Armen übergeht. Die acht Rippen 3, die den Hauptkörper 4 des Rotors in acht Teile unterteilen, besitzen in jeder Unterteilung an der Außenkante des Rotors beginnend eine Aushöhlung. Die acht Aushöhlungen können in zwei Gruppen von vier Aushöhlungen 5, 6, 7, 8 unterschiedlicher Tiefe gruppiert werden, die gleichmäßig auf dem Rotor angeordnet sind; in diesem Fall erscheinen zwei identische Aushöhlungen vollständig symmetrisch in bezug auf die Rotornabe 1.Fig. 1 shows a plan view of the rotor according to the present invention, whereas Fig. 2 shows a cross section along a plane AA of the above rotor. In these Figures it is possible to see the hub 1 visible through the hole 2 which receives a pin 9 (Figs. 3 and 4) which represents the axis of rotation of the rotor, and eight ribs 3 formed equidistantly from each other as circumferential arcs up to the rotor edge. The ribs 3 have a constant height and thickness and are connected to the rotor hub 1 which is therefore shaped as a cone merging into a plurality of identical curved arms. The eight ribs 3 which divide the main body 4 of the rotor into eight parts have a cavity in each division starting at the outer edge of the rotor. The eight cavities can be grouped into two groups of four cavities 5, 6, 7, 8 of different depths evenly spaced on the rotor; in this case two identical cavities appear completely symmetrical with respect to the rotor hub 1.

Das aus dem Rotorauslaß austretende Wasser dreht den Rotor und erzeugt einen Verteilkonus, der schematisch in vier konzentrische Teile unterteilt werden kann. Jeder Teil wird durch das Wasser erzeugt, das durch die Aushöhlungen hindurchtritt jeder Reihe, die abnehmend tief sind, und in einen fünften äußeren Teil konzentrisch mit den anderen, der durch das Wasser erzeugt wird, das vollständig den Rippen 3 folgt und entfernbar von der Düse durch die Zentrifugalkraft dispergiert wird. Insbesondere verläßt das durch die tieferen Aushöhlungen 8 strömende Wasser die Rotorwirkung und erzeugt den mittleren Teil des Verteilkonus, der den Teil benetzt, welcher unter der Düse liegt und verhindert die ernsten Nachteile der bekannten Verteileinrichtungen. Demgemäß arbeitet ein Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung ordnungsgemäß, selbst wenn keine Aushöhlung in einigen der Teile in die er durch die Rippen 3 unterteilt wird, vorgesehen ist, wohingegen es notwendig ist (oder zumindest geeignet), daß zumindest eine Rippe zwischen zwei angrenzenden Aushöhlungen vorhanden ist: es ist daher notwendig (oder zumindest geeignet), daß die Anzahl von Aushöhlungen, die im Hauptkörper 4 des Rotors ausgebildet ist, gleich oder zumindest nicht höher als die Anzahl der Rippen 3 ist.The water exiting the rotor outlet rotates the rotor and creates a distribution cone which can be schematically divided into four concentric parts. Each part is created by the water passing through the cavities of each row, which are of decreasing depth, and into a fifth outer part, concentric with the others, created by the water completely following the ribs 3 and being removably dispersed from the nozzle by centrifugal force. In particular, the water flowing through the deeper cavities 8 leaves the rotor action and creates the central part of the distribution cone which wets the part lying under the nozzle and avoids the serious drawbacks of the known distribution devices. Accordingly, a rotor according to the present invention works properly even if no cavity is provided in some of the parts into which it is divided by the ribs 3, whereas it is necessary (or at least suitable) that at least one rib is provided between two adjacent cavities: it is therefore necessary (or at least appropriate) that the number of cavities formed in the main body 4 of the rotor is equal to or at least not higher than the number of ribs 3.

Ein Rotor gemäß der Erfindung besitzt auch den Vorteil, daß er aufgrund der Wirkung des Wasserstrahls, der Abwesenheit von bewegten Teilen um den Rotor und die Tatsache, daß die Rippen 3 abschnittsweise an der Nabe 1 verbunden sind, selbstreinigend ist, wodurch sichergestellt wird, daß ein in dem zu kühlenden Wasser vorhandener Fremdkörper nicht auf dem Rotor bleibt und daß der Rotor selbst nicht durch Aufschichtungen von Mineralsalzen, die normalerweise im Kühlwasser vorhanden sind, angehalten werden kann.A rotor according to the invention also has the advantage that it is self-cleaning due to the action of the water jet, the absence of moving parts around the rotor and the fact that the ribs 3 are connected in sections to the hub 1, which ensures that a foreign body present in the water to be cooled does not remain on the rotor and that the rotor itself cannot be stopped by deposits of mineral salts normally present in the cooling water.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Rotors, in der die Rotationsnabe 9 aus dem Anschlußbereich eines Gestells 10 (oder sie ist in irgendeiner Weise an dem Gestell 10 befestigt) aufgebaut wird, das auskragend an der Außenwand der Düse 11 befestigt ist und den Rotor von der Oberseite trägt.Fig. 3 shows a side view of the rotor in which the rotation hub 9 is constructed from the connection area of a frame 10 (or it is attached in some way to the frame 10) which is cantilevered to the outer wall of the nozzle 11 and supports the rotor from the top.

Um den Wasserstrom abzulenken und das Absetzen von Kesselstein im Sitz der Rotornabe 9 zu verhindern, ist eine Schutzkappe 12 über dem Rotor vorgesehen; weiterhin sind auf der Nabe 9 Zwischenringe 13, 14 vorgesehen, die aus einem Material mit einem geeigneten Reibwiderstand und vorzugsweise von einer selbstschmierenden Art bestehen.In order to divert the water flow and prevent the deposit of scale in the seat of the rotor hub 9, a protective cap 12 is provided above the rotor; furthermore, intermediate rings 13, 14 are provided on the hub 9, which are made of a material with a suitable frictional resistance and preferably of a self-lubricating type.

Das Gestell 10, das an der Düse 11 befestigt ist, benötigt keine besonders kräftige Befestigungseinrichtung, verringert nicht den Auslaßquerschnitt der Düse 11 und tritt nicht in Wechselwirkung mit dem freien Wasserfluß von der Düse selbst.The frame 10, which is attached to the nozzle 11, does not require any particularly strong fastening device, does not reduce the outlet cross-section of the nozzle 11 and does not interfere with the free flow of water from the nozzle itself.

Fig. 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Rotors, dessen Rotornabe 9 von einem Gestell 15 gehalten wird, das den Rotor von der Unterseite trägt. Der Hauptkörper 4 des Rotors schützt den Sitz des Rotors, der die Nabe 9 aufnimmt, gegen Fremdkörper und/oder Kesselstein.Fig.4 shows a side sectional view of the rotor, the rotor hub 9 of which is held by a frame 15 which supports the rotor from below. The main body 4 of the rotor protects the seat of the rotor, which receives the hub 9, against foreign bodies and/or scale.

Auf der Kontaktoberfläche zwischen dem Gestell 15 und dem Rotor ist es geeignet, Zwischenringe 13, 14 eines Materials mit einem geeigneten Reibwiderstand und vorzugsweise selbstschmierend zu verwenden. Die Kappe 16 erleichtert den Wasserstrom entlang des Hauptkörpers 4 des Rotors; in diesem Fall ist das Gestell weniger unter Spannung.On the contact surface between the frame 15 and the rotor, it is suitable to use intermediate rings 13, 14 of a material with a suitable frictional resistance and preferably self-lubricating. The cap 16 facilitates the flow of water along the main body 4 of the rotor; in this case the frame is less stressed.

Der oben nur als ein nicht begrenzendes Beispiel beschriebene Rotor umfaßt acht Rippen und zwei Reihen von vier Aushöhlungen, jedoch kann der Fachmann den Rotor durch das Verwirklichen einer unterschiedlichen Anzahl von Rippen 3 und/oder Reihen von Aushöhlungen und/oder Aushöhlungen für jede Reihe modifizieren (hierdurch muß die Anzahl von Aushöhlungen gleich oder zumindest nicht größer als die Anzahl der Rippen sein). Auch kann jegliche weitere Modifikation und Verbesserung aufgenommen werden, die sich durch die normale Erfahrung anbietet und durch den natürlichen Fortschritt der Technik.The rotor described above, only as a non-limiting example, comprises eight ribs and two rows of four cavities, but the person skilled in the art can modify the rotor by realizing a different number of ribs 3 and/or rows of cavities and/or cavities for each row (the number of cavities must be equal to or at least not greater than the number of ribs). Any further modification and improvement suggested by normal experience and the natural progress of technology can also be incorporated.

Claims

1. Spray nozzle for a cooling tower, comprising a rotor, wherein the rotor is substantially conical in shape with the apex directed towards the outlet cross-section of the nozzle (11) and is provided on its surface with ribs (3) which are pressed by the water coming out of the outlet cross-section, wherein the action of the water on the ribs (3) rotates the rotor about a pin (9) which is attached to the outer wall of the nozzle (11),

characterized in that

at least three ribs (3) are present on the surface of the rotor and in the main body (4) of the rotor starting from the outer edge there are at least one series of cavities (5 to 8) of different depths and at the same distance from each other and with a similar profile to that of the ribs (3), each cavity (5 to 8) being made in a part of the main body (4) of the rotor located between two adjacent ribs (3).

2. Spray nozzle for a cooling tower according to claim 1, characterized in that the ribs (3) of the rotor are arcuate with a constant profile and constant height.

3. Spray nozzle for a cooling tower according to claim 1, characterized in that the rotor comprises eight ribs (3) and two rows of cavities, each row comprising four cavities (5, 6, 7, 8) of different depths.

4. Spray nozzle for a cooling tower according to claim 1, characterized in that the rotor is supported from the top by the pivot (9) which is fixed to a frame (10) which is fixed in a cantilevered manner to the outer wall of the nozzle (11).

5. Spray nozzle for a cooling tower according to claim 1, characterized in that the rotor is supported from the bottom by the pivot (9) which is supported by a support means (15) fixed to the outer wall of the nozzle (11).

6. Spray nozzle for a cooling tower according to claim 1, characterized in that on the rotor the number of cavities is not greater than the number of ribs (3).