Градирни с металлическим каркасом

1.

Градирни с металлическим каркасом
Презентовали: Студенты гр. СТ-480002
Яковлев Д. А.
Евстафеев Г. А.
Преподаватель: Карлова Е. В.

2.

Что такое градирня?
Градирня – это сложная инженерная
конструкция, предназначенная для охлаждения
большого количества жидкости с помощью
направленных воздушных потоков. Применяются
градирни
в
системах
оборотного
водоснабжения и способствуют эффективному
снижению температуры воды на 10-15 градусов.
Ярким примером таких конструкций
являются
крупногабаритные
башенные
сооружения
на
территории
крупных
промышленных предприятий с постоянными
клубами плотного пара.

3.

Область применения
Область применения градирен крайне широка. Такие
сооружения необходимы везде, где в большом количестве
используется техническая вода, в том числе для обеспечения
нужного
микроклимата
и
реализации
технологических
процессов. При этом у каждого типа градирен своя
спецификация.
К примеру, для нужд стабильно функционирующего
производства предназначены вентиляторные градирни, так как
они позволяют максимально быстро и эффективно отводить
избыточное тепло и создавать идеальные рабочие условия для
технологического оборудования.
Башенные градирни отличаются дороговизной, поэтому
позволить их себе чаще всего могут только ТЭЦ, ТЭС и АЭС. Для
размещения башенных конструкций требуется большая
площадь, но и возводить их можно в непосредственной близости
от объекта.
Открытые конструкции выгодны для производств,
использующих крупное холодильное оборудование и большие
объемы холодной воды, а также для трансформаторных и
компрессорных станций.
В то же время эжекционные установки чаще всего
применяются на объектах с переменными климатическими
условиями, гидравлическими и тепловыми нагрузками.

4.

Принцип работы
Принцип работы градирни довольно прост.
Процесс охлаждения в устройстве осуществляется за
счет частичного испарения жидкости и осуществления
теплообмена с воздухом. При этом вода в градирне
стекает по оросителю в виде капель или тонкой пленки.
В это же время вдоль оросителя проходят воздушные
потоки.
Важно: при испарении одного процента воды
температура оставшейся жидкости снижается на 6
градусов. Потеря воды при этом восполняется за счет
внешних источников.
Охлаждение горячей воды, поступающей в
градирню, может осуществляться:
· обратным потоком (вентиляторные конструкции);
· посредством распыления горячей воды форсунками
на наполнитель с развитой площадью, по которому
жидкость растекается тонкой пленкой и за счет
медленного течения охлаждается (атмосферные,
башенные конструкции);
· посредством распыления жидкости в специальных
каналах и естественном захвате атмосферных
воздушных потоков (эжекционные конструкции).
В любом из перечисленных случаев вода вступает в
непосредственный контакт с воздухом, которому и
отдает часть собственного тепла, понижая тем самым
свою температуру.

5.

6.

Виды и классификация
Градирня подбирается с учетом различных факторов:
• атмосферных условий;
• уровня понижения температуры;
• расхода воды;
• технических расчетов;
• химического состава воды (рабочей и
добавочной);
• местонахождения оборудования на площадке.

7.

8.

Закрытые градирни

9.

Вода собственного контура градирни подается насосом в бассейн распределения воды, который имеет большое
количество отверстий. Вода испаряется, охлаждается и попадает на теплообменные трубки, внутри которых течет
охлаждаемая жидкость (например вода, р-р этиленгликоля, масло, фреон и т.д.). Вода охлаждает теплоноситель, и сама
при этом нагревается. Потери воды на испарение и продувку восполняются с помощью автоматической системы
подпитки, работающей по поплавковому принципу. Воздух поступает через жалюзи сбоку и отводится осевым
вентилятором с частотным управлением, позволяющим плавно регулировать мощность градирни.
Схема радиаторной градирни:
1 — секции оребренных труб; 2 — вентилятор

10.

Недостатки закрытых градирен
Высокая
стоимость
по
сравнению
с
открытыми
градирнями
Наличие дополнительного (собственного насоса)
Большой вес
Преимущества закрытых градирен
Отсутствие загрязнения теплоносителя
Постоянный
объем
теплоносителя
(не
требуется
подпитка контура)
Охлаждаемое оборудование остается чистым
Охлаждение различных теплоносителей (р-р антифриза,
фреон, масло и т.д.)
Снижение затрат на обслуживание системы

11.

Эжекционные градирни
Как это работает?
Горячий теплоноситель подается в градирню с большой
скоростью, порядка 16-20 м/с, и через очень мелкие
отверстия
(эжекторы).
В
результате
образуется
мелкодисперсная водяная пыль, которая, двигаясь очень
быстро, образует внутри градирни область пониженного
давления. За счет этого, совместно с влагой, через эжекторы
внутрь градирни затягивается холодный атмосферный
воздух.
В результате этого происходит теплообмен, который
производится на всей поверхности капель. Понятно, что
площадь соприкосновения холодного воздуха и горячих
капель очень велика, поэтому эффективность теплообмена
большая.

12.

Основное назначение эжекционной градирни - охлаждение
очень горячего теплоносителя. Она может эффективно
работать при температуре охлаждаемой жидкости 50°С,
60°С и даже выше, другие градирни на такое не способны.
Такие градирни имеют несколько серьезных недостатков:
• чтобы подавать теплоноситель внутрь с большой скоростью, требуется обеспечить на
входе высокое давление жидкости: 0,3-0,4 МПа. А это означает, что в эжекционной
градирне требуется установить водяной насос повышенной мощности. Больше
мощность - больше эксплуатационные расходы, а также больше и износ
трубопроводов подачи теплоносителя;
• в холодное время года эксплуатация эжекционных градирен сильно затруднена, т.к.
водяная пыль легко замерзает;
Это, пожалуй, самый неэкономичный вариант с точки зрения расхода испаряемого
теплоносителя, значительная часть которого просто улетает в атмосферу. Использование
каплеуловителей на выходе воздушного потока невозможно, так как это сильно ухудшает
эффективность работы эжекционной градирни

13.

Оросительные противоточные и поречноточные градирни

14.

Оросительные градирни
В оросительных градирнях подача воздушных масс
производится с помощью центробежных или осевых
вентиляторов. Градирни такого типа незаменимы, когда
потребителю, например, холодильной машине, необходимо
охлаждать большое количество теплоносителя, а также в
ситуации,
когда
требуется
получить
на
выходе
теплоноситель с низкими значениями температуры.

15.

Оросительные градирни
Конструктивно оросительные градирни состоят из
системы подачи нагретой жидкости с сетчатопленочным оросителем и бассейном, куда стекает
остывшая жидкость. В градирню подается теплая вода,
которая распыляется через сопла на ороситель.
Поступление воздушного потока осуществляется либо
за счет естественной тяги (в башенных моделях), либо
с помощью вентиляторов (в вентиляторных).
Обе разновидности имеют похожее внутреннее
устройство.
В
оросительных
градирнях
используется специальный оросительный слой
для большего контакта воды с воздухом,
поступающим через воздухозаборные окна. Вода
стекает пленкой или каплями на оросительный
слой, охлаждается и испаряется, то есть, обмен
тепловой
энергии
происходит
по
всей
поверхности каждой капли воды. Теплый воздух
при этом отводится из градирни.

16.

Башенные градирни
Башенная градирня представляет собой
железобетонную или металлическую
трубу конической формы, внутри которой
находится
система
подачи
воды,
ороситель и резервуар. Поток наружного
воздуха через входные отверстия в
нижней части трубы поднимается вверх
через ороситель за счет создания
естественной тяги в трубе.

17.

К достоинствам башенных градирен можно отнести
отсутствие потребления электроэнергии. Гигантские
капитальные затраты на строительство и большая
занимаемая площадь – большие минусы при выборе
этих градирен.
Так же стоит отметить, что ввиду отсутствия
принудительной тяги и возможность развернуть поток
воздуха, эксплуатация этих
градирен требуют
дополнительных приспособлений и мероприятий.
Например, тамбур и жалюзи.

18.

Недостатки:
- малая глубина охлаждения
- дорогое строительство
- сложное строительство и ремонт
- требуют специальных мероприятий
для зимнего периода
Преимущества:
+ нет затрат электроэнергии при эксплуатации
+ предназначены для больших расходов воды

19.

Вентиляторные градирни
Этот тип градирен характеризуется невысокими
перепадами температур на входе и выходе, при этом и
электропотребление сравнительно не высоко.
1. Диффузор вентилятора градирни;
2. Каркас градирни;
3. Каллеуловитель;
4. Система водоразбрызгивающих сопел;
5. Трубопроводы водораспределительной системы;
6. Стояк водораспределительной системы;
7. Ороситель градирни;
8. Щиты зимнего укрытия;
9. Воздухозаборные окна;
10. Водоотбойный козырек;
11. Паз водоотбойного козырька под щиты зимнего укрытия;
12. Гребень водоотбойного козырька;
13. Обшивка градирни;
14. П-образный профиль;
15. Бассейн градирни;
16. Зазор для забора воздуха в зимних условиях;
17. Коллектор горячей воды;
18. Вентилятор градирни.
Принцип работы вентиляторной градирни заключается в
подаче большого количества воздуха за счет работы
вентилятора с лопастями с диаметром до 20 метров.

20.

21.

22.

Монтаж бассейна (чаши) градирни
Возможно несколько вариантов:
• железобетонная чаша, заглубленная в землю;
• железобетонная чаша на поверхности земли с
обваловкой ;
• железобетонная чаша над насосной или иным зданием;
• металлический поддон наземного исполнения;
• стеклопластиковый бассейн на железобетонной плите;

23.

После монтажа металлического бассейна на
подготовленной площадке, осуществляется его
антикоррозионная обработка для увеличения
срока службы. Кроме того, такие поддоны в
зимнее время года требуют постоянного наличия
теплой воды для предотвращения замерзания.
Для предотвращения обмерзания бассейна
производится обваловка грунтом его внешних
сторон. Это делается и с ж/б бассейном,
расположенным на земле.

24.

Сборка каркаса градирни
Виды каркаса:
• Железобетонный монолитный каркас
• Сборный железобетонный каркас
• Сборный металлический каркас секционной или башенной установки
• Многоэлементный каркас из композитных профилей (FRP или GRP).

25.

Сборка каркаса вентиляторной градирни
Строительство каркаса вентиляторной установки рассмотрим на примере Вента-2000. Она имеет 2 типа
исполнения несущего металлического каркаса: рамочный и каркасный. Для рамочной - это набор
однотипных рамок, собранных в единую конструкцию. Для каркасной - это несущие колонны с
технологическими площадками и опорами под ороситель, водораспределительную систему,
водоуловитель и т.п. Для двигателей монтируются собственные опоры.
рамочный
каркасный

26.

Монтаж каркаса градирни
Задача каркаса состоит в передаче нагрузок от технологических элементов и вентилятора к опорам
фундамента градирни. Каркас вентиляторной градирни может быть собран на сварке или при помощи
болтовых соединений
Однозначно сказать какой из вариантов лучше с точки зрения монтажа или эксплуатации нельзя. В
первом случае монтаж ведется дольше, но обслуживание легче. Во втором случае можно собрать
градирню быстрее, но при обслуживании раз в несколько лет придется протягивать все соединения для
восстановления прежней прочности конструкции, т.к. ветровые, снеговые и вибрационные нагрузки на
градирню высоки.

27.

Выполняется монтаж рамок нижнего пояса каркаса для рамочной градирни или связующих ригелей для
каркасной градирни.
Далее последовательно снизу вверх монтируются связующие металлоконструкции, площадки под
ороситель и водоуловитель, представляющие собой сетку с шагом 200-300 мм.

28.

Монтаж системы водораспределения градирни
Третьим этапом строительства будет монтаж водораспределительной системы и подводка воды. Для
этого сначала подвешиваются на шпильки и хомуты, или опираются на стальные элементы основные
коллектора градирни.
Есть два типа технических решений разводки воды в градирне:
• Первый тип: кольцевая замкнутая.
• Второй тип: гребенчатая, не замкнутая.
Первый вариант подразумевает, что основные коллектора и лучи ВРС образуют замкнутый
многогранник:

29.

Второй тип ВРС содержит центральный коллектор и отходящие от него в разные стороны лучи. Лучи в
такой системе часто выполняются переменного сечения для поддержания равномерной скорости
жидкости и предотвращения забивания ВРС.
После установки труб водораспределения, в патрубки, или посадочные места закручиваются сопла.
После того, как внутренняя разводка сделана, монтируются подводящие стояки. Они не должны давать
нагрузку на внутреннюю часть ВРС, поэтому при их установке используют кран и временные опоры.

30.

После того как разбрызганная горячая вода обдувается восходящим вверх потоком воздуха она
охлаждается, частично испаряясь. Но основная масса воды, охладившись на 10-15 градусов падает
дождем в бассейн. Потери испаренной воды нужно пополнять, закачивая в систему охлаждения свежую
воду, а из-за испарения над градирней образуется облако пара

31.

Один конец стояка через фланец и прокладку
притягивается к задвижке на основной трубе
водоблока, а второй конец соединяется с вводным
коллектором ВРС.
После протягивания болтов можно убрать опорывремянки и отделить стропы крана. Труба стояка
будет держать сама себя.
Следом за ВРС, или параллельно с ней, в
зависимости от количества техники и людей у
подрядчика, монтируется вентилятор градирни.
Устанавливают жалюзи, если они предусмотрены, и
обшивку.

32.

Сбор нагрузок
1. Расчет строительных конструкций производится на основные и
особые сочетания нагрузок:
• основные
сочетания
нагрузок
состоят
из
постоянных,
из
постоянных,
длительных и кратковременных;
• особые
сочетания
нагрузок
состоят
длительных, кратковременных и одной из особых.

33.

Постоянные нагрузки:
• вес сооружения (вес несущих и ограждающих конструкций);
• вес и давление грунтов (насыпка и засыпка).
Длительные нагрузки:
• от водораспределительной системы;
• от оросителей и веса водяной пленки;
• от водоуловителей;
• от веса вентилятора, электродвигателя, конфузора и диффузора;
• от пыли;

34.

Кратковременные нагрузки:
• вес людей, ремонтных материалов в зонах ремонта оборудования;
• снеговая нагрузка, принимаемая по СП 20.13330.2016 для климатических районов;
• от наледей;
• аэродинамическая.
Особые нагрузки:
• сейсмические;
• от дебаланса ротора вентилятора;
• аварийная при отрыве лопасти у вентилятора

35.

Ветровая нагрузка
Нормативное значение ветровой нагрузки w вычисляется как сумма средней wm и пульсационной wp
составляющих
w=wm+wp
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки определяется в зависимости от
эквивалентной высоты zе над поверхностью земли по формуле
wm= w0·k(ze)·c·γn
где w0– нормативное значение ветрового давления для ветрового района
k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze;
с – аэродинамический коэффициент;
γn=1,4 – коэффициент надежности по нагрузке.
Коэффициент k(ze) определяется по таблице 11.2 СП20.13330.2016 для типа местности.
Эквивалентную высоту определяем согласно п.п. 11.1.5 СП20.13330.2016

36.

Аэродинамический коэффициент «с» определяется согласно приложения В СП 20.13330.2016
для прямоугольных в плане зданий с двускатными покрытиями.
Расчетное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на эквивалентной
высоте ze для сооружений, у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц больше
предельного значения собственной частоты f1 определяется по формуле:
wp=wm ·ζ(ze)·ν
ζ(ze) – коэффициент пульсации давления ветра в зависимости от ze.
ν – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра

37.

На диффузор
Нормативное значение ветровой нагрузки w вычисляется как сумма средней wm и пульсационной wp составляющих
w=wm+wp
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки определяется в зависимости от эквивалентной высоты zе
над поверхностью земли по формуле
wm= w0·k(ze)·c·γn
w0– нормативное значение ветрового давления для ветрового района;
k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze;
с – аэродинамический коэффициент;
γn=1,4 – коэффициент надежности по нагрузке.
Коэффициент k(ze) определяется по таблице 11.2 СП20.13330.2016 для нужного типа местности.
Эквивалентную высоту определяем согласно п. 11.1.5 СП20.13330.2016.

38.

Схема распределения ветрового
давления по поверхности
диффузора

39.

Временная снеговая нагрузка
Согласно п. 10.1 СП 20.13330.2011 нормативное значение снеговой нагрузки
на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле

40.

Временная нагрузка от наледи
Согласно п. 9.1.21 СП 43.13330.2012 вес наледи принимаем равным 0,2 т/м2 c
коэффициентом надежности по нагрузке γf=1,4
Временная длительная нагрузка от пыли
Вес отложений производственной пыли принят 1,00 кПа для обслуживающих
площадок с коэффициентом надежности по нагрузке γf =1,2
Временная длительная нагрузка от веса вентилятора, электродвигателя
Принимается согласно заданию на проектирование, коэффициентом надежности по
нагрузке γf =1,5

41.

Временная длительная нагрузка от веса водоуловителей, водораспределительной
системы
Принимается согласно заданию на проектирование, коэффициентом надежности по
нагрузке для стационарного оборудования γf =1,5
Временная длительная нагрузка от веса воды в бассейне
При коэффициенте надежности по нагрузке γf =1,0 глубине воды водосборного бассейна
h м расчетная равномерно распределенная нагрузка на дно бассейна (отм. -2,000): 1 т/м3·h м

42.

43.

Расчет вертикальных несущих конструкций
Расчет на прочность:
где N, Mx и My, В - абсолютные значения соответственно продольной силы, изгибающих
моментов и бимомента при наиболее неблагоприятном их сочетании;
n, cy, cx - коэффициенты, принимаемые согласно таблице Е.1

44.

Расчет на устойчивость :
Коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом φе следует определять по таблице Д.3 в зависимости
от условной гибкости λ и приведенного относительного эксцентриситета mef, определяемого по
формуле:
где η – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице Д.2
m – относительный эксцентриситет

45.

Расчет горизонтальных несущих конструкций
Расчет на прочность балок 1-го класса
при действии момента в одной из главных плоскостей
при действии в сечении поперечной силы

46.

при действии моментов в двух главных плоскостях (и наличии бимомента)
при одновременном действии в стенке балки момента и поперечной силы
– нормальное напряжение в срединной плоскости стенки, параллельное продольной
оси балки;
– то же, перпендикулярное к продольной оси балки
– касательное напряжение в стенке.

47.

Предельное горизонтальное перемещение по таблице Д.4 СП 20.13330.2016 для многоэтажных
зданий
fu=h/500
Предельный прогиб по таблице Д.1 СП 20.13330.2016
fu=l/150

48.

Стальные конструкции градирен следует проектировать в соответствии
СП 16.13330.2017 .
Марки сталей для конструкций следует принимать по СП 16.13330.2017 в
зависимости от расчетной температуры наружного воздуха.
Группа
Марки стали
Элементы
1
10Г2С1Д,
15ХСНД;
конструкции ригелей, балок и ферм под вентиляторы
2
ВСт3СП5,
ВСт3СП6, 18ГПС
конструкции балок покрытий и перекрытий (кроме обслуживающих
площадок)
3
18КП, ВСт3ПС6,
10Г2С1
конструкции каркаса (стойки и колонны, опорные плиты,
конструкции, поддерживающие ороситель и водораспределительную
систему, конструкции водосборного бассейна)
4
18КП, ВСт3КП2
конструкции фахверка, связей, ограждений, патрубков градирен,
площадок и лестниц для обслуживания