Компактные градирни с осевыми вентиляторами представляют из себя испарительные градирни открытого типа и широко применяются как в гражданском, так и в промышленном строительстве, поскольку при весьма умеренном энергопотреблении обеспечивают приготовление воды, используемой в целях охлаждения с температурой на 5°С ниже температуры наружного воздуха по сухому термометру.
Такие градирни применяются при кондиционировании воздуха в гражданском строительстве для охлаждения конденсаторов холодильных агрегатов, реже — для охлаждения аварийных электро генераторных агрегатов большой мощности. В промышленном секторе градирни используются в технологических операциях широкого профиля, требующих эффективного и не энергоёмкого рассеяния тепла, создаваемого во время рабочего цикла компрессорных установок, холодильных машин и станций, металлургических производств, машин по формовке пластических масс, технологических процессов по химической очистке веществ, восстановления чистых химических растворителей и т. п.
Создание систем оборотного водоснабжения с использованием градирни позволяет уменьшить затраты предприятий на потребление и сброс технической воды, повысить КПД использования оборудования, благодаря чему затраты на приобретение и монтаж градирни окупаются в течение нескольких месяцев. Одновременно подобные системы позволяют решать актуальные сегодня проблемы экологии.

Градирни конструктивно состоят из двух частей: верхней — корпуса (1), в нижней части которого находится ороситель (3), в верхней — каплеотделитель (4), а между ними расположены коллекторы разбрызгивающего устройства с цельнофакельными форсунками (5) и нижней — бака-водосборника (2) для сбора охлаждаемой воды с установленными на нем вентилятором (6).
Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения -1% циркулирующей через градирни воды, которая разбрызгивается форсунками и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентиляторами. Эффективный каплеотделитель позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении — 25 м3/(час м2) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирни.

Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирни в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности градирни определяется характером потребителя.
Самый простой гидравлический контур отдельной градирни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на рис.1. Вода из градирни поступает в бак, откуда циркуляционным насосом подается потребителю и далее в градирни.
В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни, применяется схема, приведенная на рис.2. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей, отстаивается в накопительных емкостях (объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки). Из нее насос (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные градирни. Из градирни охлажденная вода поступает в аналогичную ванну. Основная отличительная черта такой схемы — гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (может использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями). Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирни в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирни могут работать в режиме просто «Вкл/Выкл». Кроме этого, каждая такая градирня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий.
Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку градирни полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении, либо расположенные под землей.

При размещении градирен на площадке предприятия учитывают характер застройки окружающей территории, стремятся к меньшей протяженности циркуляционных трубопроводов, соединяющих потребителей охлаждающей воды с градирнями, а также учитывают направление господствующих ветров зимой и летом, туманообразование и вынос капель воды за пределы градирни, вызывающие обмерзание расположенных вблизи сооружений.
В целях уменьшения диаметров и протяженности трубопроводов водопроводных сетей применяют при соответствующем технико экономическом обосновании децентрализацию систем оборотного водоснабжения с максимальным приближением градирни к цехам потребителям воды. На основании результатов исследований по взаимовлиянию охладителей друг на друга можно рекомендовать принимать при проектировании расстояния между рядами градирен не менее 10 метров. Градирни в каждом ряду следует располагать на минимальном расстоянии с учетом размещения между ними площадок обслуживания для проведения работ по снятию, очистке и установке форсунок и обслуживанию и контролю за работой вентиляторов, а градирен целесообразно располагать параллельно друг другу и направлению господствующего ветра.
Градирни, установленные на высоких площадках по отношению к уровню земли или на крышах зданий, способствуют лучшему рассеиванию выходящих паров воды, меньше увлажняют окружающий воздух и меньше повышают его температуру. Исходя из этих соображений, число градирен в оборотном цикле желательно стремиться принимать возможно меньшим за счет увеличения их размеров, но не менее двух. Увлажнение наружного воздуха вокруг градирен существенно уменьшено путем устройства высокоэффективных водоуловителей.

Для обеспечения удобства и безопасности обслуживания градирни должны иметь площадки, устроенные в соответствиями с требованиями соответствующих СНиП. Перед началом эксплуатации вентиляторной градирни нужно проверить гидравлическую плотность трубопроводов, резервуаров, а также состояние установленной арматуры. Зазор между корпусом и баком-водосборником должен быть заполнен силиконовым герметиком.
Особое внимание следует уделять качеству монтажа вентиляторных агрегатов, в частности, правильности их центровки и балансировки. Ороситель градирни должен равномерно заполнять все горизонтальное сечение градирни, между листами оросителя не должно оставаться промежутков. Необходимо устранить все повреждения конструкций оросителя и завалы их посторонними предметами, влияющими на равномерность распределения воды и воздуха в градирне. Стеснение живого сечения градирни вызывает неравномерность распределение воздуха и воды и, как следствие, ухудшение работы градирни. Перед первым пуском необходимо осуществить промывку водяных магистралей для удаления сора и окалины, которые могли там образоваться в процессе проведения сварочных работ, и затем визуально проверить равномерность работы всех форсунок. Все обнаруженные дефекты должны быть устранены до начала эксплуатации.
Во избежание повышенного капельного уноса следует контролировать параметры расхода и давления в соответствии с характеристикой форсунки. Для этого перед входным коллектором следует установить манометр. Превышение давления сверх установленного свидетельствует о засорении форсунок. Для снятия форсунки необходимо вынуть шпильку, снять форсунку и удалить посторонние предметы. Для обеспечения нормальной эксплуатации градирни должна быть выпущена соответствующая инструкция для обслуживающего персонала.
Периодические осмотры градирен рекомендуется производить не реже чем один раз в месяц. Текущие ремонты градирни должны производиться по мере надобности, но не реже одного раза в год, и приурочиваться, по возможности, к летнему времени. В объеме текущих ремонтов входят работы, не требующие остановки градирни на длительный срок, например очистка и ремонт водораспределительного устройства, трубопроводов и сопел, водоуловителей, приведение в порядок регулировочных и запорных устройств.
При капитальном ремонте выполняются все работы, требующие длительного отключения градирни: устранение повреждений оросителя, водораспредельной системы, ремонт или замена вентиляторной установки и др.

В зимнее время эксплуатация градирни может усложняться из-за обмерзания их конструкций, особенно это относится к градирням расположенным в суровых климатических условиях. Обмерзание градирен может привести к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося на нем льда. Обмерзание градирни начинается обычно при температурах наружного воздуха ниже -10°С и происходит в местах, где входящий в градирни холодный воздух соприкасается с относительно небольшим количеством теплой воды. Внутреннее обледенение градирни является опасным потому, что из-за интенсивного туманообразования оно может быть обнаружено только после разрушения оросителя. Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок, необходимо обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по площади оросителя и не допускать понижения плотности орошения на отдельных участках.
В связи с большими скоростями входящего воздуха плотность орошения в вентиляторных градирнях в зимнее время целесообразно поддерживать не менее 10 м3/м2 (не ниже 40% от полной нагрузки). Критерием для определения необходимого расхода воздуха может служить температура охлажденной воды. Если расход поступающего воздуха регулировать таким образом, чтобы температура охлажденной воды не была ниже +12 н- +15°С, то обледенение градирни обычно не выходит за пределы допустимого. Уменьшение поступления в градирню холодного воздуха может быть достигнуто отключением вентилятора или переводом его на работу с пониженным числом оборотов. Исключить обледенение градирни можно путем подачи всей воды только на часть градирни с полным отключением остальных, иногда со снижением расхода циркуляционной воды.
Нагнетательные вентиляторы подвержены обмерзанию. Это может вызываться двумя причинами: попаданием на вентилятор водяных капель изнутри градирни и рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли воды и пар, который конденсируется при смешении с холодным наружным воздухом. В таких случаях можно избежать обледенения лопастей вентилятора следующими способами: — снизить скорость вращения вентилятора градирни, — проконтролировать давление перед форсунками и при необходимости произвести их очистку, — использовать стеклопластиковые лопастиковые рабочие колеса, — использовать автономный обогрев обечаек вентилятора с помощью гибких электронагревателей.
Следует отметить, что неравномерное образование льда на лопастях может приводить к разбалансировке и вибрации вентилятора. Если в зимний период по какой-либо причине производилось отключение вентиляторов градирни, то перед их пуском необходимо проконтролировать состояние обечаек на наличие на них наледи. При обнаружении наледи ее необходимо удалить во избежание поломки рабочих колес вентиляторов.

Основными параметрами, определяющими рабочие процессы градирни, являются:

GW — расход охлаждаемой воды, м3/ч;
ΔgW — количество воды для подпитки системы водоснабжения (восполнение испарения), м3/ч;
QГ — тепловой поток, кВт.

Расход воды через градирню может быть определен по давлению воды во входном коллекторе. Абсолютное давление воды необходимо определять по манометру, устанавливаемому перед входным коллектором:

Н=10РA ,

где Н — напор перед форсункой (м вод. ст.),
РA — показания манометра (кг/см2).

Зная полный напор и количество форсунок, используя график, можно определить расход воды через градирни:

GW=G1Wn,

Где G1W- расход воды через форсунку (м3/ч),
n — количество форсунок (шт.).

Количество воды, которое необходимо добавлять в систему для компенсации испарения, определяется исходя из расходаводы и разности температур воды на входе и на выходе из градирни:

ΔGW=1,67GWCP(tBX-tBЫX),

Где ΔGW- величина подпитки (кг/час),
CP — теплоемкость воды (ккал/кг град),
tBX — температура воды на входе в градирни (°C)
tBЫX — температура воды на выходе из градирни(°C)

Величина капельного уноса составляет 0,1% от количества воды, проходящей через градирни при номинальном режиме. Снижение расхода воды через градирню уменьшает величину капельного уноса доО,05%. Увеличение расхода воды выше номинального не рекомендуется. Количество тепла, отводимое через градирни:

QГ=GWCP(tBX-tBЫX)(ккал/час),
либо QГ=GWCP(tBX-tBЫX)/860 (кВт).

Примечание:
Рекомендуемый диапазон давлений для цельнофакельной форсунки от 1,2 до 7,0 метров водяного столба. При данном диапазоне давлений обеспечивается полное раскрытие и заполнение факела форсунки капельной влагой. При давлении ниже указанного раскрытие факела не происходит, а при давлениях выше рекомендуемого может наблюдаться повышение капельного уноса воды. Превышение давления перед форсунками обычно свидетельствует о их засорении и необходимости их очистки.

1. Пуск воды в градирни производится только после включения электровентилятора.
2. В случае неудовлетворительной работы градирни необходимо вынуть из коллектора и механически очистить форсунки водораспределительного устройства, очистить трубы коллектора при снятых форсунка, пустив на градирню воду с максимальным напором; вынуть пакеты каплеотделителя и оросителя и промыть их струей воды с температурой не более 50°С.
3. При возникновении вибраций устранить причину дисбаланса вентилятора в градирне. Примечание: Использование градирни для охлаждения загрязненных, подкисленных и слабощелочных вод, а также охлаждение воды в зимних условиях ниже +10°С, должно быть согласовано с предприятием-изготовителем.

Компактные градирни с осевыми вентиляторами разработаны и выпускаются нашим предприятием с 2013 года. В конструкции градирен этой серии учтен опыт 10-ти летней эксплуатации градирен подобного типа. Наши специалисты рассчитают тип и количество градирен и дадут рекомендации по схемному решению для Вашей водооборотной системы охлаждения.

1. Градирни выпускаются с корпусом, изготовленным из тонколистовой нержавеющей стали, что обеспечивает их надежную многолетнюю эксплуатацию градирни, небольшой вес и, как следствие, возможность установки градирни на крышах производственных зданий.
2. Градирни имеют в сравнении с другими аэродинамически выверенную конфигурацию проточной части корпуса, что повышает равномерность распределения потока воздуха через ороситель градирни и увеличивает равномерность и степень охлаждения воды в градирни.
3. В новой конструкции бака включена дополнительная деталь — диффузор, которая представляет собой теперь часть корпуса, при этом увеличено расстояние между вентилятором и потоком воды стекающей с оросителя, что полностью исключает попадание брызг воды на обечайку вентилятора и образование наледи на ней, а каплеотделитель и ороситель, обладающие низким сопротивлением, обеспечивают выход пара вверх, а не через обечайку вентилятора, что также исключает образование наледи за счет конденсации пара на обечайке.
4. Коллектор разбрызгивающего устройства не проходит через стенку градирни и, следовательно, отсутствует узел уплотнения коллектора и связанные с этим протечки воды через него.
5. Ороситель и каплеотделитель изготавливаются методом вакуумной штамповки из специального пластика, который производится по технологии фирмы «Клекнер Пентапласт», Германия. Срок эксплуатации материала оросителя и каплеотделителя, подтвержденный сертифицированной испытательной лабораторией «Полимертест», СПб, составляет не менее 15 лет.
6. Ороситель используемый в градирне представляет собой гофрированную поверхность с высокой степенью смачиваемости и при плотности орошения 15-25 м3/(час м2) и скорости воздуха 3-4 м/сек позволяет охладить воду до 25°С и ниже.
7. Материал оросителя ПВХ с добавкой АВС, высокопрочный, химически стойкий пластик не поддерживающий горения и сохраняющий свои эксплуатационные свойства при температуре наружного воздуха от -60°С до +55°С.
8. В градирнях устанавливается более эффективный каплеотделитель, так называемый «тройной риф», где поток воздуха 3 раза изменяет направление движения и за счет этого достигается значительное уменьшение каплеуноса. При скорости воздуха в живом сечении каплеотделителя до 4,5 м/сек, степень отделения капельной влаги (эффективность) не ниже 99,9%.
9. Градирни выполняются только по одновентиляторной схеме с нижним расположением вентилятора, т.к. градирни с несколькими вентиляторами суммарно потребляют больше электроэнергии и при выходе из строя одного вентилятора происходит неконтролируемый унос воды через обечайку неисправного вентилятора.
10. Градирни комплектуются вентиляторами с пластиковыми рабочими колесами, а также вентиляторами с односкоростными или, по требованию заказчика, многоскоростными электродвигателями, позволяющими в процессе работы в зависимости от погодных условий менять производительность градирни за счет изменения расхода воздуха. Возможна поставка градирен со специальными частотными приводами регулирования оборотов вращения вентиляторов, что обеспечивает более чем двукратную экономию потребления электроэнергии.