Градирня СК 400 и 1200

Градирня СК 400 и СК 1200 – это комбинированная установка, получившаяся в результате объединения конструкции и преимуществ вентиляторной и башенной градирни.

СК-400 всегда имеют одну круглую или многогранную секцию, отличающуюся большим  диаметром и высотой, что позволяет им для создания воздушного потока применять как вентилятор, так и разницу давлений из-за перепада высот.

Типовая серия градирен СК была разработана германской компанией NEMA в середине 20 века, а в конце 60х была импортирована Советским Союзом как часть технологии химических заводов. Причем модель СК-400 была более распространена и применялась в производствах сжиженных газов, бензина, дизельного топлива, кокса, масел, химической  продукции и др., а модель СК-1200 была менее распространенной и применялась в технологическом цикле производства изобутилена и метил-трет-бутилового эфира.

Идея состояла в том, чтобы создать мощную установку, полностью автономную, способную в одиночку обеспечить оборотной водой целое производство или цех. Для этого за основу был взят башенный тип, позволяющий пропускать большой объем воды, но его недостаток – маленькая глубина охлаждения, порядка 5-7 градусов. Для увеличения температурного перепада немецкие инженера добавили в конструкцию вентилятор диаметром 20 метров!

А поскольку специалисты компании GEA, выкупившей к тому моменту фирму NEMA, разрабатывали полностью автономную и самостоятельную модель, то в рабочих чертежах, передававшихся советским строителям, она обозначалась как "автономная башенная градирня". По-немецки это звучит как "Selbständig Kühlturm", сокращенно SK. Далее шло указание на площадь орошения. Так в вольном переводе и повелось называть отдельно расположенные градирни: СК-400 или СК-1200, в зависимости от модели.

Учитывая большой диаметр рабочего колеса и колоссальный объем перекачиваемого воздуха, для привода его в движение был использован очень мощный двигатель. У градирни СК 400 мощность составляла 250 кВт, а для СК 1200 - 800 кВт!  На том уровне развития технологий этот монстр был размером с легковушку и весил порядка 5 тонн.

Для его размещения в чертежах градирни был предусмотрен специальный машинный зал, расположенный под днищем водосборного бассейна. Момент от двигателя передавался на колесо не напрямую, а через металлический вал длиной около 20 метров на редуктор. Учитывая высокую инерцию и потерю мощности в местах сочленений, реальная, переданная на рабочее колесо градирни, мощность была значительно ниже.

Параметр	градирня СК 400	градирня СК 1200
Форма каркаса	круглая, 8-гранная, 12-гранная	круглая
Диаметр основания	22 или 24 метра	36 метров
Высота сооружения
Проектная гидравлическая нагрузка	3 000 – 4 500 м3/ч	12 000 – 18 000 м3/ч
Тип привода вентилятора	Верхний или нижний	Нижний
Мощность электродвигателя	160 – 250 кВт	800 кВт
Диаметр рабочего колеса	10,4 метра	18 или 20 метров

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ГРАДИРНИ СК-400

Преимущества этих установок заключаются в:

• большом количестве воды, охлаждаемой на единицу поверхности
• компактности по сравнению с башенными схожей производительности
• лучшем антиобледенении и возможности использования в суровом климате
• наличии мощного вентилятора, позволяющего подать огромный поток воздуха

Однако, есть и серьезные недостатки:

• продолжительный срок службы ведет к устареванию элементов и необходимости дорогостоящего ремонта
• колоссальное потребление электроэнергии приводом вентилятора KLPB 10
• дороговизна и сложность поставки комплектующих и механизмов, т.к. типовые решения для них не производятся более 20 лет, необходимы аналоги
• падение эффективности установок по сравнению с современными высокоэффективными вентиляторными градирнями

Для устранения этих недостатков наши инженера разработали и более 15 лет применяют методы реконструкции (модернизации), позволяющие сохранить достоинства проекта СК 400 и устранить основные проблемы.

Модернизация градирен СК 400 и 1200

Поскольку большинство предприятий, использующих такие установки, были построены более 50 лет назад, то на них требуется ремонт или масштабная реконструкция градирен с глубокой модернизацией оборудования.

Наиболее частые проблемы, требующие решения:

• ремонт металлокаркаса или железобетонной оболочки
• замена диффузорной части из металла из-за её коррозии
• замена устаревшего металлического рабочего колеса KLPA 10 на современное РК – 104/6 из стеклопластика
• замена вышедшей уз строя гидромуфты Voith, что особенно актуально для СК – 1200
• замена перегоревшего высоковольного двигателя Siemens на новый низковольтный
• замена устаревшего редуктора Flender на новый с большим ресурсом
• замена системы металлических валов из машинного зала до рабочего колеса
• чистка и ремонт системы водораспределения с заменой водоразбрызгивающих сопел
• замена технологических элементов: оросителя и водоуловителя

Есть два основных пути проведения модернизации:

• демонтаж и замена на вентиляторную градирню с применением старого бассейна
• ремонт каркаса и перевод ее на верхний привод вентилятора

Оба этих варианта нами хорошо отработаны и имеют свои достоинства. Однако, в обоих случаях затраты будут весьма приличны – реальный износ имеющегося оборудования достигает 80%! Менять придется практически все комплектующие градирни.

По своим характеристикам градирни СК 400 были эффективнее вентиляторных градирен типовых советских серий ВГ-50 и ВГ-70 сравнимой площади. Но с течением времени и развитием технологий двигатели большой мощности стали значительно меньше в размерах, да и увеличение характеристик оросителя позволило достигать необходимого перепада при меньшей потребляемой мощности привода.

На сегодняшний день затраты электроэнергии на единицу объема воды у вентиляторной градирни серии Вента значительно ниже, чем у СК 400 или 1200. Поэтому замена будет эффективна.

В этом варианте градирня СК 400 разбирается полностью до основания. По схеме заливаются новые бетонные опоры в местах опирания вновь устанавливаемой конструкции.  Оставшаяся бетонная чаша ремонтируется и проводится дополнительная гидроизоляция таркретированием, напылением или обмазочными составами (Пенетрон, Кальматрон, Гидротекс и т.д).

На этом бассейне проводят монтаж секционной вентиляторной градирни Вента – 1000 или Вента – 2000.

После окончания строительства оставшиеся от перехода с многоугольника на прямоугольник куски чаши закрываются металлическими щитами.

Для градирни СК 1200 по этой схеме на чашу можно установить до шести секций Вента – 3000.

Подробнее этот процесс описывается в нашей статье «Реконструкция, модернизация и ремонт градирни. Что нужно знать, начиная работы?»

Во втором варианте имеющуюся установку  СК-400 разбирают частично: снимают диффузор, демонтируют вентилятор, выбрасывают отслужившие свое технологические насадки, срезают водораспределение. Остов из металла зачищают, заменяют сгнившие колонны и балки, окрашивают современными составами.

ФОТО ЩЕКИНО РАЗОБРАННАЯ, ФОТО ПРОВЕДЕНИЯ  РЕМОНТА (ИЛИ ОМСК)

Были разработаны 2 варианта привода вентилятора градирни в движение: установка двигателя в машинном зале, ниже уровня воды в бассейне и установка привода на высоте рабочего колеса.

Первый вариант применяется намного чаще, но имеет ряд серьёзных технологических недостатков, т.к. сложен в эксплуатации. Соединительные валы требуют регулярной балансировки и замены, которую фактически негде выполнить – с развалом Советского Союза специализирующиеся на этих операциях тресты перестали существовать.

А приводная техника отработала практически 30-40 лет и нуждается в обновлении. Редукторы и двигатели имеют аналоги средней стоимости, а вот гидромуфты – нет. Представьте, стоимость одной гидромуфты Voith для градирни СК 1200 составляет 15-17 000 000 рублей!

Поэтому наиболее часто применяется реконструкция с переводом на верхний привод, т.е. перенос электродвигателя из машзала на новую площадку вверху сооружения.

На обновленный каркас устанавливают разработанную нашими инженерами конструкцию для монтажа нового вентиляторного оборудования. Если градирня СК 400 была по типовому проекту с бетонным каркасом, то эту конструкцию опирают на верхнюю часть оболочки. При этом потребуется нагружать имеющиеся несущие металлоконструкции и железобетон. Для безопасности такой нагрузки необходимо убедиться в их несущей способности и провести техническое обследование состояния конструкций и бассейна. В ходе данного обследования так же будут скорректированы геометрические размеры с целью использования их для привязки в проекте.

На этой площадке устанавливают современный российский или европейский двигатель мощностью 160 – 250 кВт и редуктор для градирен (Flender – Siemens, Hansen, SEW Eurodrive и т.д), которые через предохраняющую гидромуфту (Rotox,Voith, KWT) связывают легким углепластиковым валом (Addax или KTR).

За счет снижения мощности повышается эффективность установки и существенно снижается энергопотребление. Если же требуется повысить производительность, то мощность двигателя сохраняется, но при этом гидравлическая нагрузка растет.  Как следствие, из 8 – 10 градирен в водоблоке остается в работе 4-5, при этом общий объем циркулирующей воды сохраняется, а суммарное потребление электричества падает.

Это справедливо, если одновременно модернизировано водораспределение и установлены эффективные оросители БНС 5.5.5 и водоуловители.

Для водораспределительной системы изменяется материал ее изготовления с металла на ПНД трубы или стеклопластик. Такие коллектора будут служить дольше.

Если у исходной градирни подача воды была через центральный бетонный столб или лотковое распределение, то изготавливаются два переходных металлических или стеклопластиковых полукольца, к которым подводится общий коллектор. Применение двух элементов позволит установить на подводящих трубах задвижки и перекрывать подачу воды посекционно. Это решение сильно поможет зимой, когда повышением гидравлической нагрузки, при общем уменьшении количества воды на градирню,  будет предотвращено обледенение.

Ороситель для градирни СК 400 устанавливается на одной площадке из прутка с общей высота слоя до 1,5 метров. Для поддержания  производительности на высоком уровне рекомендуем применять сетчатый капельно-пленочный ороситель БНС 5.5.5. Его форма сочетает невысокое аэродинамическое сопротивление и большую площадь теплообмена. Подробное описание различных вариантов смотрите в статье «Капельно пленочный ороситель градирни».

Вентиляторное оборудование градирни СК 400,1200

Двигатель

Для приведения системы во вращение используется общепромышленный или взрывозащищенный электродвигатель. Производителей двигателей достаточно много как отечественных, так и зарубежных: СЭЗ, Siemens, WEG и прочие.

Мы рекомендуем использовать отечественные продукты серии АОМ2-355S. Это простое решение с полным комплексом телеметрии, рассчитанное на напряжение 6 кВ и мощность 160 – 250 кВт.

Установка двигателя и редуктора должна быть выполнена в едином «горизонте», выравнивание должно быть точным. При искривлении вала на 1,5 – 2 градуса происходит повреждение торцевых элементов и выход вала из строя или, в худшем случае, его полное разрушение.

Для соблюдения точности нашим предприятием изготавливается специальная монтажная рама с адаптерами для посадочных мест и узлами точного центрования. Рама изготавливается из металла и защищается антикоррозионным составом.

Редуктор

Большинство советских установок поставлялись в комплекте с редуктором с конической и цилиндрической зубчатой передачей в специальном исполнении для работы в градирнях с устройством подогрева и воздушным охлаждением. Монтаж рабочего колеса осуществлялся непосредственно на вал.

Современные редукторы градирен более компактные и менее прихотливые. Срок их службы выше, а эксплуатационные затраты – меньше.

Основная проблема в том, что это оборудование в России не изготавливается, а поэтому стоимость весьма высока, а сроки поставки доходят до 6-7 месяцев.

Ряд предприятий использовал для замены типовые двигатели ВАСВ мощностью 250 кВт. Но они требуют значительной переделки внутренних опорных конструкций. Кроме того, их эффективность ниже, а стоимость практически сравнялась с вынесенным приводом. Как серьёзную альтернативу их рассмаривать нельзя.

Нами поставляются редуктора для градирен в специальном исполнении, производимые несколькими специализированными фирмами: Siemens – Flender, Sumitomo – Hansen, SEWeurodrive.

В комплектацию редуктора включены датчики протока или давления масла, чтобы предотвратить «сухой» пуск или работу при аварии и потере смазки. Подача смазки принудительно осуществляется при помощи шестеренчатого насоса. Масло в объеме 80-90 литров в объем поставки входит по дополнительному запросу.

Комплектация может быть расширена за счет вентилятора для принудительного обдува и тенов подогрева картера масла для работы зимой. Так же в комплект поставки может быть включен удлиненный маслопровод для заливки масла из-за пределов мокрой зоны.

Рабочее колесо

Первые партии фирма NEMA изготавливала из алюминия или металла. Они были тяжелыми и с широким, обладающим огромным сопротивлением воздуху, профилем, что влекло необходимость применения мощного двигателя.

Позже, с приходом композитных материалов, «пропеллер» стали изготавливать из стеклопластика.  Рабочие колеса для градирен СК-400 производят не только в Европе, но и в России – наша компания разработала РК – 104/6 в 2002 году.

Все эти марки предназначены для работы во влажной и горячей среде, позволяют понизить скорость вращения с 1500 до 90 – 95 оборотов в минуту. Передаваемый момент рассчитывается исходя из теплового и аэродинамического расчетов, выполненных на параметры водооборота с конкретной привязкой к месту установки и условиям.

Рабочее колесо состоит из шести лопастей, закреплённых на ступице, которые могут регулироваться вручную. Ввиду возможности выставить любой угол атаки эффективный поток создается в широком диапазоне.

Ступица нашей компанией изготавливается из металла с антикорозионной обработкой. Для монтажа ее на валу редуктора изготавливается переходник, растачиваемый под необходимый диаметр вала, что позволяет применять РК-104/6 на любой технике.

Лопасти рабочего колеса градирни изготавливаются из стеклопластика на специальной форме, имеющей оптимальную аэродинамическую форму лопатки. Каждая комплектуется металлическим хвостовиком, который выдерживает динамическое изгибающее воздействие. Для правильной работы и отсутствия вибрации готовый продукт проходит балансировку.

Для исключения эрозии от капель жидкости передняя кромка защищена жестким матричным гелькоутом, надежно защищающим лопасть.

Крепление лопастей к ступице осуществляется при помощи фланца. Такое решение, в отличие от зажима при помощи накидных хомутов, исключает проворачивание колеса и появление дисбаланса.

Для градирен СК – 1200 ситуация гораздо сложнее: для них рабочие колеса изготавливают всего 4 фирмы: по одной в Польше, Германии и Бразилии и наше предприятие. РК – 180/4 и РК – 200/4 – единственная отечественная разработка. Учитывая сроки и стоимость поставки аналогов из-за рубежа, наше предложение безальтернативно.

Подробнее об этих гигантах и том, как производят эту сложную продукцию, читайте в статье «Рабочие колеса вентиляторной градирни СК-1200».

Углепластиковый вал

Двигатель и редуктор связываются между собой валом.  Можно использовать металлический, но у него большой момент инерции и масса, ввиду чего потеря мощности передаваемого момента составляет до 5%.

Нами применяются легкие валы из углепластика, которые прочны и надежны. Основные производители такого оборудования американская фирма Addax и немецкая KTR.

Продукция у них идентична за исключением концевых элементов, которые выполняют функцию демпфера и нивелируют возможную несоосность и небольшие ударные нагрузки.  У KTR они металлические, а у Addax – пластиковые.

Длина вала (DBSE)  выбирается исходя из размеров вентилятора градирни и места установки двигателя в машинном зале. В среднем у СК 400 она составляет 6 500 мм.

Гидромуфта

Между двигателем и приводным валом устанавливается гидромуфта, представляющая собой металлический корпус, заполненный маслом, в котором с обоих торцов установлены лопатки. Вращение первой приводит в движение вязкое масло, а оно в свою очередь передает вращение на вторую лопатку, связную через вал с редуктором.

Применение гидромуфты позволяет реализовать плавный пуск и стоп рабочего колеса, а так же предотвратить повреждение дорогостоящего вала в случае аварии. Если произойдет заклинивание редуктора, то при работающем двигателе первая турбина будет вращаться, а вторая - нет. Из-за этого произойдет нагревание заполняющего масла, которое при достижении 140-160 градусов расплавит предохранительную пробку и вытечет. После чего произойдет разрывание контура и редуктор остановится.

Диффузор градирни СК 400

Для ограничения плоскости рабочего колеса градирни устанавливается диффузор из стеклопластика.

Возможна замена на стеклопластик как всей конфузорно – диффузорной части как на рисунке ниже, так и только диффузора. Второй вариант сильно дешевле, а по аэродинамическим характеристикам идентичен.

Приобрести диффузор-конфузор из стеклопластика можно у нескольких компаний, но стоит помнить, что его монтаж довольно сложен. Необходимо выдержать точную окружность в месте вращения рабочего колеса, что непросто, ведь вес собранной конструкции составляет порядка 11-12 тонн, а высота от 9 до 11,5 метров.

Сборку такой продукции лучше доверить профессионалам – компании, имеющей подобный опыт.