由左至右:负高斯曲率曲面(双曲面),零高斯曲率曲面(圆柱面),和正高斯曲率曲面(球面)。
所有的薄壳曲面结构都具有高强度和节省材料的特点,也有其他形状和材料的冷却塔,对于结构的探索是永无止境的。
目前典型的大型冷却塔大约高 150m , 底部直径大约是 150m , 就是说, 它的底部可以容纳一个足球场. 然而它的厚度却很薄,最薄处只有 20cm. 如果将冷却塔成比例地缩小到鸡蛋壳直径 大小, 则它比鸡蛋壳还要薄, 仅及鸡蛋壳厚度的1/5。
冷却塔作用及工作过程要说冷却塔的作用,我们需要先讲一下火力发电厂的工作流程。
燃料送到电厂后,经过筛选输送到锅炉燃烧,锅炉被加热后,锅炉内的水变成了高温水蒸气。水蒸气通过管道被输送到汽轮机,推动汽轮机旋转作功,发电机与汽轮机通过联轴器相连,从而带动发电机发电。而经过汽轮机作过功的水蒸气则被送入到凝汽器,被冷却水冷却凝结成水。一部分则被加压输送到附近小区进行供热。热电厂需要大量的冷却水来给机组降温。而冷却塔就是为此提供冷却水的。
电厂工作流程
热电厂工作流程
冷却塔底边直径一般在65到120米,高度在75到150米。其由3部分组成,分别为下环梁、筒壁、塔顶刚性环。下梁环在风筒下部,所有载荷通过下梁环传递给斜支撑。筒壁则是冷却塔的主体部分,其形状及壁厚经过优化计算确定。而塔顶刚性环则是筒壳的加强箍。在塔底部设有约2米深的集水池。在筒壁下部设有配水槽和淋水装置。
双曲线冷却塔工作过程
冷却塔塔身比较高,容易形成烟窗效应(烟窗效应:户内空气沿着有垂直坡度的空间上升或者下降,造成空气加强对流的现象,当烟囱变窄时,气流会加速),由于上下空气压差,就会有风从塔底进入塔顶流出。从凝汽器中出来的热水被输送到冷却塔中部的配水槽处,热水被喷射成水滴状。水滴下落的过程中,冷风上升,在此过程中将热水冷却。上升的水汽从上口冒出,就是我们看到的白色水雾。冷却水低落到集水池内,被重新输送到凝汽器内,循环利用。