水动风机冷却塔

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1、水动风机冷却塔水动风机冷却塔摘要：分析了冷却塔进塔水流的能量情况，认为进塔水流富余的能量足够推动 风机的运行。研制了新型水轮机来取代风叶电机，经试用， 当冷却塔进水的富 余水头为 58m 时，可以满足推动水轮机的要求。这种由水轮权推动的风机特 别适用于大型冷却塔。 关键词：水轮机；风机；冷却塔；节能冷却塔的热能交换能力主要由气水比来决定，多少质量流量的热水用多少 质量流量的空气进行热交换即可实现冷却塔的预期温降。而空气是不论用什么 方法获得，一般常用电机驱动风机获取。如果改用水轮机来驱动，那么水轮机的轴功率与电机功率相同即可实现。 塔的结构、外形、尺寸、冷却原理都不需改变。 1 水动风机的原理

2、水动风机的原理冷却塔的进塔循环水压头一般是 5-8m。由此可推算进冷却塔的水流中具备 着水头 5-8m 乘上相应的进塔水流量的功率。如 100th 标准塔的能耗为 2.2kW 左右，即 100th 标准塔所用的风叶的实际轴功率为 2.2kW 左右，风机效率高 的还低于 2.2kW，200th 塔是 4.5 kW 左右，1000th 是 22kW 左右， 4000th 是 90kW 左右，依次类推。既然现有冷却塔在正常运转 情况下的水流 中具备着这样的能量，为什么不可以将其利用起来，而白白的浪费掉。 冷却塔的进水压头的要求是根据塔的管路损失、塔的高度和布水的喷射力 共同所需的总和来确定。其中布水

3、的喷射力所需的压头仅 0.5-1 m 就足够了。 这些工作压力来自于循环水泵，水泵的扬程选型计算是冷却塔所处位置的高度、 沿程管路损失、弯头、阀门的阻力，以及用水设备阻力的总和。泵的流量口是 按冷却塔公称名义匹配的，如 100th 塔即匹配 100th 泵，500th 即匹配 500th 泵。泵的扬程乘上流量即为水流所具备的功率，进塔水的压头是总扬程 减去供水系统阻力损失以后所剩下的 58m。这宝贵的 5-8m，大有文章可做。 把它先通过水轮机而获得输出功率来驱动风机，可以完全省去风机电机。实际 上工业选泵的扬程，为了确保流量，还必须考虑泵的效率，按规定扬程只允许 大不允许小，它为水轮机提供了

4、富裕的水头。所以凡是冷却塔符合常规设计选 型，完全可以由水轮机取代风机电机，大可不必担心水轮机的原动力 不够而影 响风量、冷效。而通过水轮机以后的余压足够完成布水和其它管路损失。如图 1 所示为水动风机冷却塔的结构图，水轮机的位置在布水系统的上部，水流经 水轮机以后的出水到布水的位差即可获得 0.5-1 m 的水头。2 水动风机冷却塔的节能水动风机冷却塔的节能这种结构原理的冷却塔笔者经过 5 年的研制试验，一百多家用户的实用， 证实可省去电机，节电可观，水动风机冷却塔大有节能价值。我国按 200th 标准塔折算有 50 万台，200th 标准塔的电耗以国家标准规定的 0.04kWt 为 7.5

5、kW，宏观地全部改成水轮机来驱动风叶，则可节电 240 亿度，以上海地区 峰谷电平均 0.5 元度计算，每年节约 120 亿元。从单塔的节能效果看 200Vh 塔每天用电 4.524=108 度，每年 39420 度，电费 0.5 元度每年 19710 元，工业用电 1 元度计算是 39420 元，这笔帐算起来十分清楚。节约的全部是利润。 塔的大小完全可以照此推算。3 微型水轮机的研制微型水轮机的研制要达到这样节能的效果，关键是如何配好水轮机，市场水轮机大都用于水 力发电，其功率在 100kW 以上，而冷却塔的功率均在 100kW 以下，即使有小 功率的水轮机也不能直接拿来用上，要么水压头过高

6、，要么形状结构不适应， 为此笔者专门研制了冷却塔专用水轮机如图 2。笔者称它为微型水轮机，双击 贯流式，转轮的进水角度为 30，叶片的弦倾角为 22.5，叶片 17 片，叶片的线 型遵照尽可能地完全利用能量的方法设计，进水口的水头为 5-8m，完全解决了 冷却风叶所需的转速、轴功率，实际应用经法定检测单位检测效果十分满意。4 水动风机冷却塔的冷却效果水动风机冷却塔的冷却效果2001 年 5 月 31 日上海节能服务中心对上海乳品培训中心由浙江联丰玻璃钢 厂生产的 2 台同类型 200th 塔进行测试，其中 1 台的风机运行系统仅进行水 轮机改造，其它部位不变。2 台塔在同时运行，工况相同的情况

7、下，进行热力 性能，节能效果对比测试，其对比后测试数据如表 1(北塔为经水轮机改造)。测试结果表明，水泵没有增加功率，扬程没有改变，风叶电机却取消了， 因此电耗等于零，实现了节电 100。 表 1 测试数据对比 进塔参数 出塔水温/t2/ 风叶直径/m 电机功率/kw 水泵压力/MPa 水泵功率/kw 进出水温差t/ 冷幅t/ 比电耗 a 噪声/dB(A)干球 1/ 湿球 1/ 水温 t1/北塔 23.5 17 21.9 19.9 2.8 0 0.18 14.99 2 2.9 0 49南塔 23 17.5 22 20.2 2.8 3.9230.18 16.44 1.8 2.7 0.02 61

8、5 结语结语水轮机应用于冷却塔不论是改造也好，整台新塔也好，优点在于：节能。该塔利用水轮机取代风叶电机，完全节省了风叶电机的运行电耗， 且没有增加循环水泵的负担。 无噪声。水轮机的能量转换是在水流道内完成的；控制湍振的雷诺数， 使水轮机不会发出干扰的噪音。 高效。水轮机轴直接输出风叶，不需再通过其它减速器等，且随着水流 量的变化而风量相应变化，始终稳定在较好的气水比。 使用寿命长。水轮机结构简单，运转平稳，因此只要达到材料设计强度 和密封，其寿命是长期的。一旦出故障，维修也极为简便，更换一些标准件即 可，比电机减速器的维修要简便的多。 安全。冷却塔电机有漏电伤人，火花爆炸的潜在危险，水轮机不用电， 且质量轻，高处作业不再为起吊卸下电机减速器而为难，增加了冷却塔的运行 环境安全性。 适用。对任何形式的冷却塔都适用，特别适用于特大型的冷却塔，越打 越可靠。