本發(fā)明屬于冷卻塔用水輪機
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機。
背景技術(shù)：
：水動力冷卻塔用水輪機是利用工業(yè)冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)中的富余水頭驅(qū)動冷卻塔風機轉(zhuǎn)動的水輪機。在當今節(jié)能減排、低碳生活、生態(tài)保護的時代背景下，具有無電力消耗特點的冷卻塔用水輪機被列為工業(yè)節(jié)能減排的典型代表，其節(jié)能效果十分顯著?，F(xiàn)有冷卻塔用水輪機的機型大多選擇超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機，屬于水輪機拓展應(yīng)用的新生事物。但因冷卻塔用水輪機的開發(fā)技術(shù)還不成熟，專業(yè)人員仍然按照用于傳統(tǒng)水輪機理論來開發(fā)冷卻塔用水輪機，導(dǎo)致水能轉(zhuǎn)換率低，輸出功率小，冷卻塔的冷卻效果不佳。中國專利申請201310627136.0公開了一種“冷卻塔專用蝸殼混流式水輪機組”，該水輪機組包括蝸殼混流式水輪機、上部的風機與下部的布水器三部分，雖然整個裝置沒有電力消耗、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便，但還明顯存在結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理等問題，因此不具有對水能進行多次能量轉(zhuǎn)換的功能。中國專利申請201220494837.2公開了“一種雙葉輪冷卻塔水輪機”，該水輪機的進水管和機體連接為90度直角進水，并設(shè)兩個葉輪，一個為死葉輪，一個為活葉輪。當水進入機體內(nèi)，先進入死葉輪，然后由死葉輪向外噴水，從四周沖擊活葉輪進行工作。雖然該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、且沒有電力消耗等優(yōu)點，但存在的明顯不足是無法實現(xiàn)對水能的多次能量轉(zhuǎn)換，以達到對其高效利用和提高水輪機輸出功率的目的。綜上所述，如何克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足成為當今冷卻塔用水輪機領(lǐng)域中亟待解決的重點難題之一。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用水輪機，本發(fā)明能夠解決水流能多次能量轉(zhuǎn)換的難題，以實現(xiàn)對水流能的高效利用，提高冷卻塔的冷卻效果。根據(jù)本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機，包括蝸殼、導(dǎo)水機構(gòu)、基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪、出水管、支撐板、主軸、軸承組件、風扇，其特征在于，還包括增能轉(zhuǎn)輪、所述增能轉(zhuǎn)輪位于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪的出水口下方，增能轉(zhuǎn)輪通過法蘭與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪連接；增能轉(zhuǎn)輪包括圓臺螺旋形葉片和錐形圓管，其中：所述圓臺螺旋形葉片是根據(jù)圓臺螺旋線沿主軸的軸向逐漸拉伸呈空間交叉扭曲形狀并均勻分布設(shè)置在錐形圓管的周向內(nèi)壁上，以所述主軸為中心旋轉(zhuǎn)面的圓臺螺旋形葉片的各截面的交點為原點建立坐標系，所述圓臺螺旋形葉片的中間截面型線特征點在直角坐標系下的位置參數(shù)如表1-4所示，其中：以M1、M2、M3、M4分別表示四條型線，x1、x2、x3、x4分別為四條型線的橫坐標，y1、y2、y3、y4分別為四條型線的縱坐標；表1：單位：mm序號M1Z-X1M1Z-Y1序號M1F-X1M1F-Y110119.62224111022410260.78130.7111241.48126.32103104.38-60.8611385.45-67.39104150.91-180.28114132.37-181.58105201.13-104.68115182.93-96.53106255.7181.12116238.189.96107316.43126.98117299.36121.73108385.64-35.66118369.29-47.49109468.26-74.66119452.47-65.74110575.655612056056擬合后的兩條曲線方程分別為：M1的正面曲線方程：y＝-7×10-12x6+1×10-8x5-8×10-6x4+0.0025x3-0.3299x2+14.079x+53.551；M1的反面曲線方程：y＝-7×10-12x6+1×10-8x5-7×10-6x4+0.0019x3-0.1999x2+3.5895x+220.63；表2：單位：mm擬合后的兩條曲線方程分別為：M2的正面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0038x3-0.4969x2+21.052x+80.846；M2的反面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0028x3-0.3013x2+5.4342x+330.52；表3：單位：mm序號M3Z-X3M3Z-Y3序號M3F-X3M3F-Y330119.79335.92311033630260.46193.2931240.74193.88303103.55-91.7431383.93-91.69304149.56-270.47314130.04-270.56305199.17-161.09315179.78-160.05306253.38117.3316234.12118.84307313.71193.55317294.65192.51308382.84-50.44318364.03-53.32309466.06-112319447.66-109.45310577.5284.8532056084擬合后的兩條曲線方程分別為：M3的正面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0038x3-0.4965x2+21.02x+81.617；M3的反面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0028x3-0.3013x2+5.4345x+330.51；表4：單位：mm擬合后的兩條曲線方程分別為：M4的正面曲線方程：y＝-2×10-11x6+3×10-8x5-2×10-5x4+0.0063x3-0.8317x2+35.471x+127.24；M4的反面曲線方程：y＝-2×10-11x6+3×10-8x5-2×10-5x4+0.0047x3-0.5035x2+9.1019x+550.48。本發(fā)明的實現(xiàn)原理是：針對用于水力發(fā)電的水輪機中尾水管具有導(dǎo)流和回收能量的作用，以及冷卻塔用水輪機中的水流量小、水頭低和尺寸小的難題，本發(fā)明是在冷卻塔用水輪機的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪下方設(shè)置增能轉(zhuǎn)輪，該增能轉(zhuǎn)輪包括圓臺螺旋形葉片和錐形圓管，其中：所述圓臺螺旋形葉片5是根據(jù)圓臺螺旋線沿主軸9的軸向逐漸拉伸呈空間交叉扭曲形狀并均勻分布設(shè)置在錐形圓管6的周向內(nèi)壁上，以所述主軸9為中心旋轉(zhuǎn)面的圓臺螺旋形葉片5的各截面的交點為原點建立坐標系，這就使得圓臺螺旋形葉片能夠很好的克服水流阻力，發(fā)揮出最大的轉(zhuǎn)能；當水流從蝸殼流過導(dǎo)葉后，依次對基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪和增能轉(zhuǎn)輪做功，水流出增能轉(zhuǎn)輪后，經(jīng)過錐形出水管再次進入中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)。由于增能轉(zhuǎn)輪能夠?qū)⒘鞒龌A(chǔ)轉(zhuǎn)輪的水流的勢能再次轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)機械能，從而很好地解決了水能多次能量轉(zhuǎn)換的難題，提高了水輪機的輸出功率，以增強冷卻塔的冷卻效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點在于：一是本發(fā)明提供了一種新型高效的冷卻塔用水輪機水力設(shè)計新方案，具體是在基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪水能利用的基礎(chǔ)上增設(shè)增能轉(zhuǎn)輪，使得在同等水頭和流量下，本發(fā)明水輪機對水流能轉(zhuǎn)換率在現(xiàn)有基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)上增加了15％，增能效果顯著，從而增強了冷卻塔的冷卻效果。二是本發(fā)明的采用的圓臺螺旋形葉片是根據(jù)圓臺螺旋線沿主軸的軸向逐漸拉伸呈空間交叉扭曲形狀并均勻分布設(shè)置在錐形圓管的周向內(nèi)壁上，大大減小了水力損失，提高了冷卻塔用水輪機的輸出功率。三是本發(fā)明的冷卻塔用水輪機運行穩(wěn)定，對水流能的轉(zhuǎn)換率高，廣泛適用于在潮流能、峽谷水力發(fā)電等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。附圖說明圖1為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的增能轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的增能轉(zhuǎn)輪的圓臺螺旋形葉片的四個軸向截面剖面線相對位置的示意圖。圖4為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的圓臺螺旋形葉片的圓臺螺線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的增能轉(zhuǎn)輪的圓臺螺旋形葉片的單葉片的外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的增能轉(zhuǎn)輪的圓臺螺旋形葉片的雙葉片組合結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的編號說明：蝸殼1、導(dǎo)水機構(gòu)2、基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3、增能轉(zhuǎn)輪4、圓臺螺旋形葉片5、錐形圓管6、出水管7、支撐板8、主軸9、軸承組合10、風扇11。具體實施方式：下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的詳細說明。實施例1。結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機，包括蝸殼1、導(dǎo)水機構(gòu)2、基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3、增能轉(zhuǎn)輪4、圓臺螺旋形葉片5、錐形圓管6、出水管7、支撐板8、主軸9、軸承組件10和風扇11，所述導(dǎo)水機構(gòu)2豎直設(shè)置在蝸殼1的空腔中部，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3內(nèi)嵌于導(dǎo)水機構(gòu)2，所述增能轉(zhuǎn)輪4位于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3的出水口下方，增能轉(zhuǎn)輪4通過法蘭與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3連接，增能轉(zhuǎn)輪4外壁設(shè)有出水管7；增能轉(zhuǎn)輪(4)包括圓臺螺旋形葉片5和錐形圓管6，其中：所述阿基米德螺旋形葉片5是根據(jù)圓臺螺旋線沿主軸9的軸向逐漸拉伸呈空間交叉扭曲形狀并均勻分布設(shè)置在錐形圓管6的周向內(nèi)壁上，所述支撐板8固定在蝸殼1上方，用于支撐主軸9、軸承組合10和風扇11；所述主軸9與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3固連，主軸9穿過軸承組合10上部與風扇11固連。本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的進一步的優(yōu)選方案是：所述均勻分布設(shè)置在錐形圓管6的周向內(nèi)壁上的圓臺螺旋形葉片5的數(shù)量為2-4枚。所述增能轉(zhuǎn)輪進水口與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪出水口尺寸相等；所述基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3的葉片、增能轉(zhuǎn)輪4的圓臺螺旋形葉片5依次受水流沖擊而旋轉(zhuǎn)，同時將該旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給與之相連接的風機軸9，帶動風扇11轉(zhuǎn)動。所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的進水端與出水端均為圓形截面，所述圓形截面的擴散角度為38°。所述增能轉(zhuǎn)輪4的外部設(shè)有出水管7，所述出水管7的形狀為圓錐形，所述圓錐形截面的擴散角度為18°。實施例2。結(jié)合圖3，以所述主軸9為中心旋轉(zhuǎn)面的圓臺螺旋形葉片5的各截面的交點為原點建立坐標系，所述圓臺螺旋形葉片5的中間截面型線特征點在直角坐標系下的位置參數(shù)如表1-4所示，其中：以M1、M2、M3、M4分別表示四條型線，x1、x2、x3、x4分別為四條型線的橫坐標，y1、y2、y3、y4分別為四條型線的縱坐標；表1：單位：mm序號M1Z-X1M1Z-Y1序號M1F-X1M1F-Y110119.62224111022410260.78130.7111241.48126.32103104.38-60.8611385.45-67.39104150.91-180.28114132.37-181.58105201.13-104.68115182.93-96.53106255.7181.12116238.189.96107316.43126.98117299.36121.73108385.64-35.66118369.29-47.49109468.26-74.66119452.47-65.74110575.655612056056擬合后的兩條曲線方程分別為：M1的正面曲線方程：y＝-7×10-12x6+1×10-8x5-8×10-6x4+0.0025x3-0.3299x2+14.079x+53.551；M1的反面曲線方程：y＝-7×10-12x6+1×10-8x5-7×10-6x4+0.0019x3-0.1999x2+3.5895x+220.63；表2：單位：mm序號M2Z-X2M2Z-Y2序號M2F-X2M2F-Y220119.84335.89211033620260.49193.1121240.74193.88203103.57-91.8921383.93-91.69204149.58-270.49214130.04-270.57205199.18-161.06215179.78-160.05206253.37117.27216234.13118.85207313.69193.59217294.67192.48208382.79-50.29218364.03-53.32209465.99-112.15219447.67-109.45210577.3984.8922056084擬合后的兩條曲線方程分別為：M2的正面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0038x3-0.4969x2+21.052x+80.846；M2的反面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0028x3-0.3013x2+5.4342x+330.52；表3：單位：mm序號M3Z-X3M3Z-Y3序號M3F-X3M3F-Y330119.79335.92311033630260.46193.2931240.74193.88303103.55-91.7431383.93-91.69304149.56-270.47314130.04-270.56305199.17-161.09315179.78-160.05306253.38117.3316234.12118.84307313.71193.55317294.65192.51308382.84-50.44318364.03-53.32309466.06-112319447.66-109.45310577.5284.8532056084擬合后的兩條曲線方程分別為：M3的正面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0038x3-0.4965x2+21.02x+81.617；M3的反面曲線方程：y＝-1×10-11x6+2×10-8x5-1×10-5x4+0.0028x3-0.3013x2+5.4345x+330.51；表4：單位：mm序號M4Z-X4M4Z-Y4序號M4F-X4M4F-Y440119.94560411056040260.19329.1641240.34327.16403102.87-140.9141383.09-144.08404148.45-447.83414128.76-448.74405197.61-284.35415178.02-280.44406251.33176.98416231.89182.13407311.29330.83417291.96328.81408380.15-63.95418360.89-70.57409463.7-196.59419444.72-192.47410579.06140420560140擬合后的兩條曲線方程分別為：M4的正面曲線方程：y＝-2×10-11x6+3×10-8x5-2×10-5x4+0.0063x3-0.8317x2+35.471x+127.24；M4的反面曲線方程：y＝-2×10-11x6+3×10-8x5-2×10-5x4+0.0047x3-0.5035x2+9.1019x+550.48。實施例3。本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機的增能轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案如圖4-6所示，幾種典型的設(shè)計參數(shù)由實施例3-1、實施例3-2、實施例3-3分別給出，其中：實施例3-1：所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的上圓面的半徑為140mm、下圓面的半徑560mm、高度為900mm；所述圓臺螺旋形葉片5的數(shù)量為2枚，圓臺螺旋形葉片5的截面形狀選擇對稱翼型；圓臺螺旋形葉片5的最大寬度為336mm、最大直徑為1120mm、厚度為20mm；圓臺螺旋形葉片5的螺線的螺距漸變比為7:4；所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的進水端與出水端均為圓形截面，所述圓形截面的擴散角度為38°；所述出水管7的形狀為圓錐形，出水管7圓錐形截面的擴散角為18°。實施例3-2：所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管(6)的上面圓的半徑為224mm、下圓面的半徑896mm、高度為1440mm；所述圓臺螺旋形葉片5的數(shù)量為3枚，圓臺螺旋形葉片5的截面形狀選擇對稱翼型；圓臺螺旋形葉片5的最大寬度為538mm、最大直徑為1792mm、厚度為32mm；圓臺螺旋形葉片5的螺線的螺距漸變比為7:4；所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的進水端與出水端均為圓形截面，所述圓形截面的擴散角度為38°；所述出水管7的形狀為圓錐形，出水管7圓錐形截面的擴散角為18°。實施例3-3：所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的上面圓的半徑為322m、下圓面的半徑1232mm、高度為1980mm；所述圓臺螺旋形葉片5的數(shù)量為4枚，圓臺螺旋形葉片5的截面形狀選擇對稱翼型；圓臺螺旋形葉片5的最大寬度為740mm、最大直徑為2464mm、厚度為44mm；圓臺螺旋形葉片5的螺線的螺距漸變比為7:4；所述增能轉(zhuǎn)輪4的錐形圓管6的進水端與出水端均為圓形截面，所述圓形截面的擴散角度為38°；所述出水管7的形狀為圓錐形，出水管7圓錐形截面的擴散角為18°。本發(fā)明的具體應(yīng)用中的過程為：來自中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的尾水，經(jīng)所述蝸殼1流經(jīng)所述導(dǎo)水機構(gòu)2并沖擊所述基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪3的葉片；接下來，水流沖擊所述增能轉(zhuǎn)輪4的所述圓臺螺旋形葉片5；接下來，所述增能轉(zhuǎn)輪4聯(lián)動所述風機軸9，使得所述風扇11轉(zhuǎn)動，所述風扇11轉(zhuǎn)動而冷卻尾水水溫，冷卻后的尾水再次進入中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)使用。該過程周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)，以實現(xiàn)對水流能的高效利用，提高了冷卻塔的冷卻效果。本發(fā)明的具體實施方式中未涉及的說明屬于本領(lǐng)域公知的技術(shù)，可參考公知技術(shù)加以實施。本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗驗證，取得了滿意的試用效果。以上具體實施方式及實施例是對本發(fā)明提出的一種帶圓臺螺旋形葉片的冷卻塔用雙轉(zhuǎn)輪水輪機技術(shù)思想的具體支持，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在本技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何等同變化或等效的改動，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍。當前第1頁1 2 3