專利名稱：水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及冷卻塔，尤其涉及水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔。
背景技術(shù)：
1卯4年3月16日美國(guó)專利文獻(xiàn)U26723^A，企圖用佩爾頓水輪機(jī)置于冷卻塔中帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)取風(fēng)求冷效。但該專利沒(méi)有遵循帶動(dòng)風(fēng)葉所需能量應(yīng)符合循環(huán)水流內(nèi)部已有的能量，水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)取風(fēng)所需的功率計(jì)算公式為W(千瓦功率)=9.81XQ(水量)XH(水頭)X η (效率)，公式中冷卻塔的水量就是公稱額定值；水頭即為循環(huán)冷卻水在進(jìn)塔位置的內(nèi)部壓力，由于省能需要，現(xiàn)有技術(shù)的水頭不會(huì)有太高的富裕。佩爾頓水輪機(jī)效率不高，需要較高的水壓才能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要實(shí)現(xiàn)該專利必須較高水壓和超額定的水量而浪費(fèi)能源，該專利沒(méi)有實(shí)用性，因失敗而至今沒(méi)有產(chǎn)品。1998年10月四日申請(qǐng)，公開號(hào)為 CN1221103A的免能冷塔，同樣存在沒(méi)有遵循帶動(dòng)風(fēng)葉所需能量應(yīng)符合循環(huán)水流內(nèi)部已有的能量的條件，不能適用于所有冷卻塔。上述現(xiàn)有技術(shù)的水力取風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)是用循環(huán)水推動(dòng)水輪機(jī)，由水輪機(jī)輸出軸帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，可以省去電機(jī)而節(jié)能，但還有不足之處是不遵循帶動(dòng)風(fēng)葉所需能量應(yīng)符合循環(huán)水流內(nèi)部已有的能量，往往造成風(fēng)葉轉(zhuǎn)速不高，達(dá)不到冷卻塔應(yīng)有的冷效。實(shí)際上用水泵反向安裝就是水輪機(jī)，用于冷卻塔風(fēng)葉照樣轉(zhuǎn)，僅效率不高而已。如混流式水輪機(jī)用于冷卻塔，無(wú)異于用水泵安裝于冷卻塔一樣，效率不好?；炝魇剿啓C(jī)是常用于水力發(fā)電的水輪圓周全進(jìn)口水輪機(jī)。因混流式水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)水頭較高、轉(zhuǎn)速高而要配用減速器、軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)不適應(yīng)冷卻塔內(nèi)空間、出水必須向下等原因而無(wú)法應(yīng)用。水力原動(dòng)機(jī)，在冷卻塔旋轉(zhuǎn)布水器上安置風(fēng)葉，由布水管的尾端向圓周噴水，依靠水流反作用力工作，由于受布水管的長(zhǎng)度和尾部噴水反沖力及面積的影響，這種結(jié)構(gòu)不能做得較大，常在一臺(tái)較大塔中布置多個(gè)，且水流反作用力效率很低，無(wú)法滿足熱交換的氣水比。它的主要缺點(diǎn)是，若想改成單電機(jī)風(fēng)機(jī)冷卻塔，比新購(gòu)一臺(tái)冷卻塔還貴，大多是棄之不用，另建新塔。1%4年3月16日美國(guó)專利文獻(xiàn)U26723^A，就有人用于冷卻塔，但隨即失敗。無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔用高壓水噴成水幕帶動(dòng)臨近空氣進(jìn)行熱交換。所用水壓能耗比用電機(jī)風(fēng)機(jī)還要大，不節(jié)能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述冷卻塔的不足而提供一種高效水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔。本實(shí)用新型的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，用于風(fēng)冷循環(huán)冷卻水，其特點(diǎn)是，包括塔體、水輪機(jī)、風(fēng)葉和布水系統(tǒng)，水輪機(jī)的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管連通至循環(huán)冷卻水，水輪機(jī)的輸出軸可傳動(dòng)地耦接風(fēng)葉，水輪機(jī)的出水口耦接至布水系統(tǒng)，布水系統(tǒng)的出水區(qū)域位于塔體內(nèi)空氣流通路徑中，并且其出水方向與塔體內(nèi)空氣流通方向相反，塔體被構(gòu)造為循環(huán)冷卻水的進(jìn)塔水頭和流量滿足水輪機(jī)的輸出功率和風(fēng)葉的軸功率相符合的條件?！榜罱印敝钢苯踊蜷g接連接。[0010]所述的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，水輪機(jī)相對(duì)塔體的上、下、內(nèi)、外、立、 臥、俯或仰方位安裝。所述的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，該塔體為利用高度拔風(fēng)有煙囪效應(yīng)的自然通風(fēng)冷卻塔。所述的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，水輪機(jī)的輸出軸功率為W = Y XQXHX η，其中Y-水的容重 1000X9. 81N/m3Q-水流量 m3/sH-7jC 頭 mη-水輪機(jī)的效率，為0.88。所述的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述水輪機(jī)為沖擊式水輪機(jī)，采用立軸形式安裝。本實(shí)用新型是利用循環(huán)冷卻水恰當(dāng)?shù)乃^和額定的水量作動(dòng)力，水流通過(guò)高效水輪機(jī)，由傳動(dòng)軸帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)量，滿足冷卻塔的冷卻效果。適用于任何型式的冷卻塔，包括利用高度拔風(fēng)有煙 效應(yīng)的自然通風(fēng)冷卻塔。本實(shí)用新型充分利用進(jìn)塔水頭的能量。如果把我國(guó)的冷卻塔國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修改成電耗為零，熱電站的利用高度拔風(fēng)有煙囪效應(yīng)的自然通風(fēng)冷卻塔，改成水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，這將大大提升冷卻塔工業(yè)能耗的要求，對(duì)企業(yè)減少固定成本，對(duì)社會(huì)節(jié)電具有積極意義。

圖1是本實(shí)用新型的一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖2是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖3是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖4是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖5是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖6是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖7是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖8是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖9是本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的構(gòu)造圖。圖10是水輪機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析模型的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1至圖9是本實(shí)用新型的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔多種形式中有代表性的少數(shù)實(shí)施例。 圖1至圖9中1為風(fēng)葉；2為水輪機(jī)；3為進(jìn)水口 ；4為進(jìn)水管；5為出水管；6為布水管；7為收水器；8為填料；9為淋水區(qū)；10為傳動(dòng)軸；11為出水口。同時(shí)參照?qǐng)D1至圖9，本實(shí)用新型的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔將具有恰當(dāng)水頭和額定流量的循環(huán)冷卻水，由進(jìn)水管4進(jìn)入，經(jīng)水輪機(jī)2的進(jìn)水口 3，過(guò)流水輪機(jī)2轉(zhuǎn)換成機(jī)械能給傳動(dòng)軸10，帶動(dòng)風(fēng)葉1旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生風(fēng)量，風(fēng)量即空氣，過(guò)流水輪機(jī)2以后的水流經(jīng)出水管5流向布水管6，散布于填料8的表面形成水膜，與進(jìn)入塔體的對(duì)流的空氣進(jìn)行熱交換冷卻，在淋水處落入水池，由循環(huán)水泵輸送為具有恰當(dāng)水頭和額定流量的循環(huán)冷卻水由進(jìn)水管4進(jìn)入行循環(huán)，直到將水冷卻。冷卻塔的能熱交換能力主要由氣水比來(lái)決定，多少質(zhì)量流量的熱水用多少質(zhì)量流量的空氣進(jìn)行熱交換即可實(shí)現(xiàn)冷卻塔的預(yù)期溫降。而質(zhì)量流量的空氣是不論用什么方法都可以獲得，一般常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉獲取。從各冷卻塔生產(chǎn)廠家的樣本資料統(tǒng)計(jì)，低溫差冷卻塔的氣水比為0. 67，中溫差冷卻塔的氣水比為0. 84，高溫差冷卻塔的氣水比為1. 12，而經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最佳氣水比為0. 55， 自然通風(fēng)冷卻塔的氣水比更低。氣水比實(shí)質(zhì)上就是氣的質(zhì)量與水的質(zhì)量的比。如果不用電機(jī)驅(qū)風(fēng)，改用水輪機(jī)來(lái)驅(qū)風(fēng)，那么就變成了用多少水流量轉(zhuǎn)換成推動(dòng)空氣的質(zhì)量，來(lái)與熱水進(jìn)行熱交換，電機(jī)是用多少千瓦的電功率來(lái)轉(zhuǎn)換成推動(dòng)空氣的質(zhì)量進(jìn)行熱交換。這就簡(jiǎn)單地變成水輪機(jī)的軸功率與電機(jī)的軸功率相同即可實(shí)現(xiàn)，同樣達(dá)到冷卻效果，使塔的比電耗趨零。如圖8所示，而自然通風(fēng)冷卻塔增加水輪機(jī)，使氣水比提高，提高冷效，減少塔的使用數(shù)量，塔的比電耗為零，被減塔的水泵是節(jié)電的實(shí)際效果。塔的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、冷卻原理都不需改變。且水輪機(jī)具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、噪聲低、壽命長(zhǎng)、適用所有場(chǎng)合和塔型的許多優(yōu)點(diǎn)。冷卻塔的進(jìn)塔水頭一般為5_8m，水頭(H)與流量(Q)的乘積就是功率。由此而可以推算出在冷卻塔中的水流能量是水頭乘上相應(yīng)的流量。如100t/h標(biāo)準(zhǔn)型冷卻塔的進(jìn)塔水流具有的能量是2. 2kW左右，而100t/h標(biāo)準(zhǔn)型冷卻塔所用的風(fēng)葉的實(shí)際軸功率恰好小于 2. 2kff左右，效率較高的風(fēng)葉還不到2. OkW。通過(guò)前述說(shuō)明可知，已經(jīng)找到節(jié)能的目標(biāo)，就是充分利用進(jìn)塔水頭的能量。如果把我國(guó)的冷卻塔國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修改成電耗為零，熱電站的利用高度拔風(fēng)有煙囪效應(yīng)的自然通風(fēng)冷卻塔，改成水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，這將大大提升冷卻塔工業(yè)能耗的要求，對(duì)企業(yè)減少固定成本， 對(duì)社會(huì)節(jié)電具有積極意義。下面就前述各實(shí)施例的理論進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。水輪機(jī)主要工作部件是葉輪，葉輪接受了流體的能量，使葉輪旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型以宏觀的角度來(lái)研究能量的轉(zhuǎn)換，從而建立冷卻塔水輪機(jī)的基本方程。根據(jù)動(dòng)量矩定理，在單位時(shí)間內(nèi)，動(dòng)量矩的變化等于外力的合力矩。按圖10所示， 合力矩M = QC1LAQC2LfQC3LJQC4L4為獲得較好的葉輪效率，要求在葉輪的出口處未被利用的能量盡量少，即把下一個(gè)葉片出口處絕對(duì)速度盡量趨向零。則M = QC1LAQC2LfQC3L3上式的后兩項(xiàng)中的一項(xiàng)是出水口的動(dòng)量矩，另一項(xiàng)是入水口的動(dòng)量矩，由于轉(zhuǎn)換的需要，一個(gè)減少，一個(gè)增加，互補(bǔ)為零，最終剩下初始葉片的入口動(dòng)量矩為這個(gè)葉輪的實(shí)
際動(dòng)量矩。M = QC1L1 = QC1COS α ^葉輪旋轉(zhuǎn)的功為角速度(ω)與動(dòng)量矩的乘積。P=CoM=CoQC1COSa1R水輪機(jī)葉輪功的原始動(dòng)能是流量(Q)與揚(yáng)程(H)的乘積，要使水流的能量轉(zhuǎn)換為
5葉輪的能量，只有令兩式相等才能實(shí)現(xiàn)。ω QC1COS α ^ = QH上式說(shuō)明質(zhì)量流量在能量轉(zhuǎn)換前后沒(méi)有變化，水流的揚(yáng)程就是水輪機(jī)的能量，揚(yáng)程越高，動(dòng)量越大。凡冷卻塔一定具有進(jìn)塔水壓(循環(huán)冷卻水的水頭)，進(jìn)塔水壓即為可轉(zhuǎn)換的能量，可滿足風(fēng)葉的實(shí)際軸功率。冷卻循環(huán)水泵的揚(yáng)程在系統(tǒng)中是一個(gè)定值，在設(shè)計(jì)時(shí)由工程師自行決定進(jìn)塔水壓的多少，遺憾的是現(xiàn)有技術(shù)中水壓的多少存有不確定性，大量存在設(shè)計(jì)不恰當(dāng)?shù)乃畨?，至使無(wú)法用水輪機(jī)改造冷卻塔。1%4年3月16日美國(guó)專利文獻(xiàn) U2672328A,企圖用佩爾頓水輪機(jī)置于冷卻塔中帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)取風(fēng)求冷效。但該專利沒(méi)有遵循帶動(dòng)風(fēng)葉所需能量應(yīng)符合循環(huán)水流內(nèi)部已有的能量，佩爾頓水輪機(jī)效率不高，需要很高的水壓才能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要實(shí)現(xiàn)該專利必須很高水壓和超額定的水量而浪費(fèi)能源，該專利沒(méi)有實(shí)用性，因失敗而至今沒(méi)有產(chǎn)品。1998年10月四日申請(qǐng)，公開號(hào)為CN1221103A的免能冷塔(附件2、，同樣存在沒(méi)有遵循帶動(dòng)風(fēng)葉所需能量應(yīng)符合循環(huán)水流內(nèi)部已有的能量的條件，不能實(shí)用于所有冷卻塔，無(wú)法形成系列產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有人公開用恰當(dāng)?shù)乃^來(lái)改造冷卻塔，即為本實(shí)用新型的先進(jìn)性和創(chuàng)造性。冷卻塔匹配的電機(jī)電耗，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)塔小于0.04kW/t、中溫塔小于 0.06kW/t推算。改用水輪機(jī)驅(qū)風(fēng)，只考慮進(jìn)塔水流的能量是否達(dá)到風(fēng)葉的軸功率。風(fēng)葉的風(fēng)量是在多少軸功率轉(zhuǎn)速情況下產(chǎn)出，關(guān)鍵是軸功率，只要軸功率達(dá)到風(fēng)葉的額定值，轉(zhuǎn)速自然達(dá)到，風(fēng)量自然也達(dá)到。冷卻塔專用水輪機(jī)的動(dòng)力由能量方程式推算。水輪機(jī)的輸出軸功率公式為ff=y XQXHX η (kw)Y-水的容重 1000X9. 81N/m3Q-水流量 m3/sH-水頭 mη -水輪機(jī)的效率，0. 88水輪機(jī)水頭由伯努利方程計(jì)算H = Z+P+V2/2gZ-水輪機(jī)進(jìn)出水位之差P-水流內(nèi)具備的壓力V-水流的速度m/sg_重力加速度9·81由于在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中冷卻塔專用水輪機(jī)采用立軸形式，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是立置的，它的進(jìn)出水位在同一平面上，沒(méi)有位能。Z = O.本實(shí)用新型的一實(shí)施例中沖擊式水輪機(jī)是開放型的，進(jìn)出水都與空氣接觸，進(jìn)出口的水流的壓力都保持在同一個(gè)大氣壓上，壓力差很小，可以忽略不計(jì)，即沒(méi)有壓能。P = 0.水流在噴出之時(shí)，已經(jīng)把壓能轉(zhuǎn)變成速度能一動(dòng)能。所以本實(shí)用新型的一實(shí)施例中的冷卻塔專用的雙擊式水輪機(jī)在討論水頭時(shí)僅計(jì)算動(dòng)能。冷卻塔的進(jìn)塔水壓就是水頭， 由下式計(jì)算[0065]H = V2/2g由于水流的速度V是單位面積上的過(guò)流水量。V = Q/SS-過(guò)流斷面積m2水頭公式又可以用H = Q2/2g S2來(lái)計(jì)算歸并上述公式后得冷卻塔專用水輪機(jī)的出力W = 9. 81XQ3/2g S2 X 0. 88 = 0. 44Q3/S2很顯然，當(dāng)已知供塔泵的流量Q以后，決定水輪機(jī)出力的關(guān)鍵是過(guò)流斷面S，斷面越小流速越大，出力就越大。但縮小斷面，流量就會(huì)減少，這是一對(duì)相互依賴的矛盾，要達(dá)到最佳狀態(tài)只有在確定流量的情況下，確定過(guò)流斷面，才能表現(xiàn)出一個(gè)最好的出力情況。當(dāng)知道冷卻塔的流量以后，就能確切地計(jì)算得到水輪機(jī)的功率，對(duì)照風(fēng)葉軸功率是否符合，即可應(yīng)用于冷卻塔電機(jī)塔的改造。由于設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)循環(huán)水系統(tǒng)時(shí)，選擇塔的進(jìn)水壓力沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，造成現(xiàn)有的冷卻塔進(jìn)塔水壓高低差別較大。流量沒(méi)有到額定值，進(jìn)塔水壓為零的冷卻塔也大有塔在。 所以用水輪機(jī)改造冷卻塔并不是所有的冷卻塔都適合。
權(quán)利要求1.水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，用于風(fēng)冷循環(huán)冷卻水，其特征在于，包括塔體、水輪機(jī)、風(fēng)葉和布水系統(tǒng)，水輪機(jī)的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管連通至循環(huán)冷卻水，水輪機(jī)的輸出軸可傳動(dòng)地耦接風(fēng)葉，水輪機(jī)的出水口耦接至布水系統(tǒng)，布水系統(tǒng)的出水區(qū)域位于塔體內(nèi)空氣流通路徑中，并且其出水方向與塔體內(nèi)空氣流通方向相反，塔體被構(gòu)造為循環(huán)冷卻水的進(jìn)塔水頭和流量滿足水輪機(jī)的輸出功率和風(fēng)葉的軸功率相符合的條件，以使水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉風(fēng)冷冷循環(huán)冷卻水；水輪機(jī)的輸出軸功率為W= YXQXHX η，其中Y-水的容重 1000X9. 81N/m3Q-水流量m3/sH-水頭mη-水輪機(jī)的效率，為0. 88。
2.如權(quán)利要求1所述的水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其特征在于，水輪機(jī)相對(duì)塔體的上、下、內(nèi)、 外、立、臥、俯或仰方位安裝。
專利摘要水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，用于風(fēng)冷循環(huán)冷卻水，包括塔體、水輪機(jī)、風(fēng)葉和布水系統(tǒng)，水輪機(jī)的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管連通至循環(huán)冷卻水，水輪機(jī)的輸出軸可傳動(dòng)地耦接風(fēng)葉，水輪機(jī)的出水口耦接至布水系統(tǒng)，布水系統(tǒng)的出水區(qū)域位于塔體內(nèi)空氣流通路徑中，并且其出水方向與塔體內(nèi)空氣流通方向相反，塔體被構(gòu)造為循環(huán)冷卻水的進(jìn)塔水頭和流量滿足水輪機(jī)的輸出功率和風(fēng)葉的軸功率相符合的條件。用循環(huán)冷卻水恰當(dāng)?shù)乃^和額定的水量作動(dòng)力，水流通過(guò)高效水輪機(jī)，由傳動(dòng)軸帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)量，滿足冷卻塔的冷卻效果。
文檔編號(hào)F04D25/08GK202012443SQ20112002358
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者張普妲, 張飛狂 申請(qǐng)人:張普妲, 張飛狂