水輪機(jī)泵取代電動機(jī)改造冷卻塔技術(shù)paper

1、“水輪機(jī)泵取代電動機(jī)改造冷卻塔技術(shù)原理“水輪機(jī)泵取代電動機(jī)改造冷卻塔”。所謂“無電機(jī)冷卻塔”：是不用電機(jī)抽風(fēng)，運轉(zhuǎn)時無環(huán)境污染的玻璃鋼與金屬件，水泥件等組成的混合結(jié)構(gòu)工業(yè)、民用、家用冷卻塔。水力取風(fēng)是在冷卻塔本身不再裝置電動機(jī)，減速器等部件，而由專利產(chǎn)品“水輪機(jī)”完成滿足熱交換所需的通風(fēng)量，不增加原循環(huán)水泵應(yīng)有的電流，達(dá)到冷卻效果的一種新型冷卻塔。無電機(jī)冷卻塔與一般冷卻塔的區(qū)別及工作原理：無電機(jī)冷卻塔與行業(yè)上的冷卻塔之區(qū)別在于:（1）無電機(jī)冷卻塔采取了更先進(jìn)的專利技術(shù)。（2）在外觀上采用了新的布水取風(fēng)器，取消了電機(jī)減速器，一般冷機(jī)塔還是采用機(jī)電動力取風(fēng)，存在著電耗、噪聲等弊病。 無電機(jī)冷塔的工

2、作原理是由抽風(fēng)動力來自于水動力，不是通常的機(jī)電動力，由循環(huán)水系統(tǒng)的水泵送來的水動力完成布水取風(fēng)的任務(wù)，同時抽風(fēng)和布水。水泵送水的壓力完全足夠承擔(dān)布液抽風(fēng)的任務(wù)，故可以省略電機(jī)。無須再增加水壓，水泵與一般傳統(tǒng)冷塔的使用相同。無電機(jī)冷卻塔的優(yōu)點是：(1)環(huán)保。冷卻塔取消電機(jī)以后就沒有噪聲環(huán)保問題。(2)節(jié)電。按國家標(biāo)準(zhǔn)冷卻塔耗電一年就等于塔價。如果換上無電機(jī)冷卻塔水輪機(jī)就沒有這項支出。(3)冷效。水力取風(fēng)是隨水壓力的增減而轉(zhuǎn)速增減，風(fēng)量也隨之增減，所以無電機(jī)冷卻塔水輪機(jī)的氣水比始終穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，冷效最好。(4)長壽。水力取風(fēng)結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，維修方便，可長期連續(xù)工作。(5)安全。無電機(jī)冷卻塔水

3、輪機(jī)可在防爆環(huán)境安全運行。(6)適用廣。無電機(jī)冷卻塔水輪機(jī)適用一切類型的冷塔，還可對一切類型的老塔進(jìn)行改造，塔型越大，經(jīng)濟(jì)意義越大。無電機(jī)冷卻塔水輪機(jī)的技術(shù)指標(biāo):(1) 電耗等于零。(2) 冷效大于0.75。(3) 負(fù)荷率大于0.95（實測水量與設(shè)計水量之比）。(4) 噪聲小于50分貝。(5) 熱負(fù)荷率大于0.95（實測散熱量與設(shè)計散熱量之比）。無電機(jī)冷卻塔的工況條件:進(jìn)塔水壓:0.5-5t家用塔大于0.015Mpa;5-50t微型塔大于0.025 Mpa;50-100t小塔大于0.04 Mpa;100-1000t中塔大于0.06 Mpa;1000-4000t大塔大于0.08 Mpa. 老塔改

4、用水輪機(jī)以后，泵的功率電流、壓力、流量情況如何？老塔泵的揚程已經(jīng)確定，無法改變，改造后加上水輪機(jī)的阻力不增加原泵的功率電流。事實上泵的功率是隨著流量的增加而增加，流量的減少而減少，所以沿泵流程上增設(shè)水輪機(jī)，使阻力增加流量減少，泵功率就不增加。改造后的冷卻塔水輪機(jī)阻力很低，恰好在泵的最高效率范圍里面，流量減少極微，使壓力增加后，流量減少3%，電流減少1%。整塔運轉(zhuǎn)冷效優(yōu)于原塔。 【水輪機(jī)耗功極小的關(guān)鍵所在】1. 水輪機(jī)所需要帶動冷卻風(fēng)扇的功耗遠(yuǎn)小于原電機(jī)帶動風(fēng)扇功耗：因為常用的異步電機(jī)的功率因數(shù)（磁滯損耗產(chǎn)生發(fā)熱）損耗；2. 電機(jī)和減速機(jī)的機(jī)械效率多機(jī)串聯(lián)損耗大（多機(jī)串聯(lián)損耗環(huán)節(jié)多）；3. 電機(jī)

5、、減速機(jī)效率低（從產(chǎn)生很大噪聲即可知，轉(zhuǎn)變成聲能損耗掉，作為電機(jī)保護(hù)，采用皮帶輪減速，則皮帶打滑、發(fā)熱損耗更大）；4. 電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，不隨水流量變化造成過剩功耗； 5. 由于季節(jié)等因素冷卻水量降低時，拖動水泵的電機(jī)負(fù)載降低，機(jī)械效率也會明顯降低；6. 對供水泵增加水輪機(jī)的負(fù)荷后，使拖動水泵的電機(jī)負(fù)載提高，電機(jī)的效率不會下降（由于顧及電機(jī)啟動扭矩大，選電機(jī)常?！按篑R拉小車”，按異步電機(jī)的特性而言，一般還會提高效率），由于相對水泵提水功耗來說水輪機(jī)功耗很?。ú?個數(shù)量級），一升一降使得功耗很??；7. 水輪機(jī)隨負(fù)荷調(diào)整轉(zhuǎn)速，無“過吹”，水飄散率低，循環(huán)量可略微降低；8. 電機(jī)、減速機(jī)轉(zhuǎn)速高，冷卻差，

6、壽命短，機(jī)械磨損后效率降低，后期功耗加大很快；9. 改用水輪機(jī)以后塔的水流量是否會減少而影響使用效果？冷卻循環(huán)水泵的工作效率一般在80%，老塔改用水輪機(jī)以后，水壓略有增加，但流量不變，泵電流也沒有明顯的增量。究其原因是泵效率提高，增加了有用功，即不改變原泵功率，僅提高泵效率，水壓增加，使流量不變。泵有一個工作特性曲線，在其額定的工作范圍內(nèi)，效率、流量、壓力、軸功率之間的關(guān)系均能相互制約，相互利用，在某一范圍內(nèi)曲線是相對穩(wěn)定的，稍有變化不影響其它參數(shù)。根據(jù)實際操作，冷塔由原來的電機(jī)改成水輪機(jī)以后泵壓增加，電流無變化，流量不變。所以老塔改用水輪機(jī)以后塔的水流量不會減少，不會影響使用效果。1

7、0; 水動風(fēng)機(jī)的原理冷卻塔的進(jìn)塔循環(huán)水壓頭一般是5-8m。由此可推算進(jìn)冷卻塔的水流中具備著水頭5-8m乘上相應(yīng)的進(jìn)塔水流量的功率。如100th標(biāo)準(zhǔn)塔的能耗為2.2kW左右，即100th標(biāo)準(zhǔn)塔所用的風(fēng)葉的實際軸功率為2.2kW左右，風(fēng)機(jī)效率高的還低于2.2kW，200th塔是4.5 kW左右，1000th是22kW左右，4000th是90kW左右，依次類推。既然現(xiàn)有冷卻塔在正常運轉(zhuǎn) 情況下的水流中具備著這樣的能量，為什么不可以將其利用起來，而白白的浪費掉。冷卻塔的進(jìn)水壓頭的要求是根據(jù)塔的管路損失、塔的高度和布水的噴射力共同所需的總和來確定。其中布水的噴射力所需的壓頭

8、僅0.5-1 m就足夠了。這些工作壓力來自于循環(huán)水泵，水泵的揚程選型計算是冷卻塔所處位置的高度、沿程管路損失、彎頭、閥門的阻力，以及用水設(shè)備阻力的總和。泵的流量口是按冷卻塔公稱名義匹配的，如100th塔即匹配100th泵，500th即匹配500th泵。泵的揚程乘上流量即為水流所具備的功率，進(jìn)塔水的壓頭是總揚程減去供水系統(tǒng)阻力損失以后所剩下的58m。這寶貴的5-8m，大有文章可做。把它先通過水輪機(jī)而獲得輸出功率來驅(qū)動風(fēng)機(jī)，可以完全省去風(fēng)機(jī)電機(jī)。實際上工業(yè)選泵的揚程，為了確保流量，還必須考慮泵的效率，按規(guī)定揚程只允許大不允許小，它為水輪機(jī)提供了富裕的水頭。所以凡是冷卻塔符合常規(guī)設(shè)計選型，

9、完全可以由水輪機(jī)取代風(fēng)機(jī)電機(jī)，大可不必?fù)?dān)心水輪機(jī)的原動力不夠而影響風(fēng)量、冷效。而通過水輪機(jī)以后的余壓足夠完成布水和其它管路損失。如圖1所示為水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的結(jié)構(gòu)圖，水輪機(jī)的位置在布水系統(tǒng)的上部，水流經(jīng)水輪機(jī)以后的出水到布水的位差即可獲得0.5-1 m的水頭。2  水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的節(jié)能這種結(jié)構(gòu)原理的冷卻塔筆者經(jīng)過5年的研制試驗，一百多家用戶的實用，證實可省去電機(jī)，節(jié)電可觀，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔大有節(jié)能價值。我國按200th標(biāo)準(zhǔn)塔折算有50萬臺，200th標(biāo)準(zhǔn)塔的電耗以國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.04kWt為7.5kW，宏觀地全部改成水輪機(jī)來驅(qū)動風(fēng)葉，則可節(jié)電240億度，以上海地區(qū)峰

10、谷電平均0.5元度計算，每年節(jié)約120億元。從單塔的節(jié)能效果看200Vh塔每天用電4.5×24=108度，每年39420度，電費0.5元度每年19710元，工業(yè)用電1元度計算是39420元，這筆帳算起來十分清楚。節(jié)約的全部是利潤。塔的大小完全可以照此推算。 3  微型水輪機(jī)的研制要達(dá)到這樣節(jié)能的效果，關(guān)鍵是如何配好水輪機(jī)，市場水輪機(jī)大都用于水力發(fā)電，其功率在100kW以上，而冷卻塔的功率均在100kW以下，即使有小功率的水輪機(jī)也不能直接拿來用上，要么水壓頭過高，要么形狀結(jié)構(gòu)不適應(yīng)，為此筆者專門研制了冷卻塔專用水輪機(jī)如圖2。筆者稱它為微型水輪機(jī)，雙擊貫流式

11、，轉(zhuǎn)輪的進(jìn)水角度為30°，葉片的弦傾角為22.5°，葉片17片，葉片的線型遵照盡可能地完全利用能量的方法設(shè)計，進(jìn)水口的水頭為5-8m，完全解決了冷卻風(fēng)葉所需的轉(zhuǎn)速、軸功率，實際應(yīng)用經(jīng)法定檢測單位檢測效果十分滿意。4  水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的冷卻效果2001年5月31日上海節(jié)能服務(wù)中心對上海乳品培訓(xùn)中心由浙江聯(lián)豐玻璃鋼廠生產(chǎn)的2臺同類型200th塔進(jìn)行測試，其中1臺的風(fēng)機(jī)運行系統(tǒng)僅進(jìn)行水輪機(jī)改造，其它部位不變。2臺塔在同時運行，工況相同的情況下，進(jìn)行熱力性能，節(jié)能效果對比測試，其對比后測試數(shù)據(jù)如表1(北塔為經(jīng)水輪機(jī)改造)。測試結(jié)果表明，水泵沒有增加功率，揚程沒有

12、改變，風(fēng)葉電機(jī)卻取消了，因此電耗等于零，實現(xiàn)了節(jié)電100。 表1 測試數(shù)據(jù)對比  進(jìn)塔參數(shù) 出塔水溫/t2/ 風(fēng)葉直徑/m 電機(jī)功率/kw 水泵壓力/MPa 水泵功率/kw 進(jìn)出水溫差t/ 冷幅t/ 比電耗a 噪聲/dB(A) 干球1/ 濕球1/ 水溫t1/ 北塔 23.5 17 21.9 19.9 2.8 0 0.18 14.99 2&

13、#160;2.9 0 49 南塔 23 17.5 22 20.2 2.8 3.923 0.18 16.44 1.8 2.7 0.02 61 5 結(jié)語水輪機(jī)應(yīng)用于冷卻塔不論是改造也好，整臺新塔也好，優(yōu)點在于：節(jié)能。該塔利用水輪機(jī)取代風(fēng)葉電機(jī)，完全節(jié)省了風(fēng)葉電機(jī)的運行電耗，且沒有增加循環(huán)水泵的負(fù)擔(dān)。無噪聲。水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是在水流道內(nèi)完成的；控制湍振的雷諾數(shù)，使水輪機(jī)不會發(fā)出干擾的噪聲。高效。水輪機(jī)軸直接輸出風(fēng)葉，不需再通過其它減速器等，且隨著水流量的變化而風(fēng)量相