冷卻塔的熱能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。而空氣是不論用什么方法獲得，一般常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)獲取。
如果改用
水輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，那么水輪機(jī)的軸功率與電機(jī)功率相同即可實(shí)現(xiàn)。塔的結(jié)構(gòu)、外形、尺寸、冷卻原理都不需改變。?
水動(dòng)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100t／h標(biāo)準(zhǔn)塔的能耗為2.2kW左右，即100t／h標(biāo)準(zhǔn)塔所用的風(fēng)葉的實(shí)際軸功率為2.2kW左右，風(fēng)機(jī)效率高的還低于2.2kW，200t／h塔是4.5?kW左右，1000t／h是22kW左右，4000t／h是90kW左右，依次類推。既然現(xiàn)有冷卻塔在正常運(yùn)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(lái)，而白白的浪費(fèi)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(lái)確定。其中布水的噴射力所需的壓頭僅0.5-1?m就足夠了。這些工作壓力來(lái)自于循環(huán)水泵，水泵的揚(yáng)程選型計(jì)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100t／h塔即匹配100t／h泵，500t／h即匹配500t／h泵。泵的揚(yáng)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(yáng)程減去供水系統(tǒng)阻力損失以后所剩下的5—8m。這寶貴的5-8m，大有文章可做。把它先通過(guò)水輪機(jī)而獲得輸出功率來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，可以完全省去風(fēng)機(jī)電機(jī)。實(shí)際上工業(yè)選泵的揚(yáng)程，為了確保流量，還必須考慮泵的效率，按規(guī)定揚(yáng)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(jì)選型，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(dòng)力不夠而影響風(fēng)量、冷效。而通過(guò)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(dòng)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(dòng)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(guò)5年的研制試驗(yàn)，一百多家用戶的實(shí)用，證實(shí)可省去電機(jī)，節(jié)電可觀，水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔大有節(jié)能價(jià)值。我國(guó)按200t／h標(biāo)準(zhǔn)塔折算有50萬(wàn)臺(tái)，200t／h標(biāo)準(zhǔn)塔的電耗以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.04kW／t為7.5kW，宏觀地全部改成水輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉，則可節(jié)電240億度，以上海地區(qū)峰谷電平均0.5元／度計(jì)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(fèi)0.5元／度每年19710元，工業(yè)用電1元／度計(jì)算是39420元，這筆帳算起來(lái)十分清楚。節(jié)約的全部是利潤(rùn)。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(chǎng)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(lái)用上，要么水壓頭過(guò)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，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(jì)，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(shí)際應(yīng)用經(jīng)法定檢測(cè)單位檢測(cè)效果十分滿意。
4?水動(dòng)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(duì)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(tái)同類型200t／h塔進(jìn)行測(cè)試，其中1臺(tái)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)僅進(jìn)行水輪機(jī)改造，其它部位不變。2臺(tái)塔在同時(shí)運(yùn)行，工況相同的情況下，進(jìn)行熱力性能，節(jié)能效果對(duì)比測(cè)試，其對(duì)比后測(cè)試數(shù)據(jù)如表1（北塔為經(jīng)水輪機(jī)改造）。
測(cè)試結(jié)果表明，水泵沒(méi)有增加功率，揚(yáng)程沒(méi)有改變，風(fēng)葉電機(jī)卻取消了，因此電耗等于零，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電100％。?
5?結(jié)語(yǔ)
水輪機(jī)應(yīng)用于冷卻塔不論是改造也好，整臺(tái)新塔也好，優(yōu)點(diǎn)在于：
?、俟?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(yùn)行電耗，且沒(méi)有增加循環(huán)水泵的負(fù)擔(dān)。
②無(wú)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(huì)發(fā)出干擾的噪聲。
③高效。水輪機(jī)軸直接輸出風(fēng)葉，不需再通過(guò)其它減速器等，且隨著水流量的變化而風(fēng)量相應(yīng)變化，始終穩(wěn)定在較好的氣水比。
?、苁褂脡勖L(zhǎng)。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此只要達(dá)到材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度和密封，其壽命是長(zhǎng)期的。一旦出現(xiàn)故障，維修也極為簡(jiǎn)單，更換一些標(biāo)準(zhǔn)件即可，比電機(jī)減速器的維修要省卻許多麻煩。
?、莅踩?。冷卻塔電機(jī)有漏電傷人，火花爆炸的潛在危險(xiǎn)，水輪機(jī)不用電，且質(zhì)量輕，高處作業(yè)不再為起吊卸下電機(jī)減速器而為難，增加了冷卻塔的運(yùn)行環(huán)境安全性。
?、捱m用。對(duì)任何形式的冷卻塔都適用，特別適用于特大型的冷卻塔。越大越可靠。
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