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水輪機冷卻塔技術分析
作者:福建冷卻塔  來源:福建冷卻塔廠家  發表時間:2015-2-5  點擊:2106

現有冷卻塔一般是用電動機通過聯軸器、傳動軸、減速器來驅動冷卻塔的風機,風機的抽風使進入冷卻塔的水流快速散熱冷卻,然后又由水泵加壓將水流輸送到需要用水冷卻的設備使用后再引入冷卻塔冷卻,達到冷卻水循環使用。

為改造成水輪機的冷卻塔

由于工業冷卻水在熱交換設備和冷卻塔之間的循環是通過水泵來驅動的。在設計、制造、選型及使用中,因考慮可靠性等多種因素,使該系統的水泵有大量富余揚程和流量,這主要表現在以下幾個方面:

(1)每個循環水系統中的水量很難被精確的計算出來,工藝工程師計算系統水流量時,為了安全生產及各方面的因素考慮都會在滿足最大需求水量的基礎上加至少10%-20%的余量來確定水泵的流量,這樣整個系統的水量一定是富裕的。

(2)在整個循環水系統中,每段水管、彎頭都有一定的阻力,冷卻塔的位置高低、換熱部件的阻力及壓力要求都會在系統中產生阻力,這些阻力也不能很精確的計算出來,所以工藝工程師計算的阻力值只是一個大概的數據,根據這個數值在選型水泵的揚程時,考慮更安全的滿足生產需求,就在克服所計算出的阻力數值的基礎上至少加10%-20%的余量來選型------整個循環系統中揚程一定是富裕的。

但這些能量過去在系統里都白白浪費了。而我公司水輪機就是充分利用這些多余的能量推動從而帶動風扇的轉動。

水動風機顧名思義就是以水力驅動風機,而不是傳統的電力。在水動風機冷卻塔中,是以水輪機取代電機作為風機動力源。水輪機的工作動力來自系統的富余流量和富余揚程。改造后,水泵提供的熱水經過水輪機并帶動其旋轉。水輪機的輸出軸直接與風機相連,進而帶動風機旋轉。

改造成水輪機冷卻塔后

根據規范,泵類在設計時一般都留有備用的出力余量,配用的拖動電動機一般定位于最大工作能力情況下,而大量的生產場合由于功率需求始終處于變動狀態,普遍采用的是低效的進、出口閥門調節方式與負荷的變化相適應。即采用變閥調節的方式,也就是在輸送流體的管道上利用改變閥門的開度,來調節泵的流量。這種調節方法通常也稱為節流調節,它是利用改變管道系統阻力的辦法,變更管道阻力特性曲線,以便獲得適合用戶需要的工作點。但是關小閥門可以減少流量,而系統從電網吸收的能量并沒有減少,拖動電動機的軸輸出動力基本沒有改變,有相當一部分能量消耗在閥門上,雖然閥門的輸出達到了工況要求,但是能量的有效比例減少了,而損耗增加了。

從理論上來講,在采用變閥調節時,泵的功率基本不變,泵的性能曲線基本不變,而管道阻力特性曲線發生變化,泵的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點處就是新的工作點,如下圖所示。變閥調節方式下性能曲線不變、管道阻力特性曲線改變,工作點沿性能曲線移動。

水輪機冷卻塔的曲線圖

根據多方的觀測結果也證明,在采用節流閥控制流量時,不控制泵本身,泵的工作點會隨管道阻力變化而變化,泵的功率有時也會有相應的變化,但在正常工作范圍內變化不大。

這種節流調節所帶來的 阻力損失占據了水泵富余揚程的絕大部分,我們的目標就是要把這部分阻力損失變為水輪機的動力來源,也就是合理利用水泵的富余揚程!

合理調整管道布局,減少沿程管路損失合理調整閥門開啟度,降低節流調節的管路阻力通過以上兩方面的工作,減少管路系統阻力,使這部分阻力變為推動水輪機工作的動力。

根據水泵流量與揚程的關系,我們可知泵的功率與Q-H圖上原點和Q-H曲線上工作點所確定的矩形面積成正比。詳見下圖:

水輪機冷卻塔的水泵功率曲線圖
即;P=QH

當系統加上水輪機后,將進塔閥逐漸打開直至系統流量到需要值。因水泵功率與流量成正相關系,流量變化時水泵功率才變化,流量不變化時水泵電機功率也不變化。具體原理說明圖如下:

水輪機冷卻塔的水泵功率變化圖

A.在無任何操作前水泵和系統阻力之間的的工作交點為(Q2,H2),點(Q1,H1)為水泵的額定點。此時的富裕揚程為H1-H2。

水輪機冷卻塔水泵揚程與功率的變化圖

B.在進塔閥全開后系統阻力曲線由A 變化為 B,工作交點為(Q3,H3),此時的富裕揚程為H2-H3。

更換成水輪機冷卻塔后

C .更換為水輪機后系統阻力曲線由B 變化為 C,工作交點變化為(Q1,H1)。

水輪機冷卻塔功率與流量的關系

D.水輪機更換后進塔閥門開大調節后,系統水量沒有變化或變化到水泵額定流量,因水泵功率與流量成正比關系,因此水輪機更換后水泵電機功率并沒有增加或甚至減小。

二、社會效益以及推廣應用前景分析

節能:充分利用循環水泵所具有的余壓,節約電能。拆除了風機電機,實現了真正意義上的100%節能。

可靠:水動風機設計嚴謹,結構合理,運轉平穩,可靠性高,從根本上杜絕了電機,電控和減速機漏電、漏油、燒毀和損壞的故障,為安全持續運行提供了保證;水輪機的重量小于取消的電機、減速機、傳動軸三者之和,從而使冷卻塔重心下移,增加運行環境安全性。

安全:可在任何需防爆的環境下安全運行。

經濟:因取消了電機和減速機,從根本上解決了傳動軸及減速機損壞問題,從而大大減少日常管理和維修保養成本。

冷效好:隨著季節變化,水動風機的轉速隨循環水流量的增減而增減,風量也隨之增減,使冷卻塔的汽水比穩定在最佳狀態,達到最佳冷卻效果。

環保:風機電動機轉速較高因而引起的冷卻塔的噪音和震動也較高,采用水動風機冷卻塔可有效解決這一問題。

三、技術核心

水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械,它屬于流體機械中的透平機械。水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉,工作過程中水流的壓力不變,主要是動能的轉換;例如,南京星飛公司目前在市場上大量推廣的雙擊式水輪機就是沖擊式水輪機,由于該類型的水輪機只能利用水的動能,因此,對系統的能源利用效率不高,很多能源就白白浪費了。

反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉,工作過程中水流的壓力能和動能均有改變,但主要是壓力能的轉換。目前,在市場中所使用的反擊型各式水輪機,是為水力機械配套使用的,其最小功率都在幾百千瓦以上,完全不符合冷卻塔風機的工礦要求(冷卻塔風機最大才一百多千瓦),不僅只能在其特定的水頭和流量范圍內使用,而且只能在最優工況下才能達到較高的效率,從而嚴重制約了水能資源的開發利用進程,甚至對有些水能資源根本無法開發。

水輪機冷卻塔的原理圖

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