產(chǎn)品品牌：新吉

水動風(fēng)機(jī)冷卻塔就是充分利用進(jìn)塔水頭的能量以達(dá)到節(jié)能的目的。如果把我國的冷卻塔國家標(biāo)準(zhǔn)修改成電耗為零，這將大大提升冷卻塔工業(yè)能耗的要求，對企業(yè)減少固定成本，對社會節(jié)電具有積極意義。 　　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)。以宏觀的角度來研究能量的轉(zhuǎn)換，從而建立冷卻塔水輪機(jī)的基本方程。葉輪式水輪機(jī)主要有沖擊式和反擊式兩種。雙擊式是沖擊式其中的一種，選用雙擊式是它的轉(zhuǎn)輪葉片之間水流有自由表面，不會對葉片產(chǎn)生氣蝕，延長使用壽命；轉(zhuǎn)輪前后水流沒有壓差；集中用速度能對葉片兩次沖擊，能量的轉(zhuǎn)換效率較高；水流變化較大時適應(yīng)能力較好；立軸布置適合冷卻塔的特殊空間及電機(jī)減速器原位更換；增設(shè)尾水管，回收能量為布水服務(wù)。 　　根據(jù)動量矩定理，在單位時間內(nèi)，動量矩的變化等于外力的合力矩。按圖1所示，合力矩 M = QC1L1 QC2L2 QC3L3 QC4L4 　　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，即把下一個葉片出口處絕對速度盡量趨向零。則 　　 M = QC1L1 QC2L2 QC3L3 　　 上式的后兩項中的一項是出水口的動量矩，另一項是入水口的動量矩，由于轉(zhuǎn)換的需要，一個減少，一個增加，互補(bǔ)為零，最終剩下初始葉片的入口動量矩為這個葉輪的實際動量矩。 　　 M = QC1L1= QC1COSα1R 　　 葉輪旋轉(zhuǎn)的功為角速度（ω）與動量矩的乘積。 　　 P = ωM = ωQC1COSα1R 　　 葉**的原始動能是流量（Q）與揚(yáng)程(H)的乘積，要使水流的能量轉(zhuǎn)換為葉輪的能量，只有令兩式相等才能實現(xiàn)。 　　 ωQC1COSα1R = QH 　　 上式說明質(zhì)量流量在能量轉(zhuǎn)換前后沒有變化，水流的揚(yáng)程就是水輪機(jī)的能量，揚(yáng)程越高，動量越大。凡冷卻塔一定具有進(jìn)塔水壓，進(jìn)塔水壓即為可轉(zhuǎn)換的能量，可滿足風(fēng)葉的實際軸功率。冷卻循環(huán)水泵的揚(yáng)程在系統(tǒng)中是一個定值，在改造時加上水輪機(jī)，阻力增加，不會增加泵的電流，反而會減少電流。水輪機(jī)的阻力很小，只相應(yīng)地減少趨零的電流。 　　 在我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中只有JB/T 7640—1994的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“雙擊式水輪機(jī)系列型譜”較簡單地介紹了一些性能參數(shù)，但該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式規(guī)定均為臥式，且使用范圍功率12kW至100Kw，水頭大于8m , 流量大于0.1m3/s , 為了適用于冷卻塔，只得另辟蹊徑，創(chuàng)新一種立軸帶有尾水管的微型水輪機(jī)，如圖2。2003年1月8日獲專利權(quán)。2003年10月8日發(fā)明專利公告。 　　冷卻塔匹配的電機(jī)電耗，國家標(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)，不用再考慮電機(jī)匹配，只考慮進(jìn)塔水流的能量是否達(dá)到風(fēng)葉的軸功率。表2列示水頭功率，是減去水輪機(jī)阻力0.5m以后，與相應(yīng)的氣水比空氣量和風(fēng)葉軸功率的統(tǒng)計表，達(dá)到對應(yīng)值即可達(dá)到冷卻效果。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。 注：風(fēng)葉軸功率等于水輪機(jī)輸出軸功率，按每3.3 104m3/h風(fēng)量1kW計算。國家標(biāo)準(zhǔn)匹配電機(jī)功率為標(biāo)準(zhǔn)塔小于0.04kW/t,中溫塔小于0.06kW/t。 三 測試2003年8月1日由上海交通大學(xué)、上海節(jié)能中心聯(lián)合對模型水輪機(jī)進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如下： 　　 流 量： 94m3/h 　　 水 頭： 4m 　　 傳感器顯示功率： 0.9Kw 　　 轉(zhuǎn) 速： 326r/min 　　 計算得水輪機(jī)的效率為0.88，JB/T標(biāo)準(zhǔn)為0.82。 　　 2003年8月5日又對上海乳制品研究所的200t/h塔經(jīng)水輪機(jī)改造后去掉風(fēng)機(jī)電機(jī)使用3年的塔進(jìn)行對比性測試。 　　 泵IS—150—125—250 3臺，其中1臺為備泵，揚(yáng)程20m, 流量200t/h, 塔兩臺，距地面14m, 風(fēng)機(jī)電機(jī)軸功率3.9Kw, 制冷機(jī)8FS10, Q = 134400kcal/h 2臺。1臺泵供1臺塔1臺制冷機(jī)。用戶長期使用該塔，完全節(jié)約了5.5kW的電機(jī)，節(jié)電100％，3年來節(jié)省了大量的電費(fèi)。用戶反映極為滿意。 四 水輪機(jī)的動力分析 　　水動風(fēng)機(jī)冷卻塔問世以來，對節(jié)能作出了一定的貢獻(xiàn)。經(jīng)中國科學(xué)院上海文獻(xiàn)情報中心查新，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔具有充分的新穎性和創(chuàng)新性，國內(nèi)外文獻(xiàn)均無相同結(jié)構(gòu)的報道。說明該產(chǎn)品具有原創(chuàng)資格。由于冷卻塔業(yè)內(nèi)對水輪機(jī)取代風(fēng)機(jī)電機(jī)節(jié)電100[wiki]%[/wiki]心存疑慮。有的教授級冷卻塔專家不懂沖擊式水輪機(jī)的特點，誤求轉(zhuǎn)輪前后水壓差，作出錯誤判斷。有的用戶持謹(jǐn)慎態(tài)度，不敢為人先。為此有必要把冷卻塔專用水輪機(jī)的特點作進(jìn)一步闡述。 　　1．冷卻塔專用水輪機(jī)的動力由能量方程式推算。 　　 水輪機(jī)的輸出軸功率公式為 　　 W=γ×Q×H×η (kw) 　　 γ—　水的容重　1000×9.81N/m3 　　 Ｑ—　水流量　m3 /s 　　 Ｈ—　水頭　　m 　　 η—　水輪機(jī)的效率， 0.88 　　 水輪機(jī)水頭由伯努利方程計算 　　 Ｈ=Ｚ＋Ｐ＋Ｖ2 /2g　　　　　　　　 　　 Ｚ—　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/s 　　 g—　重力加速度　　9.81 　　 由于冷卻塔專用水輪機(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，沒有位能。Ｚ＝０. 　　 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大氣壓上，壓力差很小，可以忽略不計，即沒有壓能。Ｐ＝０. 　　 水流在噴出之時，已經(jīng)把壓能轉(zhuǎn)變成速度能—-動能。所以冷卻塔專用的雙擊式水輪機(jī)在討論水頭時僅計算動能。冷卻塔的進(jìn)塔水壓就是水頭，由下式計算 　　 Ｈ＝Ｖ2/2g　　　　　　　　　　　 　　 由于水流的速度Ｖ是單位面積上的過流水量。 　　 Ｖ＝Ｑ/Ｓ 　　 Ｓ—　過流斷面積 ㎡ 　　 水頭公式又可以用Ｈ＝Ｑ2/2gＳ2 來計算 　　 歸并上述公式后得冷卻塔專用水輪機(jī)的出力 　Ｗ=9.81× Ｑ3/2gＳ2 ×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，流量就會減少，這是一對相互依賴的矛盾，要達(dá)到最佳狀態(tài)只有在確定流量的情況下，確定過流斷面，才能表現(xiàn)出一個最好的出力情況。 　　 我們設(shè)計按8.4683m水頭計算，由此得水輪機(jī)出力 Ｗ＝9.81×8.4683×Q×0.88＝73.1Ｑ(kw)　　　 　　 當(dāng)知道冷卻塔的流量以后，就能確切地計算得到水輪機(jī)的功率，對照風(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。 　　 如：2000t/h的冷卻塔水輪機(jī)軸功率為 Ｗ＝73.1Q=73.1×0.55555=40.6KW 　　 所對應(yīng)的風(fēng)葉實際軸功率應(yīng)該小于40.6KW（否則該風(fēng)機(jī)效率較差），該塔運(yùn)轉(zhuǎn)完全正常，完全可取代電動機(jī)，節(jié)電100%。關(guān)鍵的一點，要知道進(jìn)該塔的水頭有沒有8m的余地。 　　 由于設(shè)計人員在設(shè)計循環(huán)水系統(tǒng)時，選擇塔的進(jìn)水壓力沒有標(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。一旦可以進(jìn)行改造，說明該塔有富余揚(yáng)程存在，節(jié)電100％。不具備富余揚(yáng)程條件，我們就不改，也不存在節(jié)電百分之幾的結(jié)果。新的冷卻塔也一樣以兩個條件為本。 2．水輪機(jī)的阻力怎么計算。 　　冷卻塔的循環(huán)水管路中，增設(shè)一個水輪機(jī)無疑是增加阻力，阻力增加水流量減少，還影響換熱[wiki]設(shè)備[/wiki]的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。阻力嚴(yán)重甚至于會造成換熱設(shè)備管子爆裂的事故。水動風(fēng)機(jī)冷卻塔水輪機(jī)阻力僅為0.5m(0.005Mpa),很小。這相當(dāng)于在管路中增多一個彎頭或閥門的阻力。不會影響其它設(shè)備。0.5m的阻力，相比于噴霧塔的噴嘴阻力，顯然要小得多。水輪機(jī)阻力實在小，可以大大放心改造現(xiàn)有冷卻塔，無須擔(dān)心換熱設(shè)備增加負(fù)擔(dān)。 水輪機(jī)的阻力由水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前的速度和水流道形狀決定。水動風(fēng)機(jī)冷卻塔的水輪機(jī)流道是漸縮圓弧形，阻力由局部水頭損失公式計算H= ξV2/2g ξ -- 阻力系數(shù) = 0.081 由實驗實際使用中獲得。 當(dāng)8m水頭運(yùn)作時，由較小的流速獲得最高出力，用上式計算得，水輪機(jī)的阻力為0.5m。 五 不同塔型的應(yīng)用比較。 噴霧塔在我國20世紀(jì)80年代初，就已經(jīng)應(yīng)用于化工尿素車間，沒有填料是一種較為先進(jìn)的塔型，隨著技術(shù)進(jìn)步，噴嘴的壓力由0.4Mpa降到0.2Mpa?，F(xiàn)將電動、水動、噴霧三種塔型作一番比較，討論各自的優(yōu)缺點，供大家參考。為對比方便，設(shè)0.08Mpa為一個電動塔的動力能A。下列討論設(shè)定塔的公稱流量為額定值。流量不足、水壓小于零或流量大于額定值、水壓小于零等情況不作討論。 ①從冷卻塔的能耗產(chǎn)出分析。 Ⅰ.當(dāng)進(jìn)塔水壓為零時，電動塔的風(fēng)量為定值，風(fēng)機(jī)用電量為A，溢流布水冷效差;水動塔必須在泵上加A的電量才可取代電機(jī)塔，與電機(jī)塔的用電量相等,進(jìn)塔水壓已達(dá)8m，布水工況好，冷效好;噴霧塔必須在泵上加2.5A的電量才可取代電機(jī)塔，加上風(fēng)機(jī)電機(jī)的用電量，多3.5A的電量。 Ⅱ.當(dāng)進(jìn)塔水壓等于8m時，水動塔最為合適;電動塔是多用電量A;噴霧塔必須在泵上再加1.5A的電量才可運(yùn)轉(zhuǎn),再加上風(fēng)機(jī)電機(jī)的用電量，多用2.5A電量。 Ⅲ.當(dāng)進(jìn)塔水壓等于20m時，電動塔多用量2.5A;水動塔多用電量1.5A;噴霧塔多用電1.5A。 ②從維修環(huán)保角度分析。 電動塔的維修保養(yǎng)率較高；維修難度大；維修費(fèi)用高；管理復(fù)雜；重量大；塔的重心上移；振動大；必須增加搭體的強(qiáng)度；噪聲較大；皮帶式電機(jī)因打滑而影響冷效。 水動塔維修保養(yǎng)率較小，甚至長期不用維修；維修簡單；管理簡單；冷效穩(wěn)定；塔的重心下移由地面承受；可減少塔體的材料；振動??；沒有噪聲。 噴霧塔結(jié)構(gòu)簡單；重量輕；造價低；振動小；沒有噪聲。缺點是進(jìn)塔水壓能耗大。 冷卻塔的進(jìn)塔水壓總要有，沒有水壓影響布水，這個水壓就是可用水輪機(jī)節(jié)能的動能。動能可用水頭計算。 　　要注意的是泵的流量和揚(yáng)程，這兩個條件可以相互配合。如果流量大，揚(yáng)程小，或流量小，揚(yáng)程大，只要他們的乘積夠條件，則水輪機(jī)發(fā)揮正常，風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)正常。如山西海鑫國際鋼鐵有限公司的兩臺350t/h塔改造，泵的流量只有530t/h,平均每臺塔的水量265t/h，還差每臺85t/h, 顯然是不夠的。但泵的揚(yáng)程是45m, 塔高僅14m，該塔水質(zhì)極差，水管內(nèi)水垢厚度達(dá)20mm，實際總阻力35m，尚有12m 的水頭作功,所以 W=9.81×Q×H×0.88=9.81×0.0736×12×0.88=7.62(KW)。 　　 還有正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。水泵壓力表顯示改造前后沒有變化。 　　 水輪機(jī)可以做得較大，從市場冷卻塔的容量看，單臺塔最大水流量也不過 10萬t/h，這對于水輪機(jī)流量來說還屬于小弟弟，由此而匹配的水輪機(jī)隊伍仍屬小型，而專供冷卻塔用的水輪機(jī)屬微型。由相似理論可知，不論水輪機(jī)的大小，他的性能參數(shù)是一樣的。 　　 冷卻塔業(yè)內(nèi)對大型塔的減速器制造有難度，沒有制成單臺機(jī)力塔超過5000t/h，現(xiàn)在水輪機(jī)解決了這個問題，風(fēng)葉能制成多大，水輪機(jī)匹配完全可行，10萬t/h級的自然通風(fēng)冷卻塔也不成問題?；は到y(tǒng)的機(jī)力塔大都在2000t/h左右，水量和揚(yáng)程大都夠條件，水輪機(jī)節(jié)能是最好途徑。 　　 冷卻塔專用水輪機(jī)越大越可靠，越穩(wěn)定。舊管內(nèi)積有水垢，使用時間越長，水管內(nèi)徑變小，流速加大，阻力增加，同樣水垢厚度，大管徑的流速受到影響較小，小管徑的流速受到影響較大。所以塔型越大越可靠，水流越穩(wěn)定。 　　 水動風(fēng)機(jī)冷卻塔，節(jié)電效果非常直觀。到現(xiàn)場看了就明白。在現(xiàn)場看到的是冷卻塔外形尺寸、工況狀態(tài)不變，僅由水輪機(jī)取代了電機(jī)，風(fēng)葉照樣正常運(yùn)轉(zhuǎn)，泵的電流絕無增加，冷效照常好。幾年來通過100多家用戶證實，水動風(fēng)機(jī)冷卻塔是一個好產(chǎn)品。 七 結(jié)論 　　 水輪機(jī)用于冷卻塔不論是改造也好，整臺新塔也好，優(yōu)點在于： 　　 ⑴ 節(jié)電。該塔利用水輪機(jī)取代風(fēng)葉電機(jī)，利用進(jìn)塔水壓完全節(jié)省了風(fēng)葉電機(jī)的運(yùn)行電耗，被多次測試所證實。 　　 ⑵ 無噪聲。水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是在水流道內(nèi)完成的，銷除了冷卻塔機(jī)械動力的噪聲源，解決了人們對冷卻塔電機(jī)噪聲的投訴。 　　 ⑶ 高效。水輪機(jī)軸功率達(dá)到風(fēng)葉軸功率即可，不需要象電機(jī)那樣多出一些功率來應(yīng)付起動電流的不足。水輪機(jī)的阻力僅0.5m，在泵的揚(yáng)程內(nèi)不影響泵的流量，確保塔的比電耗趨零。 　　 ⑷ 使用壽命長。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)更換方便。長期運(yùn)轉(zhuǎn)無損壞。 　　 ⑸ 安全?？稍跐窀呶７辣幨褂谩?　　 ⑹ 適用。水輪機(jī)阻力很小，對任何型式的冷卻塔都適用。特別是大型塔的改造，進(jìn)塔水壓往往較大，很容易獲得成功，越大越可靠。改造大型自然通風(fēng)塔很適合。 一、水輪機(jī)工作是依靠水的壓力。認(rèn)為冷卻塔用水輪機(jī)必需有富余的揚(yáng)程才能應(yīng)用。這是一個錯誤的認(rèn)識。 　　 凡符合國家標(biāo)準(zhǔn)而在正常運(yùn)行的冷卻塔，進(jìn)塔的水流一定具有冷卻塔用于噴淋布水的壓力。水輪機(jī)用這個水壓即可正常發(fā)揮水輪機(jī)的工作，不要再額外要求增加有富余的水壓。一般冷卻塔的進(jìn)塔水壓最少不會少于3米。而水輪機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，3米水頭即可很好發(fā)揮水輪機(jī)的效率。所以凡是國標(biāo)運(yùn)行的冷卻塔都可以用水輪機(jī)來取代，包括新裝備的冷卻塔。 二、水輪機(jī)是靠水壓來進(jìn)行工作的。進(jìn)塔水壓被用掉了，流過水輪機(jī)以后就沒有了水壓，無法用于布水。這是一個錯誤的認(rèn)識。 　　 水輪機(jī)的做功主要有三個能量。一是水流的動能，冷卻塔進(jìn)水，從進(jìn)入水輪機(jī)再到布水器，水流的流速不變，因為密閉的循環(huán)水管路中沒有水流被分流出去，沒有損失，動能是質(zhì)量與速度的乘積，質(zhì)量不變，速度不變，所以動能不變。在水輪機(jī)中速度變化用于做功，但在出水輪機(jī)的尾水速度還原了。在水流的全程中動能不會損失掉，一直保持到布水器的進(jìn)口。二是勢能沒有損失，水輪機(jī)定位在布水器上方，它的進(jìn)出水口處在同一個水平線中，勢能是高度與質(zhì)量的乘積，進(jìn)出水位高度不變，所以勢能也沒有損失。進(jìn)水輪機(jī)時用了勢能，在出水輪機(jī)時被還原了。三是壓能，壓能是水壓力與水質(zhì)量的乘積。壓能如果全部被用掉了，還有動能。還有從水輪機(jī)尾水管到布水器之間的垂直高度的勢能。足夠布水的能量。但水輪機(jī)不可能全部用掉水頭。 三、雙擊式水輪機(jī)效率很低，冷卻塔是少量的水量和壓頭，被雙擊式水輪機(jī)占用了部分水量，就影響了冷卻塔的冷卻效果。這是一個錯誤的認(rèn)識。 　　 雙擊式水輪機(jī)效率很低是舊知識的統(tǒng)識，結(jié)論出自兩百年前十九世紀(jì)一十年代英國匈牙利等一些專家，包括當(dāng)今不懂水輪機(jī)的冷卻塔專家。沒有對雙擊式作過進(jìn)一步深入的研究和發(fā)掘，他們在水流對雙擊式轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的復(fù)雜流場以及進(jìn)出水之間的關(guān)系，無法解釋時，避而拒之。在技術(shù)進(jìn)步的今天，我們拿這個古老的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的研究，通過無數(shù)次的實踐，尤其是對轉(zhuǎn)輪葉片型線的最佳設(shè)計，得出的結(jié)論是，由于有水力的雙擊，它的效率有很高的表現(xiàn)，甚至不會低于混流式水輪機(jī)的效率，可以達(dá)到95%以上。用于冷卻塔實在是太好了。水輪機(jī)功率的輸出，用的就是水壓，水壓就是阻力，阻力越大，水的流量損失越大，水力發(fā)電的水輪機(jī)水壓，靠攔水大垻的高度來獲得，冷卻塔用水輪機(jī)水壓靠水泵的揚(yáng)程，水力發(fā)電的水輪機(jī)水壓可高達(dá)一千幾百米，但它不用計較阻力流量損失。冷卻塔用水輪機(jī)水壓是三米。三米的水壓，水的流速是7.67米/秒，比冷卻塔的噴淋布水管中常規(guī)的設(shè)計流速還要小。所以不用擔(dān)心水輪機(jī)會減少水量。不會影響冷卻塔的冷卻效果 四、水輪機(jī)適用于500噸/時以下的小型冷卻塔，不適用于700噸/時以上的大型冷卻塔，尤其是3000噸/時以上的大型冷卻塔，大型冷卻塔與小型冷卻塔有明顯不同的概念，不能混淆套用。這是一個錯誤的認(rèn)識。 　　 冷卻塔不論大小，它的工作原理完全相同，水壓也完全相同，大型冷卻塔用3米的水頭可以達(dá)到冷卻條件，小型冷卻塔也要用3米的水頭達(dá)到冷卻條件。各冷卻塔廠商提供的大小冷卻塔進(jìn)塔水壓有明顯的差異，是在做秀。冷卻塔用水輪機(jī)水壓是不論大小，相同的水頭發(fā)揮的效率是一樣的，小型冷卻塔用3米的水頭推動水輪機(jī)發(fā)揮的效率與大型冷卻塔用3米的水頭推動水輪機(jī)發(fā)揮的效率完全一樣，不同的是水流量的區(qū)別。冷卻塔的大小區(qū)別，不同的僅是水流量而已。這完全符合相似性原理。