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水轮机冷却塔设计

简介

水循环系统:水泵——换热设备(生产设备等)——冷却塔——集水池——水泵。

水轮机冷却塔:原理是热水通过塔内布水系统将水喷洒成水滴或膜状,自上向下流动, 与从下向上或水平流动的冷空气接触,利用热水的蒸发并与冷空气进行热传递带走废热。进塔水流带动水轮机进而带动风机转动,使冷却塔形成自下而上的气流。

本文针对原电机冷却塔的改造,只更换水轮机并对管路进行必要的改造。


逆流式水轮机冷却塔结构图

图1逆流式水轮机冷却塔结构图


水轮机选型

水轮机冷却塔参数:流量(Q)、扬程(H)、冷幅ΔT)、逼近度(A)、水轮机输出功率(P)、风机轴功率淋水面积气水比水轮机出口速度

冷幅指冷却塔进出水之间的温差,表示冷却水通过冷却塔之后的降温幅度。逼近度(A)  是出塔水温与当时空气湿球温度之差,表明出塔水温逼近湿球温度的程度,设计冷却塔时A大于4°C,若想将A=0°C,则冷却塔需建的无限大。

标准冷却塔气水比:冷幅为5°C时取0.65,冷幅为10°C时取0.85。气水比为质量比,计算时需将体积转变为质量。

水轮机出口速度一般不要超过2m/s,可通过改变水轮机出口管的截面积调节。


水轮机冷却塔参数关系

图2 水轮机冷却塔参数关系

对原冷却塔进行改造,将电机驱动风机改为水轮机驱动风机。确定水轮机的依据有:

(1)原塔设计流量和进塔流量,原塔设计流量限定了流量上限,依据是淋水面积一定,流量增加淋水密度变大使冷却效果降低;水轮机功率一般小于电动机功率,使风机功率不会增加,水流量增加而空气流量不增加使气水比降低,冷幅降低。进塔流量即需处理的水流量,进塔流量过小,水轮机无法提供风机所需功率,即无法改造。进塔流量的确定方式一般采用超声波流量计(图6)测定。

(2)风机轴功率,可通过原电机的实际输出功率确定,水轮机输出功率必须与其接近,即要求进塔流量与进塔扬程适当,同时Q 与H 可进行转化,当Q 过大而H 不足时,可适当关小阀门使H 增大,如图3。

(3)进塔扬程H,H富 为水泵的富余扬程,等于水泵的额定扬程减水泵的出口扬程;H势 为势能扬程,即换热设备出水口与水轮机入口轴线的高度差;H动 由水的动能转化的扬程(H =v^2/2g);H阻 为水在管道内流动由于阻力作用损失的扬程包括沿程损失h1 和局部损失h2。H转 为水泵的流量转化为扬程,可查水泵曲线得出,如图3。


水轮机冷却塔

图3水轮机冷却塔

图中,曲线B为管道闸门全开时管道阻力性能曲线,曲线A为管道闸门未全开时管道阻力性能曲线。


管道改造

将普通电机冷却塔改为水轮机冷却塔,除卸下电机、减速器和联轴器等设备并安装水轮机之外,期间还需对原有管道进行改造。主要包括:

(1)重新安装进水主管和进水主管阀门,进水主管末端连接水轮机,是水轮机冷却塔的进水主管,推动水轮机叶片做功的水流通道。

(2)安装旁通管和旁通阀门,一般将原塔的进水主管改造为旁通管,旁通管的末端连接布水主管,进水端连接进水主管,起作用是分流进水主管的水流。

(3)将水轮机出水管与布水主管连接。


原塔中心进水改造前管路

原塔中心进水改造后管路

图4 原塔中心进水改造前后管路对比图


图片6

图片7

图5 原塔侧面进水改造前后管路对比图


UFT型超声波流量计

图6 UFT型超声波流量计 

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