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现有冷却塔一般是用电动机通过联轴器、传动轴、减速器来驱动冷却塔的风机,风机的抽风使进入冷却塔的水流快速散热冷却,然后又由水泵加压将水流输送到需要用水冷却的设备使用后再引入冷却塔冷却,达到冷却水循环使用。


由于工业冷却水在热交换设备和冷却塔之间的循环是通过水泵来驱动的。在设计、制造、选型及使用中,因考虑可靠性等多种因素,使该系统的水泵有大量富余扬程和流量,这主要表现在以下几个方面:

(1)每个循环水系统中的水量很难被精确的计算出来,工艺工程师计算系统水流量时,为了安全生产及各方面的因素考虑都会在满足最大需求水量的基础上加至少10%-20%的余量来确定水泵的流量,这样整个系统的水量一定是富裕的。

(2)在整个循环水系统中,每段水管、弯头都有一定的阻力,冷却塔的位置高低、换热部件的阻力及压力要求都会在系统中产生阻力,这些阻力也不能很精确的计算出来,所以工艺工程师计算的阻力值只是一个大概的数据,根据这个数值在选型水泵的扬程时,考虑更安全的满足生产需求,就在克服所计算出的阻力数值的基础上至少加10%-20%的余量来选型——整个循环系统中扬程一定是富裕的。


但这些能量过去在系统里都白白浪费了。而水轮机就是充分利用这些多余的能量推动从而带动风扇的转动。

水动风机顾名思义就是以水力驱动风机,而不是传统的电力。在水动风机冷却塔中,是以水轮机取代电机作为风机动力源。水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。改造后,水泵提供的热水经过水轮机并带动其旋转。水轮机的输出轴直接与风机相连,进而带动风机旋转。

根据规范,泵类在设计时一般都留有备用的出力余量,配用的拖动电动机一般定位于最大工作能力情况下,而大量的生产场合由于功率需求始终处于变动状态,普遍采用的是低效的进、出口阀门调节方式与负荷的变化相适应。即采用变阀调节的方式,也就是在输送流体的管道上利用改变阀门的开度,来调节泵的流量。这种调节方法通常也称为节流调节,它是利用改变管道系统阻力的办法,变更管道阻力特性曲线,以便获得适合用户需要的工作点。但是关小阀门可以减少流量,而系统从电网吸收的能量并没有减少,拖动电动机的轴输出动力基本没有改变,有相当一部分能量消耗在阀门上,虽然阀门的输出达到了工况要求,但是能量的有效比例减少了,而损耗增加了。

从理论上来讲,在采用变阀调节时,泵的功率基本不变,泵的性能曲线基本不变,而管道阻力特性曲线发生变化,泵的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点,如下图所示。变阀调节方式下性能曲线不变、管道阻力特性曲线改变,工作点沿性能曲线移动。

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根据多方的观测结果也证明,在采用节流阀控制流量时,不控制泵本身,泵的工作点会随管道阻力变化而变化,泵的功率有时也会有相应的变化,但在正常工作范围内变化不大。

这种节流调节所带来的 阻力损失占据了水泵富余扬程的绝大部分,我们的目标就是要把这部分阻力损失变为水轮机的动力来源,也就是合理利用水泵的富余扬程!

合理调整管道布局,减少沿程管路损失合理调整阀门开启度,降低节流调节的管路阻力通过以上两方面的工作,减少管路系统阻力,使这部分阻力变为推动水轮机工作的动力

根据水泵流量与扬程的关系,我们可知泵的功率与Q-H图上原点和Q-H曲线上工作点所确定的矩形面积成正比。详见下图:

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即;P=QH

当系统加上水轮机后,将进塔阀逐渐打开直至系统流量到需要值。因水泵功率与流量成正相关系,流量变化时水泵功率才变化,流量不变化时水泵电机功率也不变化。

具体原理说明图如下:

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A.在无任何操作前水泵和系统阻力之间的的工作交点为(Q2,H2),点(Q1,H1)为水泵的额定点。此时的富裕扬程为H1-H2。

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B.在进塔阀全开后系统阻力曲线由A 变化为 B,工作交点为(Q3,H3),此时的富裕扬程为H2-H3。

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C .更换为水轮机后系统阻力曲线由B 变化为 C,工作交点变化为(Q1,H1)。

冷却塔意义

D.水轮机更换后进塔阀门开大调节后,系统水量没有变化或变化到水泵额定流量,因水泵功率与流量成正比关系,因此水轮机更换后水泵电机功率并没有增加或甚至减小。


社会效益以及推广应用前景分析


节能:充分利用循环水泵所具有的余压,节约电能。拆除了风机电机,实现了真正意义上的100%节能。

可靠:水动风机设计严谨,结构合理,运转平稳,可靠性高,从根本上杜绝了电机,电控和减速机漏电、漏油、烧毁和损坏的故障,为安全持续运行提供了保证;水轮机的重量小于取消的电机、减速机、传动轴三者之和,从而使冷却塔重心下移,增加运行环境安全性。

安全:可在任何需防爆的环境下安全运行。

经济:因取消了电机和减速机,从根本上解决了传动轴及减速机损坏问题,从而大大减少日常管理和维修保养成本。

冷效好:随着季节变化,水动风机的转速随循环水流量的增减而增减,风量也随之增减,使冷却塔的汽水比稳定在最佳状态,达到最佳冷却效果。

环保:风机电动机转速较高因而引起的冷却塔的噪音和震动也较高,采用水动风机冷却塔可有效解决这一问题。

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